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静电纺丝之您想知道系列—PLA(聚乳酸)
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静电纺丝之您想知道系列—PLA(聚乳酸)

  • 来源:原创
  • 浏览次数:
  • 日期:2020-12-25 11:24

【概要描述】本文介绍静电纺丝PLA材料的性质、应用领域、制备流程、常见纺丝工艺问题及解决方法。

静电纺丝之您想知道系列—PLA(聚乳酸)

【概要描述】本文介绍静电纺丝PLA材料的性质、应用领域、制备流程、常见纺丝工艺问题及解决方法。

  • 分类:工艺解决方案
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  • 来源:原创
  • 发布时间:2020-12-25 11:24
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目录

1.PLA材料的性质

2.静电纺PLA的应用

3.静电纺PLA流程

4.常见纺丝问题及解决方法

 

1. PLA材料的性质

聚乳酸,又称聚丙交酯,是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物,是一种新型的生物降解材料。聚乳酸(H-[OCHCH3CO]n-OH)具有热稳定性好的特点,加工温度170~230℃,有好的抗溶剂性,可用多种方式进行加工,如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外,生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好,聚乳酸可溶于部分有机溶剂,包括氯仿、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷。

 

2. 静电纺PLA的应用

(1)药物缓释:由于聚乳酸作为药物载体易溶于溶剂,聚乳酸药物载体在水解时其产物对生物本身及环境都无副作用。因此,以聚乳酸作为药物释放材料,可以减慢药物的释放速度,从而在一定程度上能够延长药物控制病症的时间,能够更好的保持药物的疗效,可应用于敷料、药物外衣等。

在制造药物缓释递送的支架材料方面,有材料混合纺丝方法、多层结构打印复合方法、核壳技术制备方法、吸附方法等。其中,核壳技术被认为是一种较有应用前景的方法。以聚乳酸材料为壳层,药物有效成分为核层,通过聚乳酸材料在体内的缓慢溶解,实现药物缓慢释放的功能。更多技术资料,可添加文末的“纳米工具人”微信号进行索取。

图1 核壳结构制备原理模型图

 

(2)生物补片:PLA具有良好的生物相容性及体内降解性能,以PLA为主体材料的生物补片,具有与细胞外基质相似的纳米纤维支架结构,有利于细胞的黏附生长,且可促进细胞的接触、渗透、保持细胞结构的稳定性,使得细胞沿纤维定向生长。

图2 生物补片

 

(3)医用手术缝合线:PLA具有良好的生物相容性及体内降解性能,通过静电纺丝将PLA制备成医用手术缝合线,术后无须二次取出,且与肌体有良好的相容性,能自行降解。

图3 医用手术缝合线

 

(4)服装面料:静电纺丝可以将PLA加工成为纱、非织造布等,具有可燃性和生物相容性,制成的织物有丝般的光泽和手感,有优异的悬垂性和滑爽性,不刺激皮肤,对人体健康,穿着舒适,尤其合适于内衣和运动衣。同时,作为一种环境友好的可降解材料,聚乳酸未来在服装面料领域的应用潜力巨大。

图4 服装面料应用流程

 

3. 静电纺PLA流程

3.1 主要材料及仪器:

(1)纺丝材料:PLA颗粒或粉末,分子量6万-50万;DMF(或e二氯甲烷)溶剂,分析纯。

(2)实验仪器:50mL锥形瓶、磁力搅拌器、水浴锅、电子天平、E05静电纺丝机/MF04-002量产设备。

 

3.2 纺丝液配制

使用电子天平称取一定质量溶剂DMF于锥形瓶中,加入磁力搅拌子,置于水浴锅中搅拌;再称取一定质量的PLA,缓慢加入搅拌的锥形瓶中;盖紧瓶盖,防止水汽进入锥形瓶;设置水浴温度为60℃,连续搅拌溶解4h,至溶液澄清透明,即可得到一定质量浓度的PLA纺丝液。

常见PLA纺丝液质量浓度为10% -15%;溶剂体系包括氯仿、丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷等。

 

3.3 纺丝过程及参数

将上述PLA纺丝液抽到20mL注射器中,注射器固定到纺丝机注射泵上,装上20G (1/2 英寸,平口)不锈钢针头以及适配的气流纺喷头,针头接高压电源正极,接收辊筒接高压电源负极,辊筒上贴上接收基材;设置注射泵规格为20mL, 供液速度1~5mL/h,喷头气压0.01~0.02Mpa,辊筒转速300转/min,滑台行程20cm,纺丝电压正15kV,负5kV,温度35℃,湿度40%,定时120min,最后关闭设备门,开启排风。 常用接收基材:铝箔纸、离型纸、无纺布、筛网布等。

 

4. 常见的纺丝问题及解决方案

(1)纺丝液保存过程中,发生凝胶:部分PLA纺丝液对保存温度有一定要求,因而需在干燥密闭且保持一定温度范围的条件下保存,建议现配现用或者密封保存2天内使用。

(2)纺丝过程,针尖出现凝胶条:当PLA纺丝液在低于一定温度后,黏度会逐渐提高,针尖易出现凝胶条,并不断生长加长至甩动脱落。或者,该现象会因气源湿度过大而出现。因此,纺丝过程中需要保证纺丝液所处环境温度在一定温度范围内,同时气源湿度不能太高,避免溶液粘度变化或者在针尖接触潮湿气体导致无法正常持续纺丝的问题。

(3)纤维直径分布大,且纤维直径粗:一般是纺丝液的中PLA浓度太高,建议继续降低PLA浓度。另外,PLA分子量太高,PLA分子在溶液中缠结过高,黏度提升,牵伸力不足,也会导致纤维直径变粗。

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