聚乳酸与聚乳酸纤维特点及生产应用研究学习资料

聚乳酸与聚乳酸纤维特点及生产应用研究

摘要：聚乳酸（PLA）纤维具有很好的生物降解性和生物相容性，由它织成的织物具有丝绸般的光泽和舒适的肌肤触感，快干且抗皱，因此该纤维具有较广阔的发展前景。由于聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维，因此是一种可持续发展的生态纤维。

关键词：聚乳酸；聚乳酸纤维；特性

一、聚乳酸与聚乳酸纤维

聚乳酸纤维（简称PLA纤维）是以由谷物、甜菜等天然糖类得到的聚乳酸酯为原料，经溶液纺丝或熔融纺丝制得的聚酯合成纤维.目前，商业化生产的PLA 纤维以玉米淀粉发酵而成的乳酸为原料，经脱水聚合反应制成的聚乳酸酯溶液为纺丝液，再进行纺丝加工而成.聚乳酸纤维兼有天然纤维和合成纤维的特点，吸湿排汗均匀、回弹性好，所制成的成衣穿着舒适，并具有抗皱抗紫外等性能，其制品废弃后，在土壤或水中微生物的作用下分解成二氧化碳和水，随后在太阳光合作用下，又会成为淀粉的起始原料。由于这是一个循环过程，因此可减少纤维工业对石油资源的依赖

性，所以PLA纤维又被称为21世纪的环境循环材料。聚乳酸纤维（PLA）的生产原料乳酸是从玉米淀粉中制得，所以也将这种纤维称为玉米纤维。

二、聚乳酸与聚乳酸纤维的生产

（一）聚乳酸的生产

1.聚乳酸的生产原料

聚乳酸的生产原料是乳酸，即-羟基丙酸、2-羟基丙酸。由于乳酸分子中有一个不对称碳原子，所以具有d-型（右旋光）和L-型（左旋光）两种对映体，等量的L-乳酸和d-乳酸混合而成的dL-乳酸不具旋光性。成纤聚乳酸以L-乳酸为单体。

2.聚乳酸的聚合

聚乳酸的聚合方法有两种，一种是减压在溶剂中由乳酸直接聚合的方法，即：乳酸→预聚体→聚乳酸；另一种方法是常压下以环状二聚乳酸为原料聚合得到，即：乳酸→预聚体→环状二聚体→聚乳酸。

3.聚乳酸的合成

聚乳酸有两种合成方法，即丙交酯（乳酸的环状二聚体）的开环聚合和乳酸的直接聚合。丙交酯开环聚合生产工序为：先将乳酸脱水环化制成丙交酯；再将丙交酯开环聚合制得聚乳酸。其中乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点和关键，这种方法可制得高分

子量的聚乳酸，也较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求。乳酸直接缩聚是由精制的乳酸直接进行聚合，是最早也是最简单的方法。该法生产工艺简单，但得到的聚合物分子量低，且分子量分布较宽，其加工性能等尚不能满足成纤聚合物的需要；而且聚合反应在高于180℃的条件下进行。

（二）聚乳酸纤维生产

溶液纺丝主要采用干法-热拉伸工艺，纺丝原液的制备一般采用二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯作溶剂。1982年，Pennings等人率先用溶液纺丝法制备出粘均相对分子质量为3×105～5×105的聚乳酸纤维。工艺流程为：聚乳酸酯→纺丝液→过滤→计量→喷丝板出丝→溶剂蒸发→纤维成形→卷绕→拉伸→纤维成品。由于溶液纺丝法的工艺较为复杂，使用溶剂有毒，溶剂回收难，纺丝环境恶劣，产品成本高，从而限制了其应用，故不适合工业化生产。

熔融纺丝采用热拉伸二步法纺丝工艺，PLLA 是热塑性聚合物，比较适合熔融纺丝，目前各种用于生产涤纶现行熔融纺丝工艺（高速纺丝一步法，纺丝-

拉伸二步法）都可采用。同时由于熔融状态下PLLA 会很快被水分解，因此在熔融纺丝前必须严格地除去水分。工艺流程为：聚乳酸酯→真空干燥→熔融挤压→

过滤→计量→喷丝板出丝→冷却成形→PO Y 卷绕→热盘拉伸→上油→成品丝。该方法污染小、成本低、便于自动化生产。目前，熔融纺丝法生产工艺和设备正在不断地改进和完善，采用熔融纺丝法目前已进入成熟阶段，已成为目前最主要的加工方法。

三、聚乳酸纤维的优缺点

（一）聚乳酸纤维的优点

1.原料来源广泛，玉米、甜菜、甘薯都可获得乳酸。与其它植物相比玉米较容易种植和生长，且产量高。

2.制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用降解的产物为乳酸、二氧化碳和水（有研究表明聚乳酸制品若不使用丢弃120天后即开始溶解），不污染环境。

3.限氧指数较高，阻燃性好。燃烧时不会散发毒气。

4.有较好的亲水性、毛细管效应和水的扩散性，可散汗除菌。

5.手感柔软且具有丝光泽，透明度高，强度和弹性均比棉麻好。

6.易染色，染色效果好，且可用分散染料染色。

7.制成的纺织品可烫易洗，但切忌用高温

（<120℃）洗烫。

（二）聚乳酸纤维的缺点

1.原料来源于农作物，大量占用会影响粮食供应，造成食品价格上涨。

2.聚乳酸短纤维易水解，造成纺丝困难。

3.熔点低（175℃左右），耐光性差。

4.耐磨性差，使用寿命短，较适合于用即弃产品，成本高。

聚乳酸纤维的缺点是暂时的，随着科研的不断深入，这些缺点也会得到改善，从而满足人们的需要。

四、聚乳酸纤维的发展方向

聚乳酸纤维与棉、羊毛混纺，或将其长纤维与棉、羊毛或粘胶等生物分解性纤维混用，纺制成衣料用织物。由此制成的产品具有以下特点：有优良的形态稳定性，如与棉混纺，几乎与涤棉具有同等的性能，处理方便；光泽较涤纶更优良，且有蓬松的手感；与涤纶同样富有疏水性，与皮肤接触不发粘；如与棉混纺做内衣，有助于水分的转移，不仅接触皮肤时有干燥感，且可赋予优良的形态稳定性和抗性。经测试，由聚乳酸纤维制成的面料对人体皮肤无任何刺激性。

由于聚乳酸纤维具有良好的生物降解性和循环再生性，同时又具有芯吸导湿性、良好的抗紫外线性和耐菌性、优良的阻燃性、出色的回弹性及悬垂性。因

此已经成为今后合成纤维研究的方向。近年来，随着聚乳酸（PLA）纤维聚合工艺的局部成熟，它被认为是最具发展前景的“绿色环保”纤维之一。