“金三发·当盛”杯获奖作品展 | 二等奖：“原位纳米成纤”规模化制备增强超韧PLA熔喷非织造材料

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作品设计的目的与意义

近年来，石油基聚合物大量使用造成的环境污染问题日益严峻，绿色低碳发展已成为主题。。

聚乳酸（PLA）是目前生物基可降解材料中最为热门的一种聚合物，能够在土壤中完全分解为水和二氧化碳，实现完全降解。然而，由于PLA室温下脆性较大，冲击性能较差，限制了其广泛应用。因此，许多研究者已经对PLA增韧进行研究，例如将PLA与热塑性弹性体进行共混或与无机颗粒、填料复合等，然而，这些方法虽然能够增大PLA的韧性，但却会使PLA的强度降低，因此，如何对PLA同时增强与增韧至关重要。

熔喷是一种产业化制备亚微米/微米、甚至纳米超细纤维技术，其流程短、生产效率高、污染少。熔喷非织造材料轻质、蓬松、多孔、孔隙率高，这些特性赋予其在过滤、清洁、吸油、保暖等领域具有显著应用价值。通过熔喷技术构建一种“原位成纤”结构，分散相在PLA连续相中以微纤形式存在，实现了PLA的增强与柔韧效果，有很大的应用价值。

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原料与技术

为获得增强增韧的PLA熔喷材料，以熔喷级PLA、PA11为原料，自制PLA-g-(St-co-GMA)增容剂，反应性挤出制备了PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11共混母粒，并进一步制备了熔喷PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11纤维网，与纯PLA熔喷纤维网相比，具有优异的强度与韧性。

图1xa0PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11熔喷非织造材料的制备流程

图2所示为PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11熔喷非织造材料的纤维直径分布图以及相应的表观形貌。由图2可以看出，在PLA-g-(St-co-GMA)的增容作用下，PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11共混熔体有良好的均匀性，随着共混体系中PA11和PLA-g-(St-co-GMA)的比例的提高，PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11熔喷纤维的平均直径从3.58 μm增加至5.24 μm，其平均孔径相比单一熔喷非织造材料有所提高，这是由于PA11在连续相基体PLA中以微纤形式存在。

由图3可知，由于“原位成纤”结构的存在，PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11熔喷材料的拉伸力学性能整体增加，随着PA11和PLA-g-(St-co-GMA)共混比例的提高，熔喷材料的强度提高，且到达应力峰值后同样呈现出一定伸长率的“屈服平台”，断裂功明显提高，显示出更好的抗形变能力。以PLA/PLA-g-(St-co-GMA)/PA11(70/15/15)熔喷材料为例，其强度、应力峰值伸长率和断裂功与单一PLA熔喷材料相比，分别提高了75.0％、243.4％和218.10%。

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应用领域

熔喷PLA非织造材料，具有轻质、蓬松、多孔、孔隙率高等的特点，能够应用于过滤、清洁、吸油、保暖等领域，且PLA可以在特定条件下完全降解，有极大的应用价值。

本作品采用熔喷技术，构建一种“原位成纤”结构，即分散相PA11作为增强相在PLA基体中受到拉伸成为微纤，如图4所示。PLA基体被拉伸时，微纤分子链滑移纠缠，从而对PLA基体进行增强增韧。

图5xa0原位成纤结构示意图

4作品的创新点

本作品创新点主要有：

（1）构建一种“原位成纤”结构，对PLA纤维进行增强增韧，与传统方法如共混、复合相比，能够在不牺牲PLA强度的前提下对PLA进行增韧；

（2）使用熔喷纺丝的方法实现“原位成纤”结构，可直接进行下一步加工。

5. 作品实物照片

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