聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）纖維，是由碳水化合物富集的物質(zhì)（ 如長米、甜菜、木薯等農(nóng)作物及有機(jī)廢料 ) 與一定菌種發(fā)酵成乳酸，再經(jīng)單體乳酸環(huán)化二聚或乳酸的直接聚合制得高性能乳酸聚合物，最后采取一定紡絲方式制成PLA纖維。由于多用玉米等谷物為原料，所以又稱為“玉米纖維”。PLA纖維原料來源于自然，制品廢棄物可被完全降解為自然所需的H2O和CO2，實(shí)現(xiàn)了完全自然循環(huán)，是21世紀(jì)極其發(fā)展前景的纖維材料。
一、聚乳酸纖維國內(nèi)外的發(fā)展
1.國內(nèi)的PLA纖維
國內(nèi)主要的聚乳酸(PLA)樹脂生產(chǎn)企業(yè)為浙江海正生物材料股份有限公司及同杰良生物材料有限公司。海正生物現(xiàn)有PLA切片產(chǎn)能5000t/a，同杰良生物的萬噸級PLA項(xiàng)目于2014年通過驗(yàn)收。此外，安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司正在籌建10萬t/a 的聚乳酸生產(chǎn)線。
PLA 纖維生產(chǎn)方面，恒天長江生物材料有限公司從 2007年開始建設(shè)萬噸級PLA熔體直紡項(xiàng)目，目前已基本建成。
浙江嘉興普利萊新材料有限公司于2008年建成1000t/a的PLA長絲生產(chǎn)線；后與河南南樂縣政府合作成立了河南龍都生物科技有限公司，其2萬t/aPLA纖維(8000t/a長絲和12 000 t /a短纖) 項(xiàng)目于2014年7月試車成功， 主要使用進(jìn)口PLA切片。
此外，安徽馬鞍山同杰良生物材料有限公司年產(chǎn)千噸級紡絲生產(chǎn)線于 2014 年建成、安徽豐原生化2000t/a 紡絲生產(chǎn)線于 2018 年建成。
整體而言，我國 PLA 纖維產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期，但當(dāng)前存在規(guī)模不大，應(yīng)用尚未完全開發(fā)等問題。
2.國外的PLA纖維
國外PLA纖維研發(fā)起步較早。
1962年美國Cyanamid公司紡制出了可生物吸收的PLA醫(yī)用縫合線，但由于當(dāng)時(shí)PLA的合成方法還相當(dāng)落后，難以進(jìn)行批量生產(chǎn)。
1991年，美國Cargill公司開展了以玉米為原料制備乳酸(LA)及PLA的合成技術(shù)研究，并進(jìn)行了PLA纖維中試生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)，隨后PLA纖維工業(yè)才逐漸發(fā)展起來。
1997年Cargill公司與美國Dow Chemical公司合資組建了聚焦PLA開發(fā)的NatureWorks公司。
2002年NatureWorks公司建成15萬t/a PLA的生產(chǎn)線，隨后開發(fā)了系列商品名為Ingeo的PLA樹脂，目前已是全球最大的PLA生產(chǎn)商。
Total Corbion公司(Total公司與Corbion公司各占50%股份的合資公司)位于泰國的10萬t/a丙交酯及7.5萬t/a PLA生產(chǎn)線于2018年投產(chǎn)，在提供常規(guī) PLA 的同時(shí)，也具備生產(chǎn)聚乳酸立構(gòu)復(fù)合物(SC-PLA)的能力，有望成為全球第二大PLA提供商。
日本島津、豐田、三井、東麗等公司在2000 年左右也曾有生產(chǎn)PLA樹脂的計(jì)劃，但由于聚乳酸應(yīng)用開發(fā)的滯后及需求不足而放棄。
日本鐘紡、尤尼吉卡、東麗、帝人等公司利用NatureWorks公司PLA切片相繼成功開發(fā)了PLA長絲、短纖等系列產(chǎn)品，共同促進(jìn)了PLA纖維工業(yè)化的發(fā)展。
二、聚乳酸纖維的工藝
1.PLA的合成
因乳酸內(nèi)不對稱碳原子的存在，根據(jù)其光學(xué)活性可分為聚L-乳酸（PLLA）、聚D-乳酸（PDLA）和聚消旋乳酸（PDLLA）。低分子質(zhì)量的PLA適用范圍比較挾窄，主要用于緩釋材料、手術(shù)縫合線等，如PLA微球可控制藥物釋放。高分子質(zhì)量的PLA可以用于纖維材料或樹脂，所以目前主要研究的是高分子質(zhì)量PLA的合成，主要分為直接聚合法和間接聚合法。
①直接縮聚法
直接縮聚法包括溶液縮聚法和熔融縮聚法，圖1為聚乳酸直接縮聚反應(yīng)式。Masanobu Ajioka 等通過溶液縮聚法制備了分子量為300000的PLA，在整個(gè)反應(yīng)過程中生成的丙交酯和有機(jī)溶劑經(jīng)循環(huán)后繼續(xù)參與反應(yīng)，避免了聚乳酸的降解現(xiàn)象。日本三菱化學(xué)公司采用溶液縮合的方法實(shí)現(xiàn)了聚乳酸的工業(yè)化生產(chǎn); Kimnra 等采用二水合氯化錫和對甲苯磺酸二元催化體系經(jīng)熔融縮聚制備了分子量達(dá)500000的PLA。直接縮聚法生產(chǎn)工藝簡單，但由于體系中存在雜質(zhì)，且乳酸縮聚反應(yīng)是可逆反應(yīng)，因此很難得到高分子量的 PLA。
