聚乳酸非織造材料的耐化學性能研究

聚乳酸非織造材料的耐化學性能研究

聚乳液（pla）非織制材料具有生產(chǎn)流程短、加工方法多樣、生產(chǎn)效率高的特點。此外，pla自身優(yōu)秀的環(huán)保性和生物適應性吸引了越來越多的關注者，如醫(yī)學、環(huán)境管理、農(nóng)業(yè)和園林。PLA非織造材料的主要生產(chǎn)方法有干法成網(wǎng)法(采用水刺、針刺或熱軋加固纖網(wǎng)),紡絲成網(wǎng)法和熔噴法。和大多數(shù)非織造材料一樣,PLA非織造材料在較多的使用場合會受到化學環(huán)境的影響。研究PLA非織造材料的耐化學性能,有利于更安全有效、更科學地使用和更廣泛地拓展其應用。本研究是將PLA非織造材料浸漬在一定濃度和溫度的酸、堿、有機溶劑溶液中,觀察浸漬不同時間后PLA材料的外觀變化,測定其質(zhì)量和強力損失量,從而分析其在不同化學條件下的性能變化趨勢及與聚酯(PET)非織造材料的異同點。1實驗1.1測試試劑各試劑純度:氨水25%～28%;硫酸95%～98%;氫氧化鈉≥96%;冰醋酸≥99.5%;丙酮≥99.5%;苯≥99.5%。1.2實驗中的例子實驗使用PLA、PET熔噴非織造材料和PLA、PET水刺非織造材料作試樣,其規(guī)格和強力性能見表1。1.3實驗方法和步驟1.3.1性能損失率測定將不同的試劑分別配制成濃度為15%的溶液,并將其置于20℃的恒溫水浴中;樣品在上述各種溶液中分別浸漬0.5、1、2h,然后觀察其外觀變化,測量其質(zhì)量損失率和尺寸變化率或強力損失量。變化溫度條件,重復上述實驗。1.3.2步驟1洗凈步驟需視溶液類型,在洗滌時適量加入堿液或酸液進行中和,以便充分洗去試樣上殘留的化學試劑。拉伸試驗按FZ/T60005標準進行。1.3.3計算公共格式2試驗用水刺非織造材料與熔噴非織造材料相比,在同樣的條件下,水刺非織造材料的損傷度較小,因此本實驗用水刺非織造材料測試強力的變化,用熔噴非織造材料測試質(zhì)量損失與尺寸變化。2.1耐丙酮水刺非織造材料的拉伸性能圖1為PLA熔噴非織造材料在15%的丙酮溶液(20℃)中,分別浸漬0.5、1、2h后,其質(zhì)量損失與尺寸變化趨勢。如圖所示,PLA熔噴材料在上述條件的溶液中浸漬一定時間,即有微量的質(zhì)量損失和面積縮小,隨著時間的延長,其變化率的增幅很小,其中增幅略大的尺寸變化率也不足5%。圖2為PLA水刺非織造材料在15%的丙酮溶液(20℃)中,分別浸漬0.5、1、2h后,其拉伸強力的變化趨勢。由圖可見,PLA水刺非織造材料經(jīng)過上述溶液浸漬后,其強力變化甚微。在濃度為15%的苯溶液(20℃)中,PLA非織造材料很快被溶解,呈粘性狀態(tài),而PET非織造材料在苯溶液中仍能保持原有質(zhì)量與尺寸。實驗表明,有機溶劑丙酮對PLA非織造材料性能的影響甚微,而苯則對PLA非織造材料有很大的侵蝕作用。2.2耐酸性2.2.1硫酸濃度對非織造材料拉伸性能的影響圖3為PLA熔噴非織造材料在15%硫酸溶液(20℃)中浸漬不同時間后,其質(zhì)量損失與尺寸變化趨勢。如圖所示,隨著浸漬時間的延長,PLA非織造材料的質(zhì)量損失小于3%,尺寸幾乎沒有變化。如果將硫酸濃度增大至35%,其質(zhì)量損失仍然小于3%,而收縮幅度增加(見圖4)。圖5為PLA水刺非織造材料在15%的硫酸溶液(20℃)中,分別浸漬0.5、1、2h后,其拉伸強力的變化趨勢。如圖所示,PLA水刺非織造材料經(jīng)過上述溶液浸漬后,其強力幾乎沒有變化。如果將硫酸濃度增大到35%,浸漬其中的PLA水刺非織造材料仍保持原有的強力(見圖6)。實驗表明,PLA非織造材料在強酸的環(huán)境下仍能保持其原有的性能。2.2.2pla水刺非織造材料在不同浸漬時間下的強力圖7為PLA熔噴非織造材料在15%醋酸溶液(20℃)中質(zhì)量損失與尺寸變化趨勢。