新型聚乳酸纖維材料簡(jiǎn)介及應(yīng)用

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1、新型聚乳酸纖維材料簡(jiǎn)介及應(yīng)用內(nèi)容摘要近年來(lái)，隨著以石油為原料的塑料、橡膠及纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，地球上能源存儲(chǔ)量日趨減少、環(huán)境污染問(wèn)題愈來(lái)愈嚴(yán)重，各國(guó)都在考慮可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。如何解決這些污染并開(kāi)發(fā)出可自然降解的新型材料已經(jīng)成為近年來(lái)世界各國(guó)的重要研究目標(biāo)。目前環(huán)保行業(yè)的明星是利用乳酸生產(chǎn)的新型聚酯材料——聚乳酸（PLA）。其中，以聚乳酸為原料加工而成的可降解纖維材料尤其引人關(guān)注。本文主要講訴聚乳酸纖維的性能，合成及研究現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：聚乳酸纖維，聚乳酸纖維研究現(xiàn)狀，聚乳酸纖維性能。新型聚乳酸纖維材料簡(jiǎn)介及應(yīng)用

2、一、聚乳酸纖維簡(jiǎn)介（一）聚乳酸纖維簡(jiǎn)介聚乳酸纖維又稱玉米纖維，它是由玉米等谷物原料經(jīng)過(guò)發(fā)酵、聚合、紡絲制成的。在其生產(chǎn)過(guò)程中，首先將玉米中的淀粉提煉成植物糖，再將植物糖經(jīng)過(guò)發(fā)酵形成乳酸，乳酸再經(jīng)過(guò)聚合生成高性能的乳酸聚合物，最后將這種聚合物經(jīng)過(guò)熔體紡絲等紡絲方法制成聚乳酸纖維。聚乳酸(PolylacticAcid)，簡(jiǎn)稱PLA，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：聚乳酸(PLA)它是一種以乳酸為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質(zhì)，如糧食(玉米、甜菜、土豆、山芋等)以及有機(jī)廢棄物(玉米芯或其他

3、農(nóng)作物的根、莖、葉、皮、城市有機(jī)廢物和工業(yè)下腳料等)。以滌綸為代表的合成纖維自問(wèn)世以來(lái)，得到了快速的發(fā)展。然而，隨著以石油為原料的合成纖維產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，石油過(guò)度開(kāi)采引起的能源枯竭，以及石油制品廢棄物的不可自然降解性對(duì)環(huán)境造成了極大的威脅。從環(huán)保的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)生物可降解材料的研究和開(kāi)發(fā)己變得非常迫切。聚乳酸纖維是一種性能較好的可生物降解纖維。在微生物的作用下，其廢棄物會(huì)分解生成碳酸氣體和水，它們?cè)陉?yáng)光下通過(guò)光合作用又會(huì)生成起始原料淀粉，而淀粉又是聚乳酸的原料（如圖2-10），這實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用。用玉米等谷物原

4、料加工聚乳酸產(chǎn)品對(duì)綜合利用資源，減少環(huán)境污染具有重要的意義和價(jià)值。生物降解聚乳酸纖維聚乳酸乳酸淀粉太陽(yáng)CO2、水光合合圖2-10聚乳酸纖維的可持續(xù)應(yīng)用（二）聚乳酸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-11和圖2-12為聚乳酸纖維的橫截面形態(tài)和縱向表面形態(tài)。聚乳酸纖維橫截面為近似圓形且表面存有斑點(diǎn)，而聚乳酸纖維縱面存在無(wú)規(guī)律的斑點(diǎn)及不連續(xù)性條紋，這些無(wú)規(guī)律的斑點(diǎn)及不連續(xù)性條紋形成的原因主要是由于聚乳酸存在著大量的非結(jié)晶部分，在水、細(xì)菌、氧氣的存在下，可以進(jìn)行較快的分解而形成的。圖2-11聚乳酸纖維的橫截面圖2-12聚乳酸纖維的縱向（三

