聚乳酸

环保纤维或环境友好纤维体现了可持续发展的时代 要求。从一个纤维产品的全循环过程即从原材料、 加工过程、消费使用、遗弃处理等面考虑 环保纤维 至少应具备以下特征中的一项或多项Ι 4纤维产品的 原材料无污染或少污染或尽可能是可持续发展的绿 色资源 合成纤维产品的合成过程节能、降耗、减污 符合环保和可持续发展的要求纤维产品的加工过程 特别是印染、整理等加工过程∋ 尽可能使用无毒、
纺织品与人们的生活密切相关,作为与人类紧 密接触的一大类产品被视为人的第二皮肤和第 一生存环境直接影响到人们的健康和安全。因 此对来自纺织品的污染更加引起广泛的关注和 警惕。一些发达国家有关绿色纺织品环保要求 的法规越来越多其检验手段和标准要求也越来 越高。例如欧盟有关国家通过的纺OekeTexStandard100织品环保标准和美国国家 标准ANSI, 对进口服装的甲醛、重金属、防 腐剂等4 6 6 多种有害物质进行控制。
纺织品与人们的生活密切相关,作为与人类紧密接触的一 大类产品被视为人的第二皮肤和第一生存环境直接影响 到人们的健康和安全。因此对来自纺织品的污染更加引 起广泛的关注和警惕。一些发达国家有关绿色纺织品环 保要求的法规越来越多其检验手段和标准要求也越来越 高。例如欧盟有关国家通过的纺OekeTexStandard100织品环保标准和美国国家标准ANSI, 对进口服装的甲醛、重金属、防腐剂等4 6 6 多种有害 物质 进行控制。
1991 年美国卡吉尔( Cargill) 公司以玉米为原料发 酵生产乳酸，然后在真空条件下采用溶剂脱水技术， 生产高分子质量PLA。2001 年11 月，美国陶氏化 学( Dow Chemical) 与Cargill 合作成立的 CargillDow Polymers( 简称CDP) 公司，投资3 亿美元，采用两步法聚合技术，在美国内布拉斯加 州Blair 投产兴建了一套14 万t /a 的PLA 生产装置， 这是目前世界上最大的聚乳酸生产工厂。2005 年， CDP 公司更名为Nature Works 公司;2008 年末， Nature Work 公司开发出PLA 树脂IngeoTM的新 技术，成为全球PLA 生产的引领者。2009年， IngeoTM的产能达到14 万t /a。NatureWork 公 司还推出了IngeoTM6252D 和6201D 2 种新产品， 适用于低成本熔喷非织造布，产品可用作揩布和滤 材，若与木浆或黏胶纤维混合，还可增强其吸液性
以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽、 优良的手感，亮度、吸水性、形状保持性及 抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装 尤其是妇女服装。
随着人们对自身生存环境重要性认识的日益提 高和生态愈识、环保意识的加强绿色产品已成 为人们关注的焦点。近年来全球掀起的“ 回 归天然“的绿色消费概念对人们的消费取向产 生了越来越大的影响。紧随“ 绿色食品之后” 绿色纺织品‘ 、“ 生态纺织品‘’ 已成为当 今国际的发展潮流和研究热点。
到目前为止, 有140 多个企业的400 余种产品 获得环保标志认证, 其中包括4 种纺织产品。 在纺织品领域中最有影响的环保标Байду номын сангаас是生态纺织 品标准100( Ok o- T e x St an dard 100) , 其检测项目中包括不应包含的为: 致癌染料, 有 机氯载体( 多氯联苯) , APO 等阻燃剂和T HDE 等抗菌防霉剂; 有极限值的为: 重金属、甲醛、 杀虫剂、防腐剂( 五氯苯酚) 、苯液的pH 值, 色牢度及易挥发物质等。
相比之下，国内PLA 的生产技术仍处于起步阶段， 对纤维纺丝的生产技术研究，更是屈指可数。目前 国内从事PLA 及其纤维基础理论研究和生产技术应 用研究的高校较多，其中如青岛大学纺织服装学院、 华南理工大学材料学院、北京理工大学、东华大学 等高校已在PLA 及其纤维的制备、非织造布制造等 方面取得了较多的科研成果。 上海华源股份有限公司开发了PLA 纤维加弹丝和拉 伸丝及其布样;仪征化纤开展了PLA 的聚合、纺丝 的开发，已取得初步成效; 上海市合成纤维研究所 于2005 年底开始试制PLA 短纤，目前已成功生产 出了线密度为1． 9～ 2． 2 dtex，强度为 3． 5 ～ 4． 5 cN/dtex，伸长38% ～45%，卷 曲度为l0% ～ 12%的短纤维［2］。
帝人公司开发出纤维级的耐热PLA“Biofront”，具 有立体络合结晶结构，并于2009 年完全产业化， 其熔点为210 ℃，而普通PLA 为170 ℃，因此其 纤维可经受高温高压的染色［3］。德国STFI 研究 所和Leibniz 聚合物研究所合作开发了以PLA 为原 料的纺黏非织造布产品。使用的PLA原料有3 种规 格，即再生PLA-R，PLA-NWC 以及PLA合物PLAR/C。纺丝成网实验在Reicofil-4 试验生产线上完 成，工艺条件如表1 所示。产品的后处理有3种工 艺: 热黏合、水刺或针刺.
