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概述聚乳酸纤维在卫生用非织造材料中的加工生产与应用 【作者：赵春保】 一、前言 聚乳酸纤维是一种可生物降解的新型聚酯纤维，通常也称聚丙交酯纤维，主要以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料制成。聚乳酸纤维既有合成纤维的基本物性牞又有天然纤维的生物相容性和可降解性，其加工成的各种纤维产品，在成本、性能等方面比以石油为原料的各种产品更具竞争力。聚乳酸纤维具有丝绸般的光泽和手感，吸湿透气性好，不刺激皮肤，穿着舒适。它可与棉、羊毛、粘胶等纤维混纺，可用作服装面料，也可用于工业、农业、医用材料等领域。聚乳酸纤维之所以受到关注，并显示出越来越强大的生命力，关键在于它具有很好的生物降解性。聚乳酸纤维埋入土中23年后强度会消失，如果与其他废弃物一起堆埋，几个月内便会分解，降解产物为无害的乳酸、二氧化碳和水。因此，聚乳酸纤维被誉为新一代环保型合成纤维。聚乳酸纤维的熔点比聚酯和聚酰胺纤维低得多，故染整加工中温度控制有所不同，其折射率较低，易染得表观颜色较深的色彩，聚乳酸纤维有优良的耐晒性、抑菌和防霉性，其服用性能优于聚酯纤维，用该纤维制成的面料是制作高档服装的首选面料之一，应用前景广泛。 二、聚乳酸纤维的发展历史 自20世纪80年代以来，生物可降解材料的研究和发展，在全球范围内变得越来越活跃。在玉米的深加工技术中努力研制聚乳酸的先驱是日本的钟纺合纤公司和美国的卡吉尔?道(Cagill Daw)聚合物公司。早在十几年前，日本钟纺合纤公司就开始了生物可降解纤维的研究，经过对多种生物可降解塑料筛选后发现了聚乳酸的生物可降解性。过去的几年中，Cargill Daw公司开发了能从玉米产生聚乳酸纤维的工艺。最后由日本钟纺合纤公司联合岛津制作所于1994年共同开发出了商品名为Lactron的PLA纤维，又称作玉米纤维。 1997年，Dow聚合物公司看好聚乳酸纤维的后期发展，与CargillDaw公司建造了年产量达14万吨的工厂。过去日本钟纺公司Lactron的原料大部分来自CargillDaw公司，成本过高。2000年1月钟纺公司与CargillDaw公司合作，联合生产聚乳酸纤维树脂，以此解决了聚乳酸成本过高的问题。在新世纪里，我们有望通过全球范围内PLA聚合物的大规模生产，使价格降低到传统合成纤维的水平。玉米作为聚乳酸纤维的主要原料，将随着Lactron纤维在全球的推广普及而具有相当乐观的前景。除Lactron纤维外，美国杜邦公司最近投产了一个全新的多聚体化合物产品“索罗那”(Sorona)。这是一种聚酯化合物，像尼龙一样具有许多优良特性，其产品舒适、耐磨、抗皱，弹性和防护性等性能优越，最大的优点是可回收利用，而Sorona的原料亦是玉米。另外，1998年钟纺公司将Lactron纤维与棉、羊毛或粘胶等生物分解性纤维混纺制成新的钟纺玉蜀黍纤维纺织产品，它具有良好的形态保形性、较好的光泽度、丝绸般极佳的手感、良好的吸湿性和快干效应。当它与棉混纺时具有类似涤棉混纺织物的性能；与毛混纺时，具有良好的形态稳定性，抗褶皱性以及光亮度。但目前Lactron价格偏高，故尚未被大量采用。 三、聚乳酸纤维与其他纤维性能比较 在卫生用非织造材料中，常用纤维有聚丙烯、聚酯和ES复合纤维等。下表1列出了聚乳酸纤维与聚酯、聚丙烯纤维的性能比较4。从中可以看出，聚乳酸纤维的密度介于聚酯和聚丙烯之间，结晶度较高，使它具有较好的形态稳定性和可热定型的能力，它的吸湿性、回弹性好、可燃性低，梳理中不易产生静电、抗紫外稳定性好，而且制成的材料悬垂性、手感和光泽好。 