發(fā)布時間：2021-09-07 點擊：

聚乳酸纖維簡介

聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）纖維，是由碳水化合物富集的物質(zhì)（ 如長米、甜菜、木薯等農(nóng)作物及有機(jī)廢料 ) 與一定菌種發(fā)酵成乳酸，再經(jīng)單體乳酸環(huán)化二聚或乳酸的直接聚合制得高性能乳酸聚合物，最后采取一定紡絲方式制成PLA纖維。由于多用玉米等谷物為原料，所以又稱為“玉米纖維”。PLA纖維原料來源于自然，制品廢棄物可被完全降解為自然所需的H₂O和CO₂，實現(xiàn)了完全自然循環(huán)，是21世紀(jì)極其發(fā)展前景的纖維材料。

  一、聚乳酸纖維的發(fā)展  

定型機(jī)、涂層機(jī)專業(yè)生成廠家無錫前洲興華機(jī)械2021年9月7日訊 乳酸最早是從酸奶里找到，后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)動物、人類的肌肉運(yùn)動產(chǎn)生的酸就是乳酸。利用乳酸聚合制備成聚乳酸高分子材料，是美國杜邦公司Carothers（尼龍的發(fā)明人）首先在實驗室發(fā)明制得的。

聚乳酸纖維的研發(fā)已有半個多世紀(jì)歷史。美國Cyanamid公司于上世紀(jì)60年代研制出聚乳酸可吸收縫線。日本鐘紡與島津制作所于1989年合作開發(fā)出純紡聚乳酸纖維（Lactron^TM）及其與天然纖維的混紡品種（Corn Fiber^TM），并在1998年長野冬運(yùn)會上展出；日本尤尼吉卡公司于2000年開發(fā)出聚乳酸長絲與紡粘非織造布（Terramac^TM）。美國Cargill Dow Polymers（CDP）公司（現(xiàn)NatureWorks）于2003年發(fā)布涵蓋聚乳酸樹脂、纖維、薄膜的系列產(chǎn)品（Ingeo^TM），并特許德國Trevira公司生產(chǎn)Ingeo^TM系列非織造布，用于汽車、家紡、衛(wèi)生等領(lǐng)域。

我國也有多家單位開展了聚乳酸纖維的相關(guān)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，例如馬鞍山同杰良生物材料公司、恒天長江生物材料有限公司、安徽豐原集團(tuán)、上海德福倫化纖有限公司等。

  二、聚乳酸纖維的工藝  

1.PLA的合成

因乳酸內(nèi)不對稱碳原子的存在，根據(jù)其光學(xué)活性可分為聚L-乳酸（PLLA）、聚D-乳酸（PDLA）和聚消旋乳酸（PDLLA）。低分子質(zhì)量的PLA適用范圍比較挾窄，主要用于緩釋材料、手術(shù)縫合線等，如PLA微球可控制藥物釋放。高分子質(zhì)量的PLA可以用于纖維材料或樹脂，所以目前主要研究的是高分子質(zhì)量PLA的合成，主要分為直接聚合法和間接聚合法。

①直接縮聚法

直接縮聚法包括溶液縮聚法和熔融縮聚法，圖1為聚乳酸直接縮聚反應(yīng)式。Masanobu Ajioka 等通過溶液縮聚法制備了分子量為300000的PLA，在整個反應(yīng)過程中生成的丙交酯和有機(jī)溶劑經(jīng)循環(huán)后繼續(xù)參與反應(yīng)，避免了聚乳酸的降解現(xiàn)象。日本三菱化學(xué)公司采用溶液縮合的方法實現(xiàn)了聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn); Kimnra 等采用二水合氯化錫和對甲苯磺酸二元催化體系經(jīng)熔融縮聚制備了分子量達(dá)500000的PLA。直接縮聚法生產(chǎn)工藝簡單，但由于體系中存在雜質(zhì)，且乳酸縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，因此很難得到高分子量的 PLA。

②間接聚合法

間接聚合法即開環(huán)聚合，是迄今為止研究最充分、最成熟的聚合方法，也是目前生產(chǎn)PLA使用最多的方法。間接聚合常被用于高分子量、高立體規(guī)整度PLA的合成，1932年Carothers首次提出通過環(huán)狀二聚體丙交酯開環(huán)聚合PLA的方法，制備的PLA分子量高達(dá)70 ～100萬。圖2示出聚乳酸開環(huán)聚合化學(xué)反應(yīng)式。

