聚乳酸纖維的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

聚乳酸纖維的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

石油資源在人類的生存和發(fā)展中起著非常重要的作用。隨著石油資源日益短缺,人們?yōu)榱藬[脫對石油資源的依賴,開發(fā)可替代石油基的可降解的環(huán)境友好產(chǎn)品,已成為當前國際上研究開發(fā)的重點。進入21世紀以來人們越來越重視綠色環(huán)保,綠色紡織品、可生物降解材料應(yīng)運而生,其中聚乳酸(PLA)及其產(chǎn)品以其優(yōu)異的性能、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域、顯著的環(huán)境效益和社會效益,贏得了全球的矚目和青睞。聚乳酸纖維的原料乳酸可以從含有碳水化合物的可再生天然物質(zhì)如玉米、甜菜等植物發(fā)酵制取。聚乳酸最大的優(yōu)點在于其使用了可再生的植物為原料,整個生產(chǎn)過程中的能耗低,且從原料到廢棄物均可在土壤或海水中,經(jīng)微生物作用分解成二氧化碳和水,燃燒時不會散發(fā)毒氣,不會造成污染。聚乳酸纖維融合了天然纖維和合成纖維的優(yōu)異性能于一體,是21世紀的環(huán)境循環(huán)材料,是新型的生態(tài)性纖維。隨著新纖維材料的不斷開發(fā),其在非織造布中的應(yīng)用也日漸增多。非織造布以新纖維材料為原料,既可以提升其檔次,也可以拓展市場領(lǐng)域。本文主要介紹聚乳酸的制備、紡絲成形及其在非織造布上的應(yīng)用情況。1丙交酯聚合法聚乳酸樹脂可通過不同途徑合成,途徑之一是乳酸的直接聚合,途徑之二是乳酸環(huán)狀二聚體丙交酯的開環(huán)聚合。乳酸(lacticacid)有兩個光學(xué)異構(gòu)體:L-乳酸和D-乳酸,而丙交酯(lactide)有四種異構(gòu)體:L-丙交酯、D-丙交酯、D,L-丙交酯和內(nèi)消旋丙交酯。直接縮聚法在體系中存在著游離酸、水、聚酯及丙交酯的平衡,不易得到高分子量的聚合物,但此法生產(chǎn)工藝流程短,比丙交酯開環(huán)聚合法經(jīng)濟。而丙交酯的開環(huán)聚合法可以合成出分子量高達70萬～100萬的聚乳酸。但此法涉及丙交酯的合成與提純,相對于直接聚合方法工藝流程較長。2002年美國CargillDow公司采用丙交酯開環(huán)工藝在Blair建成了14萬t/a的聚乳酸工廠。圖1是丙交酯開環(huán)聚合工業(yè)化生產(chǎn)聚乳酸的工藝流程。2聚乳酸纖維—聚乳酸的紡絲成形聚乳酸的紡絲成形可以采用溶液紡絲和熔融紡絲方式來實現(xiàn)。聚乳酸的溶液紡絲主要采用干紡—熱拉伸工藝,紡絲原液的制備一般采用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶劑,由于溶液紡絲法的工藝較為復(fù)雜,溶劑回收難,紡絲環(huán)境惡劣,從而限制了其應(yīng)用,至今采用溶液紡絲制備聚乳酸纖維工藝還停留在實驗室規(guī)模階段,尚未見商業(yè)化生產(chǎn)報道。聚乳酸是熱塑性聚合物,可以采用熔融紡絲,各種用于生產(chǎn)聚酯纖維的現(xiàn)行熔融紡絲工藝(高速紡絲一步法,紡絲—拉伸二步法)都可采用,熔融紡絲的可紡性和拉伸性在很大程度上要依賴于聚乳酸樹脂的質(zhì)量。