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聚乳酸切片干燥工艺的研究 聚乳液（pla）是一种具有良好生物降解性、良好生物适应性和加工性能的新环保材料。随着聚乳酸合成成本的下降和性能的提高，聚乳酸在纺织服装领域的应用越来越广，通过熔融纺丝可以制成长丝和短纤，并可加工成各类机织物、针织物和非织造布。 然而聚乳酸分子结构中存在酯键，熔融纺丝时极易发生水解，使分子质量下降;另外，纺丝时熔体中的水分会形成气泡，气泡夹杂在自喷丝孔吐出的熔体细流中，极易产生纺丝飘丝、毛丝、断丝或在单丝中留下隐患，在后拉伸时造成毛丝或断头;不经干燥的切片进入螺杆挤压后会很快软化黏结，造成环结阻料，因此，纺丝前必须对切片进行干燥，严格去除水分，使切片含水率达到纺丝要求。熔融纺长丝一般要求含水率低于0.005%，同时还要满足板结率低、降解少的要求。 目前，聚乳酸切片干燥工艺研究多针对注塑及纺短纤维领域，而专门针对要求更高的纺长丝干燥工艺的研究甚少。本文针对纺长丝干燥工艺中干燥时间与干燥温度对切片性能(含水率、板结率和黏均分子质量)的影响规律进行分析，达到使切片含水率低、板结少、降解低的目的。 1 实验 1.1 分子黏均分子 6202D型聚乳酸切片，美国Nature Works公司制造，黏均分子质量51 000，含水率0.5%。 DZF-6050型真空干燥箱，上海申贸恒温设备厂制造。 1.2 测试测试 1.2.1 热熔性质测试 采用DSC Q100 V9.4 Build 287型差示扫描量热仪，对原始聚乳酸切片的热熔性质进行测试。测定条件:在氮气氛围下，升温速度为10℃/min，温度变化范围为10～210℃。 1.2.2 聚乳酸切片含水率 采用SF-1型压差法水分测定仪(上海恩尔达科学仪器有限公司)测试聚乳酸切片的含水率，测试条件为:真空度10 Pa以下，样品试管加热至150℃、加热20 min，根据式(1)计算含水率。 式中:K为常数，本文取0.029 5;△P为油压差，cm;G为试样质量，gㄢ 1.2.3 电子天平的确定 切片板结现象对纺丝不利，板结率越低越好。将干燥完毕的切片用电子天平称其质量G1，用镊子挑选出直径大于0.5 cm左右的黏结板块，并在电子天平上称其质量G2，板结率 1.2.4 纯溶剂及其ros-ms/gc的制备 采用直型乌式黏度计(台州市椒江玻璃仪器厂，毛细管内径为(0.38±0.001)cm,C球体积为(2.00±0.01)mL)，以三氯甲烷作溶剂，于(25±0.1)℃的玻璃恒温水浴中，测各种溶液流经a,b刻度所需时间t，在同样条件下，测定纯溶剂流经a,b刻度所需时间t0。根据ητ=tt0，ηsp=tt0-1，求得Cηsp,Clnηspㄢ 将实验数据分别代入，作图外推求[η]，在聚乳酸三氯甲烷体系中，温度为25℃时，将[η]值代入式(3)，求出聚乳酸黏均分子质量 2 结果与讨论 2.1 初始聚乳酸切片的dsc回温曲线 聚乳酸是由乳酸聚合而得，其分子结构见图1。分子结构中存在酯键，而酯键易水解，酯键的水解是聚乳酸降解的主要方式。 初始聚乳酸切片的DSC回温曲线如图2所示。曲线无明显结晶峰，可知初始聚乳酸切片基本为无定形结构，水分子能够迅速扩散进入无定形区，然后发生水解，且水解速度快，因此，在干燥工艺中需尽量使切片含水率降低，以防止聚乳酸水解。 2.2 玻璃化转变温度 图3示出初始聚乳酸切片的DSC升温曲线。从图中可知聚乳酸切片的玻璃化转变温度Tg为59.38℃，熔点Tm为167.09℃。根据一般原理，干燥温度应控制在高于玻璃化转变温度Tg而远低于熔点温度Tm，因此设计干燥温度应高于59.38℃而远低于167.09℃。 2.3 干燥时间和温度对切口性能的影响 2.3.1 含水率下降是否平衡 聚乳酸切片在不同温度下干燥，每隔6 h所测得含水率如图4所示。 由图4可知:聚乳酸切片含水率随干燥时间延长而降低;干燥温度越高，24 h后含水率越低;在18～24 h时间段含水率下降都不大，24 h后含水率趋于平衡;在低温(如60、80℃)条件下干燥24 h含水率趋于平衡，即使再延长干燥时间也不会达到纺丝要求的低于0.005%含水率，只能采用升温的方式去除多余水分。 聚乳酸属于聚酯类，端基为羟基(—OH)或羧基(—COOH)，水在其中以2种状态存在:吸附水和缔合水，吸附水在较低温度下可除去，而缔合水要进一步升温才能除去。由图4推测，干燥温度低于100℃时只能去除吸附水，要想去除切片内部的缔合水，还需将温度升高至100℃以上。 2.3.2 干燥板结率低 图5示出聚乳酸切片在不同温度下干燥，每隔6 h所测得的板结率。 由图5可知:100、120℃干燥6 h就会产生板结，干燥24 h后，板结率高达35%以上;而60、80℃干燥24 h板结率不到5%。在真空干燥箱中低于5%的板结率一般会在转鼓等干燥方式下消