科普｜生物基化学纤维之聚乳酸纤维（一）

聚乳酸（PLA）是由生物质原料（玉米、甜菜、蔗糖、秸秆纤维素等）经微生物发酵而成的小分子乳酸聚合而成的高分子材料，其纤维是用聚乳酸原料通过纺丝的方法制备的新型绿色纤维，俗称“乳丝”。

聚乳酸纤维产品使用后，在堆肥条件下可快速降解成为二氧化碳和水，产物完全无毒，不污染环境，从而可有效缓解目前的“垃圾围城”和“白色污染”问题。由于在整个生产和使用过程中都不会向大气中排出多余的二氧化碳，因此属于典型的低碳足迹聚合物。

聚乳酸纤维温润柔滑，弹性好，具有良好的生物相容性、柔软亲肤性，优异的芯吸效应和导湿作用，加工的产品有丝绸般的光泽和舒适性，悬垂性佳。

聚乳酸纤维分类

常用的聚乳酸纤维可以分为聚乳酸长丝、聚乳酸短纤维及聚乳酸复合纤维等3类。

1、聚乳酸长丝

聚乳酸长丝是由多根长单丝经过拉伸、加捻或者变形工序形成的纤维集合体。其生产采用单锭生产方式，一根丝条包含几十根单丝，可以纺制成差别化聚乳酸纤维。

2、聚乳酸短纤维

聚乳酸短纤维是具有一定强力和弹力等力学性能的纤维产品，其目前有多种加工方式，可以在棉纺系统、毛纺系统和各种新型纺纱设备上进行加工，产品种类有纯纺产品，以及与棉、毛、麻、莱赛尔、木代尔等纤维的混纺产品。

3、聚乳酸复合纤维

聚乳酸复合纤维主要是一些特殊用途的聚乳酸与其他高分子材料的共聚合纤维，比如LA（乳酸）和GA（乙醇酸）共聚用作可吸收的手术缝合线、组织工程支架等材料，改变LA和GA的比例可改变其降解速度；又如具有良好导热性的聚乳酸/碳纤维复合纤维；用于电子包装的聚乳酸/天然洋麻复合纤维等。

聚乳酸纤维的制备

聚乳酸是一种具有良好溶解性的热塑性高分子材料，其结晶性、透明性等比较突出，而且具有良好的可纺性，因此可用于生产聚乳酸纤维。

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。

聚乳酸的纺丝一般有溶液纺丝和熔融纺丝两种工艺，聚乳酸纤维的商品化生产一般采用熔融纺丝工艺。

1、溶液纺丝

溶液纺丝主要采用干法-热拉伸工艺，以二氯甲烷、三氯甲烷 、甲苯为溶剂，溶解聚乳酸树脂作为纺丝液进行纺丝，制得的聚乳酸纤维热降解少、强度较高。但由于溶剂有毒、纺丝环境恶劣、溶剂回收困难，需要特殊处理，生产成本高，限制了聚乳酸纤维的工业化生产。

2、熔融纺丝

聚乳酸是热塑性聚合物，从理论上讲，采用熔融纺丝是最理想的纤维成形方式。熔融纺丝主要包括高速纺丝一步法和纺丝-拉伸两步法。高速纺丝产率是两步法的6~15倍，而两步法得到的纤维力学性能优于高速纺丝纤维。

熔融纺丝工艺技术比较成熟、环境污染小、生产成本低，更有利于自动化、柔性化生产。但是熔融纺丝易造成聚乳酸的水解和热降解，因此纺丝前必须严格控制树脂的含水量，以保证纺丝的工艺稳定性和纤维的最终质量。

3、影响因素

原料

聚乳酸的分子量及其分布、纺丝溶液的组成及浓度、聚乳酸的结晶度等，都影响最终纤维的性能。

纺丝温度

PLLA的特性黏度随着温度的升高大幅降低。如果温度过高，熔体黏度大幅度下降，容易出现断头、毛丝等现象；而温度太低会导致物料流动不畅，不能满足纺丝需求，因此纺丝温度的控制非常重要。

纺丝速率

纺丝速率是影响卷绕丝预取向度的重要因素，对纤维最终性能起关键作用。纺丝速率越大，初生纤维的结晶度越高，但如果纺丝速率过高，初生纤维的结晶度和力学性能则会有所下降。

拉伸倍数

拉伸倍数对纤维的结晶性能和结构有很大影响。随着拉伸倍数的提高，初生纤维的结晶度和取向度都有所提高。

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