2.PLA纖維成形

熔體紡絲將聚合物加熱熔融通過噴絲孔擠出，在空氣中冷卻固化形成纖維的紡絲方法，是至今為止聚乳酸最經(jīng)濟(jì)化的紡絲方法，示意圖如下。

 三、聚乳酸纖維的特點  

1.可生物降解性

PLA纖維具有良好的可生物降解性，被廢棄后可在自然界中完全分解為CO₂和H₂O。二者通過光合作用，又可變成乳酸的原料——淀粉。PLA纖維如果與其它有機(jī)廢棄物一同掩埋，幾個月內(nèi)便會分解，可以完全分解成CO₂和H₂O。

2.輕質(zhì)、天然溫和的觸感和真絲般的光澤

PLA的密度為1.27g/cm³，屬輕質(zhì)纖維，并且被水打濕也干得快，沒有粘糊發(fā)重的感覺。PLA的楊氏模量介于聚酯和尼龍之間，因此手感比尼龍硬，比聚脂柔軟。PLA的折射率低，其有真絲般高雅的光澤。

3.吸濕快干保暖性

PLA纖維能根據(jù)不同的季節(jié)發(fā)揮不同的功能。冬天保溫性比棉及聚酯纖維高20%以上，夏天透濕性、水?dāng)U散性優(yōu)異，吸汗快干，可通過蒸發(fā)迅速帶走體熱。

4.天然阻燃、抑菌和令皮膚放心的弱酸性

天然阻燃、抑菌和令皮膚放心的弱酸性由于聚乳酸的特性，纖維本身不用加工就在其表面形成自然、平穩(wěn)的抗菌環(huán)境。PLA纖維表面的PH值在6一6.5之間，為弱酸性，而健康的皮膚亦呈弱酸性，所以它與皮膚的相容性好。

PLA汗衫已經(jīng)日本產(chǎn)業(yè)皮膚衛(wèi)生協(xié)會的皮膚貼布試驗，確認(rèn)其有安全性。表2列出了PLA纖維的極限氧指數(shù)與普通合成纖維的對比情況。

5.優(yōu)異的膨松、回彈性能和耐紫外線性能

PLA纖維及其織物不吸收紫外線，在紫外線的長期照射下，其強(qiáng)度和伸長的影響均不大。

6.吸濕性及抗起毛球性

PLA纖維織物有良好的吸濕性及抗起毛球性

PS:   PLA與PET、Nylon纖維性能比較

    注：測試條件為溫度25℃，相對濕度65%

PLA纖維的強(qiáng)度、斷裂伸長率等織造性能與滌綸、錦綸接近，有利于紡織和產(chǎn)品后加工；染色性能優(yōu)于滌綸，可以常壓沸染，色牢度好，色澤鮮艷；回彈性好，抗皺性優(yōu)，擁有較小的光反射系數(shù)，光澤柔和。PLA玻璃化溫度低于滌綸，楊氏模量為滌綸的一半，說明PLA纖維制品柔軟手感好。生物降解性優(yōu)于合成纖維和纖維素纖維，是很有開發(fā)前途的新型綠色環(huán)保纖維。

 四、聚乳酸纖維的鑒別

鑒別方法采用燃燒試驗法、顯微鏡法·熔點試驗法、紅外吸收光譜法、化學(xué)溶解試驗法對聚乳酸纖維進(jìn)行物理、化學(xué)性能的研究。

例如:

顯微鏡法對聚乳酸纖維進(jìn)行顯微鏡觀察，其橫截面為近似圓形，縱截面纖維光滑、有明顯斑點。其橫向、縱向截面圖形見圖1、圖2。

 五、聚乳酸纖維的缺點

1 .聚乳酸中有大量的酯鍵，親水性差，降低了它與其它物質(zhì)的生物相容性；

2 .聚合所得產(chǎn)物的相對分子量分布過寬，聚乳酸本身為線型聚合物，這都使聚乳酸材料的強(qiáng)度往往不能滿足要求，脆性高，熱變形溫度低，抗沖擊性差

3 .降解周期難以控制

4 .價格太貴，乳酸價格以及聚合工藝決定了PLA的成本較高。這都促使人們對聚乳酸的改性展開深入的研究。

六、聚乳酸纖維的應(yīng)用

結(jié)語

PLA是21世紀(jì)快速發(fā)展的新型環(huán)保材料，從來源到最終被分解整個過程實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展、無公害、無污染的要求，同時可以緩解對石油資源的利用和開發(fā)，在紡織領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及其他行業(yè)有巨大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。目前 PLA 的工業(yè)化生產(chǎn)和使用仍面臨成本較高、生產(chǎn)效率較低等問題，需要研究人員的不斷探索，一旦有所突破，PLA及其制品將會產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)價值和環(huán)保意義。

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