Полимолочная кислота — биоразлагаемый материал и один из перспективных волокнистых материалов в XXI веке.Полимолочная кислота (ПЛА)В природе не существует и требует искусственного синтеза. Молочная кислота, входящая в состав сырья, ферментируется из таких культур, как пшеница, сахарная свёкла, маниока, кукуруза, а также из органических удобрений. Волокна полимолочной кислоты, также известные как кукурузные волокна, могут быть получены прядением.
Разработка волокон полимолочной кислоты
Молочная кислота содержится в йогурте. Позже учёные обнаружили, что кислота, вырабатываемая при мышечных сокращениях животных и человека, — это молочная кислота. Изобретение корпорации DuPont (изобретателя нейлона) стало первым случаем использования полимеров молочной кислоты для получения полимеров полимолочной кислоты в лабораторных условиях.
Исследования и разработки волокон полимолочной кислоты имеют более чем полувековую историю. Американская компания Cyanamid разработала рассасывающиеся шовные материалы на основе полимолочной кислоты в 1960-х годах. В 1989 году японская компания Zhong Fang и Shimadzu Manufacturing Institute совместно разработали чистое пряденое волокно полимолочной кислоты (LactonTM) и его смесь с натуральными волокнами (Corn FiberTM), которая была представлена на зимних Олимпийских играх 1998 года в Нагано. В 2000 году японская корпорация Unijica Corporation разработала волокно полимолочной кислоты и нетканый материал спанбонд (TerramacTM). В 2003 году американская компания Cargill Dow Polymers (CDP) (теперь NatureWorks) выпустила серию продуктов (IngeoTM), включающих смолы, волокна и пленки полимолочной кислоты, и приобрела лицензию у немецкой компании Trevira на производство серии нетканых материалов IngeoTM для использования в таких областях, как автомобилестроение, домашний текстиль и гигиена.
Процесс и применение волокон полимолочной кислоты
В настоящее время основные нетканые материалы на основе PLA изготавливаются из L-полимолочной кислоты (PLLA) высокой оптической чистоты в качестве сырья, используя ее высокие характеристики кристалличности и ориентации, и готовятся с помощью различных процессов прядения (прядение из расплава, мокрое прядение, сухое прядение, сухое мокрое прядение, электростатическое прядение и т. д.). Среди них волокна полимолочной кислоты, полученные прядением из расплава (длинные волокна, короткие волокна), могут использоваться в области одежды, домашнего текстиля и т. д. Производственное оборудование и процесс аналогичны полиэфирным, с хорошей прядомостью и умеренными эксплуатационными характеристиками. После соответствующей модификации волокна полимолочной кислоты могут приобретать превосходные огнестойкие (самозатухающие) и природные антибактериальные свойства. Однако волокно PLA, полученное прядением из расплава, все еще имеет возможности для улучшения механической прочности, стабильности размеров при высоких температурах, упругости и устойчивости к старению.
В биомедицинской сфере в основном используются мокрое, сухое, сухое и мокрое формование волокон полимолочной кислоты (мембран). К числу характерных продуктов относятся высокопрочные рассасывающиеся шовные материалы, носители лекарственных средств, антиспаечные мембраны, искусственная кожа, каркасы для тканевой инженерии и т. д.
В связи с растущим спросом на одноразовые нетканые материалы в медицинских, санитарных, фильтрационных, декоративных и других областях нетканые материалы на основе полимолочной кислоты также стали одним из направлений исследований и разработок.
В 1990-х годах в Университете Теннесси (США) впервые были изучены нетканые материалы на основе полимолочной кислоты (спанбонд и мелтблаун). Впоследствии японская компания Zhongfang разработала нетканые материалы на основе полимолочной кислоты (спанбонд) для сельскохозяйственного применения, а французская компания Fibreweb разработала спанбонд на основе полимолочной кислоты, нетканые материалы, полученные методом мелтблауна, и многослойные композитные структуры (DepositaTM). Слой нетканого материала на основе спанбонда в основном обеспечивает механическую поддержку, в то время как слой нетканого материала, полученного методом мелтблауна, и слой нетканого материала, полученного методом спанбонда, совместно обеспечивают барьерные, адсорбционные, фильтрующие и изоляционные свойства.
Подразделения Университета Тунцзи, Shanghai Tongjieliang Biomaterials Co., Ltd., Hengtian Changjiang Biomaterials Co., Ltd. и другие успешно разработали нетканые материалы, такие как вискозные прядильные, спанлейсовые, горячекатаные, полученные горячим воздухом и т. д., а также занимаются разработкой композитных волокон для нетканых материалов и нетканых изделий, которые используются для одноразовых гигиенических изделий, таких как гигиенические салфетки и подгузники, а также маски для лица, чайные пакетики, фильтрующие материалы для воздуха и воды и другие изделия.
Волокно полимолочной кислоты широко рекламируется и применяется в салонах автомобилей, сигаретных пачках и других областях благодаря своему натуральному происхождению, биоразлагаемости и экологичности.
Характеристики волокон полимолочной кислоты
Одним из признанных преимуществ волокон полимолочной кислоты является их способность к биоразложению или абсорбции в организме. При стандартных условиях компостирования биоразлагаемость необходимо измерять, а продуктами разложения являются вода и углекислый газ. Обычные волокна полимолочной кислоты гидролизуются медленно или даже трудно обнаружить при нормальном использовании или в большинстве природных условий. Например, если их закопать в природную почву на год, они практически не разлагаются, но при компостировании при нормальной температуре разложение занимает около недели.
Распад и абсорбция волокон полимолочной кислоты in vivo в значительной степени зависят от их кристалличности. Эксперименты по моделированию деградации in vitro показали, что высококристаллические волокна полимолочной кислоты сохраняют свою форму и почти 80% прочности даже спустя 5,3 года, а для полного распада может потребоваться 40–50 лет.
Инновации и расширение производства волокон полимолочной кислоты
Полимолочная кислота – это разновидность химического волокна, которая разрабатывается и производится уже более полувека, однако её фактическое использование до сих пор составляет менее одной тысячной от потребления полиэфирного волокна. Хотя стоимость – главный фактор, нельзя игнорировать её эксплуатационные характеристики. Модификация – один из способов разработки полимолочных волокон.
Китай является крупным производителем и потребителем химических волокон, и в последние годы исследования модифицированных волокон полимолочной кислоты получили приоритетное значение. Волокна полимолочной кислоты можно смешивать с традиционными натуральными волокнами (хлопком, льном и шерстью) для создания тканей машинного ткачества и трикотажа с дополнительными свойствами, а также с другими химическими волокнами, такими как спандекс и ПТТ, для создания тканей, обладающих приятными для кожи, воздухопроницаемыми и влагоотводящими свойствами. Они нашли применение в производстве тканей для нижнего белья.
Компания нетканых материалов Дунгуань Liansheng, Ltd., производитель нетканых материалов и флизелиновых полотен, достоин вашего доверия!
Время публикации: 11 июня 2024 г.