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生物可降解聚酯的应用前景
发布者:产业用及无纺布展 | 发布日期:2021/3/24 9:20:08

 

  生物可降解聚酯早期在成本、材料性能方面与通用合成材料(合成纤维、合成树脂、合成橡胶)相比并无竞争优势,主要应用于医疗领域。随着可持续发展理念逐渐被接受,城市化建设、经济社会发展和人们生活水平提高,原料、生产成本大幅度下降,相关加工技术快速发展,近年来生物可降解聚酯正加速发展,逐渐被广泛用于“用即弃”领域和医疗健康领域。

  
  

  
  纤维和非织造布
  
  生物可降解聚酯纤维目前从技术和应用角度可分为三大类。
  
  一是用于“用即弃”领域的低成本非织造布,包括医疗领域防护服、清洁布、口罩、床垫等;日常生活用卫生洁净产品如擦拭布、面膜、卫生巾、纸尿裤等,以及产业用过滤(空气、液体等)材料、土工布等。

  
  

工业擦拭巾

  
  二是具有降解速度可控、使用性能接近天然纺织品的织造物,包括产业用单丝、防护网、购物袋、覆盖用织物、家居织物、建筑用织物等,只有埋在土里才降解,但不会在日照、雨淋时失去使用性能。
  
  三是采用复合纺丝、静电纺丝等先进技术加工用于黏结、人体治疗、修复、超级过滤等的人体亲和、特殊功能纤维。例如可以促进伤口愈合、减少伤口疼痛的医用敷料、缝合线、人造皮肤、血液过滤材料等。
  
  中国科学院长春应用化学研究所研究团队与常熟市长江化纤有限公司合作,2006年已经实现了直纺PLA长丝的生产。2019年,中国恒天长江生物有限公司建成2 000t/a的连续聚合熔体直纺PLA长丝生产线,正在建设 1 万t/a的生产线。由于熔体直纺技术不需要切片造粒、干燥等中间过程,大大降低了PLA纤维的生产成本,是未来发展的主要方向。
  
  2015年美国Poole(普尔)股份有限公司采用回收聚酯瓶制成生物可降解聚酯纤维EcoSure-Bioblast?,用于加工非织造擦拭布,并测试证实了这种纤维可在厌氧环境中快速分解,与PET相比,其生物降解速率至少提高了12倍。
  
  2014年东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心开发了PBST纺黏非织造布作为土工排水板滤膜应用,并比较系统地研究了降解过程。江苏新民纺织科技股份有限公司、东华大学采用PBST纺制FDY,用于纺织物,还可利用PBST纤维特有的弹性回复率用于敷料、创口贴基布和膏药基布。
  
  广州市仁辉贸易发展有限公司采用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)为原材料,二甲基甲酰胺(DMF)及丙酮为溶剂,用嵌套纺丝体电纺设备制成不同粗细的纳米纤维,与传统的医用敷料相比,PLGA纳米纤维具有丰富的纳米孔隙结构、较高的比表面积、良好的生物相容性和优异的可降解性。
  
  薄膜和包装
  
  目前,生物可降解聚酯比较成熟的应用市场是包装材料,其中采用双向拉伸方式生产的透明膜多用于食品、保鲜膜、生鲜冷链包装。采用吹膜方式生产的薄膜用于厨余垃圾、家庭垃圾袋以及产业用的农用地膜、封胶带基材。采用淋膜方式生产的薄膜用于纸基快递、邮件表面防水处理,采用共混单层多层共挤出方法得到片材,用于吸塑成型容器或折叠式容器盒,例如饮水杯、快餐盒、小型物件吸塑包装、透明面罩、口罩等。

  
    
  可降解的快餐包装用品


  PLA、PBAT、PBST具有良好的透明性,可吹膜、也可双向拉伸成膜,应用领域广泛。PGA的阻隔性能优异,还可用于食品保鲜、药品以及湿式化妆用品(例如面膜)的包装。
  
  随着城市化进程的加快,快递包装物的使用量也呈几何式增长,2017年达到401亿件,全年产生的固态垃圾超过800万t,除了纸质包装能够回收外,可降解密封黏结带、纸质防水淋膜的市场需求也在逐年增加。
  
  山东农业大学采用PBAT/PLA为原料,环氧类ADR4370S为扩链剂,研究了反应物配比和工艺参数对挤出法制备可降解地膜性能的影响。ADR用量为0.8%时,地膜的横向和纵向拉伸强度分别提高30.0%和18.1%,纵向断裂标称应变由53.6%提高到130.1%,纵横向直角撕裂强度趋于一致。
  
  山东莱芜新甫冠龙塑料机械有限公司设计开发了适用于降解薄膜的专用螺杆以及降解薄膜吹塑机组,通过设计联接部、加料部、熔融部以及计量均化部的结构,能够满足降解薄膜材料的要求,提高了生物降解薄膜的加工性能以及透光率,降低了生物降解薄膜的雾度。
  
  注塑成型和3D打印
  
  碳酸钙、滑石粉、淀粉填充的PBSA、PBST、PBSA、PBS均可采用注塑工艺成型,该方法加工工艺稳定可靠,制品成品率高,可以制备一次性刀、叉、勺、牙刷、牙膏管、梳子等“用即弃”日常用品。
  
  日本的绿色科学联盟有限公司用纳米纤维素/PLA复合材料注塑成型制作了餐具样品。纳米纤维由树木、废木材、植物和废纸等天然生物质制成,因此成本低廉。复合材料的重量仅为钢材的 1/5,但强度是其 5 倍,热膨胀系数低,保持了更高的弹性模量。美国NatureWorks公司开发出专用超临界气体微发泡原料Ingeo?8052D,可用于鲜肉和蔬菜包装;意大利Coopbox公司利用超临界CO2制备PLA发泡餐盒,用于冷鲜食品的包装。日本三菱汽车公司使用PBS和竹原纤维的复合材料,用于汽车内饰件,竹原纤维可有效提高注塑件的力学强度。

  
    
  可生物降解餐具

  
  采用溶剂法所制备出的PLA人体组织工程产品中存在残余有机溶剂,对人体具有负面影响,超临界发泡法可制备优异的泡孔结构,是安全、高效的新方法。
  
  在组织工程中,3D打印支架技术是一个正在快速发展的研究领域。随着技术和生物材料的不断进步,支架的微观结构得到优化,机械强度和生物活性得到提高。PCL和PLA-PGA(PLGA)是该应用的研究热点,两者的主要优点是其降解产物的低生物毒性,在人体中可以完全代谢,因此可用于心脏支架。
  
  生物可降解血管支架特有的可降解性可以避免在人体内置入永久性异物,随着时间推移,支架可被人体完全降解吸收,除了潜在的生理学益处之外,还能让血管逐渐恢复原状,这对年轻患者具有更大的益处。2013年,仅我国实施植入支架手术的患者超过40万例,支架的使用量在60万枚左右,预计2023年可达到100万枚以上,市场前景广阔。

  
  

  新型人造材料与人体组织的结合