5、）聚乳酸纖維生產(chǎn)工藝乳酸經(jīng)聚合反應(yīng)得到聚乳酸，聚乳酸再經(jīng)紡絲加工生成聚乳酸纖維。（1）乳酸的合成乳酸的生產(chǎn)工藝路線有兩種，一是石油原料的合成法，另一種是發(fā)酵法。發(fā)酵法是以含淀粉的玉米、小麥、黑麥、稻谷、紅薯、土豆以及甜菜等農(nóng)作物為原料，采用連續(xù)發(fā)酵或間歇發(fā)酵兩種發(fā)酵工藝制取乳酸。發(fā)酵法生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合成法，再加上原料來(lái)源廣泛，原料的利用率和轉(zhuǎn)化率高等原因，因而被各國(guó)生產(chǎn)廠家普遍采用。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)以發(fā)酵法居多。（2）聚乳酸的合成聚乳酸的合成方法通常有兩種，即丙交酯(乳酸的環(huán)狀二聚體)的開(kāi)環(huán)聚合和乳酸的直接聚合

6、。①丙內(nèi)酯開(kāi)環(huán)聚合首先由乳酸經(jīng)脫水環(huán)構(gòu)化制得丙交酯：乳酸丙酯由丙內(nèi)酯經(jīng)開(kāi)環(huán)聚合制得聚丙內(nèi)酯（即聚乳酸，簡(jiǎn)稱PLA）：丙酯聚乳酸（PLA）其生產(chǎn)工序?yàn)椋旱谝徊綄⑷樗崦撍h(huán)化制成丙交酯；第二步將丙交酯開(kāi)環(huán)聚合制得聚乳酸。其中乳酸的環(huán)化和提純是制備丙交酯的難點(diǎn)，也是制備聚乳酸的關(guān)鍵。這種方法可制得高分子量的聚乳酸，可以較好地滿足成纖聚合物和骨固定材料等的要求，因此是當(dāng)今生產(chǎn)聚乳酸的主要方法。②乳酸直接聚合乳酸聚乳酸（PLA）由精制的乳酸直接進(jìn)行聚合，是制備聚乳酸最早也是最簡(jiǎn)單的方法。該法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，但得到的聚合物分子量

7、低，且分子量分布較寬，其加工性能等尚不能滿足成纖聚合物的需要；而且聚合反應(yīng)在高于180℃的條件下進(jìn)行，得到的聚合物極易氧化著色，使應(yīng)用受到一定的限制。（3）聚乳酸的紡絲聚乳酸的紡絲可采用溶液紡絲和熔融紡絲兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。①溶液紡絲法制備聚乳酸纖維溶液紡絲主要采用干紡-熱拉伸工藝，紡絲原液的制備一般采用二氯甲烷或甲苯作溶劑。針對(duì)不同分子質(zhì)量的聚乳酸，選用不同的溶劑。二氯甲烷和三氯甲烷適用于分子質(zhì)量低一些的聚乳酸紡絲過(guò)程，而甲苯是分子質(zhì)量高一些的聚乳酸的良好溶劑。該法優(yōu)點(diǎn)是制得纖維的機(jī)械性能優(yōu)于熔融紡纖維。在溶液中，鏈

8、的纏結(jié)比熔體中要低得多，因此該法制得的初生纖維顯示出高的拉伸性能；而且溶液紡絲通常在相對(duì)低的溫度下進(jìn)行，熱降解少，因此通過(guò)干紡和熱拉伸過(guò)程可制得強(qiáng)度較高的聚乳酸纖維。溶液紡絲的缺點(diǎn)是工藝較為復(fù)雜，溶劑回收難，紡絲環(huán)境惡劣。同時(shí)所采用的溶劑有毒，需經(jīng)特殊處理才能適合于醫(yī)療衛(wèi)生的要求，致使其最終產(chǎn)品的成本更高，從而限制了其應(yīng)用。到目前為止采用溶液紡絲制備聚乳酸纖