聚乳酸纖維-21世紀極具前景的可生物降解纖維

  • 2019-06-14
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聚乳酸是一種可生物降解材料,是21世紀最有前景的纖維材料之一,本文介紹了聚乳酸纖維的性能和應用,對我國聚乳酸纖維產業的發展現狀進行了分析。

摘要:聚乳酸是一種可生物降解材料,是21世紀最有前景的纖維材料之一,本文介紹了聚乳酸纖維的性能和應用,對我國聚乳酸纖維產業的發展現狀進行了分析。

聚乳酸(PLA)在自然界中并不存在,需要人工合成,原料乳酸由小麥、甜菜、木薯、玉米等農作物及有機肥料發酵制得。聚乳酸經過紡絲成型后可得到聚乳酸纖維,由于其原料以玉米居多,因此又被稱為“玉米纖維”。

極具前景的可生物降解纖維材料 — 聚乳酸纖維

可生物降解材料一般指在自然條件下或是其他特定處理條件下能最終降解成小分子或含水和二氧化碳的高分子材料。而聚乳酸纖維以自然界中的生物質為原料,而產品的廢棄物有可以被降解為自然界中的二氧化碳和水,不產生其他廢棄物,實現了完全自然循環,屬于完全可生物降解材料(見圖1)。聚乳酸纖維的開發應用可以減少化纖工業對石油產品的依賴,同時減少環境污染,是已經商業化的可生物降解材料的代表性品種。

圖1 聚乳酸纖維和合成應用

(資料來演:中國知網)

聚乳酸纖維屬于生物基合成纖維的一種,原料來自可再生材料,具有與天然纖維相似的外觀和手感,同時又具有合成纖維的性能,擁有獨特的優勢。聚乳酸纖維縮小了天然纖維與合成纖維之間的差距并被廣泛應用,是21世紀極具發展前景的纖維材料之一。

聚乳酸纖維性能優異,廣泛應用于紡織和非織造材料

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采用PLLA,因為其分子結構為等規立構,具有很強的結晶性(見圖2 )。

圖2 PLA的三種立體結構

(資料來源:中國知網)

此外,聚乳酸纖維還具有良好的力學性能、彈性模量和熱成型性(見表1 ),還具有一般化學纖維所不具有的可生物降解性和生物相容性,具有高取向性和高強度,還具備耐高溫和抗紫外線功能,柔軟舒適,干爽透氣。

表1 聚乳酸纖維的性能

(資料來源:中國知網)

聚乳酸各方面良好的性能特征賦予了它極大的附加值,制得的產品具有很好的懸垂性、抗皺性和生物可降解性,不會對環境造成污染,在紡織、醫療和衛生等領域都有具有極好的應用前景:聚乳酸纖維可加工性能好,密度小,還具有抗紫外線功能,可用于制造窗簾、服裝、沙漠治理用的沙障等;聚乳酸纖維具有阻燃性,低煙且組合性能好,可用于阻燃抗熔滴產品;聚乳酸纖維壓電性能良好,在智能穿戴領域也有應用潛力;聚乳酸纖維還具有良好的抗菌防螨功能,可用于生產衛生制品如衛生巾、尿不濕、貼身內衣,以及醫療領域的手術服、防護服等。

我國聚乳酸纖維產業起步晚,存在產能少、成本高的問題

目前,聚乳酸纖維的生產企業主要集中在美國、德國、中國和日本等國。美國是最早開始研究聚乳酸纖維且產量最大的國家。我國從2000年左右才開始研發聚乳酸生產技術,目前對聚乳酸纖維的研究開發還處于初級階段,截止2016年我國聚乳酸纖維總產能約為15000噸/年。目前我國已擁有多家聚乳酸的生產企業:浙江海正生物材料股份有限公司已經掌握了多項聚乳酸纖維的關鍵技術,恒天長江生物公司、上海同杰良公司、河南龍都生物科技有限公司、江蘇九鼎集團都在籌備生產線,擴大聚乳酸纖維的產能。但我國聚乳酸纖維產業面臨著企業產能低、生產水平參差不齊的問題。

表2 聚乳酸纖維主要企業及其生產現狀

(資料來源:中國知網)

根據表2,丙交酯開環聚合、切片熔融紡絲的生產技術路線是被大多數公司采用的聚乳酸纖維生產技術路線,而紡絲切片被國外壟斷,價格較高,生產廠家的利潤較少。恒天長江生物采用丙交酯開環聚合熔體直紡生產技術,并且已經建成了一條2000噸/年的連續聚合熔體直紡生產線,同時還有一條10000噸/年的生產線在建。熔體直紡技術沒有干燥、切片造粒等中間過程,大大節約了生產成本,可以使聚乳酸纖維成本高、產量少的問題得到一定程度的解決,是未來聚乳酸纖維的主要發展方向。

結語

聚乳酸纖維是可生物降解材料的代表性品種之一,是一種具有極好的發展前景的纖維材料,具有多種優異性能,在紡織、醫療、衛生等領域具有極好的發展前景。我國聚乳酸纖維研發起步晚,目前大多數企業存在著產能低、成本高的問題。


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