聚乳酸纖維的性能特點與產品開發前景

夏巖 張懷海

【摘 要】簡介了聚乳酸纖維的化學結構與截面形態；論述了聚乳酸纖維的性能特點，對聚乳酸纖維與其他常用原料的物理機械性能、染色性能、服用性能和生物降解性能等作了測試對比和分析；并根據聚乳酸纖維的這些優異性能，對適合于各種服裝面料、家用裝飾織物及產業用紡織品的開發前景作了探討。

【關 鍵 詞】聚乳酸纖維；性能特點；產品開發

【中圖分類號】 TS102.5【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0268-02

聚乳酸纖維是從天然糖類植物玉米中提取并通過熔紡工藝制得的環保型纖維，它不但可以用再生資源合成制備，而且可以生物降解[1]。聚乳酸纖維及其制品廢棄后可在自然條件下被微生物分解成二氧化碳和水，隨后在陽光的作用下，它們又成為各種植物光合作用的原料，不會對環境造成污染。由于聚乳酸纖維具有良好的物理機械性能、化學染色性能和生物降解性能，可以廣泛用于各種服裝面料、家用裝飾織物和產業用紡織品。聚乳酸纖維具備了環保型紡織品的主要特征，具有優良的環保性能，這種生物降解高分子產品將成為本世紀纖維生產與應用中的主導型產品之一。

1 聚乳酸纖維的結構與性能特點

1.1 聚乳酸纖維的結構

聚乳酸纖維是采用可再生的聚乳酸等淀粉原料，經發酵制取乳酸，然后由乳酸聚合成樹脂，再通過紡絲而制成的。聚乳酸纖維其化學結構并不復雜，但由于乳酸分子中存在手性碳原子，有D型和L型之分，使丙交脂、聚乳酸（PLA）的種類因立體結構不同而有多種，如聚右旋乳酸（PDLA）、聚左旋乳酸（PLLA）和聚外消旋乳酸（PDLLA）。由淀粉發酵得到的乳酸含有99.5%的PLLA，而且它是結晶體，可用來生產纖維等制品，因此人們對聚乳酸纖維的研究主要集中于PLLA[2]。

1.2 聚乳酸纖維的性能

1.2.1 聚乳酸纖維的物理性能

聚乳酸纖維不僅有高結晶性，還與聚酯、聚苯乙烯樹脂具有同樣的透明性。表1顯示了鐘紡公司的聚乳酸纖維與其他纖維的性能對比。

聚乳酸纖維是一種高結晶性、高取向性和高強度的纖維，它的物理性能介于滌綸和錦綸6之間，但聚乳酸纖維具有更好的手感和懸垂性，比重較輕，抗紫外線好，有較好的卷曲性和保型性。聚乳酸纖維無需特別的裝置和操作，可用常規的工藝成形加工，它和通常的滌綸一樣，可有長絲、短纖維、單絲、非織造布，以及編織物、帶子、纜繩等多種制品。

1.2.2 聚乳酸纖維的生物降解性能

聚乳酸纖維可降解的根本原因是聚合物上酯鍵的水解，并且一般認為，其末端羧基對其水解起催化作用，降解過程從無定型區開始。水解速率不僅與聚合物的化學結構、分子量及分子量分布、形態結構和樣品尺寸有關，而且依賴于外部水解環境，如微生物的種類及其生長條件、環境溫度、濕度、pH值等。對于聚乳酸纖維，通過在泥土中掩埋，海水中浸漬、活性淤泥中降解等系列的降解實驗，平均分解時間為1年。聚乳酸類材料使用后，可以進行自然降解、堆肥和燃燒處理。聚乳酸纖維的自然降解不會給環境帶來污染，燃燒時燃燒氣中幾乎沒有NOx，燃燒熱是聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）的1/3左右，因此聚乳酸纖維是十分有利于地球環境的材料。

1.2.3 聚乳酸纖維的吸濕快干和保暖性能

聚乳酸纖維能根據不同季節發揮不同的功能。冬天穿用，保溫性比棉及聚酯纖維高20%以上；夏天穿用聚乳酸纖維織物，透濕性、水擴散性優異，吸汗快干，可通過蒸發迅速帶走體熱，并且一年四季都有爽快的感覺。

