Bahan serat PLA adalah jenis baru bahan biodegradable berbasis bio, asam laktat sebagai bahan baku utama polimerisasi polimer, bahan baku dari sumber yang cukup dan terbarukan, terutama jagung, singkong dan bahan baku lainnya, dapat digunakan dalam pemintalan leleh, elektrostatik pemintalan dan cara pengolahan lainnya. Bahan serat PLA karena biokompatibilitasnya yang baik, mudah terdegradasi terbarukan dan karakteristik lainnya, sehingga memiliki prospek yang baik untuk diaplikasikan di bidang biomedis, filtrasi dan pemisahan, pengemasan, dan sebagainya. Ini memiliki prospek penerapan yang bagus. Penelitian ini berfokus pada persiapan serat PLA berbasis bio.
1, Leleh berputar
Metode pemintalan leleh didasarkan pada lelehan polimer sebagai bahan mentah, diekstrusi melalui pemintal, dan dipadatkan menjadi serat melalui kondensasi cepat di udara. Proses pemintalan lelehnya sederhana, pemintalan cairan untuk polimer pembentuk serat meleleh itu sendiri, tidak perlu pemintalan pelarut atau pemulihan bak kondensasi, dan proses pembentukan serat selesai dalam fase gas, ketahanan gesekannya kecil, dan dapat digunakan untuk lebih tinggi kecepatan koil, efisiensi produksi tinggi. Namun, tidak semua polimer pembentuk serat dapat digunakan untuk membuat serat dengan cara pemintalan leleh, salah satu syarat untuk pembuatan serat dengan pemintalan leleh: suhu leleh polimer harus lebih rendah dari suhu dekomposisi termalnya sekitar 30 derajat, jika tidak maka akan sulit menggunakan metode peleburan klasik untuk pemintalan.
Proses produksi pemintalan leleh PLA mirip dengan proses pemintalan PET polietilen tereftalat, yang terbagi menjadi metode satu langkah pemintalan berkecepatan tinggi dan metode dua langkah pemintalan-peregangan. Dalam proses pemintalan lelehan, terdapat kontradiksi antara sensitivitas panas reaksi degradasi PLA dan viskositas lelehan yang tinggi, sehingga menghasilkan kisaran suhu yang sangat sempit untuk pemrosesan pemintalan lelehan PLA dan kebutuhan untuk mengontrol kadar air dalam masterbatch untuk mencegah hidrolisis dan karbonisasi dalam proses ekstrusi lelehan. Pada saat yang sama, laju kristalisasi PLA yang rendah menyebabkan suhu distorsi panas yang rendah, material rapuh, ketangguhan yang buruk, dan siklus pembentukan yang lama. Untuk meningkatkan kinerja pemintalan lelehan PLA, Pan Xiaodi dkk. menemukan bahwa peningkatan laju geser, yaitu peningkatan kecepatan pemintalan memiliki pengaruh yang lebih kecil terhadap viskositas lelehan PLA, dan proses pemintalan lebih mudah dikendalikan.
Li dkk. menyiapkan serat polipropilen/poli(asam laktat) (PP/PLA) dengan pemintalan leleh dan menyelidiki sifat-sifatnya, dan menemukan bahwa ada sedikit penurunan stabilitas termal PLA dengan penambahan PP, tetapi kristalinitasnya ditingkatkan, dan orientasi dan sifat mekanik serat campuran PP/PLA ditingkatkan.
CLARKSON dkk. menyiapkan serat komposit selulosa nanofiber/poli(asam laktat) (CNF/PLA) kekakuan tinggi dengan pemintalan leleh dalam kondisi anhidrat dan bebas pelarut menggunakan poli(etilen glikol) (PEG) sebagai bahan penggembur, dan sifat mekanik serat adalah meningkat sebesar 600% setelah peregangan termal ketika CNF dengan fraksi massa 1,3% ditambahkan.
2, Solusi Berputar
Pemintalan larutan dibagi menjadi dua jenis yaitu metode kering dan basah. diklorometana, triklorometana atau toluena sering digunakan sebagai pelarut untuk pembuatan larutan stok pemintalan serat PLA, seperti YANG S dkk. yang mempelajari kristalisasi larutan cor komposit PLA/CNT dengan berat molekul tinggi dengan adanya pelarut seperti diklorometana (CH2Cl2), triklorometana (CHCl3), N,N-dimetilformamida (DMF), dan 1,4-dioksan ( DIOX). -pelarut dioksan (DIOX). Ditemukan bahwa penambahan karbon nanotube (CNT) dengan fraksi massa 0,1% dapat mendorong pembentukan kristal konformasi netral (SC) dari campuran iso-PLLA/PDLA.
Perhitungan difraksi sinar-X sudut lebar dan pemindaian diferensial menunjukkan bahwa kemampuan pelarut untuk meningkatkan kandungan SC pada komposit PLLA/PDLA/CNT berada dalam urutan DMF, DIOX, CHCl3, dan CH2Cl2. Secara khusus, mikrokristal SC yang khas terbentuk di DMF. Perbedaan ini dapat dijelaskan oleh parameter kelarutan dan tekanan uap pelarut. Hasil penelitian juga memberikan solusi yang mungkin untuk mengatur komposisi kristal campuran PLLA/PDLA/CNT.
