聚乳酸纤维的合成加工与应用
聚乳酸纤维的合成加工与应用
第 16 卷第 3 期 2005 年 06 月
中原工学院学报 JOURNAL OF ZHONGY UAN INSTITUTE OF TECHNOLO GY
Vol. 16 No. 3 Jun. ,2005
文章编号 :1671 - 6906 (2005) 03 - 0001 - 04
聚乳酸纤维的合成加工与应用
到目前为止 ,能够满足上述绿色纤维所有定义条 件的真正意义上的”绿色”纤维还没有问世. 但是 ,人们 一直在努力 ,在开发能符合定义中一条或多条的绿色 纤维方面取得了越来越多的成果 ,有些产品已经实现 了工业化生产 ,如聚乳酸纤维 、Lyocell 纤维 、蛋白纤维 、 甲壳素纤维等等. 本文论述了国内外绿色聚乳酸纤维 的开发和研究状况.
图 1 聚乳酸的合成反应化学平衡式关系图
生物可降解材料聚乳酸的制备改性及应用汇总
生物可降解材料聚乳酸的制备改性及应用摘要：聚乳酸（PLA）是人工合成的可生物降解的的热塑性脂肪族聚酯，其具有良好的机械性能、热塑性、生物相容性和生物降解性等，广泛应用于可控释材料、生物医用材料、组织工程材料、合成纤维等领域。
本文主要介绍了聚乳酸的合成、改性及其在各个领域的应用。
关键词：聚乳酸；生物降解；合成；应用随着大量高分子材料在各个领域的应用，废弃高分子材料对环境的污染有着日益加剧的趋势。
处理高分子材料的一些老套方法如焚烧、掩埋、熔融共混挤出法、回收利用等都存在缺陷并有一定的局限性，给环境带来严重的负荷，因此开发环境可接受的降解性高分子材料是解决环境污染的重要途径。
而乳酸主要来源于自然界十分丰富的可再生植物资源如玉米淀粉、甜菜糖等的发酵。
聚乳酸（polylactide简称PLA)在自然环境中可被水解或微生物降解为无公害的最终产物CO2和H2O，对其进行堆肥或焚烧处理也不会带来新的环境污染[1]。
此外聚乳酸及其共聚物是一种具有优良的生物相容性的合成高分子材料。
它具有无毒、无刺激性、强度高、可塑性强、易加工成型等特点，因而被认为是最有前途的生物可降解高分子材料[2]。
利用其可降解性，也可用作生物医用材料如组织支架、外科手术缝合线、专业包装、外科固定等。
1 生物降解机理[3，4]生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、简单水解或酶反应，以及其他有机体转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。
高分子材料的生物降解过程可分为4个阶段：水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。
微生物首先向体外分泌水解酶，与可生物降解材料表面结合，通过水解切断这些材料表面的高分子链，生成低相对分子质量的化合物（有机酸、糖等)，然后，降解的生成物被微生物摄入体内，合成为微生物体物或转化为微生物活动能量，在耗氧条件下转化为CO2，完成生物降解的全过程。
材料的结构是决定其是否可生物降解的根本因素。
合成高分子多为憎水性的，一般不能生物降解，只有能保持一定湿度的材料才有可能生物降解。
聚乳酸合成工艺及应用
聚乳酸合成工艺及应用第七章聚乳酸合成工艺及应用聚乳酸(PLA)是一种以通过光合作用形成的生物质资源为主要起始原料生产的生物可降解高分子材料，使用后可通过微生物降解为乳酸并最终分解成二氧化碳和水。
聚乳酸的合成和应用实际上是一个来源于可再生资源、使用寿命结束后降解产物回归自然、参与到生物资源再生的过程中去的一个理想的生态循环，属于自然界的碳循环。
聚乳酸无毒，无刺激性，具有良好的生物相容性、生物吸收性、生物可降解性，同时还具有优良的物理、力学性能，并可采用传统的方法成型加工，在农业、包装材料、日常生活用品、服装和生物医用材料等领域都具有良好的应用前景，因而聚乳酸成为近年来研究开发最活跃的可生物降解高分子材料之一。
7.1 聚乳酸的合成工艺7.1.1 乳酸缩聚乳酸上的羟基和羧基进行脱水缩聚反应生成聚乳酸，如图7.2。
必须解决以下三个问题:一，乳酸缩聚的平衡常数非常小，在热力学上分析很难生成高分子量的聚乳酸，必须从动力学上加以控制，即有效的排出缩聚反应生成的水，使反应平衡向生成聚乳酸的方向移动;二，抑制聚乳酸解聚生成丙交酯的副反应;三，抑制变色、消旋化等副反应。
(1) 溶液缩聚法合成过程中利用高沸点溶剂和水生成恒沸物将缩聚产生的痕量水带出，有力地促进了方应向正方向进行;同时蒸出的溶剂带出水合丙交酯经分子筛脱水后回流到反应系统中，有效地抑制了聚乳酸解聚生成丙交酯。
高沸点溶剂可以是苯、二氯甲烷、十氢萘、二苯醚等。
特点:直接制的高分子两聚乳酸，但有机溶剂的回收和分离工序使生产过程较复杂并增加了设备投资，增加了成本，而且残存的有机溶剂对产品造成污染。
(2) 熔融缩聚法利用无催化剂条件下制的聚合度约为8左右的低聚乳酸为起始物，加入催化剂SnCl?HO(0.4%，质量分数)和等摩尔的对甲基苯磺酸(TSA)，在180?、22 410Torr的条件下反应15h可制得M大于10×10的聚乳酸。
W催化剂除TSA外，还有烷氧基金属催化剂、烷氧基金属和Sn(?)催化体系。
聚乳酸纤维生产工艺
聚乳酸纤维生产工艺
聚乳酸纤维是由聚乳酸材料制成的一种人造纤维。
生产聚乳酸纤维的工艺流程包括以下几个步骤：
1. 原材料准备：聚乳酸材料是从玉米淀粉等天然植物材料中提取得到的。
原材料需要先进行反应、聚合、切片等处理，得到聚乳酸颗粒。
2. 熔融纺丝：将聚乳酸颗粒加热融化，然后在纺丝机的喷嘴中形成细丝。
纤维的粗细和纺丝速度都会影响纤维的性能。
3. 封闭加工：生产好的纤维需要经过光泽加工、卷曲等环节，将纤维真正变成可以使用的纺织品。
4. 杀菌、干燥：将成品纤维进行杀菌处理，降低细菌污染的风险，并将纤维干燥，使其更加耐磨、耐久。
