【2017年整理】聚乳酸纺丝.docVIP

聚乳酸的成型加工方法及其应用 摘要：简单介绍了聚乳酸的聚合方法和目前聚合工艺方面的新发展。介绍了聚乳酸纤维的纺丝方法、 聚乳酸熔融纺丝工艺流程及目前国内外聚乳酸纤维的生产、开发情况。比较了聚乳酸纤维与涤纶等合成纤维及真丝等天然纤维的物理性能指标。纺丝用聚乳酸合成和聚乳酸纤维纺丝的方法、优缺点和国内外研究现状,对聚乳酸纤维的降解性能、物理机械性能和染色性能进行了述评。最后,介绍了聚乳酸纤维在医药、织物和非织造布方面的应用。 关键词：聚乳酸;聚合;溶液纺丝;熔融纺丝;应用 引言 合成纤维出现以后,发展速度非常快,用量非常大,但是它使用后的废弃物对环境造成了极大的威胁。从环保的观点出发,研究开发可生物降解的纤维原料已变得非常迫切。目前聚乳酸的合成技术逐渐成熟,在纺织领域的应用非常广泛,聚乳酸纤维的开发非常吸引业界人士的关注,它是采用玉米等自然资源为原料制取的纤维,从原料到废物完全可以再生利用,对环境完全没有危害。这里主要介绍纺丝用聚乳酸的合成及聚乳酸纤维的性能和研究现状。 聚乳酸的合成 聚乳酸并不是一种全新的高分子。早在1932年,被誉为高分子化学之父的Carothers采用直接缩合的方法将乳酸在有机溶剂和真空状态下反应得到聚乳酸,但未能工业化。直到20世纪60年代,由丙交酯(LA)开环聚合得到高相对分子质量的PLA,并根据聚乳酸能在人体内分解的特性,将其应用于医用材料领域,人们才再次掀起PLA研究的热潮。 聚乳酸一般可以通过两种方法聚合:一种是乳酸的直接聚合,另一种是丙交酯的开环聚合。 熔融缩聚是直接合成聚乳酸的方法之—,最近备受关注。但是如果只是通过熔融缩聚还不能得到高分子量的聚乳酸,必须在熔融缩聚后进行固相缩聚,使聚乳酸大分子链继续增长,以提高产物分子量。目前还有一些人通过在乳酸预聚物中加入扩链剂的方法获得高分子聚合物,但是这种方法在合成过程中会用到一些有机溶剂,对环境造成污染。 该反应存在两个平衡反应: (1)伴随着聚乳酸末端-COOH基和-OH基的缩合脱水的酯化平衡反应。 (2)聚乳酸与丙交酯之间的环线平衡反应。 合理控制上述两个平衡过程,使反应向缩聚的方向深入进行,将有利于聚乳酸分子量的提高。在有效脱水和抑制解聚反应这两个关键技术上采取有效的措施,可使聚合反应得以顺利进行,从而获得高分子量聚合物。 直接缩聚法在体系中存在着游离酸、水、聚酯及丙交酯的平衡,不易得到相对分子质量高的聚合物,但此法生产工艺流程短、成本低;而丙交酯的开环聚合法可以得到相对分子质量较高的聚合物。 目前,丙交酯的开环聚合法（两步法合成聚乳酸）已成为聚乳酸合成工艺的主流。2002年美国CargillDow(CDP)公司采用丙交酯开环工艺在Blair建成14万t/a的聚乳酸工厂。 其工业化生产聚乳酸的工艺流程如下: 玉米等→葡萄糖→发酵→乳酸→预聚体→粗丙交酯→蒸馏→高纯丙交酯→聚合→聚合物→聚合物改性→聚乳酸树脂 在乳酸脱水缩合后将得到的低聚物在催化剂作用下使其解聚制得2,2-二甲基-3,6-二氧代-1.4二噁烷(丙交酯),再在催化剂存在的情况下使其开环聚合反应而制得相对分子质量高的聚乳酸。 丙交酯的开环聚合法的优点是(1)可得到高分子量的聚乳酸。(2)可以纯度不高的乳酸为原料,甚至可用下脚料、废料,这是因为挥发性的丙交酯可与非挥发性杂质(蛋白质、多糖)分离。在用重结晶或蒸馏法提纯丙交酯时还可进一步去除杂质。缺点是丙交酯必须提纯才能聚合得到高分子量的产品。提纯的方法有2种,一是重结晶法,该法手续繁琐且溶剂消耗大;二是减压蒸馏法,此法设备投资大且技术要求高。 丙交酯的开环聚合法虽然能得到相对分子质量高的聚乳酸,但它工艺流程长、成本高,一定程度上限制了聚乳酸的发展。人们又开始寻求新的聚乳酸聚合方法,其中包括溶剂回流脱水聚合、溶液聚合等。 直接缩聚/固相增黏聚合:在150℃左右通过一般的熔融缩聚脱水得到乳酸的齐聚物,然后在180℃条件下,并在水合二氯化锡和对甲苯磺酸催化剂的反应催化下得到黏均分子质量为2×104左右的聚乳酸,最后继续在105℃固态热处理、结晶,后经140～150℃反应10～30h,得到黏均分子质量为5×105左右的高相对分子质量的聚乳酸。 溶剂回流脱水聚合:减压脱水后的乳酸以辛酸亚锡为催化剂,并以苯甲醚回流脱水反应50h后,反应产物用氯仿溶解,再用甲醇沉淀、干燥。 溶液聚合:以氯化亚锡为催化剂,同乳酸和溶剂在105～110℃反应3h,并减压,然后升温至135～140℃反应8h,再升温至160℃,减压进一步降低体系的真空度,继续反应直至结束。反应物用丙酮溶解,再在水中沉淀、抽滤,得到聚乳酸。 2聚乳酸材料成型加工方法 1注射成型 注射成型是聚乳酸加工过程中使用最广泛的方式，特别是对于那些形状复杂，尺寸精度要求高的热塑性塑料制品。大多数基于聚乳酸