Pemintalan larutan untuk menyiapkan penelitian serat PLA lebih sedikit, dengan serat pintal leleh, pemintalan larutan memiliki keuntungan sebagai berikut: dalam proses pemintalan, belitan polimer pada struktur jaringan lebih sedikit, sehingga filamen primer memiliki sifat tarik yang tinggi; suhu pemintalan rendah, degradasi termal lebih rendah dibandingkan serat pintal leleh; sifat mekanik seratnya bagus, kekuatan serat pintal lelehnya tinggi, namun pemintalan larutan ada pemintalan yang lebih lambat, proses pemintalan kontaminasi pelarut dan masalah daur ulang, namun aplikasi produksi industri lebih terbatas. Oleh karena itu, lebih terbatas pada aplikasi produksi industri.
3, Pemintalan elektrostatik
Pemintalan elektrostatis mengacu pada proses pemintalan larutan polimer atau lelehan di bawah pengaruh medan listrik yang diterapkan, dan serat yang disiapkan dapat mencapai skala nano (5 nm~1000 nm), tetapi kondisi pemintalan cenderung berdampak besar pada morfologi dan sifat serat. Yin Xuebing dkk. menyelidiki efek diklorometana (DCM), hexafluoroisopropanol (HFIP), dan dimethylformamide (DMF) pada kemampuan pembentukan filamen larutan PLLA, struktur mikro produk pemintalan, dan sifat filtrasi.
Ditemukan bahwa pelarut campuran DCM/DMF dapat secara efektif meningkatkan pembentukan filamen dan stabilitas pancaran larutan PLLA, diameter serat menurun secara signifikan, dan struktur khusus persilangan kasar dan halus terbentuk di antara serat, dan kinerja keseluruhan terbaik dari membran serat diperoleh dari larutan pemintalan PLLA ketika rasio volume DCM/DMF adalah 0.2.
Wang dkk. menggunakan pemintalan elektrostatis diferensial leleh untuk menyiapkan serat PLA, dan diameter rata-rata serat mencapai minimal 400 nm pada suhu pemintalan 260 derajat, laju aliran udara 20 m3/jam, suhu aliran udara 100 derajat, dan a jarak putar 5,5 cm. Selain itu, Zhong Guo-cheng dkk. menggunakan asam polilaktat tipe D (D PLA) yang tertutup hidroksil sebagai inisiator makromolekul untuk memulai polimerisasi pembukaan cincin dari tulang punggung L-propil laktida untuk menghasilkan produk yang berbeda. Selain itu, Zhong et al. menggunakan PLA tipe D yang tertutup hidroksil sebagai inisiator makromolekul untuk memulai polimerisasi pembukaan cincin badan L-propil laktida untuk menyiapkan PLA diblok kubik linier dengan berat molekul rata-rata angka yang berbeda, dan menyiapkan serat submikron melalui pemintalan elektrostatik.
Hasilnya menunjukkan bahwa titik leleh kristal komposit kubik yang terbentuk lebih dari 215 derajat, dan stabilitas termal ditingkatkan serta ketangguhan yang baik ditunjukkan. Pemintalan elektrostatik dapat mewujudkan kehalusan bahan serat dibandingkan dengan teknologi pemintalan tradisional, dan pembentukan kristal komposit kubik PLA dapat membantu meningkatkan sifat mekanik bahan serat.
4. Catatan penutup
Saat ini, pembentukan dan penerapan serat dan produk PLA berbasis bio di Tiongkok masih dalam tahap awal. Data menunjukkan bahwa pada akhir tahun 2021, kapasitas produksi PLA di Tiongkok adalah sekitar 452,000 t, dan diperkirakan akan mencapai 5 juta t pada tahun 2025.PLA, sebagai salah satu bentuk ramah lingkungan dan ramah lingkungan bahan ramah lingkungan, memiliki potensi untuk menggantikan bahan berserat berbasis minyak bumi tradisional. Menganalisis dan membandingkan metode pembentukan serat PLA biobased yang ada serta kelebihan dan kekurangannya, reaksi degradasi PLA perlu diselesaikan dalam proses pemintalan leleh dengan prospek industrialisasi. proses pemintalan lelehan dengan prospek industrialisasi, kontradiksi antara sensitivitas panas dan viskositas lelehan yang tinggi perlu diselesaikan, dan untuk memperluas kisaran suhu pemrosesan pemintalan lelehan PLA.
Pada saat yang sama, dengan bantuan teknologi daur ulang PLA untuk mempercepat stabilnya pasokan bahan baku serat PLA di Tiongkok. Dalam strategi nasional "karbon ganda" dan kebijakan menguntungkan lainnya, diharapkan bahan dan produk serat PLA berbasis bio akan mengantarkan pengembangan lompatan, di bidang biomedis, filtrasi dan pemisahan, pengemasan dan bidang lainnya menunjukkan hasil yang baik. prospek untuk diterapkan.