可降解聚乳酸熔喷超细纤维空气滤材的制备
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摘要：本文研究了一种聚乳酸熔喷超细纤维空气过滤材料的制备方法，旨在提供一种具有良好防霾、防毒功能且过滤性好、滤阻较低的空气过滤材料。该材料采用聚乳酸切片为原料，经熔喷工艺直接成网制成。超细纤维的平均直径主要分布在1 ～ 5 μm之间，纤网克重在50 ～ 80 g/m2之间。经测试，材料透气性能优异，对粒径在1 ～ 1.5 μm粒子的捕集效率达90%以上，对大于1.5 μm粒子的捕集效率可达100%，对于PM 2.5的过滤效率接近100%。
中图分类号：TS176 文献标志码：A
The Preparation of Degradable PLA Superfine Fiber Meltblown Air Filter Material
Abstract： The paper introduced a preparation method for a melt-blown air filter material based on environmentally degradable polylactic acid （PLA） superfine fiber. It aimed at providing a good air filter materials with good anti-haze and gas-defense properties as well as high filtration efficiency and low filter resistance. The filter material uses polylactic acid chips as raw material， and is made with the advanced meltblown process. The average diameter of the superfine fiber is 1～5 μm and the web density is 50～80 g/m2. Experimental results show that the material has excellent permeability， it can capture more than 90% of the particle between 1～1.5 micron and 100% of the particles larger than 1.5 micron， and the PM 2.5 filtration efficiency can reach 100%.
Key words： degradable； PLA； meltblown； filter material
近年来，非织造熔喷技术飞速发展。聚乳酸（PLA）是一种生物基纤维，可生物降解，经过改性处理的PLA切片可以通过直接成网制备成环保可降解非织造材料。本文以PLA切片为原料，经过24 h烘干后，采用熔喷法直接成网技术制备PLA超细纤维材料。
1 试样制备
1.1 试验原料与器材
1.1.1 试验原料
PLA树脂切片（美国Natureworks公司），密度为1.24 g/cm3，熔体流动速率为70 ～ 85 g/10 min，玻璃化温度为55 ～ 60 ℃，结晶峰温为160 ～ 170 ℃。
1.1.2 试验设备
ROC-MB300熔喷试验设备（南通大学纺织服装学院与南通丽洋新材料开发有限公司联合研制）。
1.2 制备工艺
PLA超细纤维材料的制备流程为：真空干燥切片喂入熔融挤出过滤计量喷丝孔纺丝热气流牵伸负压收集粘合PLA超细纤维材料。
试验开始前，需将PLA切片放在真空干燥机中，在70℃下烘24 h，以去除PLA切片中的水分。为使材料具有超细纤维结构，纺丝时计量泵和挤出时动力应适当调低，而牵伸的热空气温度和压力要适当调高。网帘等部件的参数设定随产品克重而定，其余设备的温度参数如表 1 所示，其中空气压力为0.12 MPa。
2 性能测试与分析
2.1 测试仪器（表 2）
2.2 SEM测试与分析
将制得的PLA超细纤维材料镀金后，再在SEM扫描电镜下观测，结果如图 1 所示。
经SEM观测可知，PLA超细纤维材料为三维立体网状紧密排列结构。由于纤维杂乱排列，故材料的各向同性效应良好。材料中纤维的直径分布在 1 ～ 15 μm之间，其中1 ～ 5 μm的分布最为广泛，因此材料具有超细纤维结构的阻隔、过滤性能优异。
2.3 接触角测试与分析
PLA熔喷超细纤维的接触角平均为118°，由此可知PLA熔喷非织造材料的亲水性较差。这是因为PLA分子链有较多的甲基和酯基，但没有亲水的极性基团，因此材料表现出疏水性。
2.4 透气性测试与分析
非织造材料的透气性对产品的均匀性及产品的最终性能有一定的影响，并且对透气性的要求也因材料的用途不同而不同。如图 2 所示，PLA熔喷材料的平均透气量在2 000 L/（m2・s）左右，透气性能优异。这是因为熔喷非织造材料的纤维直径小，比表面积大，材料的透气性能佳。
2.5 过滤性能测试与分析
熔喷非织造材料中的纤维呈无规则分布，载体相在流过熔喷材料时，纤维曲径式系统可加强其分散效果，导致欲分离的粒子悬浮相能得到更多的机会与纤维碰撞和吸附，从而加强材料的过滤效果。
采用计数法测试材料的过滤效率，将DEHS气溶胶通过气溶胶发生器雾化，用高速空气流将气溶胶喷入过滤器检测系统的上游，气溶胶在气流作用下通过被测滤料到达检测系统的下游，再用光学粒子计数器对上、下游的气溶胶分别取样，通过上、下游气溶胶浓度之比计算出滤料的过滤效率。由图 3 可知，PLA超细纤维熔喷材料对直径在 1 ～1.5 μm之间粒子的捕集效率达90%以上，对大于1.5 μm粒子的捕集效率近100%，对于PM 2.5的过滤效率接近100%。这是因为PLA超细纤维熔喷材料在制备过程中对空气温度、空气速度及接收距离的控制良好，使纤维直径小，形成的微孔尺寸小，过滤精度高。
3 结语
（1）材料中纤维的主体直径为 1 ～ 5 μm，因此材料的阻隔、过滤性能优异；（2）材料对粒径在 1 ～ 1.5 μm之间粒子的捕集效率达90%以上，对大于1.5 μm粒子的捕集效率近100%，对于PM 2.5的过滤效率接近100%；（3）随着我国环境保护力度的加大，气体过滤材料已经成为过滤市场中增长最快的部分，PLA超细纤维由于可降解特性，具有广阔的应用前景。
参考文献（略）