聚乳酸非織造材料的耐化學(xué)性能研究

聚乳酸非織造材料的耐化學(xué)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(yīng)性吸引了越來越多的關(guān)注者，如醫(yī)學(xué)、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(xué)環(huán)境的影響。研究PLA非織造材料的耐化學(xué)性能,有利于更安全有效、更科學(xué)地使用和更廣泛地拓展其應(yīng)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(jī)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(qiáng)力損失量,從而分析其在不同化學(xué)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(qiáng)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(qiáng)力損失量。變化溫度條件,重復(fù)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(jìn)行中和,以便充分洗去試樣上殘留的化學(xué)試劑。拉伸試驗按FZ/T60005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)力(見圖6)。實驗表明,PLA非織造材料在強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)力的變化趨勢,在2h的浸漬過程中材料的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)力就降至51N,強(qiáng)力損失率高達(dá)42%,而PET非織造材料在相同堿液浸漬0.5h后,其縱向強(qiáng)力的損失率為18%。隨著浸漬時間的增加,兩者的強(qiáng)力均降得更低,但PET非織造材料的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)力仍然隨時間的延長而迅速下降,且相同時間內(nèi)的強(qiáng)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(qiáng)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(dǎo)致溶液密度增加,使材料易浮在液體表面,造成降解反應(yīng)不完全。實驗表明,PLA非織造材料在氫氧化鈉一類的強(qiáng)堿環(huán)境中,發(fā)生了劇烈的降解反應(yīng),而且溫度的提高,加速了該反應(yīng)的進(jìn)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(dá)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(qiáng)力有所下降,但相對于強(qiáng)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(qiáng)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(jī)械分析3.1pla高分子聚合物的化學(xué)降解PLA非織造材料在酸、堿溶液和有機(jī)溶劑的化學(xué)環(huán)境中,其質(zhì)量和拉伸強(qiáng)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(xué)降解。PLA大分子是縮聚反應(yīng)的產(chǎn)物3.2溫度對化學(xué)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(dāng)其他條件不變時,提高溶液溫度,試樣的熱縮性增加,化學(xué)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(guān)系聚合物材料的降解除了與參與反應(yīng)的化學(xué)試劑、溫度有關(guān)外,還與該聚合物的相對分子質(zhì)量和聚集態(tài)有關(guān)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(jié)晶不充分,纖維中的無定形區(qū)較多,化學(xué)試劑很容易擴(kuò)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(jié)構(gòu)相似的PET非織造材料;有機(jī)溶劑丙酮對PLA非織造材料影響較小,而有