1、聚乳酸纖維的結構與性能_、概述聚乳酸纖維是一種可完全生物降解的合成纖維，它可從谷物 中取得。其制品廢棄后在土壤或海水中經微生物作用可分解為二 氧化碳和水，燃燒時，不會散發(fā)毒氣，不會造成污染。是一種可 持續(xù)發(fā)展的生態(tài)纖維。”1.乳酸纖維的發(fā)展概況聚乳酸纖維的研究歷史可追溯到上世紀30年代，其發(fā)明報 道可追溯到50年代，杜幫公司最早測定了聚乳酸酯的分子量， 60年代以后，各國科技工作者對此作了廣泛的研究，日本以玉 米為原料開發(fā)了新型聚乳酸纖維，90年代后期，美國兩家大公 司聯(lián)合開發(fā)了聚乳酸纖維，它們以玉米為原料，首先建設了生產 能力很大的試驗工廠，完善了現(xiàn)代化生產高分子聚乳酸的生產工 藝，開創(chuàng)了聚

2、乳酸酯的工業(yè)化發(fā)展階段。日本鐘紡、倉敷公司、 香港的福田實業(yè)公司、日本的東麗公司和臺灣的遠紡公司等先后 開發(fā)研制了聚乳酸纖維。2002年上海華源股份有限公司開始與 美國CDP公司合作，成為國內第一家實現(xiàn)工業(yè)化開發(fā)聚乳酸產品 的化纖企業(yè)。二、聚乳酸（P LA）纖維制備乳酸的制取合成聚乳酸的單體是乳酸，乳酸的生產可分為：1發(fā)酵法是采用玉米、小麥、稻谷和木薯等含淀粉農作物為 原料，從原料中提取淀粉，經淀粉酶分解得到葡萄糖等單糖，再 加入純乳酸菌和碳酸鈣進行發(fā)酵。發(fā)酵液用石灰乳中和至微堿性， 煮沸殺菌，冷卻后過濾，用熱水重結晶。再加入50%的硫酸分 解出乳酸和硫酸鈣沉淀。濾出硫酸鈣，濾液在減壓下蒸發(fā)濃

3、縮， 即得到工業(yè)用乳酸。2.石油合成法由于發(fā)酵法原料來源廣泛，原料的利用率和轉化率較高，大 多數(shù)生產商采用此法進行生產。聚乳酸樹脂的制取乳酸的聚合是PLA生產的一項核心技術。近年來國內外對 乳酸的聚合工藝作了不少研究，目前聚乳酸的制造方法有兩種： 一種是直接聚合，即在高真空和高溫條件下用溶劑去除凝結水， 將精制的乳酸直接聚合（縮合）成聚乳酸樹脂，可以生產較低分 子量的聚合體。此方法工藝流程短，成本低，對環(huán)境污染小，但 制得的PLA平均分子量較小，強度低，不能用作塑料和纖維加 工，用途不廣，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產。 TOC o 1-5 h z 直 接 聚 合 示 例 （見 圖 1）直接聚合示例（

4、見圖1）;H 0H 0T。C J0 - H -HO-LC g。十 HInJrr叫及乳酸乳酸低聚物聚乳酸rtin另一種是丙交酯開環(huán)聚合，即在較溫和的條件下去除水份， 將乳酸環(huán)化制成中間產品二聚物丙交酯，在真空下蒸餾提純后再 進行開環(huán)聚合制得聚乳酸樹脂。此方法制得的分子量可高達二十 幾萬，被CargillDow和杜邦公司等大多數(shù)公司所采用，是目前 工業(yè)上普遍采用的方法。此方法雖然工藝流程長、成本較高，但 可制得高分子量的PLA，用途廣泛。開環(huán)聚合示例（見圖2）：聚乳酸是一種熱塑性樹脂，紡絲加工性能良好，其紡絲成形 可采用溶液紡絲法和熔融紡絲法兩種方法來完成。溶液紡絲主要采用干法-熱拉伸工藝，紡絲原

5、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3X1055X105 的聚乳酸。工藝流程為：聚乳酸酯一紡絲液一過濾一計量一噴絲 板出絲一溶劑蒸發(fā)一纖維成形一卷繞一拉伸一纖維成品。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(huán) 境惡劣，產品成本高，從而限制了其應用，故不適合工業(yè)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(xiàn)行熔融紡絲工 藝（高速紡絲一步法，紡絲一拉伸二步法）都可采用。同時由于 熔融狀態(tài)下PLLA會很快被水分解，因此在熔融紡絲前

6、必須嚴格 地除去水分。工藝流程為：聚乳酸酯一真空干燥一熔融擠壓一過 濾f計量f噴絲板出絲f冷卻成形f PO Y卷繞一熱盤拉伸一上 油一成品絲。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。研究 發(fā)現(xiàn)拉伸卷繞速度越高，初生纖維的結晶度、強度就越大，熔融 溫度不能太高，一般在200C左右，最高紡速可達9000m/min， 可制得各種形態(tài)的纖維，如：單絲、復絲、長絲（扁平的，變形 的）和短纖維等。聚乳酸（P LA）纖維結構與性能1.聚乳酸纖維的結構聚聚乳酸纖維的化學結構并不復雜（圖1），但由

