聚乳酸纤维及其应用姓名(学院 班级 学号)摘要：聚乳酸纤维是优秀的绿色环保纺织材料之一，近年来对其结构和性能 已经有了比较系统的研究本文分析了聚乳酸及其纤维的组成结构、物理和化学 性能，介绍了生产制备聚乳酸纤维的制备工艺，并对聚乳酸纤维的应用领域和发 展前景作了介绍关键词：聚乳酸纤维；结构性能；制备工艺；应用前景0 前言人类在21世纪的最大课题之一是保护环境塑料和合成纤维虽然都很有用， 但大多数不能自然分解，其废弃物会造成污染自20世纪60年代，人们开始研究 和开发生物可降解聚合物，以保护环境其中以聚乳酸纤维最为瞩目聚乳酸也 称为聚丙交酯，它属于聚酯家族，因为具有良好的加工性能，优良的生物相容性 和合适的力学性能，所以制品种类很多，用途很广泛本文只介绍聚乳酸纤维及 纺织品1 聚乳酸纤维概述1.1 聚乳酸纤维简介聚乳酸(Polylactic Acid),简称PLA，化学结构式为:聚乳酸纤维又称玉米纤维，OHCIc!c4它是由玉米等谷物原J n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。
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，如粮食以及有机废弃物聚乳酸纤维是一种 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1.2 聚乳酸形态结构图 1-1 和图 1-2 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2.1 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，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。
2.2 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2.2.1 丙交酯开环聚合：首先由乳酸经脱水环构化制得丙交酯脱水*坏构化2HO—CHCOOH1 o=4^j/!=o再由丙内酯经开环聚合制得聚丙内酯（即聚乳酸，简称 PLA）：开环聚合催化剂一一 o —CH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2.2.2 乳酸直接聚合：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 r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2.3 聚乳酸的纺丝成型聚乳酸的纺丝成型加工一直是人们研究和开发的热点之一聚乳酸及其共聚 物的纺丝可以采用溶液纺丝和熔融纺丝来实现由于溶液纺丝的工艺较为复杂， 溶液回收困难，纺丝环境恶劣，同时所采用的溶剂有毒，这在聚乳酸的合成的成 本较高的情况下，使其最终成本更高，从而限制了其应用。
聚乳酸是热聚性聚合 物，再加上熔纺同溶液纺相比具有经济上的优势，到目前为止，工业化生产的聚 乳酸纤维主要采用熔融纺丝——热拉伸二步法工艺制备聚乳酸纤维二步法是当今生产聚乳酸的主要方法二步法生产聚乳酸的生产工序是：第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对于二 步法生产聚乳酸而言，乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点，也是制备聚乳酸 的关键点下面简单的介绍下其工艺流程：聚乳酸f熔融纺丝f拉伸f热处理f聚乳酸纤维技术要求：为了得到质量优良的聚乳酸纤维，对于的聚合物的组成和质量及 技术都有要求采用分子量为330000 的聚乳酸进行真空干燥，使其熔点达到 186°C，结晶度在75%的情况下进行熔融纺丝3 聚乳酸纤维性能及应用3.1 聚乳酸纤维机械性能聚乳酸纤维是新一代环保型纤维，具有很多优越的性能表3-1 为聚乳酸纤 维与聚酯、锦纶纤维的物理性能比较由表可知：①聚乳酸纤维的密度介于聚酯 和锦纶之间，比棉、丝、毛等密度小，说明聚乳酸纤维具有较好的膨松性，制成 的服装比较轻盈；②聚乳酸纤维的强度较高，达到310~415 cN/dtex,接近合成纤 维；③聚乳酸纤维的断裂伸长率在30 %~50 %，远高于聚酯和锦纶，会给后道织 造工序带来相当的难度；④千维模量小（与锦纶相近），属于高强、中伸、低模型 纤维。
