聚乳酸與聚乳酸纖維特點及生產應用研究

張源++丁菲菲++邵倩

摘 要：聚乳酸 （PLA）纖維具有很好的生物降解性和生物相容性 ，由它織成的織物具有絲綢般的光澤和舒適的肌膚觸感 ，快干且抗皺 ，因此該纖維具有較廣闊的發展前景。由于聚乳酸纖維是一種可完全生物降解的合成纖維，因此是一種可持續發展的生態纖維。

關鍵詞：聚乳酸；聚乳酸纖維；特性

一、聚乳酸與聚乳酸纖維

聚乳酸纖維（簡稱PLA纖維）是以由谷物、甜菜等天然糖類得到的聚乳酸酯為原料，經溶液紡絲或熔融紡絲制得的聚酯合成纖維.目前，商業化生產的PLA纖維以玉米淀粉發酵而成的乳酸為原料，經脫水聚合反應制成的聚乳酸酯溶液為紡絲液，再進行紡絲加工而成.聚乳酸纖維兼有天然纖維和合成纖維的特點，吸濕排汗均勻、回彈性好，所制成的成衣穿著舒適，并具有抗皺抗紫外等性能，其制品廢棄后，在土壤或水中微生物的作用下分解成二氧化碳和水，隨后在太陽光合作用下，又會成為淀粉的起始原料。由于這是一個循環過程，因此可減少纖維工業對石油資源的依賴性，所以PLA纖維又被稱為21世紀的環境循環材料。聚乳酸纖維（PLA）的生產原料乳酸是從玉米淀粉中制得，所以也將這種纖維稱為玉米纖維。

二、聚乳酸與聚乳酸纖維的生產

（一）聚乳酸的生產

1.聚乳酸的生產原料

聚乳酸的生產原料是乳酸，即-羥基丙酸、2-羥基丙酸。由于乳酸分子中有一個不對稱碳原子，所以具有d-型（右旋光）和L-型（左旋光）兩種對映體，等量的L-乳酸和d-乳酸混合而成的dL-乳酸不具旋光性。成纖聚乳酸以L-乳酸為單體。

2.聚乳酸的聚合

聚乳酸的聚合方法有兩種，一種是減壓在溶劑中由乳酸直接聚合的方法，即：乳酸→預聚體→聚乳酸；另一種方法是常壓下以環狀二聚乳酸為原料聚合得到，即：乳酸→預聚體→環狀二聚體→聚乳酸。

3.聚乳酸的合成

聚乳酸有兩種合成方法，即丙交酯（乳酸的環狀二聚體）的開環聚合和乳酸的直接聚合。丙交酯開環聚合生產工序為：先將乳酸脫水環化制成丙交酯；再將丙交酯開環聚合制得聚乳酸。其中乳酸的環化和提純是制備丙交酯的難點和關鍵，這種方法可制得高分子量的聚乳酸，也較好地滿足成纖聚合物和骨固定材料等的要求。乳酸直接縮聚是由精制的乳酸直接進行聚合，是最早也是最簡單的方法。該法生產工藝簡單，但得到的聚合物分子量低，且分子量分布較寬，其加工性能等尚不能滿足成纖聚合物的需要；而且聚合反應在高于180℃的條件下進行。

（二）聚乳酸纖維生產

溶液紡絲主要采用干法-熱拉伸工藝，紡絲原液的制備一般采用二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯作溶劑。1982年，Pennings等人率先用溶液紡絲法制備出粘均相對分子質量為3×105～5×105的聚乳酸纖維。工藝流程為：聚乳酸酯→紡絲液→過濾→計量→噴絲板出絲→溶劑蒸發→纖維成形→卷繞→拉伸→纖維成品。由于溶液紡絲法的工藝較為復雜，使用溶劑有毒，溶劑回收難，紡絲環境惡劣，產品成本高，從而限制了其應用，故不適合工業化生產。

熔融紡絲采用熱拉伸二步法紡絲工藝，PLLA 是熱塑性聚合物，比較適合熔融紡絲，目前各種用于生產滌綸現行熔融紡絲工藝（高速紡絲一步法，紡絲-拉伸二步法）都可采用。同時由于熔融狀態下PLLA 會很快被水分解，因此在熔融紡絲前必須嚴格地除去水分。工藝流程為：聚乳酸酯→真空干燥→熔融擠壓→過濾→計量→噴絲板出絲→冷卻成形→PO Y 卷繞→熱盤拉伸→上油→成品絲。該方法污染小、成本低、便于自動化生產。目前，熔融紡絲法生產工藝和設備正在不斷地改進和完善，采用熔融紡絲法目前已進入成熟階段，已成為目前最主要的加工方法。

三、 聚乳酸纖維的優缺點

（一）聚乳酸纖維的優點

1.原料來源廣泛，玉米、甜菜、甘薯都可獲得乳酸。與其它植物相比玉米較容易種植和生長，且產量高。

2.制品廢棄后在土壤或海水中經微生物作用降解的產物為乳酸、二氧化碳和水（有研究表明聚乳酸制品若不使用丟棄120天后即開始溶解），不污染環境。

3.限氧指數較高，阻燃性好。燃燒時不會散發毒氣。

4.有較好的親水性、毛細管效應和水的擴散性，可散汗除菌。

5.手感柔軟且具有絲光澤， 透明度高， 強度和彈性均比棉麻好。

6.易染色，染色效果好，且可用分散染料染色。

7.制成的紡織品可燙易洗，但切忌用高溫（<120℃）洗燙。

（二） 聚乳酸纖維的缺點

1.原料來源于農作物，大量占用會影響糧食供應，造成食品價格上漲。

2.聚乳酸短纖維易水解，造成紡絲困難。

3.熔點低（175℃左右），耐光性差。

4.耐磨性差，使用壽命短，較適合于用即棄產品，成本高。

聚乳酸纖維的缺點是暫時的，隨著科研的不斷深入，這些缺點也會得到改善，從而滿足人們的需要。

四、 聚乳酸纖維的發展方向

聚乳酸纖維與棉、羊毛混紡，或將其長纖維與棉、羊毛或粘膠等生物分解性纖維混用，紡制成衣料用織物。由此制成的產品具有以下特點：有優良的形態穩定性，如與棉混紡，幾乎與滌棉具有同等的性能，處理方便；光澤較滌綸更優良，且有蓬松的手感；與滌綸同樣富有疏水性，與皮膚接觸不發粘；如與棉混紡做內衣，有助于水分的轉移，不僅接觸皮膚時有干燥感，且可賦予優良的形態穩定性和抗性。經測試，由聚乳酸纖維制成的面料對人體皮膚無任何刺激性。

由于聚乳酸纖維具有良好的生物降解性和循環再生性，同時又具有芯吸導濕性、良好的抗紫外線性和耐菌性、優良的阻燃性、出色的回彈性及懸垂性。因此已經成為今后合成纖維研究的方向。近年來，隨著聚乳酸（PLA）纖維聚合工藝的局部成熟，它被認為是最具發展前景的“綠色環保”纖維之一。