可自然降解的浆料、染料、整理剂等以及利用高新 技进行清洁生产纤维产品的消费、使用对人体友好、 舒适纤维产品消费使用后不会因遗弃或处理带来环 境问题, 最好能循环利用, 或回归自然。目前虽然符 合上述特征的理想的环保纤维尚未实现, 但是人们仍 把具有上述部分特征的纤维称为环保纤维而且环保 纤维的发展趋势将是日趋理想化。
国内外开发历史及现状 近年来，国外聚乳酸技术的开发和工业化生产得到 了突破性进展，现在市场上的PLA 纤维及其原料大 部分来源于美国、日本和德国。1932 年，杜邦 ( Du Pont) 公司的著名的高分子化学家Carothers 在真空条件下加热乳酸得到了低分子质量的聚乳酸。 1948 年美国维吉尼亚卡罗来纳化学公司利用玉米 残渣提取玉米醇溶蛋白质，生产出Vicara 纤维。 1962 年美国Cyanamid 公司用聚乳酸制成了可生 物吸收的医用缝合线。20 世纪70年代，聚乳酸在 人体内的易分解性和分解产物的高度安全性得到了 确认，作为少数被美国食品及药物管理局( FDA) 批 准的生物降解医用材料.
聚乳酸的结构式为：
纤维素的结构式为：
聚乳酸的纤维天然循环过程如下图
聚乳酸的性能
首先，聚乳酸纤维的物理性质介于PET 和PA6 之间，其强度，伸长等也与PET 和PA6差不多。但 聚乳酸纤维也有自己的独特性能，如良好的可染性， 色牢度高于3 级；其纤维相容性好，制成的织物不 刺激皮肤，穿着时有舒适感；对许多溶剂包括干洗 剂稳定。
( 3) 可生物降解性: 聚乳酸纤维具有良好的可
生物降解性，被废弃后可以在自然界中完全分解。 PLA 纤维被埋入土中2 ～ 3 年后，强度会消失。如 果 与其他有机废弃物一同掩埋，几个月内便会分解。 ( 4) 安全性: 由于PLA 纤维具有生物相容性，可 安全植入体内，无毒副作用
聚乳酸纤维的环保特性 由于乳酸是存在于动物、植物及微生物内的天然 物质,很容易自然降解,该纤维完全不使用石油等 化工原料,其废弃物在土壤和海水中的微生物作 用下,可分解成二氧化碳和水,完成自然循环,不会 散发毒气,不会对地球环境造成污染。由于该纤 维的初始原料为玉米等谷类,其再生循环 周期短,大约为1～2 年,其产生的二氧化碳由于植 物光合作用,在大气中的含量会逐渐减少。玉米 纤维以价廉量多的淀粉作原料,又具有完全自然 循环和能生物分解的特点,已被众多专家推荐为 “21 世纪的环境循环材料”。
2003年主要石油储量
生物质(Biomass)主要指粮食以外的秸
秆等木质纤维类废弃物及以其为原料生产的 环境友好化工产品和绿色能源。所谓生物质 纤维（Bio-fiber），是指利用生物体或生物 提取物制成的纤维[2]，即来源于利用大气、 水、土地等通过光合作用而产生的可再生生 物质的一类纤维。
生物质纤维发展趋势 生物质纤维材料研究的发展与社会、经济和 资源、环境的发展紧密相关，所以新的生长 点和交叉点不断涌现，并不断向其他相关学 科延伸和渗透，这既促进了生物质纤维材料 研究自身的发展，又丰富了材料科学的内涵。
酸亚锡的引发下进行开环聚合，合成出高分子质量 的聚L-乳酸。由于高分子质量的聚L-乳酸具有良好 的机械强度，与人体骨的强度比较吻合，因此使用 该类材料制备的骨折内固定物或可降解缝合线最终 可以被人体吸收，避免了二次手术给病人造成的额 外痛苦。
聚乳酸纤维产品的应用 PLA 纤维产品( 如短纤、单丝、复合丝、三 叶形、双组分、纺黏非织造布、针刺非织造 布、针织物、机织物、复合材料等) 因其优 异的性能，而广泛应用于服装、家用纺织品、 农业用布，以及生物材料、人造器官等。
