聚乙二醇增韧聚乳酸熔喷非织造材料的制备与性能研究

来源 :东华大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:haibitian_lan
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熔喷工艺可以批量化生产超细纤维非织造材料,该种材料由于具备较小的纤维直径及纤维间孔径、较大的孔隙率以及超蓬松的纤网结构等特性,从而能够广泛的应用于医疗卫生、吸附过滤、保暖、吸油等领域。但目前流通于市场的多数熔喷非织造材料所用的原料都是聚丙烯(PP),其属于不可再生的石油基高分子材料,不但在合成过程中对能源需求量大,且废弃后极难降解,为资源和环境都带来了极大的挑战。因此,研发出既可循环再生又可生物降解的环境友好型熔喷非织造材料来全面替代PP熔喷非织造材料将具有重要意义。近年来,聚乳酸(PLA),一种可生物降解材料逐渐进入大众的视野,其兼具了既可再生又可降解、良好的生物相容性与可加工性等特性,因此以PLA为原料的熔喷非织造材料将拥有极为广阔的应用前景。但PLA固有的力学脆性使PLA熔喷非织造材料的韧性较差,产品应用也颇为受限。为了获得兼具优异韧性和可生物降解特性的PLA熔喷非织造材料,使其可应用的领域更加广泛,本文选用了分子量分别为1000、2000、4000和8000的聚乙二醇(PEG)(分别记作PEG-1000、PEG-2000、PEG-4000和PEG-8000)对PLA熔喷非织造材料进行增韧改性。采用熔融共混的方法制备了熔喷用PLA/PEG-1000、PLA/PEG-2000、PLA/PEG-4000和PLA/PEG-8000共混材料,并对熔喷用PLA及PLA/PEG共混材料的红外光谱、断面形貌、晶相结构、等温结晶形貌、力学性能进行测试与分析;之后通过表征与分析熔喷用PLA及PLA/PEG共混材料的流动性能、流变性能、热稳定性能和热-结晶性能,来对其可纺性进行评价,并为PLA及PLA/PEG熔喷非织造材料制备工艺参数的设置提供参考;在此基础上,进一步制备了PLA及含有不同分子量PEG的PLA/PEG熔喷非织造材料,观察了其表观形貌,然后对其纤维直径及直径分布、面密度、厚度、孔隙率、纤维间孔径及孔径分布、透气性能、亲疏水性能、过滤性能、驻极稳定性、拉伸性能、顶破性能进行了测试与分析,后总结了PEG增韧PLA熔喷非织造材料的增韧机理。各部分主要的研究结论如下:(1)PEG与PLA具备良好的相容性,且分子量越小,相容性越好;PEG的引入可促进PLA中α’晶型向α晶型转变,同时PLA结晶速率得到了提高,结晶能力也有所改善,且当PEG分子量越小的时候,效果会越明显;添加PEG后,PLA的断裂伸长率也得到了显著改善,但屈服强度略有降低,特别是当PEG分子量为1000的时候,PLA/PEG-1000共混材料的断裂伸长率相较于改性前提升了约183%,屈服强度较改性前降低了约33%。(2)PEG的引入能够显著提高PLA的熔融指数,特别是在250℃的条件下,PLA/PEG-1000共混材料的熔融指数达到了585.347g/10min;PEG还可使PLA的表观粘度降低,玻璃化转变温度和冷结晶温度大幅减小,但热稳定性能有所下降。总的来说,PLA和PLA/PEG共混材料均具有良好的可纺性,并能够满足熔喷工艺的生产要求。(3)相比较于PLA熔喷非织造材料,PLA/PEG熔喷非织造材料的纤维细度有所降低、纤维间孔径减小,孔隙率下降,透气率降低;且PEG的引入使PLA熔喷非织造材料亲水性能提升,过滤效率增加但驻极稳定性有所降低;力学方面,相比较于改性前,PLA/PEG-1000和PLA/PEG-2000熔喷非织造材料具备更好的韧性,特别是PLA/PEG-1000熔喷非织造材料的纵向韧性由0.25MJ·m-3提升至0.53MJ·m-3,提升了将近112%,横向韧性由0.18MJ·m-3提升至0.26MJ·m-3,提升将近44%,但当PEG分子量为4000和8000的时候,纵横向的韧性与改性前相近甚至略有降低。
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