可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)纖維——聚乳酸纖維

聚乳酸纖維簡(jiǎn)介

聚乳酸纖維是以玉米、小麥、甜菜等含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品為原料，經(jīng)發(fā)酵生成乳酸后，再經(jīng)縮聚和熔融紡絲制成。聚乳酸纖維是一種原料可種植、易種植，廢棄物在自然界中可自然降解的合成纖維。它在土壤或海水中經(jīng)微生物作用可分解為二氧化碳和水，燃燒時(shí)，不會(huì)散發(fā)毒氣，不會(huì)造成污染，是一種可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)纖維。其織物面料手感、懸垂性好,抗紫外線(xiàn),具有較低的可燃性和優(yōu)良的加工性能。

合成的原料

1.什么是聚乳酸

聚乳酸（Poly lactic acid）又稱(chēng)聚丙酯，簡(jiǎn)稱(chēng)PLA，屬于聚酯家族。

聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來(lái)源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等為原料。聚乳酸的生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，而且產(chǎn)品可以生物降解，實(shí)現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，因此是理想的綠色高分子材料。

2.聚乳酸（PTA）合成方法

直接縮聚法

直接縮聚法包括溶液縮聚法和熔融縮聚法，圖1為聚乳酸直接縮聚反應(yīng)式。Masanobu Ajioka 等通過(guò)溶液縮聚法制備了分子量為300000的PLA，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中生成的丙交酯和有機(jī)溶劑經(jīng)循環(huán)后繼續(xù)參與反應(yīng)，避免了聚乳酸的降解現(xiàn)象。日本三菱化學(xué)公司采用溶液縮合的方法實(shí)現(xiàn)了聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn); Kimnra 等采用二水合氯化錫和對(duì)甲苯磺酸二元催化體系經(jīng)熔融縮聚制備了分子量達(dá)500000的PLA。直接縮聚法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，但由于體系中存在雜質(zhì)，且乳酸縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，因此很難得到高分子量的 PLA。

開(kāi)環(huán)聚合法

開(kāi)環(huán)聚合常被用于高分子量、高立體規(guī)整度PLA的合成，1932年Carothers首次提出通過(guò)環(huán)狀二聚體丙交酯開(kāi)環(huán)聚合PLA的方法，制備的PLA分子量高達(dá)70 ～100萬(wàn)。圖2示出聚乳酸開(kāi)環(huán)聚合化學(xué)反應(yīng)式。

聚乳酸纖維成型加工

熔體紡絲將聚合物加熱熔融通過(guò)噴絲孔擠出，在空氣中冷卻固化形成纖維的紡絲方法，是至今為止聚乳酸最經(jīng)濟(jì)化的紡絲方法，示意圖如下

聚乳酸纖維的特性

1.可生物降解性

PLA纖維具有良好的可生物降解性，被廢棄后可在自然界中完全分解為CO2和H2O。二者通過(guò)光合作用，又可變成乳酸的原料——淀粉。PLA纖維如果與其它有機(jī)廢棄物一同掩埋，幾個(gè)月內(nèi)便會(huì)分解，可以完全分解成CO2和H2O。

2.物理機(jī)械性能

PLA纖維的物理性能接近PET纖維 (滌綸)和PA纖維(尼龍)，染色性能優(yōu)于PET纖維。 具有高結(jié)晶性、高取向性、高耐熱性和高強(qiáng)度，同時(shí)具有較好的滑爽性、柔軟舒適、干爽透氣和抗紫外線(xiàn)功能，并有良好的光澤彈性和膨松性。

3.安全性

由于PLA纖維具有生物相容性，且服用舒適，可安全植入體內(nèi)，無(wú)毒副作用。

4.耐氣候性

PLA纖維在室外暴曬500 h后，強(qiáng)度可保留55 %左右。

5.吸濕性及抗起毛球性

PLA纖維織物有良好的吸濕性及抗起毛球性

6.阻燃性

限氧指數(shù)較高(LOL24-29)，燃燒后自滅性好、燃燒發(fā)煙量低，有較好阻燃性;

PLA的合成降解循環(huán)圖

聚乳酸纖維的鑒別

鑒別方法采用燃燒試驗(yàn)法、顯微鏡法·熔點(diǎn)試驗(yàn)法、紅外吸收光譜法、化學(xué)溶解試驗(yàn)法對(duì)聚乳酸纖維進(jìn)行物理、化學(xué)性能的研究。

例如:

顯微鏡法對(duì)聚乳酸纖維進(jìn)行顯微鏡觀察，其橫截面為近似圓形，縱截面纖維光滑、有明顯斑點(diǎn)。其橫向、縱向截面圖形見(jiàn)圖1、圖2。

聚乳酸纖維的缺點(diǎn)

1.聚乳酸中有大量的酯鍵，親水性差，降低了它與其它物質(zhì)的生物相容性；

2.聚合所得產(chǎn)物的相對(duì)分子量分布過(guò)寬，聚乳酸本身為線(xiàn)型聚合物，這都使聚乳酸材料的強(qiáng)度往往不能滿(mǎn)足要求，脆性高，熱變形溫度低，抗沖擊性差

3.降解周期難以控制

4.價(jià)格太貴，乳酸價(jià)格以及聚合工藝決定了PLA的成本較高。這都促使人們對(duì)聚乳酸的改性展開(kāi)深入的研究。

聚乳酸纖維的應(yīng)用

總 結(jié)

PLA是21世紀(jì)快速發(fā)展的新型環(huán)保材料，從來(lái)源到最終被分解整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展、無(wú)公害、無(wú)污染的要求，同時(shí)可以緩解對(duì)石油資源的利用和開(kāi)發(fā)，在紡織領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及其他行業(yè)有巨大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。目前 PLA 的工業(yè)化生產(chǎn)和使用仍面臨成本較高、生產(chǎn)效率較低等問(wèn)題，需要研究人員的不斷探索，一旦有所突破，PLA及其制品將會(huì)產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保意義。

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