医疗包装用聚乳酸熔喷超细纤维材料的退火工艺研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.006

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (6): 24-30.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.006

医疗包装用聚乳酸熔喷超细纤维材料的退火工艺研究

甄琪¹(), 秦子轩³, 张恒²(), 崔景强⁴, 王国锋⁴, 程文胜⁴, 李晗²

^1.中原工学院智能服饰与服装学院，郑州 451191
^2.中原工学院智能纺织与织物电子学院，郑州 451191
^3.郑州千光新材料有限公司，郑州 451100
^4.河南驼人医疗器械研究院有限公司，河南新乡 453400

收稿日期:2024-07-19 出版日期:2025-06-26 发布日期:2025-06-20
通讯作者: 张恒（1986—），男，副教授，博士，主要研究方向为新型非织造材料加工技术及其功能性应用，m-esp@163.com
E-mail:zhenqi7721@126.com;m-esp@163.com
作者简介:甄琪（1989-），女，实验师，硕士，主要研究方向为纤维材料的功能性结构调控、服装结构设计与工艺，zhenqi7721@126.com
基金资助:
河南省科技攻关项目(252102321023);河南省高校科技创新人才支持计划资助(24HASTIT011);河南省重大科技专项(231100320200);中原工学院优秀科技创新人才支持计划(K2023YXRC01);中原工学院学科骨干教师支持计划(GG202422)

Study on annealing process of polylactic acid melt blown microfibrous for medical packaging

ZHEN Qi¹(), QIN Zixuan³, ZHANG Heng²(), CUI Jingqiang⁴, WANG Guofeng⁴, CHENG Wensheng⁴, LI Han²

^1.College of Fashion Technology，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 451191，China
^2.College of Intelligent Textile and Fabric Electronics，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 451191，China
^3.Zhengzhou Qianguang New Materials Co，Ltd，Zhengzhou 451100，China
^4.Henan Camel Medical Equipment Research Institute Co，Ltd，Xinxiang 453400，China

Received:2024-07-19 Online:2025-06-26 Published:2025-06-20
Contact: ZHANG Heng E-mail:zhenqi7721@126.com;m-esp@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为提高医疗包装用聚乳酸基熔喷超细纤维材料的力学性能，对制备的PLA/PCL@EBS熔喷超细纤维材料进行退火整理。通过表征样品的结构形貌、结晶性能以及力学特性等研究发现，退火整理后样品纤维直径减小，退火温度为80 ℃时，样品纤维直径在6 μm内分布频率最大为72.0 %；当退火温度从60 ℃升高为80 ℃时，样品结晶度由5.1 %增大至29.7 %；同时，样品力学性能也获得提升，其纵横向断裂强度分别由16.4 N/5 cm与3.4 N/5 cm增加为30.9 N/5 cm与8.4 N/5 cm，顶破强度由10.1 N/5cm增至18.9 N/5cm。响应面分析得出，退火温度为70 ℃，退火时间为30 min时，样品力学性能最佳。

关键词: 聚乳酸, 熔喷超细纤维, 退火整理, 力学性能, 医用包装

Abstract:

To enhance the mechanical performance of polylactic acid （PLA）⁃based melt⁃blown microfibrous materials for medical packaging， PLA/PCL@EBS melt⁃blown microfibrous samples were subjected to annealing. The structural morphology， crystallinity， and mechanical properties of the samples were systematically characterized. The results indicated that the annealing action reduced fiber diameter， with 72.0 % of fibers falling within a 6 µm diameter range at elevated annealing temperatures. Increasing the annealing temperature from 60 to 80 ℃ significantly improved crystallinity， rising from 5.1 % to 29.7 %. Concurrently， mechanical properties were enhanced： machine⁃direction and cross⁃direction fracture strengths increased from 16.4 and 3.4 N/5 cm to 30.9 and 8.4 N/5 cm， respectively， while top⁃break strength improved from 10.1 N/5 cm to 18.9 N/5 cm. Response surface methodology further revealed optimal mechanical performance at an annealing temperature of 70 °C and a duration of 30 minutes.

Key words: poly（lactic acid）, melt blown microfibrous, annealing process, mechanical property, medical packaging

中图分类号:

TQ321

甄琪, 秦子轩, 张恒, 崔景强, 王国锋, 程文胜, 李晗. 医疗包装用聚乳酸熔喷超细纤维材料的退火工艺研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 24-30.

ZHEN Qi, QIN Zixuan, ZHANG Heng, CUI Jingqiang, WANG Guofeng, CHENG Wensheng, LI Han. Study on annealing process of polylactic acid melt blown microfibrous for medical packaging[J]. China Plastics, 2025, 39(6): 24-30.

