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聚乳酸及“乳纤”介绍
聚乳酸(Polylacticacid)又称聚丙酯,简称PLA,属于聚酯家族,是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物。
聚乳酸的生产过程无污染,而且产品可以生物降解,实现在自然界中的循环,因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸的碳足迹仅为传统塑料、纤维的10-15%,且制品废弃后可完全降解为二氧化碳和水,没有微塑料的产生,也不会释放有毒有害气体,是当前生物新材料领域性价比最高、应用最广、安全性能得到公认的产品。
聚乳酸是以玉米、农作物秸秆等生物质原料,不以石油为原料,只以通过植物的光合作用形成的生物质可再生资源为原料,约2吨玉米就可以生产1吨聚乳酸,约3吨玉米秸秆、麦草秸秆就可以生产1吨聚乳酸,取之不尽、用之不竭。聚乳酸可替代传统石化塑料和石化纤维,制成纤维、薄膜、片材、板材等产品,广泛应用于服装、餐饮和食品包装、农业、汽车、生物医药等领域。
聚乳酸原料通过纺丝的方法制备的新型绿色纤维,俗称“乳纤(乳丝)”。常用的聚乳酸纤维可以分为聚乳酸长丝、聚乳酸短纤维及聚乳酸复合纤维等3类。
1.聚乳酸长丝
聚乳酸长丝是由多根长单丝经过拉伸、加捻或者变形工序形成的纤维集合体。其生产采用单锭生产方式,一根丝条包含几十根单丝,可以纺制成差别化聚乳酸纤维。
2.聚乳酸短纤维
聚乳酸短纤维是具有一定强力和弹力等力学性能的纤维产品,其目前有多种加工方式,可以在棉纺系统、毛纺系统和各种新型纺纱设备上进行加工,产品种类有纯纺产品,以及与棉、毛、麻、莱赛尔、木代尔等纤维的混纺产品。
3.聚乳酸复合纤维
聚乳酸复合纤维主要是一些特殊用途的聚乳酸与其他高分子材料的共聚合纤维,比如LA(乳酸)和GA(乙醇酸)共聚用作可吸收的手术缝合线、组织工程支架等材料,改变LA和GA的比例可改变其降解速度;又如具有良好导热性的聚乳酸/碳纤维复合纤维;用于电子包装的聚乳酸/天然洋麻复合纤维等。
聚乳酸纤维温润柔滑,弹性好,具有良好的生物相容性、柔软亲肤性,优异的芯吸效应和导湿作用,加工的产品有丝绸般的光泽和舒适性,悬垂性佳。聚乳酸纤维除了具有良好的力学性能,柔滑透气外,还具有一般化学纤维所不具有的可生物降解性和生物相容性。其与传统的聚酯以及棉等天然纤维相比,聚乳酸PLA纤维具有环保降解、无毒抗螨、抑菌保健、防火防湿、防过敏;亲肤以及抗紫外线等优越性能。聚乳酸纤维具有优良的物理特性和广泛的用途,其织物尺寸稳定性好,且集棉的舒适、粘胶的悬垂、涤纶的强度和真丝的手感于一身,服用性能优异,广泛应用于服装、装饰、卫材和产业等领域,是目前最具发展前景的“绿色纤维”。
聚乳酸非织造布在空气过滤行业的应用
1.口罩滤材
熔喷非织造材料具有纤维超细、孔径小、孔隙率高等特点,用于口罩等防护用品的滤材,可有效地滤除空气中粉尘、细菌等有害物质,保证佩戴者健康。目前市面在售的滤材原料大多为聚丙烯(PP)等不可降解的石油基聚合物,大量使用废弃后必将带来能源匮乏和环境污染问题。采用聚乳酸(PLA)制备熔喷非织造材料,用于空气过滤领域,可在一定程度上缓解能源匮乏与环境污染等问题。
国外聚乳酸(PLA)熔喷非织造材料进行研发最多的是欧美和日本,日本的幸和、钟纺、尤尼吉卡和东洋纺等厂家都进行过研究。不莱梅大学和田纳西大学最早进行研究,但因原料以及工艺条件的制约,制备的聚乳酸(PLA)非织造材料不具备应用能力。年美国NatureWorks公司开发出一种新型IngeoTM生物基PLA切片,可适用于传统熔喷工艺,制备的聚乳酸(PLA)非织造材料可用于空气过滤领域。国内由于熔喷技术研究起步较晚,受制于各方面技术的制约,聚乳酸熔喷非织造布一直未实现在产业上的大规模生产,部分企业处于实验研究阶段,但由于我国对环境友好型产品政策上的支持,PLA熔喷材料的制备及应用逐渐成为国内学者的研究热点。
聚乳酸(PLA)熔喷非织造材料为什么没能实现大规模商业化生产和得到广泛应用的主要原因是熔喷设备、工艺与材料特性三方面的阻碍,突破技术难度大,研发成本高。