島津公司于1992年已在實驗室中成功進行了聚乳酸的熔融紡絲,目前熔融紡絲法生產(chǎn)聚乳酸纖維的工藝和設(shè)備正在不斷地改進和完善,已成為聚乳酸紡絲成形加工的主流,采用熔融紡絲法生產(chǎn)聚乳酸纖維目前已進入了商品化生產(chǎn)階段。日本鐘紡公司已有商品名為“Lactron”的聚乳酸纖維,美國的CargillDow公司已有商品名為“Ingeo”的聚乳酸纖維。聚乳酸纖維融合了天然纖維和合成纖維的特點,其性能是聚乳酸本身所獨有的,因而無論是在加工過程中還是具體的最終應(yīng)用過程中,其優(yōu)異性能均可很好地保持。這些優(yōu)異的性能包括可生物降解性、優(yōu)異的觸感、導(dǎo)濕性、回彈性、耐燃性、紫外線穩(wěn)定性以及抗污性等。聚乳酸纖維廢棄后,可降解成二氧化碳和水;即使燃燒,燃燒能也很小,不產(chǎn)生有害的氣體;聚乳酸纖維降解后,形成的二化氧碳和水重新給生物體利用進行光合作用。聚酯纖維的密度為1.38g/cm從2002年10月至今,儀征化纖股份有限公司技術(shù)中心利用美國CD公司提供的聚乳酸切片,先后進行了該切片的干燥工藝條件試驗和流變試驗,并在此基礎(chǔ)上利用現(xiàn)有的聚酯纖維生產(chǎn)設(shè)備進行了一系列的紡絲、牽伸、加彈、織造及服裝開發(fā)工作,得到了批量的POY、DT和DTY,成品絲的性能良好,能滿足機織和針織的要求,目前已開發(fā)出批量汗衫、針織內(nèi)衣、T恤、襯衫等,經(jīng)有關(guān)人員試穿,普遍反映其服用舒適性良好。3非織造布的用途聚乳酸纖維采用干法、紡粘法和熔噴法等成網(wǎng),用水刺、針刺或熱粘合等方法加固,可制成各種形式的非織造產(chǎn)品。該纖維的導(dǎo)濕性、回潮率以及回彈性能加大了其適用性,其制品可應(yīng)用于不同領(lǐng)域。如工業(yè)方面,可用于包裝材料、強化紙和特殊用紙等;農(nóng)業(yè)、園藝方面,其抗紫外線的遮陽布可用作種子培植、育秧、防霜及除草用布等,地膜土工布可用于土壤風(fēng)化控制等;醫(yī)療衛(wèi)生方面,可用作手術(shù)衣、手術(shù)覆蓋布、手術(shù)縫合線、口罩等,也可用作尿布、衛(wèi)生用品及其他生理衛(wèi)生用品等;生活用品方面,可用作擦拭布、廚房用濾水和濾渣袋或其他包裝材料。目前雖然聚乳酸纖維的原料來源豐富且價格低廉,但是其聚合紡絲加工等過程所需的成本較高,而且聚乳酸纖維的聚合度有待于進一步提高,因而使聚乳酸纖維的非織造產(chǎn)品大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛使用受到限制。但從環(huán)保的觀點來看,聚乳酸纖維成為21世紀的主導(dǎo)纖維之一的趨勢將不會改變。4聚乳酸熔噴非織造布的研制利用美國CD公司提供的聚乳酸切片,儀征化纖股份有限公司技術(shù)中心在東華大學(xué)紡織學(xué)院聚合物噴絲成網(wǎng)實驗室試制了聚乳酸熔噴非織造布,采用的主要設(shè)備是SJ-30/28型單螺桿擠出機,通過調(diào)節(jié)螺桿溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、輥筒轉(zhuǎn)速、接收距離等參數(shù),得到了一系列樣品。5非織造布的開發(fā)(1)實驗表明,美國CD公司生產(chǎn)的聚乳酸切片不僅可用于紡絲、牽伸、加彈得到聚乳酸纖維,再進行織造和染整,開發(fā)出汗衫、針織內(nèi)衣、T恤、襯衫等服裝,而