聚乳酸纤维的应用与发展趋势

聚乳酸纤维的应用与发展趋势

石油资源在人类的生存和发展中起着非常重要的作用。随着石油资源日益短缺,人们为了摆脱对石油资源的依赖,开发可替代石油基的可降解的环境友好产品,已成为当前国际上研究开发的重点。进入21世纪以来人们越来越重视绿色环保,绿色纺织品、可生物降解材料应运而生,其中聚乳酸(PLA)及其产品以其优异的性能、广泛的应用领域、显著的环境效益和社会效益,赢得了全球的瞩目和青睐。聚乳酸纤维的原料乳酸可以从含有碳水化合物的可再生天然物质如玉米、甜菜等植物发酵制取。聚乳酸最大的优点在于其使用了可再生的植物为原料,整个生产过程中的能耗低,且从原料到废弃物均可在土壤或海水中,经微生物作用分解成二氧化碳和水,燃烧时不会散发毒气,不会造成污染。聚乳酸纤维融合了天然纤维和合成纤维的优异性能于一体,是21世纪的环境循环材料,是新型的生态性纤维。随着新纤维材料的不断开发,其在非织造布中的应用也日渐增多。非织造布以新纤维材料为原料,既可以提升其档次,也可以拓展市场领域。本文主要介绍聚乳酸的制备、纺丝成形及其在非织造布上的应用情况。1丙交酯聚合法聚乳酸树脂可通过不同途径合成,途径之一是乳酸的直接聚合,途径之二是乳酸环状二聚体丙交酯的开环聚合。乳酸(lacticacid)有两个光学异构体:L-乳酸和D-乳酸,而丙交酯(lactide)有四种异构体:L-丙交酯、D-丙交酯、D,L-丙交酯和内消旋丙交酯。直接缩聚法在体系中存在着游离酸、水、聚酯及丙交酯的平衡,不易得到高分子量的聚合物,但此法生产工艺流程短,比丙交酯开环聚合法经济。而丙交酯的开环聚合法可以合成出分子量高达70万～100万的聚乳酸。但此法涉及丙交酯的合成与提纯,相对于直接聚合方法工艺流程较长。2002年美国CargillDow公司采用丙交酯开环工艺在Blair建成了14万t/a的聚乳酸工厂。图1是丙交酯开环聚合工业化生产聚乳酸的工艺流程。2聚乳酸纤维—聚乳酸的纺丝成形聚乳酸的纺丝成形可以采用溶液纺丝和熔融纺丝方式来实现。聚乳酸的溶液纺丝主要采用干纺—热拉伸工艺,纺丝原液的制备一般采用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶剂,由于溶液纺丝法的工艺较为复杂,溶剂回收难,纺丝环境恶劣,从而限制了其应用,至今采用溶液纺丝制备聚乳酸纤维工艺还停留在实验室规模阶段,尚未见商业化生产报道。聚乳酸是热塑性聚合物,可以采用熔融纺丝,各种用于生产聚酯纤维的现行熔融纺丝工艺(高速纺丝一步法,纺丝—拉伸二步法)都可采用,熔融纺丝的可纺性和拉伸性在很大程度上要依赖于聚乳酸树脂的质量。岛津公司于1992年已在实验室中成功进行了聚乳酸的熔融纺丝,目前熔融纺丝法生产聚乳酸纤维的工艺和设备正在不断地改进和完善,已成为聚乳酸纺丝成形加工的主流,采用熔融纺丝法生产聚乳酸纤维目前已进入了商品化生产阶段。日本钟纺公司已有商品名为“Lactron”的聚乳酸纤维,美国的CargillDow公司已有商品名为“Ingeo”的聚乳酸纤维。聚乳酸纤维融合了天然纤维和合成纤维的特点,其性能是聚乳酸本身所独有的,因而无论是在加工过程中还是具体的最终应用过程中,其优异性能均可很好地保持。这些优异的性能包括可生物降解性、优异的触感、导湿性、回弹性、耐燃性、紫外线稳定性以及抗污性等。聚乳酸纤维废弃后,可降解成二氧化碳和水;即使燃烧,燃烧能也很小,不产生有害的气体;聚乳酸纤维降解后,形成的二化氧碳和水重新给生物体利用进行光合作用。聚酯纤维的密度为1.38g/cm从2002年10月至今,仪征化纤股份有限公司技术中心利用美国CD公司提供的聚乳酸切片,先后进行了该切片的干燥工艺条件试验和流变试验,并在此基础上利用现有的聚酯纤维生产设备进行了一系列的纺丝、牵伸、加弹、织造及服装开发工作,得到了批量的POY、DT和DTY,成品丝的性能良好,能满足机织和针织的要求,目前已开发出批量汗衫、针织内衣、T恤、衬衫等,经有关人员试穿,普遍反映其服用舒适性良好。3非织造布的用途聚乳酸纤维采用干法、纺粘法和熔喷法等成网,用水刺、针刺或热粘合等方法加固,可制成各种形式的非织造产品。该纤维的导湿性、回潮率以及回弹性能加大了其适用性,其制品可应用于不同领域。如工业方面,可用于包装材料、强化纸和特殊用纸等;农业、园艺方面,其抗紫外线的遮阳布可用作种子培植、育秧、防霜及除草用布等,地膜土工布可用于土壤风化控制等;医疗卫生方面,可用作手术衣、手术覆盖布、手术缝合线、口罩等,也可用作尿布、卫生用品及其他生理卫生用品等;生活用品方面,可用作擦拭布、厨房用滤水和滤渣袋或其他包装材料。目前虽然聚乳酸纤维的原料来源丰富且价格低廉,但是其聚合纺丝加工等过程所需的成本较高,而且聚乳酸纤维的聚合度有待于进一步提高,因而使聚乳酸纤维的非织造产品大规模工业化生产和广泛使用受到限制。但从环保的观点来看,聚乳酸纤维成为21世纪的主导纤维之一的趋势将不会改变。4聚乳酸熔喷非织造布的研制利用美国CD公司提供的聚乳酸切片,仪征化纤股份有限公司技术中心在东华大学纺织学院聚合物喷丝成网实验室试制了聚乳酸熔喷非织造布,采用的主要设备是SJ-30/28型单螺杆挤出机,通过调节螺杆温度、螺杆转速、辊筒转速、接收距离等参数,得到了一系列样品。5非织造布的开发(1)实验表明,美国CD公司生产的聚乳酸切片不仅可用于纺丝、牵伸、加弹得到聚乳酸纤维,再进行织造和染整,开发出汗衫、针织内衣、T恤、衬衫等服装,而