在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，生物可降解材料正掀起一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)變革。聚乳酸（PLA）非織造布，憑借其可再生、可降解的特性，成為環(huán)保材料領(lǐng)域的一匹黑馬。

聚乳酸(PLA)是以乳酸為重復(fù)單元的聚酯類高分子，具有良好的生物降解性，在使用廢棄時(shí)，可以降解成水和二氧化碳，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。聚乳酸作為一種可生物降解且環(huán)保的聚合物，在當(dāng)代社會(huì)應(yīng)用廣泛，如在纖維材料領(lǐng)域可替代部分傳統(tǒng)聚合物。但它存在穩(wěn)定性有限、熔點(diǎn)較低等問(wèn)題，限制了其在耐熱、耐用型應(yīng)用場(chǎng)景中的使用。

圖 1：立構(gòu)復(fù)合晶體生成示意圖

基于上述背景，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所張會(huì)良研究員課題組采用左旋聚乳酸(PLLA)與右旋聚乳酸(PDLA)熔融共混的方法制備了立構(gòu)復(fù)合晶體改性聚乳酸熔噴非織造布，通過(guò)氫鍵的作用，生成立構(gòu)復(fù)合晶體(圖1)來(lái)提高聚乳酸熔噴非織造布的穩(wěn)定性。他們?cè)敿?xì)研究了其結(jié)構(gòu)、熱性能、熱穩(wěn)定性、生物降解性和結(jié)晶形態(tài)等。隨著PDLA的含量增加，有更多的立構(gòu)復(fù)合晶體生成，立構(gòu)復(fù)合晶體的WAXD衍射峰逐漸增強(qiáng)(圖2)。

圖 2：熔噴非織造布的 WAXD 衍射圖

隨著立構(gòu)復(fù)合晶體含量增加，如圖3所示，PLLA/PDLA 共混物的儲(chǔ)能模量(G')、損耗模量(G'')和復(fù)數(shù)粘度(|η*|)上升。在流變性能方面，當(dāng) PDLA 含量為0 wt%~3 wt%時(shí)，由于立構(gòu)復(fù)合晶體含量較少，體系粘度幾乎不變，呈現(xiàn)牛頓流體行為；超過(guò)3 wt% 后，非牛頓行為愈發(fā)明顯。

圖3：PLLA/PDLA共混物的(a)儲(chǔ)能模量(G')、(b)損耗模量(G'')和(c)復(fù)數(shù)粘度(|η*|)

熱重分析（圖4）結(jié)果顯示，與純 PLLA 熔噴無(wú)紡布相比，PLLA/PDLA 熔噴無(wú)紡布的熱穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。當(dāng)PDLA含量達(dá)到10 wt%時(shí)，10%失重溫度(T10%) 從277.5 ℃提升到 342.4 ℃，最大分解速率溫度從 324.7 ℃提高到 376.8 ℃。這得益于立構(gòu)復(fù)合晶體的形成，并增強(qiáng)了分子間相互作用，提升了材料的熱穩(wěn)定性。

圖 4：聚乳酸熔噴非織造布的熱失重曲線

生物降解性如圖5所示， PLLA/PDLA 熔噴非織造布的失重率隨 PDLA含量增加而降低，但整體降解速率仍保持較高水平。立構(gòu)復(fù)合晶體相比純 PLLA 對(duì)蛋白酶 K 具有更強(qiáng)的降解抗性，在酶解過(guò)程中，蛋白酶K優(yōu)先降解無(wú)定形區(qū)域，而穩(wěn)定的立構(gòu)復(fù)合晶體作為晶體骨架提高了材料的抗酶解性能。

圖 5：聚乳酸熔噴非織造布的隨時(shí)間變化的酶降解失重曲線

該研究為獲取和大規(guī)模制備高性能聚乳酸熔噴非織造紡布提供了有效策略，制備的環(huán)保型聚乳酸熔噴熔噴非織造布在熱穩(wěn)定性和抗降解性上表現(xiàn)出色，有望拓展 PLA 材料在包裝、過(guò)濾、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用。

來(lái)源：榮格-《國(guó)際非織造工業(yè)商情》

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