5. 检验、包装：对生产好的纤维进行一些性能指标的检测，确认符合需求后进行包装，准备打包出厂。
聚乳酸纤维生产工艺比较复杂，需要专业的生产流程和设备，并且具备不少核心技术和经验。
此外，聚乳酸储存涂层、添加剂等可以使此种纤维在使用过程中耐磨、抗菌性能大幅提高，也需要根据不同用途进行选择与处理。
聚乳酸纤维及其共混纤维的纺制及结构与性能研究
聚乳酸纤维及其共混纤维的纺制及结构与性能研究近年来，人们对生物可降解纤维的研究日益增多，其中聚乳酸纤维成为了一种备受关注的材料。
聚乳酸纤维具有良好的生物相容性、可降解性和可塑性等特点，因此在医学、纺织、包装等领域具有广泛的应用前景。
在聚乳酸纤维的制备过程中，纺丝工艺是一个重要的环节。
通过选择合适的纺丝工艺，可以调控纤维的结构和性能。
常见的纺丝方法包括湿法纺丝、干法纺丝和熔融纺丝等。
湿法纺丝是最常用的方法之一，通过将聚乳酸溶液挤出到共混纤维的浸泡槽中，再经过拉伸和干燥等步骤，得到聚乳酸纤维。
干法纺丝则是通过将聚乳酸颗粒加热至熔点后挤出，再经过拉伸和冷却等步骤，制备纤维。
熔融纺丝是将聚乳酸颗粒直接加热至熔点，然后通过挤出、拉伸和冷却等步骤制备纤维。
不同的纺丝方法具有不同的工艺参数和纤维结构，因此对于聚乳酸纤维的制备来说，选择合适的纺丝方法是非常重要的。
除了纺丝工艺，共混纤维也是一种重要的研究方向。
通过将聚乳酸与其他纤维进行共混，可以获得具有更好性能的纤维。
常见的共混纤维包括聚乳酸/聚己内酯纤维、聚乳酸/聚乙烯醇纤维等。
共混纤维的制备方法通常是将两种纤维按一定比例进行混合，然后通过纺丝方法将其纺制成纤维。
在纺制后，聚乳酸纤维的结构与性能也是一个研究的重点。
通过扫描电子显微镜和X射线衍射等技术，可以观察到纤维的形貌和结晶性质。
聚乳酸纤维的性能包括力学性能、热性能和降解性能等。
力学性能是指纤维的强度和伸长率等，热性能是指纤维的热稳定性和热分解温度等，降解性能是指纤维在自然环境中的降解速度和产物等。
这些性能的研究可以为聚乳酸纤维的应用提供参考。
综上所述，聚乳酸纤维及其共混纤维的纺制及结构与性能研究是一个具有重要意义的课题。
通过选择合适的纺丝工艺。
纺织材料聚乳酸纤维完整版
3聚乳酸纤维的结构与性能
3.1聚乳酸纤维的结构
聚乳酸纤维可采用溶液纺丝、熔体纺丝和静电纺丝 等加工方法生产,大多采用熔体纺丝法。其纤维结构大 体为圆柱体,横截面近似为圆形。图2为聚乳酸纤维在水、 细菌和氧气的环境下处理后的结构照片。
由图2可以看出,聚乳酸纤维在水、细菌和氧气环境 下处理后横向截面和纵向表面上存在一些无规律的斑点 和断断续续的条纹,这是聚乳酸纤维内大量的非结晶部 分在水、细菌和氧气中进行较快的分解所形成的。
图3
5聚乳酸纤维的应用实例
5.2服装 花匠内裤采用美国NatureWorks公 司研发的天然聚乳酸纤维制作而成的内 裤。如图4所示。
图4
5聚乳酸纤维的应用实例
5.3家纺 河北烨和祥新材 料科技有限公司致力 于聚乳酸纤维的研发、 生产、销售。产品主 要用于家纺、服装、 卫生材料等制造领域。 如图5。
4聚乳酸纤维的应用
4.3聚乳酸纤维在塑料中的应用
在现代生活环境中,生态污染一直受到人们的关注,不可降解的塑料影响着我们的生活环 境,造成了水质变差、土地变坏等危害,为此,成本低廉、可降解、环保的聚乳酸受到了人们的 关注。聚乳酸的气体穿透性比聚乙烯(PE)高得多,所以聚乳酸可以制作矿泉水瓶,但是不能长 期储存汽水。
图5
THANKS
聚乳酸纤维
目录
1 聚乳酸纤维的概述 2 聚乳酸纤维的发展概况
3 聚乳酸纤维的结构与性能 4 聚乳酸纤维的应用
1聚乳酸纤维的概述
聚乳酸(PLA)又称聚丙交酯,是聚酯类合成纤维的一种,属于可再生资源。主要由玉米、 木薯、甘蔗等富含多糖和淀粉类的植物中发酵提取出乳酸,然后通过直接缩聚法、开环聚合及 固相聚合的技术工艺合成。PLA纤维是以PLA为原料，通过挤压、双轴拉伸、纺丝等方式成型， 具备良好的热稳定性、生物可降解性和生物相容性，最终降解产物为二氧化碳和水，对环境 无任何污染，是理想的绿色资源。
聚乳酸纤维
聚乳酸的结构与性能
1. 聚乳酸的结构
聚乳酸的结构式为：
由于原料原因，聚乳酸有聚D-乳酸（PDLA）、聚L-乳酸（PLLA）
和聚DL-乳酸（PDLLA）之分。生产纤维一般采用PLLA。
2. 聚乳酸的基本性质
基本性质
固体结构 熔点/°C Tg/°C 热分解温度/"C 拉伸率/% 断裂强度/(CN/dtex)
玉米纤维的生物分解性
。
聚乳酸纤维织物包埋于豆渣中的外观变化
聚乳酸纤 维优异的
性能
A
B
可生物降解性 优异的触感
C 导湿性
D 回弹性
E
F
耐燃性 紫外线稳定性 以及抗污性
05
聚乳酸纤维的应用
玉米纤维的主要用途
主要用途
服装用 家纺产品用
工业用 农业用 食品用 卫生医疗用 渔业用
主要产品
外衣、内衣、运动服装等 环保台布、窗帘、床上用品、盥洗用品等 强化纸、特殊环保用纸、包装袋、土工布等 防兽网、育苗袋、土壤补强材料、绳带等
50~60 180~200
-
溶于四氢呋喃、氯仿等 不溶于正庚烷
4~6
聚乳酸在所有生物可降解聚合物中熔点最高，结晶度大，透明度好，适合
用于制作纤维、薄膜及模压制品等。与标准的热塑性聚源自直接聚合合物相比，聚乳酸可发
生水解，最终生成无害
乳酸
丙交酯
的小分子水和二氧化碳， 而二氧化碳和水通过光
发酵
环化二聚
开环聚合
2 物理机械性能
聚乳酸纤维属于高强、中伸、低模型纤维。它具有足够的强度可以做一般 通用的纤维材料，实用性高；具有较低的模量，使得其纤维面料具有很好的加 工性能。聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率都与涤纶接近，这使得其面料具 有高强力，延伸性好、手感柔软、悬垂性好、回弹性好以及较好卷曲性和卷曲 持久性的优点。聚乳酸纤维的吸湿率较低，与涤纶接近，但是它有较好的芯吸 性，故水润湿性、水扩散性好，具有良好的服用性。同时，它还具有良好的弹 性回复率，适宜的玻璃化温度使其具有良好的定型性能和抗皱性能。
