聚乳酸纤维概述（功能纤维）.ppt

聚乳酸纤维 1. 聚乳酸纤维的制备技术 溶液纺丝 ： 溶液纺丝主要采用干法一热拉伸工艺。采用二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯为溶剂，将聚乳酸酯溶解制成纺丝液，进行纺丝。 1.1 聚乳酸纤维熔融纺丝工艺影响因素 作为一种可降解的生物高分子，聚乳酸在活泼和潮湿的环境中通过酯键断裂发生水解反应而降解，这种降解包括热水解、解聚、分子间和分子内的酯交换反应，因此纤维制备的每一步都影响聚乳酸的粘均分子量。熔融挤出的分解率大约为39.0%~69.0%，远高于粉碎作用和热拉伸的分解率。由于在纺丝过程中，必须在比聚乳酸熔融范围高的温度下挤出，而聚乳酸在熔融状态下很快降解，因此成纤聚合体中的金属，单体，水等的含量必须严格控制，尤其是残留金属及水分子在纺丝前必须严格去除，否则会在纺丝过程中引起分子量的急剧下降，腐蚀加工机械，制得的纤维性能降低。为了提高聚乳酸的热稳定性，减少纺丝过程的热降解，可在熔融纺丝前，把乳酸末端的—OH基团用乙酸酐和吡啶进行乙酰化，然后再纺丝。经端基封闭的聚乳酸热稳定性有所提高，纺丝温度低于200℃，聚乳酸基本不发生热降解。 1.1.1 纺丝气氛 纺丝的气氛对初生纤维的特性粘度影响极大。在空气中纺丝，聚乳酸的降解率很高；而用氦气保护，聚乳酸的降解率明显降低。因此，纺丝可在氦气的保护下进行。 1.1.2 纺丝温度 聚乳酸的纺丝温度范围很窄。温度过低会产生毛丝严重、生头困难的现象；温度过高制成的初生纤维不能进行拉伸。 1.1.3 泵供量 随着泵供量的增加，初生纤维的拉伸强度有所下降，但其断裂伸长明显上升。这是因为随着泵供量的增加，拉伸形变速度梯度变小，而初生纤维的预取向度与其成正比，因此初生纤维的fs变小。 1.1.4 卷绕速度 随着卷绕速度的增加，初生纤维的拉伸强度略有增加，其断裂伸长明显上升。这是因为随着卷绕速度的增加，拉伸形变速度梯度变大，因此初生纤维变大。 1.1.5 挤出温度 不同相对分子质量的聚乳酸对应不同的挤出温度。 1.2 聚乳酸纤维的拉伸工艺 1.2.1 拉伸温度 * * 聚乳酸纤维（PLA纤维） 　 PLA纤维是聚乳酸为原料，属于完全自然循环型，具有生物降解性的纤维。该纤维完全不使用石油等化工原料，其废弃物在土壤和海水中的微生物作用下，可分解成二氧化碳和水，不会污染地球环境。燃烧PLA纤维，几乎没有一氧化氮，其燃烧热是聚乙烯和聚丙烯的三分之一左右，LACTRON是至今所研发出生物降解性纤维中融点最高的。 聚乳酸的自然循环系统如图所示： 生产原料乳酸是从玉米淀粉制得，故也称为玉米纤维。PLA纤维是在美国著名的谷物公司Cargill公司研制成功的玉米聚乳酸树脂的基础上制得的，在1997年该公司和美国Dow Polymers公司合股成立了Cargil lDow Polymers公司，全力发展了聚乳酸原料，到2002年聚乳酸年产已达14万吨，生产的PLA纤维商品名为Ingeo。日本钟纺、尤尼契卡和可乐丽公司生产的PLA纤维商品分别为Lactron、Terramac和Plastarch，美国杜邦公司和孟山都等公司也开始开发PLA纤维。 聚乳酸纤维（PLA纤维） 聚乳酸纤维侧面图 聚乳酸纤维横截面图 　 聚乳酸的纺丝成型加工一直是人们研究和开发的热点之一。用于制备纤维的聚乳酸一般是左旋聚乳酸(PLLA)。聚乳酸及其共聚物的纺丝可采用溶液纺丝和熔融纺丝来实现。由于溶液纺丝法的工艺较为复杂，溶液回收困难，纺丝环境恶劣，同时所采用的溶剂有毒，其最终成本更高，从而限制了其应用。聚乳酸是热塑性聚合物，再加上熔纺同溶液纺相比具有经济上的优势，到目前为止，工业化生产的聚乳酸纤维主要采用熔融纺丝——热拉伸二步法工艺制备聚乳酸纤维。 熔融纺丝： 目前，各种用于生产涤纶的熔融纺丝法都可以采用，关键在于控制PLLA 水分和纺丝温度，减少热解。同时，熔融纺丝的可纺性和拉伸性在很大程度上都依赖于聚乳酸的质量。 切片 干燥 熔融 过滤器 计量泵 纺丝箱体 喷丝 卷绕 表1-1 不同的纺丝气氛下聚乳酸的降解率 表1-2 纺丝温度对可纺性和初生纤维性能的影响 表1-3 泵供量对聚乳酸初生纤维性能的影响 表1-4 卷绕速度对聚乳酸初生纤维性能的影响 表1-5 聚乳酸的特性粘度和合格的挤出温度之间的关系 经过研究，在低温下，聚乳酸初生纤维的拉伸曲线属a型拉伸，随拉伸温度的提高，塑性形变越来越显著，初生纤维的拉伸曲线呈c型形变。同时，随拉伸温度升高，纤维的断裂强度增大，聚乳酸初生纤维冷拉伸情况下发生的脆性断裂现象基本消失。但拉伸温度也不宜过高，因为拉伸温度升高，解取向增大，有效