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1、聚乳酸纤维的结构性能及发展应用摘要本文介绍了聚乳酸纤维的合成方法及其结构性能并进一步阐述了其发展状况和应用领域，简单介绍了聚乳酸纤维的应用前景关键词聚乳酸纤维性能结构应用发展一、聚乳酸纤维的简介1．1聚乳酸纤维的定义聚乳酸纤维，即称PLA纤维，是一种可完全生物降解的新型合成纤维。聚乳酸它是用谷物(玉米、甜菜、土豆、山芋等)以及有机废弃物(玉米芯或其他农作物的根、茎、叶、皮等)中发酵和蒸馏提取的乳酸为基本原料经聚合而制得的高分子聚合物———聚乳酴，并通过溶液纺丝来得到聚乳酸纤维，它可加工为长丝、短死、单丝、非织造布，以及编织物、带子、缆绳等多种制品
2、。聚乳酸纤维不仅原料资源丰富，而且其制品废弃后可在突然或海水中的微生物作用下分解为二氧化碳和水，并且燃烧时不会散发毒气，不会造成污染。是一种被称为可持续发展的生态纤维。1．2聚乳酸纤维的合成聚乳酸纤维的原材料聚乳酸纤维由玉米、甘蔗或甜菜通过发酵和蒸馏的方法提取乳酸,聚合成聚乳酚,通过溶液纺丝方法得到聚乳酸纤维,可加工成短纤维、复丝和单丝形式。聚乳酸纤维也称为聚丙交酯，属于聚酯家族,它具有与聚醋几乎同等强度和伸长。其循环过程为：农作物——淀粉发酵——乳酸——聚乳酸——纤维——降解一农作物二、聚乳酸纤维的结构性能聚乳酸纤维的化学结构乳酸是乳酸杆菌产
3、生的一种碳水化合物,是生物体（包括人体）常见的天然化合物。目前所知的聚乳酸有聚d一聚乳酸、聚L一乳酸和聚—dL乳酸等。生产纤维一般采用PLLA2.1聚乳酸(PLA)纤维的结构特征纤维结构包括形态结构和聚集态结构,是纤维的固有特征和本质属性。不同的纤维结构决定了纤维具有不同的物理、化学性质。聚乳酸(PLA)纤维原料和生产工艺的特殊性决定了聚乳酸纤维具有异于一般纤维的特殊结构。2.2PLA纤维的化学组成和分子结构聚乳酸(PLA)是由乳酸聚合而成的一种分子中带有酯键的脂肪族聚酯材料。乳酸的分子式为CH3CH(OH)COOH,即2-羟基丙酸,分子中既有
4、羟基,又有羧基。乳酸直接聚合可得到低分子量(一般小于5000)的聚乳酸,HO-CH(CH3)COOH→[―HOCH(CH3)CO―]nH乳酸低分子量聚乳酸目前工业上普遍采用第二种聚合方式,制成聚乳酸分子量可高达二十几万,甚至100万。乳酸有D乳酸(右旋)和L乳酸(左旋)两种旋光异构体,可制成3种旋光异构体的聚乳酸:左旋的PLLA(L-聚乳酸)、右旋的PDLA(D-聚乳酸)和消旋的PDLLA(DL-聚乳酸),其中PLLA及PDLA是半结晶高分子,PDLLA是非结子。由于PLA的不同分子结构,对最终纤维的性能产生一定的影响。在PL
5、A形成时,通过控制反应条件来控制这些结构比例,获得不同性能的PLA聚合体。经研究发现聚合物的结晶度和熔点随着其中PLLA比例的提高而提高,纺丝过程中,通常要求聚合物原料的平均分子量为3.3*10^5,所以最好采用左旋聚乳酸(PLLA)作为纺丝原料。链构象晶胞结构图1聚乳酸纤维(PLLA)的链构象和晶胞结构2.3PLA纤维的形态结构PLA纤维和PET纤维一样都是将熔融的成纤高聚物熔体从喷丝孔中压出,在空气中冷却固化成丝。PET纤维和PLA纤维的纵向表面形态特征见图2。从图2看出,PET纤维纵向表面较为平直、光滑,纤维粗细均匀;PLA纤
6、维纵向也较平直,但没有PET纤维光滑,纵面存在无规律的斑点及不连续的条纹。这些无规律的斑点及不连续的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从图3看出,PET纤维横截面为较规整的圆形;PLA纤维横截面形态也为圆形,但不如PET纤维规整,表面有斑点,表层和内层具有不同的结构特点,表层较为紧密,切片表面光滑,而内层的结构疏松、有空隙,具有皮芯结构。三、聚乳酸(PLA)纤维的性能及形成机理分析3.1PLA纤维的力学性能纺织纤维在纺织加工和纺织品的使用过程中,会受到各种外力的作用,要求纺织纤
7、维具有一定的抵抗外力作用的能力。纤维的力学性质是最主要的性质,它具有重要的技术意义和实际意义。聚乳酸纤维的物理机械性能介于涤纶和锦纶之间,三者之间的性能比较见表1。从表1可知:(1)聚乳酸纤维的强度略低于涤纶和锦纶纤维,但是其断裂伸长率较大。同时,由于聚乳酸纤维的细度不匀率较大,因此其断裂强力不匀率和断裂伸长不匀率也较大。(2)聚乳酸纤维的模量是涤纶的二分之一,比涤纶柔软;密度介于涤纶和锦纶之间。干态条件下聚乳酸纤维断裂强度和断裂伸长率随温度变化曲线如图7。从图7中可以看出(1)在不同温度条件下,随着试样处理温度的上升,聚乳酸纤维断裂强度在温度
8、80~130度范围内逐渐下降,在温度130~150度范围内又逐渐升高。(2)在干态条件下,起初随着温度的上升(80~130
