聚乳酸纤维简介

聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）纤维，是由碳水化合物富集的物 质（ 如长米、甜菜、木薯等农作物及有机废料 ) 与一定菌种发酵成乳酸，再经单体乳酸环化二聚或乳酸的直接聚合制得高性能乳酸聚合物，最后采取一定纺丝方式制成PLA纤维。由于多用玉米等谷物为原料，所以又称为“玉米纤维”。PLA纤维原料来源于自然，制品废弃物可被完全降解为自然所需的H 2 O和CO 2 ，实现了完全自然循环，是21世纪极其发展前景的纤维材料。

一、聚乳酸纤维的发展

乳酸最早是从酸奶里找到，后来科学家发现动物、人类的肌肉运动产生的酸就是乳酸。利用乳酸聚合制备成聚乳酸高分子材料，是美国杜邦公司Carothers（尼龙的发明人）首先在实验室发明制得的。

聚乳酸纤维的研发已有半个多世纪历史。美国Cyanamid公司于上世纪60年代研制出聚乳酸可吸收缝线。日本钟纺与岛津制作所于1989年合作开发出纯纺聚乳酸纤维（Lactron TM ）及其与天然纤维的混纺品种（Corn Fiber TM ），并在1998年长野冬运会上展出；日本尤尼吉卡公司于2000年开发出聚乳酸长丝与纺粘非织造布（Terramac TM ）。美国Cargill Dow Polymers（CDP）公司（现NatureWorks）于2003年发布涵盖聚乳酸树脂、纤维、薄膜的系列产品（Ingeo TM ），并特许德国Trevira公司生产Ingeo TM 系列非织造布，用于汽车、家纺、卫生等领域。

我国也有多家单位开展了聚乳酸纤维的相关研发与产业化，例如马鞍山同杰良生物材料公司、恒天长江生物材料有限公司、安徽丰原集团、上海德福伦化纤有限公司等。

二、聚乳酸纤维的工艺

1.PLA的合成

因乳酸内不对称碳原子的存在，根据其光学活性可分为聚L-乳酸（PLLA）、聚D-乳酸（PDLA）和聚消旋乳酸（PDLLA）。低分子质量的PLA适用范围比较挟窄，主要用于缓释材料、手术缝合线等，如PLA微球可控制药物释放。高分子质量的PLA可以用于纤维材料或树脂，所以目前主要研究的是高分子质量PLA的合成，主要分为 直接聚合法和 间接聚合法。

①直接缩聚法

②间接聚合法

间接聚合法即开环聚合，是迄今为止研究最充分、最成熟的聚合方法，也是目前生产PLA使用最多的方法。间接聚合常被用于高分子量、高立体规整度PLA的合成，1932年Carothers首次提出通过环状二聚体丙交酯开环聚合PLA的方法，制备的PLA分子量高达70 ～100万。图2示出聚乳酸开环聚合化学反应式。

2.PLA纤维成形

熔体纺丝将聚合物加热熔融通过喷丝孔挤出， 在空气中冷却固化形成纤维的纺丝方法，是至今为止聚乳酸最经济化的纺丝方法，示意图如下。

三、聚乳酸纤维的特点

1.可生物降解性

PLA纤维具有良好的可生物降解性，被废弃后可在自然界中完全分解为CO 2 和H 2 O。二者通过光合作用，又可变成乳酸的原料——淀粉。PLA纤维如果与其它有机废弃物一同掩埋，几个月内便会分解，可以完全分解成CO 2 和H 2 O。

2.轻质、天然温和的触感和真丝般的光泽

PLA的密度为1.27g/cm 3 ，属轻质纤维，并且被 水打湿也干得快，没有粘糊发重的感觉。PLA的杨氏模量介于聚酯和尼龙之间，因此手感比尼龙硬，比聚脂柔软。PLA的折射率低，其有真丝般高雅的光泽。

3.吸湿快干保暖性

PLA纤维能根据不同的季节发挥不同的功能。冬天保温性比棉及聚酯纤维高20%以上，夏天透湿性、水扩散性优异，吸汗快干，可通过蒸发迅速带走体热。

4.天然阻燃、抑菌和令皮肤放心的弱酸性

天然阻燃、抑菌和令皮肤放心的弱酸性由于聚乳酸的特性，纤维本身不用加工就在其表面形成自然、平稳的抗菌环境。PLA纤维表面的PH值在6一6.5之间，为弱酸性，而健康的皮肤亦呈弱酸性，所以它与皮肤的相容性好。

PLA汗衫已经日本产业皮肤卫生协会的皮肤贴布试验，确认其有安全性。表2列出了PLA纤维的极限氧指数与普通合成纤维的对比情况。

5.优异的膨松、回弹性能和耐紫外线性能

PLA纤维及其织物不吸收紫外线，在紫外线的长期照射下，其强度和伸长的影响均不大。

6.吸湿性及抗起毛球性

PLA纤维织物有良好的吸湿性及抗起毛球性

PS: PLA与PET、Nylon纤维性能比较

注：测试条件为温度25℃，相对湿度65%

PLA纤维的强度、断裂伸长率等织造性能与涤纶、锦纶接近，有利于纺织和产品后加工；染色性能优于涤纶，可以常压沸染，色牢度好，色泽鲜艳；回弹性好，抗皱性优，拥有较小的光反射系数，光泽柔和。PLA玻璃化温度低于涤纶，杨氏模量为涤纶的一半，说明PLA纤维制品柔软手感好。生物降解性优于合成纤维和纤维素纤维，是很有开发前途的新型绿色环保纤维。

四、聚乳酸纤维的鉴别

鉴别方法采用燃烧试验法、显微镜法·熔点试验 法、红外吸收光谱法、化学溶解试验法对聚乳酸纤维进行物理、化学性能的研究。

例如:

显微镜法对聚乳酸纤维进行显微镜观察，其横截面为近 似圆形，纵截面纤维光滑、有明显斑点。其横向、纵向截面图形见图1、图2。

五、聚乳酸纤维的缺点

1 .聚乳酸中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其它物质的生物相容性；

2 .聚合所得产物的相对分子量分布过宽，聚乳酸本身为线型聚合物，这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求，脆性高，热变形温度低，抗冲击性差

3 .降解周期难以控制

4 .价格太贵，乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高。这都促使人们对聚乳酸的改性展开深入的研究。

六、聚乳酸纤维的应用

结语

PLA是21世纪快速发展的新型环保材料，从 来源到最终被分解整个过程实现了可持续发展、无公害、无污染的要求，同时可以缓解对石油资源的利用和开发，在纺织领域、生物医学领域及其他行业有巨大的发展空间和应用前景。目前 PLA 的工业化生产和使用仍面临成本较高、生产效率较低等问题，需要研究人员的不断探索，一旦有所突破，PLA及其制品将会产生不可估量的经济价值和环保意义。