聚乳酸(PolylacticAcid,PLA)纤维,是由碳水化合物富集的物资(如长米、甜菜、木薯等农做物及有机废物)与必要菌种发酵成乳酸,再经单体乳酸环化二聚或乳酸的直接齐集制得高功能乳酸齐集物,着末采纳必要纺丝方法制成PLA纤维。由于多用玉米等谷物为质料,是以又称为“玉米纤维”。PLA纤维质料滥觞于天然,成品废除物可被全部降解为天然所需的H2O和CO2,完结了全部天然轮回,是21世纪极为进展前程的纤维材料。
一、聚乳酸纤维的进展
乳酸最先是从酸奶里找到,后来科学家发觉动物、人类的肌肉疏通产生的酸即是乳酸。哄骗乳酸齐集制备成聚乳酸高分子材料,是美国杜邦公司Carothers(尼龙的创造人)首先在熟练室创造制得的。
聚乳酸纤维的研发已有半个多世纪史册。美国Cyanamid公司于上世纪60岁月研发出聚乳酸可摄取缝线。日本钟纺与岛津制做所于年合营开辟出纯纺聚乳酸纤维(LactronTM)及其与天然纤维的混纺种类(CornFiberTM),并在年长野冬运会上展出;日本尤尼吉卡公司于年开辟出聚乳酸长丝与纺粘非织造布(TerramacTM)。美国CargillDowPolymers(CDP)公司(现NatureWorks)于年颁布涵盖聚乳酸树脂、纤维、薄膜的系列产品(IngeoTM),并特准德国Trevira公司临盆IngeoTM系列非织造布,用于汽车、家纺、卫生等周围。
我国也有多家单元开展了聚乳酸纤维的关连研发与财产化,比方马鞍山同杰良生物材料公司、恒天长江生物材料有限公司、安徽丰原团体、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
因乳酸内错误称碳原子的存在,遵循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)。低分子原料的PLA实用范畴较量挟窄,要紧用于缓释材料、手术缝合线等,如PLA微球可遏制药物释放。高分子原料的PLA能够用于纤维材料或树脂,是以现在要紧协商的是高分子原料PLA的合成,要紧分为直接聚正当和直接聚正当。
①直接缩聚法直接缩聚法囊括溶液缩聚法和熔融缩聚法,图1为聚乳酸直接缩聚反响式。MasanobuAjioka等经过溶液缩聚法制备了分子量为的PLA,在一切反响流程中生成的丙交酯和有机溶剂经轮回后延续参加反响,防止了聚乳酸的降解局面。日本三菱化学公司采纳溶液缩合的办法完结了聚乳酸的产业化临盆;Kimnra等采纳二水合氯化锡和对甲苯磺酸二元催化体制经熔融缩聚制备了分子量达的PLA。直接缩聚法临盆工艺简捷,但由于体制中存在杂质,且乳酸缩聚反响是可逆反响,因而很难获得高分子量的PLA。
②直接聚正当直接聚正当即开环齐集,是迄今为止协商最充足、最老练的齐集办法,也是现在临盆PLA运用至多的办法。直接齐集常被用于高分子量、高平面规整度PLA的合成,年Carothers初度提议经过环状二聚体丙交酯开环齐集PLA的办法,制备的PLA分子量高达70~万。图2示出聚乳酸开环齐集化学反响式。
2.PLA纤维成形
熔体纺丝将齐集物加热熔融经过喷丝孔挤出,在空气中冷却固化产生纤维的纺丝办法,是于今为止聚乳酸最经济化的纺丝办法,示妄念以下。
三、聚乳酸纤维的特色
1.可生物降解性
PLA纤维具备优良的可生物降解性,被废除后可在天然界中全部分解为CO2和H2O。两者经过光合营用,又可变为乳酸的质料——淀粉。PLA纤维即使与其余有机废除物一齐安葬,几个月内便会分解,能够全部分解成CO2和H2O。
2.轻质、天然仁慈的触感和真丝般的灼烁
PLA的密度为1.27g/cm3,属轻质纤维,而且被水打湿也干得快,没有黏糊发重的发觉。PLA的杨氏模量介于聚酯和尼龙之间,因而手感比尼龙硬,比聚脂柔和。PLA的折射率低,其有真丝般优雅的灼烁。
3.吸湿快干保暖性
PLA纤维能遵循不同的时令表现不同的功能。冬季保温性比棉及聚酯纤维高20%以上,夏季透湿性、水分散性优秀,吸汗快干,可经过挥发火速带走体热。
4.天然阻燃、抑菌和令皮肤安心的弱酸性
天然阻燃、抑菌和令皮肤安心的弱酸性由于聚乳酸的个性,纤维自身不必加工就在其表面产生天然、稳定的抗菌处境。PLA纤维表面的PH值在6一6.5之间,为弱酸性,而安康的皮肤亦呈弱酸性,是以它与皮肤的相容性好。
PLA笠衫曾经日本财产皮肤卫生协会的皮肤贴布实验,确认其有平安性。表2列出了PLA纤维的极限氧指数与通俗合成纤维的比较处境。
5.优秀的膨松、回弹功能和耐紫内线功能
PLA纤维及其织物不摄取紫内线,在紫内线的长久照耀下,其强度和伸长的影响均不大。
6.吸湿性及抗起毛球性
PLA纤维织物有优良的吸湿性及抗起毛球性
PS:PLA与PET、Nylon纤维功能较量
注:测试前提为温度25℃,相对湿度65%
PLA纤维的强度、断裂伸长率等织造功能与涤纶、锦纶挨近,有益于纺织和产品后加工;染色功能优于涤纶,能够常压沸染,色牢度好,光彩娇艳;回弹性好,抗皱性优,占有较小的光反射系数,灼烁轻柔。PLA玻璃化温度低于涤纶,杨氏模量为涤纶的一半,讲解PLA纤维成品柔和手感好。生物降解性优于合成纤维和纤维素纤维,是很有开辟前程的新式绿色环保纤维。
四、聚乳酸纤维的辨别
辨别办法采纳焚烧实验法、显微镜法·熔点实验法、红外摄取光谱法、化学熔解实验法对聚乳酸纤维举办物理、化学功能的协商。
比方:
显微镜法对聚乳酸纤维举办显微镜张望,其横截面为类似圆形,纵截面纤维润滑、有显然雀斑。其横向、纵向截面图形见图1、图2。
五、聚乳酸纤维的毛病
1.聚乳酸中有洪量的酯键,亲水性差,低沉了它与其余物资的生物相容性;
2.齐集所得产品的相对分子量散布过宽,聚乳酸自身为线型齐集物,这都使聚乳酸材料的强度每每不能知足请求,脆性高,热变形温度低,抗冲锋性差
3.降解周期难以遏制
4.代价太贵,乳酸代价以及齐集工艺决议了PLA的成本较高。这都增进人们对聚乳酸的改性开展深入的协商。
六、聚乳酸纤维的运用
结语
PLA是21世纪加紧进展的新式环保材料,素滥觞到最后被分解一切流程完结了可延续进展、无公害、无浑浊的请求,同时能够缓和对煤油资本的哄骗和开辟,在纺织周围、生物医学周围及其余行业有庞大的进展空间和运用前程。现在PLA的产业化临盆和运用仍面对成本较高、临盆效率较低等题目,须要协商人员的一直摸索,一旦有所打破,PLA及其成品将会产生弗成展望的经济代价和环保意义。
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