聚乳酸和聚乳酸纤维特点与生产应用研究方案.doc

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聚乳酸与聚乳酸纤维特点及生产应用研究   摘 要:聚乳酸 (PLA)纤维具有很好的生物降解性和生物相容性 ,由它织成的织物具有丝绸般的光泽和舒适的肌肤触感 ,快干且抗皱 ,因此该纤维具有较广阔的发展前景。由于聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维,因此是一种可持续发展的生态纤维。   关键词:聚乳酸;聚乳酸纤维;特性   一、聚乳酸与聚乳酸纤维   聚乳酸纤维(简称PLA纤维)是以由谷物、甜菜等天然糖类得到的聚乳酸酯为原料,经溶液纺丝或熔融纺丝制得的聚酯合成纤维.目前,商业化生产的PLA纤维以玉米淀粉发酵而成的乳酸为原料,经脱水聚合反应制成的聚乳酸酯溶液为纺丝液,再进行纺丝加工而成.聚乳酸纤维兼有天然纤维和合成纤维的特点,吸湿排汗均匀、回弹性好,所制成的成衣穿着舒适,并具有抗皱抗紫外等性能,其制品废弃后,在土壤或水中微生物的作用下分解成二氧化碳和水,随后在太阳光合作用下,又会成为淀粉的起始原料。由于这是一个循环过程,因此可减少纤维工业对石油资源的依赖性,所以PLA纤维又被称为21世纪的环境循环材料。聚乳酸纤维(PLA)的生产原料乳酸是从玉米淀粉中制得,所以也将这种纤维称为玉米纤维。   二、聚乳酸与聚乳酸纤维的生产   (一)聚乳酸的生产   1.聚乳酸的生产原料   聚乳酸的生产原料是乳酸,即-羟基丙酸、2-羟基丙酸。由于乳酸分子中有一个不对称碳原子,所以具有d-型(右旋光)和L-型(左旋光)两种对映体,等量的L-乳酸和d-乳酸混合而成的dL-乳酸不具旋光性。成纤聚乳酸以L-乳酸为单体。   2.聚乳酸的聚合   聚乳酸的聚合方法有两种,一种是减压在溶剂中由乳酸直接聚合的方法,即:乳酸→预聚体→聚乳酸;另一种方法是常压下以环状二聚乳酸为原料聚合得到,即:乳酸→预聚体→环状二聚体→聚乳酸。   3.聚乳酸的合成   聚乳酸有两种合成方法,即丙交酯(乳酸的环状二聚体)的开环聚合和乳酸的直接聚合。丙交酯开环聚合生产工序为:先将乳酸脱水环化制成丙交酯;再将丙交酯开环聚合制得聚乳酸。其中乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点和关键,这种方法可制得高分子量的聚乳酸,也较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求。乳酸直接缩聚是由精制的乳酸直接进行聚合,是最早也是最简单的方法。该法生产工艺简单,但得到的聚合物分子量低,且分子量分布较宽,其加工性能等尚不能满足成纤聚合物的需要;而且聚合反应在高于180℃的条件下进行。   (二)聚乳酸纤维生产   溶液纺丝主要采用干法-热拉伸工艺,纺丝原液的制备一般采用二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯作溶剂。1982年,Pennings等人率先用溶液纺丝法制备出粘均相对分子质量为3×105~5×105的聚乳酸纤维。工艺流程为:聚乳酸酯→纺丝液→过滤→计量→喷丝板出丝→溶剂蒸发→纤维成形→卷绕→拉伸→纤维成品。由于溶液纺丝法的工艺较为复杂,使用溶剂有毒,溶剂回收难,纺丝环境恶劣,产品成本高,从而限制了其应用,故不适合工业化生产。   熔融纺丝采用热拉伸二步法纺丝工艺,PLLA 是热塑性聚合物,比较适合熔融纺丝,目前各种用于生产涤纶现行熔融纺丝工艺(高速纺丝一步法,纺丝-拉伸二步法)都可采用。同时由于熔融状态下PLLA 会很快被水分解,因此在熔融纺丝前必须严格地除去水分。工艺流程为:聚乳酸酯→真空干燥→熔融挤压→过滤→计量→喷丝板出丝→冷却成形→PO Y 卷绕→热盘拉伸→上油→成品丝。该方法污染小、成本低、便于自动化生产。目前,熔融纺丝法生产工艺和设备正在不断地改进和完善,采用熔融纺丝法目前已进入成熟阶段,已成为目前最主要的加工方法。   三、 聚乳酸纤维的优缺点   (一)聚乳酸纤维的优点   1.原料来源广泛,玉米、甜菜、甘薯都可获得乳酸。与其它植物相比玉米较容易种植和生长,且产量高。   2.制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用降解的产物为乳酸、二氧化碳和水(有研究表明聚乳酸制品若不使用丢弃120天后即开始溶解),不污染环境。   3.限氧指数较高,阻燃性好。燃烧时不会散发毒气。   4.有较好的亲水性、毛细管效应和水的扩散性,可散汗除菌。   5.手感柔软且具有丝光泽, 透明度高, 强度和弹性均比棉麻好。   6.易染色,染色效果好,且可用分散染料染色。   7.制成的纺织品可烫易洗,但切忌用高温(120℃)洗烫。   (二) 聚乳酸纤维的缺点   1.原料来源于农作物,大量占用会影响粮食供应,造成食品价格上涨。   2.聚乳酸短纤维易水解,造成纺丝困难。   3.熔点低(175℃左右),耐光性差。   4.耐磨性差,使用寿命短,较适合于用即弃产品,成本高。   聚乳酸纤维的缺点是暂时的,随着科研的不断深入,这些缺点也会得到改善,从

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