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淺析聚乳酸無(wú)紡布技術(shù)
由于微生物技術(shù)的發(fā)展，目前世界上已經(jīng)有幾種可生物降解的塑料品種，其中越來(lái)越受到歡迎的就是聚乳酸。由于聚乳酸工廠不會(huì)耗盡自然資源，因而無(wú)紡布生產(chǎn)商對(duì)用這種原料開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的興趣越來(lái)越濃。聚乳酸制成的各種無(wú)紡布是可生物降解的，還有一些把聚乳酸與其它天然纖維或人造絲混紡，使最終產(chǎn)品可以生物降解。
聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性也比較好，還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性。
聚乳酸的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面：
(1)聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由發(fā)酵過(guò)程制成乳酸，再通過(guò)化學(xué)合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。關(guān)愛(ài)地球，你我有責(zé)。世界二氧化碳排放量據(jù)新聞報(bào)道在2030年全球溫度將升至60℃，普通塑料的處理方法依然是焚燒火化，造成大量溫室氣體排入空氣中，而聚乳酸塑料則是掩埋在土壤里降解，產(chǎn)生的二氧化碳直接進(jìn)入土壤有機(jī)質(zhì)或被植物吸收，不會(huì)排入空氣中，不會(huì)造成溫室效應(yīng)。
(2)機(jī)械性能及物理性能良好。聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便，應(yīng)用十分廣泛。可用于加工從工業(yè)到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無(wú)紡布、工業(yè)及民用布。進(jìn)而加工成農(nóng)用織物、保健織物、抹布、衛(wèi)生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等，市場(chǎng)前景十分看好。
(3)相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。
(4)聚乳酸(PLA)除了有生物可降解塑料的基本的特性外，還具備有自己獨(dú)特的特性。傳統(tǒng)生物可降解塑料的強(qiáng)度、透明度及對(duì)氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。
(5)聚乳酸(PLA)和石化合成塑料的基本物性類(lèi)似，也就是說(shuō)，它可以廣泛地用來(lái)制造各種應(yīng)用產(chǎn)品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當(dāng)，是其它生物可降解產(chǎn)品無(wú)法提供的。
(6)聚乳酸(PLA)具有最良好的抗拉強(qiáng)度及延展度，聚乳酸也可以各種普通加工方式生產(chǎn)，例如：熔化擠出成型，射出成型，吹膜成型，發(fā)泡成型及真空成型，與廣泛使用的聚合物有類(lèi)似的成形條件，此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以應(yīng)各不同業(yè)界的需求，制成各式各樣的應(yīng)用產(chǎn)品。
(7)聚乳酸(PLA)薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及衛(wèi)生的疑慮，然而，聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。
(8)當(dāng)焚化聚乳酸(PLA)時(shí)，其燃燒熱值與焚化紙類(lèi)相同，是焚化傳統(tǒng)塑料(如聚乙烯)的一半，而且焚化聚乳酸絕對(duì)不會(huì)釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態(tài)存在的乳酸，這就表示了這種分解性產(chǎn)品具有的安全性。
由乳酸制聚乳酸生產(chǎn)工藝有以下三種：
(1)直接縮聚法
縮聚法就是把乳酸單體進(jìn)行直接縮合,也稱(chēng)一步聚合法。在脫水劑的存在下,乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水,直接縮聚合成低聚物。加入催化劑,繼續(xù)升溫,低相對(duì)分子質(zhì)量的聚乳酸聚合成更高相對(duì)分子量的聚乳酸。
(2)二步法
使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，再開(kāi)環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟，美國(guó)NatureWorks公司生產(chǎn)聚乳酸工藝的工藝即為該工藝。中國(guó)的海正與中科院共同研制的聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)也與此相似，主要過(guò)程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過(guò)精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。
(3)反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸
用間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機(jī)組合，進(jìn)行連續(xù)的熔融聚合實(shí)驗(yàn)，可獲得由乳酸通過(guò)連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達(dá)150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機(jī)將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物在擠出機(jī)上進(jìn)一步縮聚，制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應(yīng)溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75 r/min時(shí)可通過(guò)雙螺桿反應(yīng)擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質(zhì)量，而且反應(yīng)擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小，均勻性變好。通過(guò)DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn)，通過(guò)反應(yīng)擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低，這對(duì)改善聚乳酸材料在使用過(guò)程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。
制備聚乳酸的流程：
1)取材
將玉米等殼類(lèi)作物碾碎后，從中提取淀粉，然后將淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技術(shù)已克服減去了碾碎的過(guò)程，直接從大量的農(nóng)作物中提取原料。
2)發(fā)酵
以類(lèi)似生產(chǎn)啤酒或酒精的方式來(lái)發(fā)酵葡萄糖，而葡萄糖發(fā)酵后變成類(lèi)似于食物添加用于人體肌肉組織內(nèi)中的乳酸。
3)中間型產(chǎn)物
將乳酸單體以特殊的濃縮制程，轉(zhuǎn)變成中間型產(chǎn)物——減水乳酸，即丙交酯。
4)聚合
丙交酯單體經(jīng)過(guò)真空凈化后，再以一種不使用溶劑的溶解制程來(lái)完成開(kāi)環(huán)的動(dòng)作，使單體聚合。
5)聚合物修飾
由于聚合物的分子量與結(jié)晶度的不同，可使材料特性的變化空間很大，所以因不同應(yīng)用的產(chǎn)品，將PLA做不同的修飾。
由于聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性，所以非常適合應(yīng)用于無(wú)紡布，聚乳酸無(wú)紡布還將會(huì)有很大發(fā)展!
聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性也比較好，還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性。
聚乳酸的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面：
(1)聚乳酸(PLA)是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源(如玉米)所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由發(fā)酵過(guò)程制成乳酸，再通過(guò)化學(xué)合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。關(guān)愛(ài)地球，你我有責(zé)。世界二氧化碳排放量據(jù)新聞報(bào)道在2030年全球溫度將升至60℃，普通塑料的處理方法依然是焚燒火化，造成大量溫室氣體排入空氣中，而聚乳酸塑料則是掩埋在土壤里降解，產(chǎn)生的二氧化碳直接進(jìn)入土壤有機(jī)質(zhì)或被植物吸收，不會(huì)排入空氣中，不會(huì)造成溫室效應(yīng)。
(2)機(jī)械性能及物理性能良好。聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便，應(yīng)用十分廣泛。可用于加工從工業(yè)到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無(wú)紡布、工業(yè)及民用布。進(jìn)而加工成農(nóng)用織物、保健織物、抹布、衛(wèi)生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等，市場(chǎng)前景十分看好。
(3)相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。
(4)聚乳酸(PLA)除了有生物可降解塑料的基本的特性外，還具備有自己獨(dú)特的特性。傳統(tǒng)生物可降解塑料的強(qiáng)度、透明度及對(duì)氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。
(5)聚乳酸(PLA)和石化合成塑料的基本物性類(lèi)似，也就是說(shuō)，它可以廣泛地用來(lái)制造各種應(yīng)用產(chǎn)品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當(dāng)，是其它生物可降解產(chǎn)品無(wú)法提供的。
(6)聚乳酸(PLA)具有最良好的抗拉強(qiáng)度及延展度，聚乳酸也可以各種普通加工方式生產(chǎn)，例如：熔化擠出成型，射出成型，吹膜成型，發(fā)泡成型及真空成型，與廣泛使用的聚合物有類(lèi)似的成形條件，此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以應(yīng)各不同業(yè)界的需求，制成各式各樣的應(yīng)用產(chǎn)品。
(7)聚乳酸(PLA)薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及衛(wèi)生的疑慮，然而，聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。
(8)當(dāng)焚化聚乳酸(PLA)時(shí)，其燃燒熱值與焚化紙類(lèi)相同，是焚化傳統(tǒng)塑料(如聚乙烯)的一半，而且焚化聚乳酸絕對(duì)不會(huì)釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態(tài)存在的乳酸，這就表示了這種分解性產(chǎn)品具有的安全性。
由乳酸制聚乳酸生產(chǎn)工藝有以下三種：
(1)直接縮聚法
縮聚法就是把乳酸單體進(jìn)行直接縮合,也稱(chēng)一步聚合法。在脫水劑的存在下,乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水,直接縮聚合成低聚物。加入催化劑,繼續(xù)升溫,低相對(duì)分子質(zhì)量的聚乳酸聚合成更高相對(duì)分子量的聚乳酸。
(2)二步法
使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，再開(kāi)環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟，美國(guó)NatureWorks公司生產(chǎn)聚乳酸工藝的工藝即為該工藝。中國(guó)的海正與中科院共同研制的聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)也與此相似，主要過(guò)程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過(guò)精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。
(3)反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸
用間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機(jī)組合，進(jìn)行連續(xù)的熔融聚合實(shí)驗(yàn)，可獲得由乳酸通過(guò)連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達(dá)150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機(jī)將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物在擠出機(jī)上進(jìn)一步縮聚，制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應(yīng)溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75 r/min時(shí)可通過(guò)雙螺桿反應(yīng)擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質(zhì)量，而且反應(yīng)擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小，均勻性變好。通過(guò)DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn)，通過(guò)反應(yīng)擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低，這對(duì)改善聚乳酸材料在使用過(guò)程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。
制備聚乳酸的流程：
1)取材
將玉米等殼類(lèi)作物碾碎后，從中提取淀粉，然后將淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技術(shù)已克服減去了碾碎的過(guò)程，直接從大量的農(nóng)作物中提取原料。
2)發(fā)酵
以類(lèi)似生產(chǎn)啤酒或酒精的方式來(lái)發(fā)酵葡萄糖，而葡萄糖發(fā)酵后變成類(lèi)似于食物添加用于人體肌肉組織內(nèi)中的乳酸。
3)中間型產(chǎn)物
將乳酸單體以特殊的濃縮制程，轉(zhuǎn)變成中間型產(chǎn)物——減水乳酸，即丙交酯。
4)聚合
丙交酯單體經(jīng)過(guò)真空凈化后，再以一種不使用溶劑的溶解制程來(lái)完成開(kāi)環(huán)的動(dòng)作，使單體聚合。
5)聚合物修飾
由于聚合物的分子量與結(jié)晶度的不同，可使材料特性的變化空間很大，所以因不同應(yīng)用的產(chǎn)品，將PLA做不同的修飾。
由于聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性，所以非常適合應(yīng)用于無(wú)紡布，聚乳酸無(wú)紡布還將會(huì)有很大發(fā)展!
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