表1聚乳酸、聚酯及聚丙烯纤维的主要性能 项目 聚乳酸 聚酯 聚丙烯 拉伸强度（cN/dtex） 4.0-4.8 3.5-5.3 4.5-7.5 比重（g/cm3） 1.27 1.38 0.91 熔点（oC） 175 265 165 结晶度（%） 70 50-60 65-70 玻璃化温度（oC） 57 70 -18 回潮率（%） 0.5 0.4 0 除此之外，聚乳酸体现了良好的生物降解性，这是传统的合成纤维难以比拟的。将聚乳酸纤维埋在土壤中降解，其机械强度完全消失需要1-2年，而用活性淤泥处理聚乳酸纤维时，由于淤泥中细菌及微生物的作用，纤维的分解要比埋入地下时快得多，其机械强度的丧失约在3-4个月的时间。因此，可以通过改变降解环境来控制其降解速度。 四、聚乳酸纤维在卫生领域的加工与应用 1.聚乳酸非织造材料的加工方法 聚乳酸纤维的热稳定性好，加工温度为170-230，其非织造材料可由聚乳酸短纤维经干法或湿法成网加固制得，也可由聚合物通过纺丝成网或熔喷法直接得到非织造布。由于聚乳酸纤维具有良好的物理机械性能、加工性能、可生物降解性、生物相容性以及一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，所以在纺织、建筑、医疗卫生以及家用等许多领域都有广泛应用。 卫生用聚乳酸非织造材料可以通过聚乳酸短纤维梳理成网，热轧加固的工艺方法制成，其生产流程如下：聚乳酸短纤维开松混合梳理铺网热轧加固卷取分切包装。 聚乳酸纤维的机械性能与涤纶、丙纶类似，因而在开松、梳理过程中，参数设置不需很大变化。 2.卫生用聚乳酸非织造材料 聚乳酸非织造材料手感柔软，优于聚丙烯非织造材料，并具有一定的抗菌性，非常适用于个人卫生护理用品的表面材料。它无毒、无副作用，具有亲肤特性，是未来用即弃材料的发展方向。随着转化技术的成熟，制造成本也会逐步降低。目前市场上的婴儿尿裤、尿片和成人失禁用品主要是由面层材料、卫生纸、绒毛浆、SAP、PE膜、弹性材料、粘接材料组成；卫生巾由面层材料、绒毛浆或导流层或无尘纸、卫生纸、PE膜和粘接材料组成；护垫由面层材料、绒毛浆或导流层或无尘纸、PE膜组成。卫生用非织造材料的克重范围一般在1540g/m2之间，它主要作为上述个人卫生护理用品的面层和导流层，一般使用热轧或热风非织造布，原料为PP或ES纤维，它们在自然界中很难降解，而全世界每日有巨大的卫生用品使用量，这会逐步加剧环境污染问题。况且石油是不可再生资源，为了可持续发展，应当不断寻求新的材料。聚乳酸正好符合这些要求，它是利用粮食作物为原料，制成品在一、两年内可生物降解，这可以大大降低用即弃卫生材料对环境的污染率。用聚乳酸非织造材料作为面层、用聚乳酸膜代替PE膜、绒毛浆本身可降解，这样卫生用品90以上通过填埋可以降解，能够在很大程度上缓解人类生活为环境带来的压力。 五、结束语 聚乳酸非织造材料在常温下具有良好的耐气候性，强度保持率高。而在土壤、海水或活性淤泥中，经历不同时间后即可完全分解为水和二氧化碳，对环境无污染，是一种无公害的自然循环性材料，即使烧掉也没有毒气产生，还可将其用作堆肥，降解的乳酸可促进植物生长。聚乳酸非织造材料的力学性能和加工性能好，可加工成各色各样的制品，应用在用即弃卫生用品中也将是世界可持续发展的必然要求。目前聚乳酸纺丝加工等过程所消耗的成本仍然比较高，而且聚乳酸纤维的聚合度有待于进一步提高。这些在一定程度上限制了聚乳酸材料的大规模生产。但是随着技术的不断成熟、工艺的持续改进，在未来几年之内，聚乳酸必将成为主导材料之一，它也会广泛用于用即弃卫生产品之中。因此，作为一项新技术、新产业，聚乳酸纤维开发在国际上有美、日等国家进行了研究，目前美国的一家化工公司达到工业化生产的水平。现在，我国的山东省在新材料领域已有一些国际领先的技术，特别是淄博及鲁西北地区化纤工业有一定的基础，企业可以与一些科研单位合作，在开发聚乳酸纤维新材料领域走在前面。之所以说，聚乳酸纤维作为绿色环保产品显然有着广阔的应用前景，这毫无疑问是我们未来的发展方向，目前存在的难点