聚乳酸纤维的制备及应用

聚乳酸纤维的制备及应用

0聚乳酸纤维在确定生化用高分子材料上的地位聚乳液的原料是乳液。聚乳液可作为许多可生物降解聚合物使用，并具有优异的机械性能、广泛的应用、显著的经济效益和社会效益。目前,石油及其衍生物的市场价格暴涨,可再生的产品将成为紧俏消费品,给聚乳酸带来了良好的市场机遇和极大的消费潜力。随着聚乳酸生产成本接近石油资源成本,市场应用领域的大力拓展,普及使用聚乳酸产品将进入高峰阶段。近年来,随着人们环保意识的提高,天然可生物降解高分子材料的研究越来越受到重视。在众多的可生物降解材料中,聚乳酸(PLA)纤维异军突起,成为继Lyocell纤维之后的又一迅速发展的环境友好纤维。聚乳酸既可从石油合成得到,也可由植物资源(玉米、小麦、谷物、甜菜等)为起始原料制成,然后经纺丝制成聚乳酸纤维。由于聚乳酸的特殊结构使得聚乳酸纤维制成品废弃后可在自然条件下被微生物分解成水和二氧化碳,不会对环境造成污染。聚乳酸纤维性能优越,有很好的悬垂性、滑爽性、吸湿透气性、良好的耐热性及抗紫外线功能,并富有光泽和弹性,可作服装面料、家用装饰材料、医用材料、非织造布材料、可生物降解的包装材料等。由聚乳酸或其纤维为原料制成的非织造布在医疗卫生领域得到了广泛应用1聚乳液直接成网络法的非织布不可用1.1生物基纳米纤维在医用高分子材料中的应用静电纺丝又称电纺,从其发现到现在已有将近100年的历史。近几年,随着纳米技术的发展,静电纺丝日益受到广泛关注许多国家都在积极地研究静电纺丝,研究内容从对聚合物的静电纺丝过程到理论模拟,再到静电纺丝纤维及其膜的应用都有所涉及,其中美国处于研究领先水平。在已发表的近280篇有关静电纺丝SCI的摘录论文中,有近66%来自美国,韩国占15%,我国占12%,其他国家占7%。我国对这方面的研究始于20世纪末,研究领域包括生物医用高分子材料的静电纺丝及其在组织修复和药物控制释放中的应用、借助于溶胶-凝胶法制备无机氧化物超细纤维等静电纺丝法所得纤维的直径为10~5000nm,其无纺布精细程度与均一性高、长径比大且具有高的表面积和孔隙率。当静电场中形成的纳米纤维在收集装置上层呈随机分布时,形成不同尺寸的孔。这种孔径结构与细胞外基质在形态结构上具有相似性,有利于细胞粘附和进入支架,适合于大多数细胞的植入生长。因此可用于生物医用领域,特别适用于制备人体组织工程支架。聚乳酸(PLLA)是一种可生物降解的聚合物,降解产物无毒、溶于水或参加新陈代谢过程,具有良好的生物相容性。用静电纺丝法、热致相分离法和自组装法制备的PLA材料,具有多孔纳米纤维结构及良好的材料—细胞界面,可制备纳米级细胞支架。还有以具有一定生物活性、细胞黏附性能好的丝素蛋白与降解性能优良的聚乳酸复合,以静电纺丝方法形成20%丝素与80%聚乳酸的丝素/聚乳酸共混纤维非织造网。将丝素和聚乳酸复合,因其具有细胞黏附性优良,同时降解性能良好的优点,所以可用作生物医用材料,满足机体组织修复的要求;聚乳酸及其共聚物通过静电纺制成的缝合线是一类比较理想的手术缝合线。1.2医疗卫生用品中聚乳酸非织造布的应用纺粘法聚乳酸非织造布是一种新型的长丝非织造布,是以聚乳酸切片为原料,经过熔融纺丝、牵伸铺网,然后用热轧或针刺及水刺等方法固结而成。聚乳酸纺粘法非织造布的工艺流程为:聚乳酸切片→螺杆挤压机→熔体过滤器→计量泵→喷丝板→冷却吹风→气流牵伸→铺网→热轧成布(或水刺、针刺成布)→卷取→成品从生产工艺来说,由于干法非织造布所用的聚乳酸纤维要经过溶液或熔融纺丝,再切成短纤维,然后用一系列方法加工制成,而纺粘法聚乳酸非织造布是长丝直接成网,纺粘法所制成的非织造布的强度远远高于其他方法所生产的非织造布。