聚乳酸纤维

聚乳酸纤维的结构性能、应用
摘要: 随着我国社会经济的迅速快速发展和各大城市居民人口的大量高度集中，白色污染物问题越愈严重，各种各类环保材料应运而生，其中生物性可降解环保材料由于能够在一定环境条件下快速进行降解得到了社会各界人士的广泛关注。

聚乳酸产品使用领域众多，可广泛使用于生物医药、纺织、工业等，将逐步取代传统塑料。

本文主要讲述聚乳酸材料中的聚乳酸纤维的结构性能、应用前景。

关键字:聚乳酸纤维；结构性能；应用；环保；可降解材料
1 前言
2019年4月24日、25日在云南昆明召开了可降解塑料创新技术与市场合作会议，会议主要探讨到的重点议题是聚乳酸纤维合成的一些关键技术及其高应用价值创新技术应用。

由于人工合成塑料的种种不同缺点，例如塑料是由石油炼制的化工产品制成，而由于石油的天然资源储量是有限的、塑料加热容易燃烧，燃烧时会迅速产生大量有毒气体、塑料的耐热腐蚀性能等较差，材质易于老化、塑料无法自然分解这些都是塑料白色污染的主要形成原因，因此现在寻找用另一种可降解材料代替塑料这种材料的新型材料刻不容缓。

而聚乳酸的研发生产不以使用石油等化石化工原料产品为主要原料，而是以常见的玉米类小麦类木薯类等为主要原料，且其产品在自然界仅仅经过几个月就已经可以完全自然降解无化学污染。

目前，国外对聚乳酸纤维的科学研究和技术开发较为成熟，国内对聚乳酸的研究还是处于早期起步研究阶段[1]
2 定义
聚乳酸纤维(PLA纤维)是由从诸如玉米、木薯等中加工提取的淀粉，经过酸的发酵分解后，得到低聚葡萄糖，再经过乳酸菌的发酵乳化分解后再生成乳酸，其分子结构中的一端羟基和另一端的羧基缩聚获得聚乳酸，通过熔融纺丝工艺获得聚乳酸纤维。

同时PLA纤维还是真正的低碳环保产品，废弃后，在堆肥环境下很快就能完全降解，不像有些塑料几百年都不降解。

最终实现碳元素永恒循环，对环境没有污染。

且原料广泛丰富，适合大规模推广应用
3 结构与性能
3.1结构
聚乳酸纤维分子式如下：
从结构上看，PLA纤维不含芳香环，具有较高的结晶度和取向度，强度高、耐热。

吸湿性差，疏水性好，极限氧指数为26％；有一定阻燃性；燃烧少烟。

低污染、环保。

3.2聚乳酸纤维主要性能
聚乳酸纤维位列国家“十二五”“十三五”新材料产业规划中前沿生物新材料第一位置，是替代石油基塑料的首选材料，聚乳酸纤维是服装纺织领域新诞生的一种功能性纤维，开发的面料具有护理作用拥有得天独厚的优越特性。

①亲肤抗敏，聚乳酸面料具有天然乳酸性，酸碱度与人体PH值极为接近，所呈现的良好的天然抗敏亲肤功能，相当于人体的第二层皮肤，特别适合于各类亲肤产品
②丝滑抗皱，聚乳酸蚕丝面料不仅可替代真丝，还克服了真丝面料吸湿不排汗、容易起皱，易静电等缺陷，干爽抗皱，易于打理，具有很高的产品性价比
③抑菌防螨，聚乳酸纤维面料特有的天然抑菌功能，对人体皮肤的有害菌抑菌率高达95%以上，长期穿用，可以滋养肌肤。

同时可防霉防螨，卫生安全
④疏水抗污，聚乳酸面料具有明显的疏水保洁，易洗快干功能，无论作为高档面料还是填充物都可以直接洗衣机水洗，且不易着色，可抵御一切非油性污渍。

⑤阻燃保暖，良好的防潮保暖效果，可替代棉花和羽毛。

3.3聚乳酸纤维的缺点
①降解周期难以控制
②价格太贵，乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高。

这都促使人们对聚乳酸的改性展开深入的研究
4 聚乳酸纤维的合成
4.1聚乳酸的合成
现在聚乳酸的合成方法大致有两种:一种是直接缩聚法，另一种是丙交酯开环聚合法[2]。