聚乳酸的性能、合成方法及应用
聚乳酸的性能、合成方法及应用一、本文概述聚乳酸（Polylactic Acid，简称PLA）是一种由可再生植物资源（例如玉米）提取淀粉原料制成的生物降解材料，具有良好的生物相容性和生物降解性。
随着全球环保意识的日益增强和可持续发展理念的深入人心，聚乳酸作为一种环保型高分子材料，其研究和应用受到了广泛的关注。
本文将全面介绍聚乳酸的性能特点、合成方法以及在实际应用中的广泛用途，旨在为读者提供关于聚乳酸的深入理解，推动其在各个领域的应用和发展。
本文首先将对聚乳酸的基本性能进行概述，包括其物理性能、化学性能以及生物相容性和降解性等方面的特点。
接着，将详细介绍聚乳酸的合成方法，包括开环聚合和缩聚法等，并分析不同合成方法的优缺点。
在此基础上，文章还将深入探讨聚乳酸在各个领域的应用情况，如包装材料、医疗领域、汽车制造、农业等。
文章还将对聚乳酸的未来发展趋势进行展望，以期为读者提供全面的聚乳酸知识，并为其在实际应用中的创新和发展提供参考。
二、聚乳酸的性能聚乳酸（PLA）作为一种生物降解塑料，具有一系列独特的性能，使其在众多领域中具有广泛的应用前景。
聚乳酸具有良好的生物相容性和生物降解性。
由于其来源于可再生生物质，聚乳酸在自然界中能够被微生物分解为二氧化碳和水，不会对环境造成污染。
这使得聚乳酸在医疗、包装、农业等领域具有广阔的应用空间。
聚乳酸具有较高的机械性能。
通过调整合成方法和工艺条件，可以得到具有优异拉伸强度、模量和断裂伸长率的聚乳酸材料。
这些特性使得聚乳酸在制造包装材料、纤维、薄膜等方面具有显著优势。
聚乳酸还具有良好的加工性能。
它可以在熔融状态下进行热塑性加工，如挤出、注塑、吹塑等，从而制成各种形状和尺寸的制品。
同时，聚乳酸的表面光泽度高，易于印刷和染色，为其在装饰、包装等领域的应用提供了便利。
另外，聚乳酸还具有较好的阻隔性能。
它可以有效地阻止氧气、水分和其他气体的渗透，从而保护包装物品免受外界环境的影响。
聚乳酸加工方法
聚乳酸加工方法一、引言聚乳酸（Polylactic acid，简称PLA）是一种由乳酸分子通过化学反应制得的生物降解高分子材料。
由于其良好的可生物降解性和可再生性，聚乳酸被广泛应用于包装材料、医疗器械、纺织品等领域。
本文将介绍聚乳酸的加工方法，包括熔融加工和溶液加工。
二、熔融加工熔融加工是聚乳酸加工中最常用的方法之一。
其工艺包括熔融挤出、热压成型和注塑成型等。
1. 熔融挤出熔融挤出是将聚乳酸颗粒加热至熔点后，通过挤出机将熔融聚乳酸挤出成型。
该方法适用于制备聚乳酸薄膜、板材和纤维等产品。
熔融挤出的优点是成型速度快、生产效率高，但也存在着产品表面粗糙度较高的问题。
2. 热压成型热压成型是将熔融聚乳酸注入到模具中，然后通过热压机施加一定的压力和温度，使其成型。
该方法适用于制备聚乳酸餐具、容器等产品。
热压成型的优点是成型精度高，但也存在着生产周期长、成本较高的问题。
3. 注塑成型注塑成型是将熔融聚乳酸注入到注塑机中，通过高压注射将其充填到模具中，然后冷却固化成型。
该方法适用于制备聚乳酸零件、器件等产品。
注塑成型的优点是生产效率高、产品质量稳定，但也存在着设备投资大、能耗高的问题。
三、溶液加工溶液加工是利用聚乳酸在溶剂中的可溶性，通过溶液制备成型。
其工艺包括溶液纺丝、溶液浇铸和溶液共混等。
1. 溶液纺丝溶液纺丝是将聚乳酸溶解在溶剂中，然后通过纺丝机将其纺丝成纤维。
该方法适用于制备聚乳酸纺丝纤维、无纺布等产品。
溶液纺丝的优点是纤维细度可调、成本较低，但也存在着纤维强度较低、工艺复杂的问题。
2. 溶液浇铸溶液浇铸是将聚乳酸溶解在溶剂中，然后将其倒入模具中凝固成型。
该方法适用于制备聚乳酸薄膜、薄片等产品。
溶液浇铸的优点是制备工艺简单、成本较低，但也存在着产品厚度不均匀、成型周期长的问题。
3. 溶液共混溶液共混是将聚乳酸和其他聚合物或添加剂溶解在溶剂中，通过共混后再析出得到新材料。
该方法适用于制备聚乳酸共混材料、复合材料等产品。
pla的合成路线及方法
pla的合成路线及方法PLA（聚乳酸）是一种可生物降解的聚合物材料，具有广泛的应用领域。
本文将介绍PLA的合成路线及方法。
一、聚乳酸的合成路线聚乳酸的合成主要有两种路线，即乙酯化法和直接聚合法。
1. 乙酯化法：该方法是将乳酸酯进行酯交换反应，生成聚乳酸。
具体步骤如下：（1）将乳酸酯与过量的醇反应，生成酯化产物。
（2）将酯化产物进行酯交换反应，去除副产物。
（3）将反应产物经过脱溶剂和脱色处理，得到纯净的聚乳酸。
乙酯化法的优点是反应条件温和，反应产率较高，但醇的选择和酯交换反应的副产物处理对产品质量有一定影响。
2. 直接聚合法：该方法是将乳酸进行聚合反应，生成聚乳酸。
具体步骤如下：（1）将乳酸加热至一定温度，使其熔化。
（2）在惰性气氛下，通过开环聚合反应，将乳酸分子连接成长链聚合物。
（3）得到的聚乳酸产品经过冷却、固化和后处理，得到所需的产品。
直接聚合法的优点是反应简单，无需醇的参与，但反应条件要求高，且聚合产物的分子量分布较广。
二、聚乳酸的合成方法1. 乙酯化法的合成方法：（1）醇的选择：常用的醇有甲醇、乙醇等，选择不同的醇会对最终聚乳酸的性能产生影响。
（2）酯交换反应：乳酸酯与醇反应时，通常需要在催化剂的作用下进行。
催化剂可以选择碱性催化剂或金属盐类。
（3）脱溶剂和脱色处理：通过蒸馏和活性炭吸附等方法，去除反应中产生的溶剂和色素等杂质。
2. 直接聚合法的合成方法：（1）乳酸的纯化：通过蒸馏和结晶等方法，将乳酸纯化，去除杂质。
（2）开环聚合反应：在惰性气氛下，将乳酸加热至熔点以上，通过催化剂的作用，实现乳酸分子间的酯键开裂和聚合。