1.2.4 聚乳酸纖維天然抑菌性能

由于聚乳酸纖維的特性，本身不用加工就能在纖維表面形成自然、平穩的抗菌環境，黃色葡萄球菌等難以繁殖。聚乳酸纖維表面為弱酸性，其pH值在6.0～6.5，為弱酸性，而健康人體的皮膚亦呈弱酸性，因此聚乳酸纖維與弱酸性的皮膚相容性好。同時，人在運動時，體內的糖變成能量，并在體內（肌肉）形成了乳酸。像這種身體本身接受乳酸，表明以乳酸為原料的聚乳酸纖維是安全的材料，而且聚乳酸纖維汗衫已經日本產業皮膚衛生協會的皮膚貼布實驗，確認其有安全性。

1.2.5 聚乳酸纖維的燃燒性能

聚乳酸纖維與其它常用纖維的燃燒性能見表2，聚乳酸纖維在燃燒過程中，只有輕微的煙霧釋出，發煙量很小，煙氣中不存在有害氣體；燃燒放熱量小，燃燒熱是聚乙烯、聚丙烯的1/3左右，雖然它不是阻燃纖維，但與滌綸等相比，自熄時間短，火災危險性小。它的極限氧指數是常用纖維中最高的，已接近于國家標準對阻燃纖維極限氧指數28～30%的要求。

1.2.6 聚乳酸纖維回彈性能和耐紫外線性能

聚乳酸纖維和常用纖維彈性回復率比較[4]如表3。

由表3可以看出，聚乳酸纖維具有良好的蓬松性能和彈性回復率，比錦綸還要好，做出的織物彈性好，抗皺性好，非常適合做運動衣。此外，聚乳酸纖維及其織物不吸收紫外線，在紫外線長期照射下，其強度和伸長的影響均不大。聚乳酸纖維在室外暴曬500小時后，強度仍可保留55%左右。

2 聚乳酸纖維的開發前景

聚乳酸纖維具有很多優異的性能，懸垂性、舒適性和手感好，回彈性好，具有較好的卷曲性和卷曲持久性，抗紫外線穩定性好等，并且聚乳酸纖維可以制成圓截面的單絲或復絲、三葉形截面的BCF（可用于織造地毯和毛氈）、卷曲或非卷曲的短纖維、雙組份纖維、紡粘非織造布和熔噴非織造布等，這使聚乳酸纖維在服裝市場、家用及裝飾市場、非織造布市場、雙組份纖維領域、衛生及醫用等領域有潛在的應用前景[5]。

2.1 服裝用面料的開發

早在1998年日本鐘紡公司宣布開發了一種由棉、羊毛及其它天然纖維與聚乳酸纖維混紡的新的紡織產品“鐘紡玉蜀纖維”。這種纖維具有較好的形態保持性，當與棉混紡時，具有類似于滌棉混紡織物的性能；具有較好的光澤度，但不產生金屬刺眼光澤；具有優雅的真絲觀感；具有絲綢般極佳的手感；當其與羊毛混紡時，具有好的形態穩定性、抗褶縐性以及光亮度，所以適合于動感服裝、軍服、內衣及運動衫等。

2.1.1 內衣面料

2.1.2 運動衣面料

2.1.3 女裝和休閑裝面料

2.2 家用裝飾產品

2.3 產業用紡織品

3 結論

聚乳酸纖維不但具有良好的物理機械性能和化學染色性能，其服用性能與生物降解性能也很好。聚乳酸纖維織物良好的親膚性，不會對人體產生危害，聚乳酸纖維最終分解為二氧化碳和水，不會對環境造成污染，是一種既具有合成纖維優良性能又具有天然纖維服用特點的環保型功能纖維。聚乳酸纖維應用前景廣泛，除做服裝用外還廣泛應用于醫學領域及產業方面，具有很大的市場前景。隨著人們對環境保護的日益重視和聚乳酸纖維應用領域的不斷拓展，聚乳酸纖維必將成為21世紀重點開發的紡織材料之一。

參考文獻

[1] 李義有、王振亞、王堅.PLA纖維雙面珠寶產品的開發.針織工業， 2007.2： 6～8

[2] 廖鏡華.聚乳酸纖維.化纖與紡織技術，2003.12：23～27

[3] Dugan JS.Novel properties of PLA fibers [J].International Nonwovens Journal，2001，10（3）：29～33

[4] 邵敬黨.聚乳酸（PLA）纖維的研究與開發利用.毛紡科技，2005.5：29～31

[5] 任杰.聚乳酸的國內外研發、生產現狀及應用前景.新材料產業， 2005.6：25～27