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聚乳酸纤维-21世纪极具前景的可生物降解纤维

王方 2019-06-14 3078 0

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聚乳酸是一种可生物降解材料,是21世纪最有前景的纤维材料之一,本文介绍了聚乳酸纤维的性能和应用,对我国聚乳酸纤维产业的发展现状进行了分析。

摘要:聚乳酸是一种可生物降解材料,是21世纪最有前景的纤维材料之一,本文介绍了聚乳酸纤维的性能和应用,对我国聚乳酸纤维产业的发展现状进行了分析。

聚乳酸(PLA)在自然界中并不存在,需要人工合成,原料乳酸由小麦、甜菜、木薯、玉米等农作物及有机肥料发酵制得。聚乳酸经过纺丝成型后可得到聚乳酸纤维,由于其原料以玉米居多,因此又被称为“玉米纤维”。

极具前景的可生物降解纤维材料 — 聚乳酸纤维

可生物降解材料一般指在自然条件下或是其他特定处理条件下能最终降解成小分子或含水和二氧化碳的高分子材料。而聚乳酸纤维以自然界中的生物质为原料,而产品的废弃物有可以被降解为自然界中的二氧化碳和水,不产生其他废弃物,实现了完全自然循环,属于完全可生物降解材料(见图1)。聚乳酸纤维的开发应用可以减少化纤工业对石油产品的依赖,同时减少环境污染,是已经商业化的可生物降解材料的代表性品种。

图1 聚乳酸纤维和合成应用

(资料来演:中国知网)

聚乳酸纤维属于生物基合成纤维的一种,原料来自可再生材料,具有与天然纤维相似的外观和手感,同时又具有合成纤维的性能,拥有独特的优势。聚乳酸纤维缩小了天然纤维与合成纤维之间的差距并被广泛应用,是21世纪极具发展前景的纤维材料之一。

聚乳酸纤维性能优异,广泛应用于纺织和非织造材料

聚乳酸大分子有多种立体结构,一般分为聚右旋乳酸(PDLA)、聚左旋乳酸(PLLA)和聚外消旋乳酸(PDLLA)。生产聚乳酸纤维一般采用PLLA,因为其分子结构为等规立构,具有很强的结晶性(见图2 )。

图2 PLA的三种立体结构

(资料来源:中国知网)

此外,聚乳酸纤维还具有良好的力学性能、弹性模量和热成型性(见表1 ),还具有一般化学纤维所不具有的可生物降解性和生物相容性,具有高取向性和高强度,还具备耐高温和抗紫外线功能,柔软舒适,干爽透气。

表1 聚乳酸纤维的性能

(资料来源:中国知网)

聚乳酸各方面良好的性能特征赋予了它极大的附加值,制得的产品具有很好的悬垂性、抗皱性和生物可降解性,不会对环境造成污染,在纺织、医疗和卫生等领域都有具有极好的应用前景:聚乳酸纤维可加工性能好,密度小,还具有抗紫外线功能,可用于制造窗帘、服装、沙漠治理用的沙障等;聚乳酸纤维具有阻燃性,低烟且组合性能好,可用于阻燃抗熔滴产品;聚乳酸纤维压电性能良好,在智能穿戴领域也有应用潜力;聚乳酸纤维还具有良好的抗菌防螨功能,可用于生产卫生制品如卫生巾、尿不湿、贴身内衣,以及医疗领域的手术服、防护服等。

我国聚乳酸纤维产业起步晚,存在产能少、成本高的问题

目前,聚乳酸纤维的生产企业主要集中在美国、德国、中国和日本等国。美国是最早开始研究聚乳酸纤维且产量最大的国家。我国从2000年左右才开始研发聚乳酸生产技术,目前对聚乳酸纤维的研究开发还处于初级阶段,截止2016年我国聚乳酸纤维总产能约为15000吨/年。目前我国已拥有多家聚乳酸的生产企业:浙江海正生物材料股份有限公司已经掌握了多项聚乳酸纤维的关键技术,恒天长江生物公司、上海同杰良公司、河南龙都生物科技有限公司、江苏九鼎集团都在筹备生产线,扩大聚乳酸纤维的产能。但我国聚乳酸纤维产业面临着企业产能低、生产水平参差不齐的问题。

表2 聚乳酸纤维主要企业及其生产现状

(资料来源:中国知网)

根据表2,丙交酯开环聚合、切片熔融纺丝的生产技术路线是被大多数公司采用的聚乳酸纤维生产技术路线,而纺丝切片被国外垄断,价格较高,生产厂家的利润较少。恒天长江生物采用丙交酯开环聚合熔体直纺生产技术,并且已经建成了一条2000吨/年的连续聚合熔体直纺生产线,同时还有一条10000吨/年的生产线在建。熔体直纺技术没有干燥、切片造粒等中间过程,大大节约了生产成本,可以使聚乳酸纤维成本高、产量少的问题得到一定程度的解决,是未来聚乳酸纤维的主要发展方向。

结语

聚乳酸纤维是可生物降解材料的代表性品种之一,是一种具有极好的发展前景的纤维材料,具有多种优异性能,在纺织、医疗、卫生等领域具有极好的发展前景。我国聚乳酸纤维研发起步晚,目前大多数企业存在着产能低、成本高的问题。


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