杨氏模量可以表征纤维的硬度，杨氏模量高，纤维发硬；杨氏模量低，则 纤维柔软因此聚乳酸纤维制成的织物手感柔软、悬垂性很好；象乳酸纤维与 聚酯纤维具有相似的耐酸碱性能，这是由其大分子结构决定的表 3-1 聚乳酸、聚酯、锦纶纤维性能比较项目聚乳酸纤维聚酯纤维锦纶纤维密度/g・cm-31.271.381.14断裂强度/cN・dtex-i3.0~4.54.0~4.94.0~5.3断裂伸长率/%30~5025~3025~40玻璃化温度/C577040熔点/C175260215杨氏模量/kg.mm-2400~6001100~1300300耐酸碱性耐酸不耐碱耐酸不耐碱耐碱不耐酸由于聚乳酸纤维是一种高结晶性、高取向性和高强度的纤维，它的机械性能 介于聚酯纤维和锦纶之间在服用性能方面，聚乳酸纤维具有更好的手感和悬垂 性，比重较轻，有较好的卷曲性和保型性聚乳酸纤维无需特别的装置和操作， 可用常规的工艺进行加工处理3.2 聚乳酸纤维的其他性能聚乳酸纤维有独特的性能，如良好的可染性，色牢度高于3级；其纤维相容 性好，制成的织物不刺激皮肤，穿着时有舒适感；对许多溶剂包括干洗剂稳定 重要的是，如前所述，它具有优越的生物降解性。
与其他生物降解纤维相比，聚 乳酸纤维的分解速度低且稳定，埋入土壤中2~3年强度消失，如果与其他有机废 物同时埋入地下，几个月之内就会分解成co2和水，是一种理想的可生物降解纤 维聚乳酸纤维安全性好，植入体内无毒副作用，因此可用作可吸收的手术缝合 线和组织工程材料；耐候性好，聚乳酸纤维在室外长时间暴露能够保存较高的抗 张强度，优于PET纤维，因此可用于农业，园艺，土木建筑等领域3.3 聚乳酸纤维的应用由于聚乳酸纤维的物理力学性能、热稳定性、和热塑性好，较软，较轻、染 色性好、有生物相容性，因此用途十分广泛下表列出了其主要用途聚乳酸纤 维可制成复丝、单丝、短纤维、假捻变形丝、针织物和非织造布等，目前主要用 于服装和产业领域以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽、优良的手感，亮 度、吸水性、形状保持性及抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装表 3-2 聚乳酸纤维的应用应用领域举例服装内衣、外衣，女性服装等建筑材料网、非织造物、地面覆盖增强材料，催熟膜、沙袋等农业、林业用材料防杂草袋和网、包布、绑带、种子袋、农用化学品和化肥袋等渔业用材料渔网、海带养殖网、鱼线等造纸业用材料包装材料等家用制品普通家庭用具、室外休闲用具等卫生医疗制品尿布、个人卫生用品、手术缝合线、卫生纱布和海绵等4 聚乳酸纤维发展现状最早以玉米为原料的纤维生产于 1948 年，产品名为“维卡拉”，是玉米蛋白 质纤维，由美国维吉尼亚—卡里罗来纳化学公司于 1948 年至 1957 年批量生产。
1962 年美国 Cyanamid 公司利用聚乳酸酯制成性能优异的可吸收缝合线等由于 受早期科技水平的制约，上述研制出的各种聚乳酸酯纤维因强度低、物理机械性 能差、达不到纺织纤维的基本要求，均未能实现工业化生产 1997 年，美国两 家大公司 Dopolymers 与 Cargill 合作，联合开发了聚乳酸酯树脂和聚乳酸酯纤维 生产的聚乳酸酯现已成为钟纺、尤尼吉卡、三菱树脂等大厂的纤维原料，开创了 聚乳酸酯纤维的工业化发展阶段随后日本钟纺公司和尤尼吉卡公司、美国的杜 邦公司等先后成功开发出聚乳酸酯纤维此外，日本的尤尼吉卡和仓敷公司也相 继使用 CDP 公司的 PLA 聚合物纺制长丝、短纤或用纺粘法生产非织造布产品中国的聚乳酸工业起步较晚从总体上来说我国的聚乳酸纤维的研究基本上 还处于研发引进阶段，国内使用的聚乳酸酯纤维大多是从美国、日本和台湾进口 的，国内仅有少量生产2002年上海华源股份有限公司与美国CDP公司合作， 成为国内第一家实现工业化开发聚乳酸酯产品的化纤企业经过十多年的研究和产业化发展，聚乳酸塑料在市场上已找到了生存的空间 聚乳酸的原料不仅可以是玉米，其他多种作物都可用于提取乳酸，因此，有人把 聚乳酸称为“生物质塑料”。
今后，聚乳酸进一步发展还有赖于进一步的技术突 破，如新品种酶催化剂的开发成功，这类酶可利用低成本的生物质如谷物秆等而 不是谷物本身来生产化工产品随着聚乳酸生产技术的不断完善，应用领域的不 断扩大，未来十年聚乳酸有望在一些应用领域逐渐取代性质相近的石油路线合成 树脂如聚酯、聚苯乙烯，甚至聚乙烯和聚丙烯等，具有极大的发展潜力5 结束语中国是一个农业大国，玉米、小麦、木薯等农产品为聚乳酸的生产提供了可 靠的原料来源，且原料的利用及转化率高，减少了对传统石油资源的依赖随着 人们对环境保护的日益重视和聚乳酸纤维应用领域的不断拓展，聚乳酸纤维必将 成为21世纪重点开发的纺织材料之一参考文献】[1] 张昊等.聚乳酸纤维及应用[J].河北纺织，2009(01):29~34[2] 李全明等.聚乳酸纤维的开发和应用J].现代纺织技术,2008 ,(1):52~54⑶ 赵博.聚乳酸纤维的特性及应用展望[J].上海纺织科技，2011,18(22)： 130.⑷ 张伟，赵向峰•聚乳酸纤维市场状况J].天津工业大学学报,2006.⑸刘运娟.聚乳酸(PLA)纤维的研究进展[J].山东纺织经济,2008(4):94~96⑹成玲等.聚乳酸纤维的开发与性能研究[M].上海纺织技,2007,(1):46~47[7]苏柳柳，王先强等.聚乳酸纤维的生产过程J].纺织信息周刊,2005.⑻ 宗亚宁.新型纺织材料及应用[M].中国纺织出版社，2009.。