具体的特性可以总结为： （ 1) 可燃性: 虽然PLA 不属于阻燃聚合物，但该纤维 具有良好的自熄性，燃烧发烟量低。且与大多数纤维相 比，PLA 还具有较高的限氧指数( LOI) ，这意味着点燃 它需要较多的氧气，所以点燃较为困难。 ( 2) 化学稳定性: 由于PLA 属于线性脂肪族纤维，其抗 水解性能相当差。这意味着该纤维在染色和后整理的过 程中必须更加小心。
为了加快聚乳酸纤维在国内的推广应用，上 海纺织科学研究院、同济大学、同杰良生物 材料有限公司、德福伦化纤有限公司一起承 担了上海市科委“乳酸短纤维工业化生产技 术研究及应用开发”项目的研究。
2010 年，由南开大学承担的“生物可降解骨折内 固定螺钉”课题，以国产L-乳酸为原料，制备出了 可代替金属材料的骨折内固定螺钉。科研人员首先 用国产L-乳酸为原料，制成L-丙交酯，然后在异辛
日本在聚乳酸产业中拥有最多的专利。其中，1989 年 日本钟纺公司与岛津公司合作开发PLA 纤维，原料采用 岛津制作所和CDP 公司的产品，1994年开发出商标名 为Lactron 的纤维，1998 年又开发出用此纤维制造 的系列服饰产品。此外，三井化学公司曾以玉米、甜菜、 马铃薯等为原料，经过固相缩聚直接合成了PLA 低聚物， 并在惰性气体中制得相对分子质量较高的PLA，其商品 名为LaceaTM。尤尼吉卡公司也纺制出单丝、复丝和短 纤( 常规型和皮芯复合型) ，纺黏非织造布( 包括常规型、 皮芯复合型和模压型) 等系列产品。
聚乳酸纤维
报告人
纺织学院
娄建立
一、聚乳酸开发历史及现状 二、聚乳酸纤维存在问题
三、发展和应用前景
一、聚乳酸开发历史及现状
聚乳酸( Polylactic Acid) ，简称PLA，也称聚丙交酯，属 线性脂肪族热塑性聚酯，是一种具有优良的生物相容性和可生 物降解性的合成高分子材料。PLA 以玉米、小麦、木薯等一些 植物中的淀粉为最初原料，经过酶分解得到葡萄糖，再经过乳 酸菌发酵后变成乳酸，然后经过化学合成得到高纯度聚乳酸。 聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，30 天内会在自然条件下彻底 分解成CO2和H2O，不会对环境产生污染因而是一,完全自然循 环型的可生物降解材料。
二、聚乳酸纤维存在问题
虽然PLA 纤维的开发和应用蕴藏着巨大的商 机，但由于其原料来源于农作物，大量占用 必然会影响粮食供应，造成食品价格上涨; 且其短纤易水解，熔点较低，耐磨性较差， 使用寿命较短，因此目前较适合于用即弃产 品。
三、发展和应用前景
由于全球石油资源日趋匮乏，以可再生 资源为原料的生物降解性高分子材料将 成为未来化学工业的重要发展方向。以 生物质工程技术为核心的新型生物质纤 维的快速发展，将成为引领化纤工业发 展的新潮流。下图为2003年主要
近年来, 国内外提出了 绿色纺织品 概念。所 谓绿色纺织品, 一般是指不含有害物质的纺 织品, 对人体应绝对安全; 同时在生产使用和 废弃物处理过程中, 对人类也没有不利因和 影响。
自1978 年德国推出������蓝色天使 标志以来, 各国相继仿效,至今已有20 多个发达国家和 10 多个发展中国家及地区实行了环保标志, 也称为绿色标志、生态标志。1994 年5 月, 中国环保标志产品认证委员会正式成立, 这 是代表我国政府对环保产品实施认证的唯一 合法机构。