聚乳酸纖維簡介

聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）纖維，是由碳水化合物富集的物質（ 如長米、甜菜、木薯等農作物及有機廢料 ) 與一定菌種發酵成乳酸，再經單體乳酸環化二聚或乳酸的直接聚合制得高性能乳酸聚合物，*后采取一定紡絲方式制成PLA纖維。由于多用玉米等谷物為原料，所以又稱為“玉米纖維”。PLA纖維原料來源于自然，制品廢棄物可被完全降解為自然所需的H2O和CO2，實現了完全自然循環，是21世紀極其發展前景的纖維材料。

  一、聚乳酸纖維的發展  

乳酸*早是從酸奶里找到，后來科學家發現動物、人類的肌肉運動產生的酸就是乳酸。利用乳酸聚合制備成聚乳酸高分子材料，是美國杜邦公司Carothers（尼龍的發明人）首先在實驗室發明制得的。

聚乳酸纖維的研發已有半個多世紀歷史。美國Cyanamid公司于上世紀60年代研制出聚乳酸可吸收縫線。日本鐘紡與島津制作所于1989年合作開發出純紡聚乳酸纖維（LactronTM）及其與天然纖維的混紡品種（Corn FiberTM），并在1998年長野冬運會上展出；日本尤尼吉卡公司于2000年開發出聚乳酸長絲與紡粘非織造布（TerramacTM）。美國Cargill Dow Polymers（CDP）公司（現NatureWorks）于2003年發布涵蓋聚乳酸樹脂、纖維、薄膜的系列產品（IngeoTM），并特許德國Trevira公司生產IngeoTM系列非織造布，用于汽車、家紡、衛生等領域。

我國也有多家單位開展了聚乳酸纖維的相關研發與產業化，例如馬鞍山同杰良生物材料公司、恒天長江生物材料有限公司、安徽豐原集團、上海德福倫化纖有限公司等。

  二、聚乳酸纖維的工藝  

1.PLA的合成

因乳酸內不對稱碳原子的存在，根據其光學活性可分為聚L-乳酸（PLLA）、聚D-乳酸（PDLA）和聚消旋乳酸（PDLLA）。低分子質量的PLA適用范圍比較挾窄，主要用于緩釋材料、手術縫合線等，如PLA微球可控制藥物釋放。高分子質量的PLA可以用于纖維材料或樹脂，所以目前主要研究的是高分子質量PLA的合成，主要分為直接聚合法和間接聚合法。

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式。Masanobu Ajioka 等通過溶液縮聚法制備了分子量為300000的PLA，在整個反應過程中生成的丙交酯和有機溶劑經循環后繼續參與反應，避免了聚乳酸的降解現象。日本三菱化學公司采用溶液縮合的方法實現了聚乳酸的工業化生產; Kimnra 等采用二水合氯化錫和對甲苯磺酸二元催化體系經熔融縮聚制備了分子量達500000的PLA。直接縮聚法生產工藝簡單，但由于體系中存在雜質，且乳酸縮聚反應是可逆反應，因此很難得到高分子量的 PLA。

間接聚合法即開環聚合，是迄今為止研究*充分、*成熟的聚合方法，也是目前生產PLA使用*多的方法。間接聚合常被用于高分子量、高立體規整度PLA的合成，1932年Carothers首次提出通過環狀二聚體丙交酯開環聚合PLA的方法，制備的PLA分子量高達70 ～100萬。圖2示出聚乳酸開環聚合化學反應式。

2.PLA纖維成形

熔體紡絲將聚合物加熱熔融通過噴絲孔擠出，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*經濟化的紡絲方法，示意圖如下。

 三、聚乳酸纖維的特點  

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廢棄物一同掩埋，幾個月內便會分解，可以完全分解成CO2和H2O。

2.輕質、天然溫和的觸感和真絲般的光澤

PLA的密度為1.27g/cm3，屬輕質纖維，并且被水打濕也干得快，沒有粘糊發重的感覺。PLA的楊氏模量介于聚酯和尼龍之間，因此手感比尼龍硬，比聚脂柔軟。PLA的折射率低，其有真絲般高雅的光澤。

 四、聚乳酸纖維的鑒別

鑒別方法采用燃燒試驗法、顯微鏡法·熔點試驗法、紅外吸收光譜法、化學溶解試驗法對聚乳酸纖維進行物理、化學性能的研究。

例如:

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

 五、聚乳酸纖維的缺點

1 .聚乳酸中有大量的酯鍵，親水性差，降低了它與其它物質的生物相容性；

2 .聚合所得產物的相對分子量分布過寬，聚乳酸本身為線型聚合物，這都使聚乳酸材料的強度往往不能滿足要求，脆性高，熱變形溫度低，抗沖擊性差

3 .降解周期難以控制

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

六、聚乳酸纖維的應用

結語

PLA是21世紀快速發展的新型環保材料，從來源到*終被分解整個過程實現了可持續發展、無公害、無污染的要求，同時可以緩解對石油資源的利用和開發，在紡織領域、生物醫學領域及其他行業有巨大的發展空間和應用前景。目前 PLA 的工業化生產和使用仍面臨成本較高、生產效率較低等問題，需要研究人員的不斷探索，一旦有所突破，PLA及其制品將會產生不可估量的經濟價值和環保意義。