مادة ألياف PLA هي نوع جديد من المواد القابلة للتحلل الحيوي، وحمض اللاكتيك باعتباره المادة الخام الرئيسية لبلمرة البوليمرات، ويمكن استخدام المواد الخام من مصادر كافية ومتجددة، وخاصة الذرة والكسافا وغيرها من المواد الخام، في ذوبان الغزل والكهرباء الساكنة. الغزل وطرق المعالجة الأخرى. مادة ألياف PLA بسبب التوافق الحيوي الجيد، وسهولة تحلل الخصائص المتجددة وغيرها، بحيث تتمتع بآفاق جيدة للتطبيق في مجالات الطب الحيوي، والترشيح والفصل، والتعبئة، وما إلى ذلك. لديها آفاق تطبيق جيدة. تركز هذه الدراسة على تحضير ألياف PLA ذات الأساس الحيوي.
1، تذوب الغزل
تعتمد طريقة الغزل بالذوبان على ذوبان البوليمر كمواد خام، ويتم بثقها من خلال المغزل، وتصلبها إلى ألياف عن طريق التكثيف السريع في الهواء. عملية غزل الذوبان بسيطة، حيث أن سائل الغزل يذوب البوليمر المكون للألياف نفسه، ولا يحتاج إلى غزل المذيبات أو حمام التكثيف، وتكتمل عملية تشكيل الألياف في الطور الغازي، وتكون مقاومة الاحتكاك صغيرة، ويمكن استخدامها لدرجات أعلى سرعة الملف، كفاءة الإنتاج العالية. ومع ذلك، لا يمكن استخدام جميع البوليمرات المكونة للألياف لتحضير الألياف بالغزل المصهور، فمن شروط تحضير الألياف بالغزل المصهور: يجب أن تكون درجة حرارة ذوبان البوليمر أقل من درجة حرارة تحلله الحراري البالغة حوالي 30 درجة، وإلا فإنه من الصعب استخدام طريقة الذوبان الكلاسيكية للغزل.
تشبه عملية إنتاج غزل ذوبان PLA عملية غزل البولي إيثيلين تيريفثاليت PET، والتي تنقسم إلى طريقة غزل عالية السرعة من خطوة واحدة وطريقة غزل تمتد من خطوتين. في عملية غزل الذوبان، يوجد تناقض بين الحساسية الحرارية لتفاعل تحلل PLA واللزوجة العالية للصهر، مما يؤدي إلى نطاق درجة حرارة ضيق للغاية لمعالجة غزل الذوبان PLA والحاجة إلى التحكم في محتوى الماء في الصبغة الرئيسية من أجل منع التحلل المائي والكربنة في عملية بثق الذوبان. في الوقت نفسه، يؤدي معدل التبلور المنخفض لـ PLA إلى انخفاض درجة حرارة التشوه الحراري والمواد الهشة والمتانة الضعيفة ودورة التشكيل الطويلة. من أجل تحسين أداء غزل الذوبان PLA، Pan Xiaodi et al. وجد أن زيادة معدل القص، أي زيادة سرعة الغزل له تأثير أقل على اللزوجة الظاهرة لذوبان PLA، كما أن التحكم في عملية الغزل أسهل.
لي وآخرون. تم تحضير ألياف البولي بروبيلين/البولي (حمض اللاكتيك) (PP/PLA) عن طريق الغزل المصهور وفحص خصائصها، ووجد أن هناك انخفاضًا طفيفًا في الثبات الحراري لـ PLA مع إضافة PP، ولكن تم تحسين التبلور، وتحسنت التبلور. تم تحسين التوجه والخواص الميكانيكية للألياف المخلوطة PP/PLA.
كلاركسون وآخرون. تم تحضير ألياف مركبة من ألياف السليلوز النانوية / بولي (حمض اللاكتيك) (CNF / PLA) عالية الصلابة عن طريق غزل الذوبان تحت ظروف لا مائية وخالية من المذيبات باستخدام بولي (إيثيلين جلايكول) (PEG) كعامل منتفخ، وتم تحديد الخواص الميكانيكية للألياف. زاد بنسبة 600% بعد التمدد الحراري عند إضافة CNF بجزء كتلي قدره 1.3%.
2، حل الغزل
ينقسم حل الغزل إلى نوعين من الحلول الجافة والرطبة. غالبًا ما يتم استخدام ثنائي كلورو ميثان أو ثلاثي كلورو ميثان أو تولوين كمذيبات لتحضير محاليل مخزون غزل ألياف PLA، مثل YANG S et al. الذين درسوا تبلور المحلول المصبوب بمركبات PLA/CNT ذات الوزن الجزيئي العالي في وجود مذيبات مثل ثنائي كلورو ميثان (CH2Cl2)، وثلاثي كلورو ميثان (CHCl3)، وN،N-ثنائي ميثيل فورماميد (DMF)، و1،4- ديوكسان ( ديوكس). - مذيبات الديوكسان (DIOX). لقد وجد أن إضافة أنابيب الكربون النانوية (CNTs) بكسر كتلي قدره 0.1% يمكن أن يعزز تكوين بلورات التشكل المحايدة (SCs) لمزيج iso-PLLA/PDLA.
تُظهر حسابات حيود الأشعة السينية واسعة الزاوية وحسابات المسح التفاضلي أن قدرة المذيبات على زيادة محتوى SC في مركبات PLLA/PDLA/CNT تكون بترتيب تنازلي لـ DMF وDIOX وCHCl3 وCH2Cl2. على وجه الخصوص، يتم تشكيل البلورات الدقيقة SC المميزة في DMF. يمكن تفسير هذا الاختلاف من خلال معلمات الذوبان وضغط بخار المذيب. توفر نتائج الدراسة أيضًا حلولًا ممكنة لتنظيم التركيب البلوري لخلطات PLLA/PDLA/CNT.