图/表 9

图1 超细纤维材料的熔喷制备及退火整理示意图

Fig.1 The microfibrous schematic diagram of melt blown preparation and annealing

图2 不同退火温度下样品的电镜图片与纤维直径分布

Fig.2 SEM pictures and fiber diameter distribution of different annealing temperatures samples

样品	单位面积质量/g•m^-2	厚度/mm	孔隙率/%
未处理	95.1	0.717	83.2
1	93.0	0.675	81.4
2	89.1	0.630	84.7
3	84.5	0.595	85.2
4	78.0	0.534	88.1
5	74.6	0.520	89.6
6	93.1	0.690	83.4
7	91.0	0.655	86.2
8	90.7	0.611	87.6
9	90.1	0.583	89.5
10	89.2	0.546	91.3

表1 不同样品的特征参数

Tab.1 Characterization parameters of samples

图3 不同退火温度下样品的模态孔径分布

Fig.3 The pore size distribution of different annealing temperatures samples

图4 不同退火温度整理后样品的结晶性能

Fig.4 The crystallization performance of different annealing temperatures samples

图5 样品的纵横向力值⁃位移曲线

Fig.5 Machine direction and cross direction force⁃displacement curves of samples

样品	纵向断裂强度/N•（5cm）^-1	纵向断裂伸长率/%	横向断裂强度/N•（5cm）^-1	横向断裂伸长率/%	顶破强度/N•（5cm）^-1
未处理	12.8	39.1	2.6	28.1	5.7
1	16.4	18.9	3.4	16.1	10.1
2	25.0	17.6	4.8	17.0	12.5
3	29.9	15.2	5.0	24.4	13.4
4	30.1	13.7	5.8	25.7	15.4
5	30.9	13.5	8.4	32.4	18.9
6	23.1	18.7	4.6	13.2	9.8
7	25.2	16.2	4.9	17.4	10.2
8	27.3	15.9	5.0	19.6	10.5
9	29.9	13.9	5.3	22.4	11.0
10	31.0	13.1	7.2	26.8	12.5

表2 样品的力学性能测试参数

Tab.2 Mechanical properties of the samples

图6 样品的防水透气性能

Fig.6 The waterproof and breathable performance of samples

图7 响应面分析结果

Fig.7 Results of response surface analysis

参考文献 17

1	刘琛，杨凯璐，陈明星，等. 熔喷非织造材料制备及其应用研究进展［J］. 现代纺织技术， 2024， 32（05）： 116⁃129.
	LIU C， YANG K L， CHEN M X， et al. Research progress in the preparation and application of melt⁃blown nonwovens［J］. Advanced Textile Technology， 2024， 32（05）： 116⁃129.
2	Panou A， Karabagias I K. Biodegradable packaging materials for foods preservation： sources， advantages， limitations， and future perspectives［J］. Coatings， 2023， 13（7）： 1 176.
3	Ramos T， Christensen T B， Oturai N， et al. Reducing plastic in the operating theatre： Towards a more circular economy for medical products and packaging［J］. Journal of Cleaner Production， 2023， 383： 135379.
4	秦子轩，张恒，李晗，等. 非溶相共混熔喷非织造技术的研究进展［J］. 纺织学报， 2024， 45（03）： 219⁃226.
	QIN Z X， ZHANG H， LI H， et al. Review on non⁃compatibility blend melt blowing nonwoven process［J］. Journal of Textile Research， 2024， 45（03）： 219⁃226.
5	赵宝宝，钱晓明，朵永超，等. 梯度结构双组份纺黏水刺超细纤维非织造布透气性能数值模拟［J］. 高分子材料科学与工程， 2022， 38（05）： 81⁃88.
	ZHAO B B， QIAN X M， DUO Y C， et al. Numerical prediction of air permeability for bicomponent spunbond⁃spunlance microfiber nonwoven materials with gradient structure［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2022， 38（05）： 81⁃88.
6	夏磊，程博闻，西鹏，等. 闪蒸纺纳微米纤维非织造技术的研究进展［J］. 纺织学报， 2020，41（08）： 166⁃171.
	XIA L， CHENG B W， XI P， et al. Research progress of flash spinning nano /micro－fiber nonwoven technology［J］. Journal of Textile Research， 2020，41（08）： 166⁃171.
7	Qin Z， Zhang H， Zhai Q， et al. Flexible polylactic acid/polyethylene glycol@ erucamide microfibrous packaging with ordered fiber orientation［J］. Journal of Polymer Research， 2024， 31（2）： 38.
8	李磊，苏静娜，鞠敬鸽，等. 改性熔喷吸油材料研究进展［J］. 高分子材料科学与工程， 2023， 39（07）： 168⁃175.
	LI L， SU J N， JU J G， et al. Progress of modified melt blown oil absorbing materials［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2023， 39（07）： 168⁃175.
9	王镕琛，张恒，翟倩，等. 聚乳酸超细纤维敷料的熔喷成形工艺及其快速导液特性［J］. 纺织学报， 2024， 45（01）： 30⁃38.
	WANG R C， ZHENG H， ZHAI Q， et al. Preparation and fast wettability of polylactic acid micro⁃nanofibrous dressing by melt blowing process［J］. Journal of Textile Research， 2024， 45（01）： 30⁃38.
10	Li X， Lin Y， Liu M， et al. A review of research and application of polylactic acid composites［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2023， 140（7）： e53477.
11	李昊晨，张祥，龙云瑞，等. 聚乳酸耐热改性的研究进展［J］. 高分子通报， 2024， 37（04）： 430⁃441.
	LI H C， ZHANG X， LONG Y R， et al. Research progress on heat resistant modification of polylactide［J］. Polymer Bulletin， 2024， 37（04）： 430⁃441.
12	Ma B， Wang X， He Y， et al. Effect of poly （lactic acid） crystallization on its mechanical and heat resistance performances［J］. Polymer， 2021， 212（20）： 31 105⁃31 108.
13	Li G， Yang B， Han W， et al. Tailoring the thermal and mechanical properties of injection‐molded poly （lactic acid） parts through annealing［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2021， 138（2）： 49 648.
14	Costa A R M， Luna C B B， do Nascimento E P， et al. Tailoring PLA/ABS blends compatibilized with SEBS⁃g⁃MA through annealing heat treatment［J］. Polymers， 2023， 15（16）： 3 434.
15	林浩，严飞，国江，等. 等规聚丙烯拉伸取向片晶结构的温度关联性［J］. 高分子通报， 2024， 37（03）： 358⁃367.
	LIN H， YAN F， GUO J， et al. Temperature⁃dependent lamellae structure in stretch⁃oriented isotactic polypropylene［J］. Polymer Bulletin， 2024， 37（03）： 358⁃367.
16	Lin H， Chen Y， Gao X R， et al. Transparent， heat⁃resistant， ductile， and self⁃reinforced polylactide through simultaneous formation of nanocrystals and an oriented amorphous phase［J］. Macromolecules， 2023， 56（6）： 2 454⁃2 464.
17	Yaisun S， Trongsatitkul T. PLA⁃based hybrid biocomposites： effects of fiber type， fiber content， and annealing on thermal and mechanical properties［J］. Polymers， 2023， 15（20）： 4 106.

