玉米纖維(聚乳酸纖維、PLA)應用及染色工藝
作者：杭州美高華頤化工有限公司肖陽
玉米纖維是以玉米、小麥等澱粉為原料，經發酵轉化成乳酸再經聚合，紡絲而製成的合成纖維，也稱聚乳酸纖維，PLA纖維。
玉米纖維輕柔滑順，強度大，吸溼透氣，加工的產品有絲綢般的光澤及舒適的肌膚觸感和手感，懸垂性佳，良好的耐熱性及抗紫外線功能，服用性能好。PLA纖維屬於完全自然循環型，具有生物降解性。
該纖維完全不使用石油等化工原料，其廢棄物在土壤和海水中的微生物作用下，可分解成二氧化碳和水，不會汙染地球環境。由於該纖維的初始原料為澱粉，其再生之循環周期短，大約為一年，其產生的二氧化碳可由植物光合作用減少在大氣中的含量。燃燒PLA纖維，幾乎沒有一氧化氮，其燃燒熱是聚乙烯和聚丙烯的三分之一左右。
被譽為21世紀新一代纖維之一的玉米纖維最早產生於1948年，產品名為「維卡拉」，為玉米蛋白質纖維。1948年至1957年，玉米維卡拉縴維進行小批量試生產，由美國維古尼亞-卡裡羅來納化學公司生產製造。之後不久美國知名穀物公司研製開發成功「玉米聚乳酸纖維」(PLA纖維)，產量增至6000T。
1989-1998年日本奉島津德製作所與鍾紡公司合作進一步開發玉米乳酸纖維，商品名為LACTRON纖維，並以該纖維製作推出各種服飾產品，在長野冬季奧林匹克運動會上展示。
2000年，美國CDP公司與鍾紡公司合作，聯合生產聚乳酸樹脂等新品種，並投入生產，生產聚乳酸纖維成本過高的問題得以解決。現在我國玉米纖維紡織品也已面世，產品性能優越，深受消費者喜愛。
玉米纖維結構特點
玉米纖維和滌綸同屬聚酯類，但滌綸是芳香族聚酯化合物，而玉米纖維屬於脂肪族聚酯化合物。常見玉米纖維側面及橫截面一般呈非完整的圓形。
玉米纖維的主要性能
1.比重：玉米纖維的比重為1.27，在紡織纖維中是較輕的，製成的織物輕盈舒適。
2.機械性質：玉米纖維的強度、伸長與滌綸和錦綸的差不多，但初始模量較輕，在小負荷作用下容易變形，有很好的手感。玉米纖維的回彈性很好，延伸5%時，彈性恢復率為93%，延伸10%時，彈性回復率為64%，優於滌綸纖維。
3.吸溼性：玉米纖維的吸溼性優於滌綸纖維，在標準狀態下，回潮率為0.4%～0.6%。
4.染色性能：玉米纖維可以用分散性染料染色，能染淺、中或深的各種各樣的色澤。
5.光學性質：玉米纖維具有較低的光折射指數，光澤柔和，其織物具有絲綢般的光澤，比滌綸服裝更華麗美觀。而且耐紫外線，經日曬500h後，仍保持90%的強力。在氙弧光下不褪色，洗滌後基本上不變色。
6.熱學性質：玉米纖維的熔點為1750C。明顯低於滌綸纖維和錦綸纖維。玻璃化轉變溫度適宜，為57℃，介於滌綸和錦綸之間。沸水收縮率為8%- 15%。
7.阻燃性：玉米纖維的極限氧指數是常用纖維中最高的。和羊毛的極限氧指數相似，優於滌綸纖維，接近於國家標準對阻燃纖維極限氧指數的要求(28%～30%)，燃燒時發熱量低(是滌綸纖維的16%)，只有輕微的煙霧釋出(是滌綸纖維的57 %)，易自熄，火災危險性小。
8.環保性：玉米纖維是完全降解型綠色纖維。它在環境中可被微生物分解，纖維中的非晶體部分的溶脹和分解，同時破壞了大分子鏈的規整性，使得大分子更容易被分解。先是在纖維的內部分解產生的空洞，繼之破壞纖維表面，後逐步分解。
玉米纖維是典型的「二十一世紀的環境循環材料」，一種極具發展潛力的生態型纖維。
玉米纖維的用途
玉米纖維具有以上優越的性能，因此有廣泛的應用價值，是目前完美的環保型綠色纖維。