7、于乳酸分子 中存在手性碳原子，有D型和L型之分，使丙交酯、聚乳酸（PLA） 的種類因立體結構不同而有多種，如聚右旋乳酸（PDLA）、聚左旋 乳酸（HLA）和聚外消旋乳酸（PDLLA）。然而， 因為市售的乳酸主要為L 一乳酸（左旋乳酸）和D，L 一乳（外消旋 乳酸），故通常大量被合成的聚乳酸為PLLA和PDLLAo由于PDLLA 為無定形非晶態(tài)，而PLLA可以結晶，因此人們對聚乳酸纖維結構的研究主要集中于PLLA。PLLA的鏈構象、晶胞結構如圖2所 示。以電子顯微鏡、x射線衍射、原子力顯微鏡為手段，對稀溶 液培養(yǎng)的PLLA晶體的晶胞結構參數(shù)進行測定，證明為正交體系，晶胞參數(shù)a=1. 078nm,

8、b=0. 604nmc=2. 87nm乳酸纖維橫截面或縱面的謎如下圖所示，其橫截面為近似 圓形且表面存在斑點，縱向存在無規(guī)律的斑點及不連續(xù)的條紋， 這些無規(guī)律的斑點及不連續(xù)條紋形成的原因主要是由于聚乳酸 纖維存在著大量的非結晶部分，在水、細菌、氧氣的存在下，可 以進行較快的分解而形成。圖ess圖ess四、聚乳酸纖維的性能1 .物理性能項目聚乳酸纖維聚酷纖維錦輪密度1. 271. 381. 14標準回潮率*0. 50. 44. 5玻璃化溫度5770:40垮點17526。215燃燒值oal/g450055007500斷裂強度Cn/ dtex3. 0-4- 54. 0-4.94. 0-5. 3斷裂伸

9、長率30-5025-3025-40初始模量（&/皿2）32-4840-9025-40楊氏模量400-6001100-1300300耐酸堿性耐酸不耐醵耐酸不耐堿耐醵不耐酸染料種類分散染料分散染料酸性染料染色溫度100130100聚乳酸纖維與聚酯纖維、錦綸的物理性能比較:聚乳酸纖維的密度介于聚酯纖維和錦綸之間，比毛、絲等 密度小說明聚乳酸纖維具有較好的膨松性制成的服裝比較 輕盈2,聚乳酸纖維的強度較高，達到3.0-4.5cN/dtex，接近聚酯2,纖維3,聚酯纖維的斷裂伸長率30%-50%，遠高于聚酯纖維和錦綸，3,會給后道織造工序帶來相當?shù)碾y度4, 纖維模量小（與錦綸相近）翊耕融復率2%99.2

10、75889992.6戒65698910%63.923515189聚乳酸纖維和常用纖維彈性回復率比較由表可以看出，聚乳酸纖維在小變形時彈性回復率比錦綸還要好， 即使變形在10%以上，纖維的彈性回復率也比錦綸以外的其他纖 維高很多。2 .生物降解性能2.1降解的根本原因：聚合物上酯鍵的水解。2.2影響水解的速率因素：A聚合物的化學結構B聚合物的相對分子量C聚合物的形態(tài)結構D外部水解環(huán)境（微生物種類、溫度、濕度、PH值）但是，在正常的溫度和濕度條件下，聚乳酸纖維及其制品時 及其穩(wěn)定的3 .吸濕快干和保暖性能聚乳酸纖維的回潮率在0.4%-0.6%，比大多天然和合成纖維都低，吸濕性低，疏水性能較好。但纖

11、維具有獨特的芯吸作用，織 物具有良好的導吸快干功能。4 .可燃性頊網腿(甌/t)癮指數(shù)合計(Kcal/kg)(LOI)18913200509110500礎414323006443550021粘酬1303016501468045001218201830365015002429由下表數(shù)據(jù)分析知:4.1聚乳酸纖維燃燒不釋放有害氣體，燃燒熱小4.2聚乳酸纖維限氧指數(shù)最高，且已接近與國家標準對阻燃纖 維的極限氧指數(shù)28%-30%5 .染色性聚乳酸纖維與滌綸都含有聚酯成分，其染色性能類似，分散染料對聚乳酸纖維著色。但聚乳酸纖維的形態(tài)和超分子結構 與滌綸有所不同，故染色性能和染色工藝與滌綸有一定的差異。五，

12、聚乳酸纖維的優(yōu)點原料來源廣泛，玉米、甜菜、廿薯都可獲得乳酸。與其它植 物相比玉米較容易種植和生長，且產量高。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1 20天后即 開始溶解)，不污染環(huán)境。限氧指數(shù)較高(L01 2429),阻燃性好。燃燒時不會散發(fā)毒 氣。有較好的親水性、毛細管效應和水的擴散性，可散汗除菌。手感柔軟且具有絲光澤，透明度高，強度和彈性均比棉麻好易染色，染色效果好，且可用分散染料染色。制成的紡織品可燙易洗，但切忌用高溫(120C )洗燙。聚乳酸纖維在力學l生、生物相容性、廢棄可回收性等多方面都 具有很好的性能特征。六，聚乳酸纖維的缺點原料來源于農作物，大量占用會影響糧食供應，造成食品價格上漲。聚乳酸短纖維易水解，造成紡絲困難。熔點低(175C左右)，耐光性差。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