科普|生物基化學纖維之聚乳酸纖維(一)

科普｜生物基化學纖維之聚乳酸纖維（一）

發表時間：2018/7/3

聚乳酸（PLA）是由生物質原料（玉米、甜菜、蔗糖、秸稈纖維素等）經微生物發酵而成的小分子乳酸聚合而成的高分子材料，其纖維是用聚乳酸原料通過紡絲的方法製備的新型綠色纖維，俗稱「乳絲」。

聚乳酸纖維產品使用後，在堆肥條件下可快速降解成為二氧化碳和水，產物完全無毒，不汙染環境，從而可有效緩解目前的「垃圾圍城」和「白色汙染」問題。由於在整個生產和使用過程中都不會向大氣中排出多餘的二氧化碳，因此屬於典型的低碳足跡聚合物。

聚乳酸纖維溫潤柔滑，彈性好，具有良好的生物相容性、柔軟親膚性，優異的芯吸效應和導溼作用，加工的產品有絲綢般的光澤和舒適性，懸垂性佳。

聚乳酸纖維分類

常用的聚乳酸纖維可以分為聚乳酸長絲、聚乳酸短纖維及聚乳酸複合纖維等3類。

1、聚乳酸長絲

聚乳酸長絲是由多根長單絲經過拉伸、加捻或者變形工序形成的纖維集合體。其生產採用單錠生產方式，一根絲條包含幾十根單絲，可以紡製成差別化聚乳酸纖維。

2、聚乳酸短纖維

聚乳酸短纖維是具有一定強力和彈力等力學性能的纖維產品，其目前有多種加工方式，可以在棉紡系統、毛紡系統和各種新型紡紗設備上進行加工，產品種類有純紡產品，以及與棉、毛、麻、萊賽爾、木代爾等纖維的混紡產品。

3、聚乳酸複合纖維

聚乳酸複合纖維主要是一些特殊用途的聚乳酸與其他高分子材料的共聚合纖維，比如LA（乳酸）和GA（乙醇酸）共聚用作可吸收的手術縫合線、組織工程支架等材料，改變LA和GA的比例可改變其降解速度；又如具有良好導熱性的聚乳酸/碳纖維複合纖維；用於電子包裝的聚乳酸/天然洋麻複合纖維等。

聚乳酸纖維的製備

聚乳酸是一種具有良好溶解性的熱塑性高分子材料，其結晶性、透明性等比較突出，而且具有良好的可紡性，因此可用於生產聚乳酸纖維。

聚乳酸大分子有多種立體結構，一般分為聚右旋乳酸（PDLA）、聚左旋乳酸（PLLA）和聚外消旋乳酸（PDLLA）。生產聚乳酸纖維一般採用PLLA，因為其分子結構為等規立構，具有很強的結晶性。

聚乳酸的紡絲一般有溶液紡絲和熔融紡絲兩種工藝，聚乳酸纖維的商品化生產一般採用熔融紡絲工藝。

1、溶液紡絲

溶液紡絲主要採用幹法-熱拉伸工藝，以二氯甲烷、三氯甲烷 、甲苯為溶劑，溶解聚乳酸樹脂作為紡絲液進行紡絲，製得的聚乳酸纖維熱降解少、強度較高。但由於溶劑有毒、紡絲環境惡劣、溶劑回收困難，需要特殊處理，生產成本高，限制了聚乳酸纖維的工業化生產。

2、熔融紡絲

聚乳酸是熱塑性聚合物，從理論上講，採用熔融紡絲是最理想的纖維成形方式。熔融紡絲主要包括高速紡絲一步法和紡絲-拉伸兩步法。高速紡絲產率是兩步法的6~15倍，而兩步法得到的纖維力學性能優於高速紡絲纖維。

熔融紡絲工藝技術比較成熟、環境汙染小、生產成本低，更有利於自動化、柔性化生產。但是熔融紡絲易造成聚乳酸的水解和熱降解，因此紡絲前必須嚴格控制樹脂的含水量，以保證紡絲的工藝穩定性和纖維的最終質量。

3、影響因素

原料

聚乳酸的分子量及其分布、紡絲溶液的組成及濃度、聚乳酸的結晶度等，都影響最終纖維的性能。

紡絲溫度

PLLA的特性黏度隨著溫度的升高大幅降低。如果溫度過高，熔體黏度大幅度下降，容易出現斷頭、毛絲等現象；而溫度太低會導致物料流動不暢，不能滿足紡絲需求，因此紡絲溫度的控制非常重要。

紡絲速率

紡絲速率是影響卷繞絲預取向度的重要因素，對纖維最終性能起關鍵作用。紡絲速率越大，初生纖維的結晶度越高，但如果紡絲速率過高，初生纖維的結晶度和力學性能則會有所下降。

拉伸倍數

拉伸倍數對纖維的結晶性能和結構有很大影響。隨著拉伸倍數的提高，初生纖維的結晶度和取向度都有所提高。

未完待續……

（來源：紡織導報）