在紡織工業領域，玉米纖維可以織成各種紡織品。利用玉米纖維製作的服裝類紡織品、棉混紡布、地毯織物、家庭裝飾物、非織造布五大類產品，還可製作成食品業及餐飲業職員的制服，馬球運動員的襯衫。玉米纖維還有一個優點，那就是它可以同天然的纖維如薴麻、棉、毛等混紡生產各種服裝產品、裝飾品。與棉纖維混合紡織品製作內衣，其優點在於這種混紡布有利於水分的轉移，賦予其優良的形態穩定性和抗皺性。對人體皮膚無任何刺激。玉米纖維在紡織製品範圍的使用面正在擴大。
在醫療器械領域，玉米纖維用於製作手術縫合線，由於自動降解的特性，免去了病人取出縫合線的二次手術，受到極大的歡迎。美國僅此一項應用在2001年就有138億美元的收益。此外，玉米纖維還可以用於製作修復骨缺損的器械：骨板、骨螺釘、缺陷填充材料等，用於工程組織(包括骨、血管、神經等)製作支架材料。藥物緩釋材料是玉米纖維在醫療領域的又一個應用，尤其是在緩釋蛋白質類和多肽類藥物上具有特別的優越性。玉米纖維是第三代生物材料的典型代表。
玉米纖維在其它一些領域也有廣泛的用途，例如編織品、漁網、包裝材料等諸多領域。Toray公司研發成功了利用玉米纖維生產的ECODEAR汽車內裝部件，如車門、輪圈、車座、天棚等，其中輪胎蓋是玉米纖維與紅麻的混合物經過熱壓成型的製品。
玉米纖維的染色
玉米纖維的染色以分散性染料為好，能染淺、中或深的色澤，由於其折射率低。染色品的耐洗牢度良好，色牢度高於3級。
用分散染料染色溫度100～110℃。在此條件下，纖維強力損失較小，同時可以獲得較理想的染色深度。由於PLA纖維的結構較滌綸鬆弛，染料上染纖維的速率很快，極易造成色花，染色過程中應嚴格控制升溫速度。分散染料染色後，還原清洗和皂洗時會有大量的染料流失，一般應選中高濃度、高上染率的分散染料。
PLA纖維及其混紡織物適宜做竭染，而不適宜連續軋染，因為在170℃時分散染料還不能發色完全而該纖維已經熔化，一般染後定型溫度為135℃左右。
(1)染料選擇
玉米纖維織物染色時，根據玉米纖維的特點，選用分散染料染色，染料選擇是重中之重，染料需具備：
①鮮豔的顏色；
②重現性優良；
③一定的均勻度；
④移染性好，使染色布面均勻，染疵易回修；
⑤染料配伍性、相容性好，儘量選擇同一染料廠家相同類型的染料匹配；
⑥優良的日曬牢度和溼牢度。
(2)勻染劑選擇
玉米纖維的結構較滌綸鬆弛，織物吸附染料快，擴散速度慢，勻染性差，需要加入緩染、移染性能優越的勻染劑防止色花、色汙。選用勻染劑：0.5g/L和勻染修色劑：0.3g/L搭配使用，不僅具有良好的分散、緩染作用，還具有極強的移染、透染能力，可以預防各種染色疵，確保生產出滿意的染色產品。
(3)染色pH值
在玉米織物染色中，染浴pH值是影響其上染速率和上染率的重要工藝參數，一般pH值控制在4～5。
(4)染色溫度
玉米纖維的玻璃化溫度是57℃，介於錦綸和滌綸之間，一般可在40℃始染，溫度高於70℃以後，染料才開始上染，80℃以上上染速率才迅速加快，在此後的升溫階段需要控制升溫速率。染色溫度一般為ll0℃，保溫階段的主要作用在於使染料獲得一定的遷移性，因此染浴保溫的溫度變化對於勻染性的影響比較顯著。
(5)染色配方
分散染料 X% (o.w.f)
勻染劑M-212T 0.5g/L
勻染修色劑M-217 0.3g/L
pH值 4.5～5(用HAc調節)
(6)染色工藝
玉米纖維紡織品的染色工藝應根據各廠設備條件、品種、具體顏色的深度和敏感程度而合理制定，典型的升溫、控溫工藝曲線。
(7)深色工藝：
始染溫度40℃→加入勻染劑/勻染修色劑→加入染料→加入HAc調節pH值→升溫至100～110℃(1.0℃/min)→保溫30-45min→降溫至70℃(1～2℃/min)→取樣對色→排水皂洗(中深色要還原清洗)。