民营企业运鸿环保科技有限公司研发团队通过对聚乳酸(PLA)熔喷全流程工艺与设备的改进,从配方、造粒工艺、熔喷设备改造,熔喷工艺调整,驻极方式开发等多方面探索并取得了巨大突破,提高了聚乳酸(PLA)熔喷纤网强度,达到接近于聚丙烯(PP)熔喷材料的韧性与强度;部分熔喷纤维细度达到0.5微米以下(纳米),保障熔喷非织造布的过滤精度;提升材料驻极性能,使静电驻极后性状稳定可长时间保持95级以上的滤效,并真正实现了聚乳酸熔喷非织造材料的大规模工业化。
2.环保过滤材料
近年来,中国工业规模稳步扩大,随即促使过滤与分离市场需求的快速增加,也使得市场规模、新产品、新技术百花齐放。过滤与分离用纺织品作为产业用纺织品的重要领域之一,在工业烟尘过滤、空气净化、个体防护等气体过滤领域,以及液固分离、饮用水净化等液体过滤分离领域具有广阔的市场。深入践行新发展理念,主动顺应“双碳”目标要求,大力推动产业转型升级,实现环保滤料产业的绿色发展,才是行业未来的主旋律。聚乳酸(PLA)由于具备高分子材料的特性,可广泛用于环境过滤、水过滤、空气过滤等滤材的原料,且具备可降解环保的特性,符合“双碳”目标,为环保滤料产业发展带了重大机遇和广阔前景。
(1)袋除尘滤料
袋除尘滤料作为烟尘超低排放用关键材料,包括针刺毡、水刺毡、机织布等多个品种型号,在燃煤电厂、钢铁冶金、水泥窑炉、垃圾焚烧、石油化工等各行业的工业烟尘控制中起着重要作用。受国家强制环保标准与政策的驱动,供给侧结构性改革的带领以及国内庞大工业市场规模的支撑,近年来袋除尘滤料呈现出供需两旺的发展状态。据统计,袋除尘滤料市场规模为90亿元左右,产值增长率5%,产量增长率10%~15%,利润率10%左右,滤料出口近10亿元。未来,用于碳捕集工艺的滤料、焦化工艺用超耐温滤料、除尘/脱气态物双效滤料、新结构型式过滤单元、超耐温强腐蚀性过滤单元将成为袋除尘滤料产品创新与发展的重点方向。
(2)空气过滤材料
多年前国内多地空气质量态势严峻,近些年雾霾虽有所缓解但总体形势仍不乐观,新风系统、中央空调净化市场仍然保持快速增长趋势。包括工业、交通运输以及快速发展的基础设施建设带动的暖通空调领域对空气净化滤料的需求也在快速增长。另外,重雾天气使得空气净气材料使用周期缩短、更换频次增加,楼宇新风、洁净厂房、汽车滤清器、机器进气净化系统受空气质量影响,更换时间缩短。未来,密度渐变大容尘量粗效滤、覆膜表层高效滤料、熔喷纤维滤料将成为空气净化用滤料创新与发展的重点。
(3)液体过滤材料
液体过滤材料用于选矿工艺中从液体中回收矿物、废水处理中液固分离等,以机织、针织、编织物滤料等为主,非织造应用比例不断提升,电纺丝、熔喷、膜材料等具有优异的过滤性能,正在受到业内的广泛 3.香烟过滤嘴
滤嘴是卷烟组成中一个容易被忽视的部分。很多消费者认为,滤嘴平淡无奇。实际上,滤嘴的出现本身就是卷烟生产技术上的一个进步,起到了降焦减害的作用,借助滤嘴,烟草制品能实现自身口味的独特性,滤嘴风味让烟草制品更有辨识度,也能满足消费者日益个性化的需求。目前,在传统卷烟销量不断下降、新型烟草制品销量不断增长的大趋势下,滤嘴制造商也在新的细分市场中寻找更多商机。
时代不断进步,人们更 聚乳酸(PLA)生物基材料是国家“十三五”规划中提出要重点开发的材料之一,是一种具有极高的食品接触安全性和一定耐菌性、抗紫外线的优异低碳材料,是使用可再生的植物资源(玉米、木薯等)所提取的淀粉原料制成,是一种来自植物而不是石油,可%生物全降解,可在自然界中循环再生,被产业界一致认定为最具发展前途的绿色环保高分子材料,现已被广泛应用于生物医学等领域。经过聚乳酸(PLA)滤嘴过滤后的烟雾,使用者可以明显感受到入口的烟雾不咳不呛,口感更加细腻柔滑。这是因为聚乳酸丝束可以明显截留电子烟可能产生的冷凝液、漏油及大分子颗粒等。在聚乳酸(PLA)滤嘴黑科技的加持下,让电子烟提供真正醇净的安全烟雾,同时也更符合追求健康、安全的烟民需求。
未来应用展望
聚乳酸(PLA)作为21世纪快速发展的绿色材料,具有可再生性、生物可降解等特点。聚乳酸(PLA)熔喷非织造材料可将聚乳酸(PLA)性能优势与熔喷非织造材料的结构特点结合,能够有效滤除粉尘、微生物等微小颗粒物,可作为空气滤材。然而我国在发展聚乳酸(PLA)熔喷空气滤材的进程中仍存在一些难题,如聚乳酸(PLA)熔喷切片一般需从欧美国家进口,关税较高导致产品价格升高,市场推广难度增加;目前国内还未完全掌握聚乳酸(PLA)熔喷生产工艺,难以实现工业化。随着越来越多学者对聚乳酸(PLA)的深入研究,加速聚乳酸(PLA)生产技术的开发,降低生产成本,提高聚乳酸(PLA)非织造材料的性能,走自主创新之路,聚乳酸(PLA)熔喷非织造材料在空气过滤领域中的应用前景会愈加广阔。