（3）冷却、固化和后处理：将聚合反应得到的聚乳酸冷却，固化成固体，然后经过后处理，如热处理、抽真空等，得到所需的产品。
三、PLA的应用领域PLA具有良好的生物降解性、可加工性和可塑性，因此在许多领域得到广泛应用。
1. 包装领域：PLA可用于食品包装、药品包装等。
由于其生物降解性，可以减少对环境的污染。
概述聚乳酸纤维在卫生用非织造材料中的加工生产与应用
概述聚乳酸纤维在卫生用非织造材料中的加工生产与应用【作者：赵春保】一、前言聚乳酸纤维是一种可生物降解的新型聚酯纤维，通常也称聚丙交酯纤维，主要以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料制成。
聚乳酸纤维既有合成纤维的基本物性牞又有天然纤维的生物相容性和可降解性，其加工成的各种纤维产品，在成本、性能等方面比以石油为原料的各种产品更具竞争力。
聚乳酸纤维具有丝绸般的光泽和手感，吸湿透气性好，不刺激皮肤，穿着舒适。
它可与棉、羊毛、粘胶等纤维混纺，可用作服装面料，也可用于工业、农业、医用材料等领域。
聚乳酸纤维之所以受到关注，并显示出越来越强大的生命力，关键在于它具有很好的生物降解性。
聚乳酸纤维埋入土中2～3年后强度会消失，如果与其他废弃物一起堆埋，几个月内便会分解，降解产物为无害的乳酸、二氧化碳和水。
因此，聚乳酸纤维被誉为新一代环保型合成纤维。
聚乳酸纤维的熔点比聚酯和聚酰胺纤维低得多，故染整加工中温度控制有所不同，其折射率较低，易染得表观颜色较深的色彩，聚乳酸纤维有优良的耐晒性、抑菌和防霉性，其服用性能优于聚酯纤维，用该纤维制成的面料是制作高档服装的首选面料之一，应用前景广泛。
二、聚乳酸纤维的发展历史自20世纪80年代以来，生物可降解材料的研究和发展，在全球范围内变得越来越活跃。
在玉米的深加工技术中努力研制聚乳酸的先驱是日本的钟纺合纤公司和美国的卡吉尔?道(Cagill Daw)聚合物公司。
早在十几年前，日本钟纺合纤公司就开始了生物可降解纤维的研究，经过对多种生物可降解塑料筛选后发现了聚乳酸的生物可降解性。
过去的几年中，Cargill Daw公司开发了能从玉米产生聚乳酸纤维的工艺。
最后由日本钟纺合纤公司联合岛津制作所于1994年共同开发出了商品名为Lactron的PLA纤维，又称作玉米纤维。
1997年，Dow聚合物公司看好聚乳酸纤维的后期发展，与CargillDaw公司建造了年产量达14万吨的工厂。
过去日本钟纺公司Lactron的原料大部分来自CargillDaw公司，成本过高。
聚乳酸纤维制备应用与开发前景
由精制 的乳酸直接进行聚合 ，是制备聚乳酸最早也是最简单的
方法 。
由于原料有 Ｌ 一 乳酸 、 Ｄ ． 乳酸和 Ｄ Ｌ 一 乳酸 ， 因此 聚乳酸亦 有聚 Ｄ
乳酸 （ Ｐ Ｄ Ｌ Ａ）、聚 Ｌ 一 乳酸 （ Ｐ Ｌ Ｌ Ａ）和聚 ＤＬ ． 乳酸 （ Ｐ ＤＬ Ｌ Ａ）之分 。 生 产纤 维 一 般 采 用 Ｐ Ｌ Ｌ Ａ。 １ ． 】 ． ２丙交酯开环聚合 其生产工序为 ：第一步将乳酸脱水环化制成丙交酯 ：第二步将 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 ，也 是制备聚乳酸 的关键 。这种方法可制得高分子量 的聚乳酸 ，
水 能 经 济
聚乳酸纤维制备 应用与开发前景
任志康 贾东 东
新疆大学纺织与服装学院 新疆 乌鲁木齐
【 摘 要】 简单介绍聚乳酸的聚合制备 方法和 聚乳酸纤维在 纺织行业 的应 用，并对适 合于各种服装 面料， 家用装饰织物及产
业 用纺 织 品 的 开 发 前 景 作 了探 讨 。
【 关键词】聚乳酸纤维 ；制备 ：应 用 ：产 品开发
明，作为一种可降解 的高分子 ．在纤维制备 的每一步都影响其分子 量 。Ｐ Ｌ Ｌ Ａ对温度非 常灵敏 ， 在升 温过程 中特性豁度有较大幅度 的下 降； 而且温度越高 ，△ Ｎ越大 。因此成纤聚合体 中的金属 、单体、水 等的含量 必须严格控制 ． 尤其是残 留金属及水分子在纺丝前必须严格 去 除，否则在纺丝过程 中会 引起分子量 的急剧下降 、腐 蚀加工机械 ，制得 的纤维性能降低 。
聚乳酸 的合成方法通常有两种 ，即丙交 酯 （ 乳酸 的环装二聚体） 的开环聚合和乳酸 的直接 聚合 １ ． １ ． １ 乳酸直接缩聚
聚乳酸纤维
聚乳酸纤维
聚乳酸纤维是一种生物降解性塑料，由聚乳酸分子构成。
它具有优良的生物相
容性和可降解性，可以替代传统塑料在一些领域的应用。
聚乳酸纤维被广泛应用于医疗、纺织和包装等领域。
制备过程
聚乳酸纤维的制备主要有两种方法：溶液旋转成型法和熔融纺丝法。
溶液旋转成型法 1. 将聚乳酸溶解在有机溶剂中，形成聚合物溶液。
2. 将聚合
物溶液注入旋转模具中，经过旋转成型，使其形成纤维状结构。
3. 将形成的聚乳
酸纤维进行干燥和固化处理，最终得到产品。
熔融纺丝法 1. 将聚乳酸颗粒在高温条件下熔化，形成聚合物熔融。
2. 将熔化
的聚乳酸通过喷丝孔拉伸成纤维。
3. 纤维冷却凝固后进行卷绕，最终得到聚乳酸
纤维产品。
特性与应用
聚乳酸纤维具有以下特性：
•生物相容性：聚乳酸纤维对人体无害，可在医疗领域用于缝合线等应用。
•可降解性：聚乳酸纤维在一定条件下可被微生物降解，减少环境污染。
•良好的强度：聚乳酸纤维具有较高的强度，可用于纺织品和工程材料制备。
•可染性：聚乳酸纤维可通过染色处理获得丰富多彩的颜色。
聚乳酸纤维在医疗、纺织和包装等领域得到广泛应用：
•医疗领域：用于制备缝合线、缓释药物载体等医疗器械。
•纺织领域：制备各种纺织品，如衣服、床上用品和家居用品。
•包装领域：用于生物降解包装材料，降低塑料污染对环境的影响。
聚乳酸纤维的可降解性和生物相容性使其在替代传统塑料方面具有广阔的应用
前景，未来随着技术的不断发展，聚乳酸纤维有望在更多领域得到应用和推广。