如圖所示,隨著浸漬時間的延長,PLA熔噴非織造材料的質(zhì)量只有極微量的損失,尺寸幾乎不變。圖8是PLA水刺非織造材料在15%醋酸溶液(20℃)中強力的變化趨勢,在2h的浸漬過程中材料的強力幾乎沒變。實驗表明,弱酸對PLA非織造材料的性能沒有影響。2.3耐堿性2.3.1phla水刺非織造材料的降解如圖9所示,在濃度為15%的氫氧化鈉溶液(20℃)中浸漬一定時間后,PLA熔噴非織造材料的質(zhì)量損失急劇增加,時間越長,損失量越大;其面積的收縮率也隨著浸漬時間的增加而增加。圖10表明,隨著堿液溫度的提高,PLA熔噴非織造材料的降解速度加劇,以致在氫氧化鈉溶液中被完全溶解,而PET熔噴非織造材料在同樣的堿浴中的降解程度要小于PLA非織造材料。圖11為PLA和PET水刺非織造材料在15%氫氧化鈉(20℃)中的強力變化趨勢。如圖所示,PLA非織造材料在上述溶液中浸漬0.5h,其縱向強力就降至51N,強力損失率高達42%,而PET非織造材料在相同堿液浸漬0.5h后,其縱向強力的損失率為18%。隨著浸漬時間的增加,兩者的強力均降得更低,但PET非織造材料的強力下降趨勢始終小于PLA非織造材料。同樣若增加堿液溫度,PLA水刺非織造材料迅速降解,以致無法測定其強力。若將氫氧化鈉濃度降低至5%,浸漬其中的PLA水刺非織造材料,其強力仍然隨時間的延長而迅速下降,且相同時間內(nèi)的強力損失大于15%堿液濃度下的試樣,見圖12。隨堿液濃度降低,PLA非織造材料的強力下降幅度反而增加的現(xiàn)象很可能是由于溶液濃度增加導致溶液密度增加,使材料易浮在液體表面,造成降解反應不完全。實驗表明,PLA非織造材料在氫氧化鈉一類的強堿環(huán)境中,發(fā)生了劇烈的降解反應,而且溫度的提高,加速了該反應的進行。在相同的條件下,PLA非織造材料的降解速率大大高于PET非織造材料。2.3.2耐堿特性分析如圖13所示,PLA熔噴非織造材料在15%氨水(20℃)溶液中隨浸漬時間的延長,其質(zhì)量損失逐漸增加,2h后達到15%,而PET非織造材料的質(zhì)量損失幾乎為0;如圖14所示,提高15%氨水溶液的溫度,PLA試樣的質(zhì)量損失迅速增加,直至完全溶解,而PET非織造材料在溶液溫度為65℃時的質(zhì)量損失不到10%。如圖15所示,PLA水刺非織造材料在15%氨水(20℃)溶液中浸漬后,強力有所下降,但相對于強堿浸漬幅度較小。實驗表明,PLA非織造材料在弱堿的環(huán)境中,性能的變化大大小于強堿環(huán)境對其的影響,但由于該材料的熔點較低,對溫度的敏感程度要大于弱堿溶液本身。3機械分析3.1pla高分子聚合物的化學降解PLA非織造材料在酸、堿溶液和有機溶劑的化學環(huán)境中,其質(zhì)量和拉伸強力以及外觀形態(tài)等性能發(fā)生變化的主要原因是PLA高分子聚合物的化學降解。PLA大分子是縮聚反應的產(chǎn)物3.2溫度對化學降解的影響和大多數(shù)熱塑性聚合物一樣,PLA非織造材料對溫度十分敏感。在本實驗中,當其他條件不變時,提高溶液溫度,試樣的熱縮性增加,化學降解加劇。與PET、聚酰胺(PA)等聚合物相比,PLA的熔點較低(130～170℃)3.3噴pla非織造材料與水刺非織造材料的工藝關系聚合物材料的降解除了與參與反應的化學試劑、溫度有關外,還與該聚合物的相對分子質(zhì)量和聚集態(tài)有關熔噴PLA非織造材料與水刺非織造PLA材料是采用兩種不同的非織造工藝制成的。前者是聚合物直接噴絲成網(wǎng),自粘合加固。其聚合物熔體粘度較小,加上拉伸成形時取向結晶不充分,纖維中的無定形區(qū)較多,化學試劑很容易擴散其中,因此在同樣的實驗條件下,熔噴非織造材料的降解速度和熱縮性大于水刺非織造材料。4pla非織造材料的改性研究(1)PLA非織造材料的耐酸性較好,耐堿性很差,在堿性條件下的降解速率大大高于結構相似的PET非織造材料;有機溶劑丙酮對PLA非織造材料影響較小,而有