[1]	宁丁怡, 赵恬娇, 董亚鹏, 王美珍, 郝新宇, 王波. 共混改性调控聚乳酸结晶及力学性能的研究进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 126-132.
[2]	朱奎霖, 吕冲, 郭雷, 陈艺琳, 黄易峰, 赵培琦, 江学良, 游峰. 氧化铈改性聚丙烯复合材料的介电及力学性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 19-23.
[3]	吴希然, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 赵川涛, 陈博杰. PP⁃CGFR/PP⁃LGFR热压⁃注塑一体成型制品力学性能分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 1-8.
[4]	冯硕, 周舒毅, 焦洋, 胡淼, 张若轩, 靳玉娟. 端环氧型超支化聚酯对聚乳酸/滑石粉复合材料性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 36-42.
[5]	郭伟超, 辛晓行, 曾山林, 高新勤, 汤奥斐. 区域分割打印对FDM 3D打印件性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 57-62.
[6]	陈业中, 龚德君, 付学俊, 欧阳春平, 张怡, 尹衍升. 润滑剂种类对PBAT/PLA/碳酸钙复合材料力学性能与散发性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 77-82.
[7]	杨青林, 周松, 李璨然, 余闻达, 罗玉梅. SEBS⁃g⁃MAH对PPO/PA66复合材料性能和形貌的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 30-35.
[8]	张勋, 刘翔, 方梅, 郭攀, 冯跃战, 黄明, 刘春太. 基于动态高分子基复合材料的一体化T型加筋壁板力学性能仿真研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 53-59.
[9]	李万隆, 杨卫民, 王朔, 李长金, 张杨, 谭晶, 阎华, 李好义. CH⁃S04对熔体微分电纺聚乳酸纤维的增强改性研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 1-5.
[10]	张辉, 唐站站, 鲍海霞, 程鑫远, 陈斌. 不同环境温度下UPVC管材的力学性能退化研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 26-31.
[11]	丁雯. 磷基⁃水性聚氨酯阻燃剂的制备及对棉织物的涂层[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 82-85.
[12]	黄起中. 磷酸酯盐类成核剂对煤基抗冲共聚聚丙烯K8708结晶和力学性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 19-24.
[13]	高成涛, 胥秋, 张黎, 李剑, 黄维, 陈劲松, 刘楠, 何声宝, 陈思瑶, 潘首慧. 无机纳米粒子在可生物降解复合材料中的应用进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 85-91.
[14]	崔豹, 杨建军, 吴庆云, 吴明元, 张建安, 刘久逸. 聚乳酸复合材料共混改性研究及应用进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 129-136.
[15]	曲道鹏, 张涛, 华晨曦, 宋欣雨, 程昌利, 刘禹, 王震宇. 高强电磁屏蔽环氧复合材料的3D打印工艺研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 24-29.

医疗包装用聚乳酸熔喷超细纤维材料的退火工艺研究

Study on annealing process of polylactic acid melt blown microfibrous for medical packaging

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 17

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价