聚乳酸与聚乳酸纤维特点及生产应用研究
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;。
生物可降解材料聚乳酸的制备及应用
生物可降解材料聚乳酸的制备及应用聚乳酸是由微生物发酵所产生乳酸单体聚合而成的高分子聚合物，它的特点是无毒、无刺激气味、可降解、生物相容性良好，所以广泛应用到了医学、食品包装和汽车电子等领域。
聚乳酸在自然界中通过土壤、水或微生物的作用下都能实现无污染的分解，可降解的特性既推动了各个领域的发展，也满足了我国构建绿色环保型社会的要求。
因此，对于聚乳酸的研究规模随之扩大，通过对聚乳酸合成、改性以及应用，促进聚乳酸的价值发挥，进而为社会进步奠定坚实基础。
1 聚乳酸具备的生物性质1.1 生物可降解性乳酸主要由植物发酵而来，主要成分包括玉米、小麦等可再生资源，所以聚乳酸有着良好的可降解性质。
废弃的聚乳酸产物在土壤中微生物或水的作用下会完全分解成水和二氧化碳，对空气和土壤都没有任何污染，同时还有利于促进植物的光合作用。
1.2 生物相容性据相关研究显示，聚乳酸可以在人体中实现完全无害的分解，分解后的主要产物即是二氧化碳和水，并且在人体新陈代谢的过程中即可完成分解，所以其生物相容性良好。
在不断实践应用的过程中，证实了聚乳酸和人体的相容性，如将其作为植入人体的生物材料，后续没有任何的不良反应发生，逐渐取代了金属材料的地位。
1.3 优越的物理性质聚乳酸优越的物理性质主要体现在柔韧性良好、透明度充足、机械强度足够和良好的热稳定性，这些物理性质无疑满足了各行各业的具体要求，相较于不可降解材料和其他可讲解材料的优势都较为明显。
1.4 可加工性聚乳酸本身的可加工性良好，实际加工起来只需要充分结合其热塑性即可，能够以各种不同的方式进行热塑成型，满足了各种形态的要求，赋予了其良好的加工性能。
2 聚乳酸的合成制备方式2.1 间接聚合制备间接聚合法指的是开环聚合。
首先，将乳酸作为原材料，并通过缩聚和解聚的方式得到环形丙交酯。
其次，将丙交酯进行开环聚合从而得到聚乳酸。
开环聚合的方式主要通过对反应时间、反应温度和选择不同催化剂种类来实现对聚乳酸分子量合成的过程，这一方法的优势在于反应原理简单、反应过程可控，缺点是聚乳酸的后续提纯过程较为复杂且需要的成本偏高。
聚乳酸纤维的制备
聚乳酸(PLA )有两条路线:第一条是直接聚合，第二条是开 环聚合。
直接聚合示例
即在高真空和一定温度下用溶剂去除凝结水,将精制的乳酸
聚乳酸纤维的制备
什么是聚乳酸纤维？
聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维，它可从谷
物中取得。其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可 分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成 污染。是一种可持续发展的生态纤维。
聚乳酸纤维的制备
合成聚乳酸的单体是乳酸, 乳酸的生产可分为石 油合成法
交酯, 在真空下蒸馏提纯后再进行开环聚合制得聚乳酸树 脂。此方法制得的分子量可高达二十几万 , 被CargillDow 和杜邦公司等大多数公司所采用,是目前工 业上普遍采用 的方法,由于所生产的 PLA 分子量高,结 晶性好,强度高,用 途广泛。
聚乳酸纤维的制取
聚乳酸是一种热塑性树脂,纺丝加工性能良好,其 纺丝成形
直接聚合(缩合)成聚乳酸树脂,可以生产较低分子量的聚合 体, 这是C arother 和三井Tualsu 所采用的方法,可以生产 低到中分子量的聚合体。此方法制得的 PLA 平均分子量较 小,强度低,不能用作塑料和纤维加工,用途不广。
开环聚合示例
即在较温和的条件下去除水份 , 将乳酸环化制成二聚物丙
聚乳酸纤维的应用前景
( 1) 以植物为原料的生态塑料聚乳酸, 可能在不远的将来代替一部分化
工塑料制品, 使生态环境得以改善, 生活质量得以提高。
(2) 聚乳酸有可能缓解日益严重的石油资源危机。据估计, 石油将在
40~ 50 年内消耗殆尽, 石油及其产品的价格近年来也经历了大幅的波 动, 而聚乳酸的原料 玉米, 在过去的 10 年间, 价格却保持基本稳定。 油价的暴涨必将使人们将更多的注意力投向以聚乳酸为代表的生态塑 料行业。
聚乳酸(PLA)纤维的生产及应用开发
ｅｒ ｃ ｌｓ ｃ 的 Ｌ ａ ａ 聚乳酸 （ Ｌ 纤维是一种完全可生物降解的 Ｔ ｒ ｍａ 和 Ｐａｔｒｈ Ｐ Ａ纤 维 。 Ｐ Ａ） 商业化 的聚乳酸（ Ｌ 纤维是以玉米淀粉等 Ｐ Ａ） 聚合物 ， 降解产物是 ， 并且其原料乳酸是从玉米等可再生天然物
度 较高 。 是 ， 纺丝过 程 中 ， 但 在 由于溶 剂 有 毒 ， 纺
聚乳酸并不是一种新 的聚合物 ， 早在１３ 年 ， ．２ ９
关键 词 ：聚乳 酸 （ Ｌ Ｐ Ａ）纤 维 玉米淀 粉 可生物 降解性 纺织
１ 引言
随着人类崇尚 自然 ，回归 自 然的需求 以及环
境保护意识 的不断增强 ， １ ２ 世纪成为了一个绿色 环保 的世纪 。大力开 发可生物降解纺织新材料 ，
２ 聚 乳酸 （ Ｌ ） Ｐ Ａ 纤维 的 生产
维普资讯
２６ ０ 年第３ ０ 期
济 南纺织化 纤科技
．３ ｌ・
聚乳酸 （ Ｌ Ｐ Ａ）纤维酌生产及应用开发
成 玲 （ 天津 工 业 大学 天津 市改性 与功 能 纤维重 点 实验 室 ，天 津 ３ ０ ６ ０ １ ０）
摘 要 ：近年来 ，聚乳酸 （ Ｌ Ｐ Ａ）纤维作为一种利用玉米淀粉等可再 生资源加 工制造 的完全可生 物降解的纤维材料 ， 已经越 来越 引起广泛的关注。 由于它有许 多突出优异的性能， 从而给纺织工业开发新 产品带来了新的发展机遇。 充分认识和 了解Ｐ Ａ Ｌ 纤维的生产及其性能， 对今后有效地进行该纤维的开发应 用十分重要。 本文详细介绍 了 目 Ｌ 纤维的生产技术、 前Ｐ Ａ 纤维性能以及Ｐ Ａ Ｌ 纤维在 纺织上 的应用。
