新型聚乳酸纤维材料简介及应用

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1、新型聚乳酸纤维材料简介及应用内容摘要近年来，随着以石油为原料的塑料、橡胶及纤维工业的迅速发展，地球上能源存储量日趋减少、环境污染问题愈来愈严重，各国都在考虑可持续发展和环境保护问题。如何解决这些污染并开发出可自然降解的新型材料已经成为近年来世界各国的重要研究目标。目前环保行业的明星是利用乳酸生产的新型聚酯材料——聚乳酸（PLA）。其中，以聚乳酸为原料加工而成的可降解纤维材料尤其引人关注。本文主要讲诉聚乳酸纤维的性能，合成及研究现状。关键词：聚乳酸纤维，聚乳酸纤维研究现状，聚乳酸纤维性能。新型聚乳酸纤维材料简介及应用

2、一、聚乳酸纤维简介（一）聚乳酸纤维简介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。聚乳酸(PolylacticAcid)，简称PLA，化学结构式为：聚乳酸(PLA)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(玉米、甜菜、土豆、山芋等)以及有机废弃物(玉米芯或其他

3、农作物的根、茎、叶、皮、城市有机废物和工业下脚料等)。以涤纶为代表的合成纤维自问世以来，得到了快速的发展。然而，随着以石油为原料的合成纤维产量的快速增长，石油过度开采引起的能源枯竭，以及石油制品废弃物的不可自然降解性对环境造成了极大的威胁。从环保的观点出发，对生物可降解材料的研究和开发己变得非常迫切。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

4、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。生物降解聚乳酸纤维聚乳酸乳酸淀粉太阳CO2、水光合合图2-10聚乳酸纤维的可持续应用（二）聚乳酸纤维的形态结构图2-11和图2-12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。图2-11聚乳酸纤维的横截面图2-12聚乳酸纤维的纵向（三

5、）聚乳酸纤维生产工艺乳酸经聚合反应得到聚乳酸，聚乳酸再经纺丝加工生成聚乳酸纤维。（1）乳酸的合成乳酸的生产工艺路线有两种，一是石油原料的合成法，另一种是发酵法。发酵法是以含淀粉的玉米、小麦、黑麦、稻谷、红薯、土豆以及甜菜等农作物为原料，采用连续发酵或间歇发酵两种发酵工艺制取乳酸。发酵法生产成本远远低于合成法，再加上原料来源广泛，原料的利用率和转化率高等原因，因而被各国生产厂家普遍采用。目前我国国内的生产以发酵法居多。（2）聚乳酸的合成聚乳酸的合成方法通常有两种，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

6、。①丙内酯开环聚合首先由乳酸经脱水环构化制得丙交酯：乳酸丙酯由丙内酯经开环聚合制得聚丙内酯（即聚乳酸，简称PLA）：丙酯聚乳酸（PLA）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，可以较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求，因此是当今生产聚乳酸的主要方法。②乳酸直接聚合乳酸聚乳酸（PLA）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。该法生产工艺简单，但得到的聚合物分子量

7、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，得到的聚合物极易氧化着色，使应用受到一定的限制。（3）聚乳酸的纺丝聚乳酸的纺丝可采用溶液纺丝和熔融纺丝两种方法来实现。①溶液纺丝法制备聚乳酸纤维溶液纺丝主要采用干纺-热拉伸工艺，纺丝原液的制备一般采用二氯甲烷或甲苯作溶剂。针对不同分子质量的聚乳酸，选用不同的溶剂。二氯甲烷和三氯甲烷适用于分子质量低一些的聚乳酸纺丝过程，而甲苯是分子质量高一些的聚乳酸的良好溶剂。该法优点是制得纤维的机械性能优于熔融纺纤维。在溶液中，链

8、的缠结比熔体中要低得多，因此该法制得的初生纤维显示出高的拉伸性能；而且溶液纺丝通常在相对低的温度下进行，热降解少，因此通过干纺和热拉伸过程可制得强度较高的聚乳酸纤维。溶液纺丝的缺点是工艺较为复杂，溶剂回收难，纺丝环境恶劣。同时所采用的溶剂有毒，需经特殊处理才能适合于医疗卫生的要求，致使其最终产品的成本更高，从而限制了其应用。到目前为止采用溶液纺丝制备聚乳酸纤