غزل المحلول لإعداد أبحاث ألياف PLA بشكل أقل، مع الألياف المغزولة بالذوبان، يتميز غزل المحلول بالمزايا التالية: في عملية الغزل، يكون تشابك البوليمر في هيكل الشبكة أقل، بحيث يكون للخيط الأساسي خصائص شد عالية؛ درجة حرارة الغزل منخفضة، والتدهور الحراري أقل من الألياف المغزولة الذائبة؛ الخواص الميكانيكية للألياف جيدة، وقوة الألياف المغزولة الذائبة عالية، ولكن غزل المحلول هناك يدور بشكل أبطأ، وتتسبب عملية الغزل في تلوث المذيبات ومشاكل إعادة التدوير، ولكن تطبيقات الإنتاج الصناعي محدودة أكثر. ولذلك، فهو محدود أكثر في تطبيقات الإنتاج الصناعي.
3، الغزل كهرباء
يشير الغزل الكهروستاتيكي إلى عملية غزل محاليل البوليمر أو الذوبان تحت تأثير مجال كهربائي مطبق، ويمكن أن تصل الألياف المحضرة إلى مقياس النانو (5 نانومتر ~ 1000 نانومتر)، ولكن ظروف الغزل عرضة ليكون لها تأثير كبير على مورفولوجيا الألياف وخصائصها. يين شيوبينغ وآخرون. التحقيق في آثار ثنائي كلورو ميثان (DCM)، وسداسي فلورو إيزوبروبانول (HFIP)، وثنائي ميثيل فورماميد (DMF) على قدرة تشكيل الخيوط لمحلول PLLA، والبنية المجهرية لمنتجات الغزل، وخصائص الترشيح.
لقد وجد أن المذيب المختلط من DCM/DMF يمكن أن يحسن بشكل فعال تكوين الخيوط واستقرار النفاث لمحلول PLLA، وانخفض قطر الألياف بشكل ملحوظ، وتم تشكيل هيكل خاص من الصلبان الخشنة والناعمة بين الألياف، وأفضل أداء عام لمحلول PLLA. تم الحصول على غشاء ليفي من محلول الغزل PLLA عندما كانت نسبة حجم DCM/DMF 0.2.
وانغ وآخرون. تم استخدام الغزل الكهروستاتيكي التفاضلي الذائب لتحضير ألياف PLA، ووصل متوسط قطر الألياف إلى حد أدنى 400 نانومتر عند درجة حرارة دوران 260 درجة، ومعدل تدفق هواء 20 م3/ساعة، ودرجة حرارة تدفق هواء 100 درجة، و مسافة الدوران 5.5 سم. وبالإضافة إلى ذلك، تشونغ قوه تشنغ وآخرون. استخدم حمض البوليلاكتيك المغطى بالهيدروكسيل من النوع D (D PLA) كبادئ جزيئي كبير لبدء بلمرة فتح الحلقة للعمود الفقري لاكتيد L-بروبيل لإنتاج مختلف بالإضافة إلى ذلك، قام Zhong et al. استخدم PLA المغطى بالهيدروكسيل من النوع D كبادئ جزيئي لبدء بلمرة فتح الحلقة لجسم لاكتيد L-بروبيل لتحضير PLA المكعب الخطي مع أوزان جزيئية مختلفة متوسطة العدد، وألياف دون الميكرون المحضرة عن طريق الغزل الكهروستاتيكي.
أظهرت النتائج أن نقاط انصهار البلورات المركبة المكعبة كانت أكثر من 215 درجة، كما تحسن الثبات الحراري وأظهرت صلابة جيدة. يمكن أن يحقق الغزل الكهروستاتيكي تحسين مواد الألياف مقارنة بتكنولوجيا الغزل التقليدية، ويمكن أن يساعد تكوين بلورات PLA المكعبة المركبة على تحسين الخواص الميكانيكية لمواد الألياف.
4. الملاحظات الختامية
في الوقت الحاضر، لا يزال تشكيل وتطبيق ألياف PLA ومنتجاتها ذات الأساس الحيوي في الصين في المرحلة الأولية. تشير البيانات إلى أنه بحلول نهاية عام 2021، تبلغ الطاقة الإنتاجية لـ PLA في الصين حوالي 452,000 طن، ومن المتوقع أن تصل إلى 5 ملايين طن في عام 2025.PLA، كنوع من الإنتاج الأخضر والبيئي مادة صديقة، لديها القدرة على استبدال المواد الليفية التقليدية القائمة على النفط. من خلال تحليل ومقارنة طرق تشكيل ألياف PLA ذات الأساس الحيوي ومزاياها وعيوبها، يجب حل تفاعل تحلل PLA في عملية الغزل المصهور مع آفاق التصنيع في أثناء عملية غزل الذوبان مع احتمال التصنيع، من الضروري حل التناقض بين الحساسية للحرارة واللزوجة العالية للذوبان، وتوسيع نطاق درجة حرارة المعالجة لغزل الذوبان PLA.
وفي الوقت نفسه، بمساعدة تقنية إعادة التدوير PLA لتسريع الإمداد المستقر للمواد الخام لألياف PLA في الصين. في استراتيجية "الكربون المزدوج" الوطنية والسياسات المواتية الأخرى، من المتوقع أن تؤدي مواد ومنتجات ألياف جيش التحرير الشعبى الصينى ذات الأساس الحيوي إلى تطوير قفزة، في مجال الطب الحيوي، والترشيح والفصل، والتعبئة والتغليف وغيرها من المجالات تظهر جيدة آفاق التطبيق.