南于Ｐ Ａ Ｌ 纤维是以玉米等为原料并可生物降解
的合成纤维 ， 属于高科技纤维 中的功能类纤维 ， 其
聚乳酸纤维性能及应用
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由于聚乳酸纤维是一种高结晶性、高取向性和高强度的纤维，它的 机械性能介于聚酯纤维和锦纶之间。在服用性能方面，聚乳酸纤维具有 更好的手感和悬垂性，比重较轻，有较好的卷曲性和保型性。聚乳酸纤 维无需特别的装置和操作，可用常规的工艺进行加工处理。
二、聚乳酸纤维的其他性能
聚乳酸纤维有独特的性能，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。重要的是，如前所述，它具有优越的生物降解性 。与其他生物降解纤维相比，聚乳酸纤维的分解速度低且稳定，埋入 土壤中2~3年强度消失，如果与其他有机废物同时埋入地下，几个月 之内就会分解成CO2和水，是一种理想的可生物降解纤维。聚乳酸纤 维安全性好，植入体内无毒副作用，因此可用作可吸收的手术缝合线 和组织工程材料；耐候性好，聚乳酸纤维在室外长时间暴露能够保存 较高的抗张强度，优于PET 纤维，因此可用于农业，园艺，土木建筑 等领域。
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三、聚乳酸纤维的应用
• 由于聚乳酸纤维的物理力学性 能、热稳定性、和热塑性好， 较软，较轻、染色性好、有生 物相容性，因此用途十分广泛。 下表列出了其主要用途。聚乳 酸纤维可制成复丝、单丝、短 纤维、假捻变形丝、针织物和 非织造布等，目前主要用于服 装和产业领域。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。
聚乳酸纤维性能及应用
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一、聚乳酸纤维机械性能
• 聚乳酸纤维是新一代环保型纤维，具有很多优越的性能。 例 如 聚乳酸纤维与聚酯、锦纶纤维的物理性能比较。①聚 乳酸纤维的密度介于聚酯和锦纶之间，比棉、丝、毛等密 度小，说明聚乳酸纤维具有较好的膨松性，制成的服装比 较轻盈；②聚乳酸纤维的强度较高，达到310~415 cN/dtex，接近合成纤维；③聚乳酸纤维的断裂伸长率在 30 %~50 %，远高于聚酯和锦纶，会给后道织造工序带来 相当的难度；④纤维模量小(与锦纶相近)，属于高强、中 伸、低模型纤维。杨氏模量可以表征纤维的硬度，杨氏模 量高，纤维发硬；杨氏模量低，则纤维柔软。因此聚乳酸 纤维制成的织物手感柔软、悬垂性很好；⑤聚乳酸纤维与 聚酯纤维具有相似的耐酸碱性能，这是由其大分子结构决 定的。
聚乳酸纳米纤维材料的制备及其性能研究
聚乳酸纳米纤维材料的制备及其性能研究近年来，纳米材料的制备和研究备受关注，因其特殊的性能和应用前景。
其中，聚乳酸（PLA）纳米纤维材料是一种新兴的功能材料，具有优异的力学性能、光学性能和生物相容性，被广泛应用于医学、纺织、电子等领域。
一、PLA纳米纤维制备方法PLA纳米纤维的制备方法主要有静电纺丝法、旋转纺丝法、相分离纺丝法等。
其中，静电纺丝法是一种被广泛采用的制备方法。
1. 静电纺丝法静电纺丝法的原理是通过高电压电场使溶液中聚合物分子形成锥状液滴，接着在电场作用下产生电荷，使液滴表面张力降低，液滴在电场作用下逐渐变细，并且捕捉室内的湿气，因此可以拉出纤维。
制备PLA纳米纤维的过程中需要有合适的溶剂、聚合物浓度、电压和喷嘴直径等条件。
2. 旋转纺丝法旋转纺丝法也被广泛应用于PLA纳米纤维的制备。
它的原理是利用旋转界面的剪切作用将聚乳酸分子拉成纳米级的纤维，具有低成本、高生产效率等优点。
3. 相分离纺丝法相分离纺丝法的原理是利用液液分离的相分离现象制备纳米纤维。
通过选择合适的非溶剂、溶剂和聚合物体系，以及制备过程的辅助条件，可以获得高质量的PLA纳米纤维。
二、PLA纳米纤维的性能研究1. 力学性能PLA纳米纤维具有优异的力学性能。
研究表明，纳米纤维的强度和模量均比普通PLA纤维高，且具有很高的延展性。
这是因为纤维表面的高比表面积使纤维的分子结构更加紧密，能有效地增强材料的力学性能。
2. 光学性能PLA纳米纤维具有优异的光学性能。
研究表明，纳米纤维的纳米级直径可以使材料在特定波长下产生类似光子带隙的效应，使材料具有光学响应性质，并且在有机太阳能电池、光学器件等领域具有广阔应用前景。
3. 生物相容性PLA纳米纤维具有优异的生物相容性。
研究表明，纳米纤维对生物组织和细胞具有良好的生物相容性，能够有效地降低组织损伤和感染的风险。
在医学、药物缓释、组织工程等领域具有广泛的应用前景。
三、PLA纳米纤维的应用展望PLA纳米纤维具有广泛的应用前景。
聚乳酸纤维合成工艺及应用
聚乳酸纤维及其应用姓名（学院班级学号）摘要：聚乳酸纤维是优秀的绿色环保纺织材料之一，近年来对其结构和性能已经有了比较系统的研究。
本文分析了聚乳酸及其纤维的组成结构、物理和化学性能，介绍了生产制备聚乳酸纤维的制备工艺，并对聚乳酸纤维的应用领域和发展前景作了介绍。
关键词：聚乳酸纤维；结构性能；制备工艺；应用前景0 前言人类在21世纪的最大课题之一是保护环境。
塑料和合成纤维虽然都很有用，但大多数不能自然分解，其废弃物会造成污染。
自20世纪60年代，人们开始研究和开发生物可降解聚合物，以保护环境。
其中以聚乳酸纤维最为瞩目。
聚乳酸也称为聚丙交酯，它属于聚酯家族，因为具有良好的加工性能，优良的生物相容性和合适的力学性能，所以制品种类很多，用途很广泛。
本文只介绍聚乳酸纤维及纺织品。