②間接聚合法
間接聚合法即開環(huán)聚合，是迄今為止研究最充分、最成熟的聚合方法，也是目前生產(chǎn)PLA使用最多的方法。間接聚合常被用于高分子量、高立體規(guī)整度PLA的合成，1932年Carothers首次提出通過環(huán)狀二聚體丙交酯開環(huán)聚合PLA的方法，制備的PLA分子量高達(dá)70 ～100萬。圖2示出聚乳酸開環(huán)聚合化學(xué)反應(yīng)式。
2.PLA纖維成形
熔體紡絲將聚合物加熱熔融通過噴絲孔擠出，在空氣中冷卻固化形成纖維的紡絲方法，是至今為止聚乳酸最經(jīng)濟(jì)化的紡絲方法，示意圖如下。
三、聚乳酸纖維的特點(diǎn)
1.可生物降解性
PLA纖維具有良好的可生物降解性，被廢棄后可在自然界中完全分解為CO2和H2O。二者通過光合作用，又可變成乳酸的原料——淀粉。PLA纖維如果與其它有機(jī)廢棄物一同掩埋，幾個(gè)月內(nèi)便會分解，可以完全分解成CO2和H2O。
2.輕質(zhì)、天然溫和的觸感和真絲般的光澤
PLA的密度為1.27g/cm3，屬輕質(zhì)纖維，并且被水打濕也干得快，沒有粘糊發(fā)重的感覺。PLA的楊氏模量介于聚酯和尼龍之間，因此手感比尼龍硬，比聚脂柔軟。PLA的折射率低，其有真絲般高雅的光澤。
3.吸濕快干保暖性
PLA纖維能根據(jù)不同的季節(jié)發(fā)揮不同的功能。冬天保溫性比棉及聚酯纖維高20%以上，夏天透濕性、水?dāng)U散性優(yōu)異，吸汗快干，可通過蒸發(fā)迅速帶走體熱。
4.天然阻燃、抑菌和令皮膚放心的弱酸性
天然阻燃、抑菌和令皮膚放心的弱酸性由于聚乳酸的特性，纖維本身不用加工就在其表面形成自然、平穩(wěn)的抗菌環(huán)境。PLA纖維表面的PH值在6一6.5之間，為弱酸性，而健康的皮膚亦呈弱酸性，所以它與皮膚的相容性好。
PLA汗衫已經(jīng)日本產(chǎn)業(yè)皮膚衛(wèi)生協(xié)會的皮膚貼布試驗(yàn)，確認(rèn)其有安全性。表2列出了PLA纖維的極限氧指數(shù)與普通合成纖維的對比情況。
5.優(yōu)異的膨松、回彈性能和耐紫外線性能
PLA纖維及其織物不吸收紫外線，在紫外線的長期照射下，其強(qiáng)度和伸長的影響均不大。
6.吸濕性及抗起毛球性
PLA纖維的強(qiáng)度、斷裂伸長率等織造性能與滌綸、錦綸接近，有利于紡織和產(chǎn)品后加工；染色性能優(yōu)于滌綸，可以常壓沸染，色牢度好，色澤鮮艷；回彈性好，抗皺性優(yōu)，擁有較小的光反射系數(shù)，光澤柔和。PLA玻璃化溫度低于滌綸，楊氏模量為滌綸的一半，說明PLA纖維制品柔軟手感好。生物降解性優(yōu)于合成纖維和纖維素纖維，是很有開發(fā)前途的新型綠色環(huán)保纖維。
四、聚乳酸纖維的鑒別
鑒別方法采用燃燒試驗(yàn)法、顯微鏡法·熔點(diǎn)試驗(yàn)法、紅外吸收光譜法、化學(xué)溶解試驗(yàn)法對聚乳酸纖維進(jìn)行物理、化學(xué)性能的研究。
例如:顯微鏡法對聚乳酸纖維進(jìn)行顯微鏡觀察，其橫截面為近似圓形，縱截面纖維光滑、有明顯斑點(diǎn)。其橫向、縱向截面圖形見圖1、圖2。
五、聚乳酸纖維的缺點(diǎn)
1 .聚乳酸中有大量的酯鍵，親水性差，降低了它與其它物質(zhì)的生物相容性；
2 .聚合所得產(chǎn)物的相對分子量分布過寬，聚乳酸本身為線型聚合物，這都使聚乳酸材料的強(qiáng)度往往不能滿足要求，脆性高，熱變形溫度低，抗沖擊性差
3 .降解周期難以控制
4 .價(jià)格太貴，乳酸價(jià)格以及聚合工藝決定了PLA的成本較高。這都促使人們對聚乳酸的改性展開深入的研究。
六、聚乳酸纖維的應(yīng)用
PLA是21世紀(jì)快速發(fā)展的新型環(huán)保材料，從來源到最終被分解整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展、無公害、無污染的要求，同時(shí)可以緩解對石油資源的利用和開發(fā)，在紡織領(lǐng)域、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及其他行業(yè)有巨大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。目前 PLA 的工業(yè)化生產(chǎn)和使用仍面臨成本較高、生產(chǎn)效率較低等問題，需要研究人員的不斷探索，一旦有所突破，PLA及其制品將會產(chǎn)生不可估量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保意義。
文章來源： 色 尚坊布博士，找塑料網(wǎng)
