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可持续发展的生态纤维——聚乳酸纤维

2023-04-27 10:55:44

聚乳酸纤维简介

聚乳酸(Polylactic Acid, PLA)纤维,它是一种高性能的乳酸聚合物,由碳水化合物富集物(如长米、甜菜、木薯等农作物和有机废料)和某些细菌物种发酵成乳酸,然后由单个乳酸环化聚合物或乳酸的直接聚合物制成。PLA纤维是通过纺丝制成的。PLA玉米纤维无纺布因为玉米和其他谷物被用作原料,所以也被称为玉米纤维。PLA纤维原料来自天然产品,废弃物可以完全降解为天然所需的H2OO和CO2,实现了完全的自然循环,是21世纪具有发展前景的纤维材料。

一、聚乳酸纤维的发展

乳酸是从酸奶里找到,后来科学家发现动物、人类的肌肉运动产生的酸就是乳酸。利用乳酸聚合制备成聚乳酸高分子材料,是美国杜邦公司Carothers(尼龙的发明人)首先在实验室发明制得的。

聚乳酸纤维的研发已有半个多世纪历史。美国Cyanamid公司于上世纪60年代研制出聚乳酸可吸收缝线。日本钟纺与岛津制作所于1989年合作开发出纯纺聚乳酸纤维(Lactron TM )及其与天然纤维的混纺品种(Corn Fiber TM ),并在1998年长野冬运会上展出;日本尤尼吉卡公司于2000年开发出聚乳酸长丝与纺粘非织造布(Terramac TM )。美国Cargill Dow Polymers(CDP)公司(现NatureWorks)于2003年发布涵盖聚乳酸树脂、纤维、薄膜的系列产品(Ingeo TM ),并特许德国Trevira公司生产Ingeo TM 系列非织造布,用于汽车、家纺、卫生等领域。

二、聚乳酸纤维的工艺

1.PLA的合成

由于乳酸中存在不对称碳原子,根据其光学活性,可分为聚L-乳酸(PLLA)、聚D-乳酸(PDLA)和聚消旋乳酸(PDLLA)。低分子质量PLA的适用范围相对较窄,主要用于缓释材料、手术缝合线等。例如,PLA微球可以控制药物的释放。高分子质量PLA可用于纤维材料或树脂,因此目前主要研究高分子质量PLA的合成,主要分为直接聚合法和间接聚合法。

间接聚合法

间接聚合法,即开环聚合,是迄今为止研究充分、成熟的聚合方法,也是PLA生产中使用广泛的方法。间接聚合通常用于聚合物量和高三维规则度PLA的合成。1932年,Carothers提出通过环形二聚体丙交酯开环聚合PLA制备高达700万PLA。图2显示了聚乳酸开环聚合物的化学反应。

2.PLA纤维成形

熔体纺丝通过喷丝孔将聚合物挤出,在空气中冷却成纤维纺丝,是迄今为止聚乳酸经济的纺丝方法

黑色热轧无纺布

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