1 聚乳酸纤维概述1.1 聚乳酸纤维简介聚乳酸( Polylactic Acid)，简称PLA，化学结构式为：聚乳酸纤维又称玉米纤维，它是由玉米等谷物原料经过发酵、聚合、纺丝制成的。
在其生产过程中，首先将玉米中的淀粉提炼成植物糖，再将植物糖经过发酵形成乳酸，乳酸再经过聚合生成高性能的乳酸聚合物，最后将这种聚合物经过熔体纺丝等纺丝方法制成聚乳酸纤维。
它是一种以乳酸为主要原料的高分子聚合物。
聚乳酸由乳酸合成，而乳酸的原料是所有碳水化合物富集的物质，如粮食以及有机废弃物。
聚乳酸纤维是一种性能较好的可生物降解纤维。
在微生物的作用下，其废弃物会分解生成碳酸气体和水，它们在阳光下通过光合作用又会生成起始原料淀粉，而淀粉又是聚乳酸的原料（如图2-10），这实现了资源的可持续利用。
用玉米等谷物原料加工聚乳酸产品对综合利用资源，减少环境污染具有重要的意义和价值。
1.2 聚乳酸形态结构图1-1和图1-2为聚乳酸纤维的横截面形态和纵向表面形态。
聚乳酸纤维横截面为近似圆形且表面存有斑点，而聚乳酸纤维纵面存在无规律的斑点及不连续性条纹，这些无规律的斑点及不连续性条纹形成的原因主要是由于聚乳酸存在着大量的非结晶部分，在水、细菌、氧气的存在下，可以进行较快的分解而形成的。
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张旺玺 ,张慧勤 ,潘 玮 ,王艳芝
(中原工学院 ,河南 郑州 450007)
摘 要 : 阐述了聚乳酸的合成方法 、聚乳酸纤维的纺丝成型方法 、聚乳酸纤维的结构性能及主要应用范围. 合成高分子
量聚乳酸的主要方法有开环聚合 、扩链聚合 、溶液聚合及熔融固相聚合等. 采用适当高分子量的聚乳酸树脂经干法纺丝
到 20 世纪 50 年代 ,美国杜邦公司首先把乳酸制 得丙交酯 ,然后进行开环聚合 ,这是合成聚乳酸最传统 的方法. 主要原因是采用这种方法可以得到高分子量 的聚乳酸及其系列衍生物 ,它仍然是目前工业化生产 聚乳酸最主要的工艺路线. 丙交酯的开环聚合主要包 括阴离子聚合 ,阳离子聚合及配位聚合. 用于阳离子聚 合的引发剂主要包括质子酸 、路易斯酸及烷基化试剂 , 如三氟甲磺酸 、甲基三氟甲磺酸等. 阳离子开环聚合烷 氧键断开 、在手性碳上增长 ,外消旋不可避免 ,难以得 到高分子量的聚乳酸. 阴离子开环聚合的引发剂有仲 或叔丁基锂 ,碱金属烷氧化合物 ,如苯甲酸钾 、苯酚钾 、 硬脂酸锌 、18 - 冠 - 6 醚配合物等. 引发机理是负离子 亲核进攻丙交酯羰基 、使酰氧键断裂 ,仍导致部分外消 旋化. 配位开环聚合的引发剂主要是过度金属的有机 化合物或氧化物 ,如烷氧基铝. 由乳酸制备丙交酯制备 聚乳酸这种开环聚合方法的缺点是工艺过程冗长 、制
聚乳酸是热塑性树脂 ,从理论上讲 ,采用熔融纺丝 是最理想的纤维成型方式. 熔融纺丝工艺技术比较成 熟 、环境污染小 、生产成本低 ,更有利于自动化 、柔性化 生产 ,是目前聚乳酸纤维的主要成型方法. 但是熔融纺 丝易造成聚乳酸的水解和热降解 ,因此纺丝前必须严 格控制树脂的含水量 ,以保证纺丝的工艺稳定性和纤 维最终的质量.
文献标识码 : A
随着高新技术的发展和世界范围内人们物质文化 生活水平的提高 ,资源过度消耗 ,结果导致资源和能源 日趋枯竭 、环境污染严重 、生态日益恶化. 人们由此而 掀起了一场绿色革命 ,对绿色制造 、绿色消费等越来越 重视. 绿色纤维就是这绿色浪潮中的一个重要组成部 分 ,有人从纺织生态学的角度给绿色纤维的定义是 : ① 纤维在生长或生产过程中未受污染 、同时也不会对环 境造成污染 ; ②纤维制品在失去使用价值后 ,可回收再 利用或可以在自然条件下降解消化 ,不会对生态环境 造成危害 ; ③纤维生产的原料采用可再生资源或可利 用的废弃物 ,不会造成生态平衡的失调和掠夺性的资 源开发 ; ④纤维对人体具有某种保健功能.
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第 3 期 张旺玺等 :聚乳酸纤维的合成加工与应用 · 3 ·
把乳酸单体进行直接缩合已经成为制备聚乳酸的 重要方法 ,直接缩聚合成聚乳酸的反应过程如下 :
直接缩聚反应是一个可逆反应 ,反应的化学平衡 式见图 1 ,合成高分子量聚乳酸的关键是在反应过程 中及时去除产生的小分子水. 人们开始认为 ,直接缩合 法不能合成高分子量的聚乳酸 ,只能得到低分子量的 低聚物. 低分子量的聚乳酸 ,强度低 ,不能用作塑料和 纤维加工.
3 聚乳酸纤维的结构性能和应用
聚乳酸具有高结晶性和较高的取向性 ,故具有高 耐热性和高强度 ,和聚酯相媲美 ,还具有比较理想的透
1 聚乳酸的合成
纺制聚乳酸纤维需要高分子量的聚乳酸. 一般低 分子量的聚乳酸用于药物缓释材料 ,而由高分子量的 聚乳酸可以加工成塑料 、纤维 、薄膜等高分子材料 ,用 途非常广泛. 乳酸最早由瑞典化学家 Scheele 从发酵的 奶中分离出来 ,1881 年实现商业化生产. 目前 ,乳酸的 制备通常有两种方法 ,一是石油原料的合成法 ,二是微 生物发酵法. 发酵法采用含淀粉的农产品 ,如麦类 、玉 米 、土豆 、甜菜等生产聚乳酸 ,原料来源丰富 、成本低 廉 、具有”绿色”内涵 ,所以被各国工业生产时广泛采 用. 最早是在 1932 年 ,聚乳酸在美国杜邦公司得以合 成成功 ,但是因为分子量太低 ,主要应用于医疗用手术 缝线 、移植物和药物可控释放等. 目前 , 美 国 Cargill Dow 公司与 Dow 化学公司的一个 50/ 50 合资公司是世 界上聚乳酸生产能力最大的企业 ,已建成 15 万吨/ 年 期 :2005 - 03 - 08 基金项目 :河南省科技攻关计划重点项目 (0523021300) 作者简介 :张旺玺 (1967 - ) ,男 ,河南淮阳人 ,博士 ,副教授.