纺粘法聚乳酸非织造布还可实现复合类产品的制作,以满足不同领域的需要,所以纺粘法是既经济、快速又符合环保的生产方法。聚乳酸非织造布焚烧后不会产生有害气体及其他污染物,因此,聚乳酸非织造布在医疗卫生用品中的应用前景十分广阔。医疗卫生用品特别是用即弃产品如婴儿尿布、妇女卫生巾、成人尿失禁用品、隔离服、一次性口罩、手套等等,使用期短,用后就扔,相比之下,现用非织造布采用聚丙烯纤维等制成,很难生物降解,这样就会给垃圾处理带来困难,并会造成一定的环境污染。由于聚乳酸的生物可降解性,用其制得的纺粘非织造布用后丢弃不会产生污染问题,因此聚乳酸纺粘非织造布特别适合生产这类用即弃医疗卫生用品。随着聚乳酸纤维的制造工艺不断改进,相信聚乳酸非织造布在医疗卫生领域中的应用会越来越多,并逐渐取代聚丙烯纺粘非织造布。由于聚乳酸本身所具有的优良性能,使得用纺粘法制得的聚乳酸纺粘法非织造布在常温下具有良好的耐气候性、强度保持性;在土壤、海水、污泥等自然环境下经历一定时间后可完全分解为水和二氧化碳,对环境不造成污染,并且其分解产生的二氧化碳又通过植物的光合作用被重新合成淀粉等生产聚乳酸的原料,所以聚乳酸纺粘法非织造布是新型环保型的非织造布产品1.3pla熔喷非织造布在过滤领域的应用在非织造布工业中,PLA已在气流成网、湿法成网、水刺、热黏合、针刺等工艺得到应用,但在熔喷法非织造布的研究上还处于实验阶段,没有形成工业化生产及应用。熔喷聚乳酸非织造材料是以一种绿色的、可再生并可生物降解的高聚物聚乳酸为原料,通过熔喷法(一步成网法)加工而成的具有超细纤维结构的非织造材料。DieterH.MttllerH等人曾对熔喷聚乳酸非织造材料进行过初步的研究,认为聚乳酸可以应用于熔喷工艺,但由于所用原料和工艺方面的问题,实验结果不理想,形成的纤网基本没用途。后来的研究人员对熔喷聚乳酸非织造材料的工艺过程和生产要求进行了比较详细的研究,初步探讨了工艺参数对纤网性能的影响,并指出该工艺需要而且值得进一步研究。熔喷非织造材料最早应用于过滤材料领域,这也是目前熔喷非织造材料应用最广泛的领域之一,主要是利用其超细纤维的结构。聚乳酸熔喷法非织造布是将聚乳酸切片通过螺杆挤压机使其熔融,经过喷丝孔将其喷出成为纤维状,并在高速热气流的喷吹下,使之受到强大拉伸,形成极细的短纤维。这些短纤维被吸附在成网帘上,由于纤维凝聚成网后仍能保持较高的温度,从而使纤维间相互粘连成为熔喷法非织造布,最后进行成卷打包。其工艺过程为:PLA切片干燥→螺杆挤出机熔融→过滤→计量→熔喷模头→熔体细流拉伸→冷却→接收→卷绕。美国Biax-FiberFilm公司是NatureWorks的下游合作厂商,其熔喷生产线独特的高压模具设计技术,使设计能够处理黏度较高的Ingeo切片(如6201D),利用该生产线生产的PLA熔喷非织造布比常规熔喷设备生产的非织造布具有更高的强度。PLA熔喷非织造布因为是用熔喷工艺,具有流程短、工艺简单、成本低的优点,这也正是PLA在熔喷工艺上应用的原因。PLA熔喷非织造布的制作工艺决定了其主要的用途是在过滤和保温方面。熔喷布的纤维直径能达到1~10pm,具有较大的比表面积及较小的孔径,因此可以用来制作品质非常高的过滤材料,主要应用于空气过滤、水过滤、油过滤、油水分离等诸多领域;同时熔喷非织造布的这种结构特性使其具有较好的透气、透湿性能,不易散热,保暖性能好,特制的絮材松软、轻便且不显得单薄,在保暖絮片中占有绝对优势。PLA熔喷非织造布可替代传统聚丙烯熔喷非织造布,用于农业和园艺方面的种子培植、育秧、防霜及除草等;医疗卫生方面的手术衣、手术覆盖布、口罩等;生活方面的擦拭布、滤水、滤渣袋或包装材料等。另外由于PLA熔喷非织造布环保性及生物相容性决定了其在医疗卫生上会得到广泛的应用,同时它将在一定领域取代塑料,减