近年来，酶催化和超临界二氧化碳中聚合的研究也得到了广泛的关注[3]
4.1.1直接缩聚法
乳酸分子中的羟基和羧基在脱水剂的存在下受热脱水, 直接缩聚合成低聚物。

加入催化剂后,进一步升高温度, 低相对分子质量的聚乳酸相互聚合，随着反应时间的进行，低聚物逐渐聚合成相对分子量更高的聚乳酸。

4.1.2开环聚合
根据引发剂和聚合机理的不同，丙交酯的开环聚合可以分为阴离子聚合、阳离子聚合以及配位聚合[4]。

阳离子聚合的引发剂主要包括质子酸、Lewies酸以及烷基化试剂三类物质，如氯化氢、氯化溴、三氯化铝等。

阴离子引发剂有碱金属以及醇氧化剂，如硬脂酸钾、醇钠、苯甲酸钾。

丙交酯开环聚合两步法合成:乳酸在催化剂的作用下制成丙交酯(环状二聚体),再聚合成聚乳酸。

4.2聚乳酸纤维的制备
可采用溶液纺丝和熔融纺丝工艺来制得聚乳酸纤维，主要采用干纺-热拉伸工艺。

聚合物加热直到熔融然后通过喷丝孔喷出，然后在空气中冷却固化成纤维
5 应用领域与前景
5.1在服装上的应用
聚乳酸纤维的织物手感比较柔软，有较好的亲水性，无刺激性，亲肤抗敏，丝滑抗皱，抑菌防螨，疏水抗污，阻燃保暖等种种优越的服用性能[5]。

5.2在医疗上的应用
PLA为热塑性聚合物,可广泛用来制作医疗卫生防护用品。

但由于PLA同时也存在不良亲水性、热力学稳定性和分子机械响应强度改性较差等诸多缺点,但可通过亲水改性、pH响应改性、分枝结构改性等[6]手法扩展PLA的用途
5.3在工业和农业上的应用
传统的农用地膜易碎，不易降解极易造成白色污染，然而PLA是热塑性聚合物，弥补了传统农用地膜易碎的缺点，并且PLA还是生物可降解材料，不用担心
不降解而引起的白色污染问题。

PLA的物理加工性能比较好，因此可以用来做加工材料，在汽车的配件上广泛被使用。

5.4在食品包装上的应用
常见的食品包装所用的原材料是聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯，虽说是日常生活中必不可少的一部分，且便宜，容量大，极其方便，但是其危害巨大。

常说的的白色污染便是指这些包装袋废弃后短时间内无法生物分解而使环境受到破坏，因此PLA的研发尤为重要。

PLA不仅在生物可降解方面打赢了常见的塑料，在抑菌和抗霉特性上也是完胜。

常见的一次性饭盒
6 结论
PLA纤维可应用在工业、农业、医疗、食品等领域。

PLA纤维所具有的亲肤抗敏，丝滑抗皱，抑菌防螨，疏水抗污，阻燃保暖等优越的服用性能。

既可用于生活日用品，也可用于产业用的纺织品[7]，PLA纤维是21世纪发展最快速的新型环保材料，从生产到废弃的整个生命周期中都实现了可持续发展，无污染的目标，能够缓解人类对石油过度开采的现状。

但目前聚乳酸纤维的工业化生产和生产成本较高问题尚未解决，因此需要各位科学家进行深入的研究，早日实现PLA 纤维大规模应用。

总而言之，PLA纤维是目前的主要绿色纤维之一，具有很好的应用前景。

参考文献:
[1]熊葳.聚乳酸纤维的结构与性能[J].现代丝绸科学与技
术,2010,15(3) :36-40.
[2] 米小娟,刘东方.聚乳酸的合成方法[J].科技经济场,2006 ,22(10):5.
[3] 王景吕，商雪航，王卫京,等.酶催化合成脂肪族聚酯的研究进展[J]. 化工进展, 2017, 36(7): 2592-2600.
WANG J C, SHANG х H, WANG W ], et al. Review on enzymatic synthesis of aliphatic polyester[J].Chemical Industry and Engineering Progress, 2017, 36(7): 2592- -2600.
[4] 梁博.聚乳酸合成方法研究进展[J].石油化工应用，2007 ,27(5):1-3.
[5]朱树平.聚乳酸纤维的结构性能和应用前景[J].广西轻工
业,2011,27(3):108-109. DOI:10.3969/j.issn.1003-2673.2011.03.055.
[6]詹世平,万泽韬,王景昌, 等.生物医用材料聚乳酸的合成及其改性研究进展[J].化工进
展,2020,39(1):199-205.DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0656. [7]丁盛,单小红.新型可降解合成纤维--玉米纤维[C].//四川纺织工程学会%湖南纺织工程学会%湖北纺织工程学会.2007中西部纺织学术研讨会论文集.2007:56-61.。