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· 2 · 中原工学院学报 2005 年 第 16 卷
目是一个非常重要的方向. 可是 ,目前国内在乳酸的纯 化 、聚乳酸的合成制备高分子量聚乳酸 、可纺性研究等 方面还刚刚起步. 所以 ,抓住机遇大力发展新型绿色聚 乳酸纤维及其相关产品具有重要的意义. 特别是河南 省是一个人口众多的农业大省 ,开发玉米深加工 、发展 相关聚乳酸工业产品 ,对提高农产品竞争力 、发展国民 经济具有更加深远的影响. 聚乳酸是玉米深加工中的 一项重要的技术创新 ,它的发展将为后石油时代带来 蓬勃生机[1 ] .
图 1 聚乳酸的合成反应化学平衡式关系图
为了提高聚乳酸的分子量 ,Ajioka 等[4] 采用在二 苯醚溶剂中连续共沸除水的方法合成了分子量高达 30 万的聚乳酸. 日本三菱化学公司采用直接缩合溶液 聚合方法实现了聚乳酸的工业化生产 ,并能把聚乳酸 加工成纤维. Fukushima T. [5] 等利用 L - 乳酸为原料 , 以二苯基醚为添加溶剂 ,以二氯化锡为催化剂 ,以对甲
造成本非常高 ,因此限制了聚乳酸的生产应用和发展. 1. 2 扩链聚合
为了降低聚乳酸的制造成本 ,扩大其应用范围 ,人 们一直在寻找更简单的合成路线. 其中 ,采用扩链剂是 提高聚乳酸平均分子量的一种有效方法. Wei Zhong[2] 采用亚甲基二苯基二异氰酸酯扩链剂与聚乳酸低聚物 在 175 ℃共聚 45 min. 聚乳酸的重均分子量由 9 800 提 高到 57 000 ,玻璃化温度由 48. 6 ℃提高到 67. 9 ℃,聚 合物的耐热性明显提高. 可用的扩链剂还有乙烯基碳 酸盐 、杂环化合物 、二异氰酸酯 、环己二异氰酸酯 、聚乙 二醇等. J ukka 等[3] 用 2 ,2’- 二 - 2 - 唑啉作偶联剂 , 使羧基终止的聚乳酸齐聚物在 200 ℃反应 10 min 后 , 分子量达到 300 000. 采用低分子量的聚乳酸不仅可以 与二元酸进行共聚 ,也可以与二元醇进行共聚 ,制备相 应的羧基封端聚合物或羟基封端聚合物. 制备羟基封 端的聚合物可以用 2 - 丁烯 - 1 ,4 - 二醇 、丙三醇 、1 ,4 - 丁二醇 、丁基缩水甘油醚 ,制备羧基封端的聚合物可 以用马来酸 、丁二酸 、脂肪酸 、衣康酸 、或一些酸酐等. 1. 3 直接缩聚 1. 3. 1 溶液缩聚
第 16 卷第 3 期 2005 年 06 月
中原工学院学报 JOURNAL OF ZHONGY UAN INSTITUTE OF TECHNOLO GY
Vol. 16 No. 3 Jun. ,2005
文章编号 :1671 - 6906 (2005) 03 - 0001 - 04
聚乳酸纤维的合成加工与应用
在目前使用天然动植物原料开发的可自然生物降 解的纤维中 ,聚乳酸 ( PLA) 纤维属于合成高分子一类 的材料. 聚乳酸纤维是采用可再生的玉米 、小麦等淀粉
原料经发酵转化成乳酸 ,然后经聚合 、纺丝而制成. 在 众多的生物降解型纤维材料中 ,聚乳酸的熔点达 170 ℃以上. 聚乳酸纤维具有与涤纶类似的物性 ,外观透 明. 与其它生物降解型纤维材料相比 ,在透明性 、强度 、 弹性和耐热性方面要高出一筹. 聚乳酸纤维可有长丝 、 短丝 、复丝和单丝以及无纺布等不同规格和品种 ,可广 泛用于内衣 、运动衣 、医疗卫生用品 、农膜等材料以及 农林 、水产 、造纸 、卫生 、土建等行业. 聚乳酸纤维制品 废弃后在土壤中或水中 ,会在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 ,它们又会成为 淀粉的起始原料. 这个循环过程 ,既能重新得到聚乳酸 纤维的初始原料 ———淀粉 ,又能借助光合作用减少空 气中的二氧化碳含量. 聚乳酸纤维制成的面料 ,触摸时 有舒适的肌肤接触感和手感 ,聚乳酸纤维还具有真丝 般的光泽. 聚乳酸还广泛应用于医药 、医疗领域. 更大 的潜在应用是 ,随着价格的降低 ,可望替代传统塑料. 由于聚乳酸的产业化有巨大发展前景 ,近 10 年来 ,它 们的研究和产业化受到世界各国政府 、企业界和研究 机构的普遍关注. 聚乳酸作为原材料的生产在欧美日 等地区和国家已初步形成产业 ,目前年生产能力超过 26 000 t. 我国发布的 2000～2005 年国家《纺织行业科 技发展项目指南》中 “, 聚乳酸纤维的开发及其应用”项
到目前为止 ,能够满足上述绿色纤维所有定义条 件的真正意义上的”绿色”纤维还没有问世. 但是 ,人们 一直在努力 ,在开发能符合定义中一条或多条的绿色 纤维方面取得了越来越多的成果 ,有些产品已经实现 了工业化生产 ,如聚乳酸纤维 、Lyocell 纤维 、蛋白纤维 、 甲壳素纤维等等. 本文论述了国内外绿色聚乳酸纤维 的开发和研究状况.
与传统加热方式完全不同 ,在微波加热过程中 ,热 从材料内部产生而不是从外部因温度梯度的差异而吸 收热源. 微波技术是一种不同于常规加热方式的新型 高效的加热方式 ,它为高分子合成及应用提供了一种 新思路 ,它的应用可大大降低反应的时间与能耗 ,提高 各种反应的速率 、收率和选择性 ,已经成为人们关注的 热点. 应用到乳酸的缩聚反应 ,利于小分子物质 (例如 : 水) 的脱除.
2 聚乳酸纤维的成型
纺制聚乳酸纤维最常用的方法是干法纺丝 、熔融 纺丝 ,也可以采用反应挤出纺丝成型. 采用二氯甲烷 、 三氯甲烷 、甲苯为溶剂 ,溶解聚乳酸树脂作为纺丝液进 行干法纺丝制得的聚乳酸纤维因热降解少 、纤维强度 较高. 但由于溶剂有毒 、纺丝环境恶劣 、溶剂回收困难 , 需要特殊处理 ,纤维生产成本高 ,限制了聚乳酸纤维的 工业化生产 ,至今没有走出实验室中试阶段.