聚乳酸熔喷非织造布研究最新进展

聚乳酸(PLA)是以乳酸为重复单元的聚酯类高分子，具有良好的生物降解性，在使用废弃时，可以降解成水和二氧化碳，不会对环境产生污染。聚乳酸作为一种可生物降解且环保的聚合物，在当代社会应用广泛，如在纤维材料领域可替代部分传统聚合物。但它存在稳定性有限、熔点较低等问题，限制了其在耐热、耐用型应用场景中的使用。

基于上述背景，中国科学院长春应用化学研究所张会良研究员课题组采用左旋聚乳酸(PLLA)与右旋聚乳酸(PDLA)熔融共混的方法制备了立构复合晶体改性聚乳酸熔喷非织造布(图1)，通过氢键的作用，生成立构复合晶体(图2)来提高聚乳酸熔喷非织造布的稳定性。详细研究了其结构、热性能、热稳定性、生物降解性和结晶形态等。随着PDLA的含量增加，有更多的立构复合晶体生成，立构复合晶体的WAXD衍射峰逐渐增强(图3)。

图1 熔喷非织造布制造过程。

图2  立构复合晶体生成示意图。

图3 熔喷非织造布的WAXD衍射图。

随着立构复合晶体含量增加，如图4所示，PLLA/PDLA 共混物的储能模量(G')、损耗模量(G'')和复数粘度(|η*|)上升。在流变性能方面，当 PDLA 含量为0 wt%~3 wt%时，由于立构复合晶体含量较少，体系粘度几乎不变，呈现牛顿流体行为；超过3 wt% 后，非牛顿行为愈发明显。

图4 PLLA/PDLA共混物的(a)储能模量(G')、(b)损耗模量(G'')和(c)复数粘度(|η*|)。

热重分析（图5）结果显示，与纯 PLLA 熔喷无纺布相比，PLLA/PDLA 熔喷无纺布的热稳定性显著增强。当PDLA含量达到10 wt%时，10%失重温度(T_10%) 从277.5 ℃提升到 342.4 ℃，最大分解速率温度从 324.7 ℃提高到 376.8 ℃。这得益于立构复合晶体的形成，并增强了分子间相互作用，提升了材料的热稳定性。

图5 聚乳酸熔喷非织造布的热失重曲线。

生物降解性如图6所示， PLLA/PDLA 熔喷非织造布的失重率随 PDLA含量增加而降低，但整体降解速率仍保持较高水平。立构复合晶体相比纯 PLLA 对蛋白酶 K 具有更强的降解抗性，在酶解过程中，蛋白酶K优先降解无定形区域，而稳定的立构复合晶体作为晶体骨架提高了材料的抗酶解性能。

图6 聚乳酸熔喷非织造布的随时间变化的酶降解失重曲线。

文章结论

该研究为获取和大规模制备高性能聚乳酸熔喷非织造纺布提供了有效策略，制备的环保型聚乳酸熔喷熔喷非织造布在热稳定性和抗降解性上表现出色，有望拓展 PLA 材料在包装、过滤、医疗等领域的应用。未来，研究团队将进一步探索优化材料性能的方法，推动 PLA 材料在更多行业的广泛应用，助力可持续发展。

该工作发表在Chinese Journal of Polymer Science上。于谨硕博士研究生是该论文的第一作者，潘宏伟副研究员为通信联系人。该项工作得到吉林省科技计划项目(项目号：20240304161SF)的资助。