纺织新材料论文聚乳酸可降解纤维性能.docVIP

聚乳酸可降解纤维性能概述 【摘要】文章从聚乳酸纤维的物理机械、生物可降解、耐气候及染色等性能方面对纤维进行了分析描述，对其生产工艺过程、开发意义及应用领域、前景等相关方面进行了概括性叙述，并提及其生产开发过程存在的问题。 【关键词】聚乳酸；生物可降解；抗皱性；吸湿快干；阻燃性 引言 聚乳酸纤维（Polyactic Acid）又称玉米纤维，简称PLA。聚乳酸纤维是从玉米、小麦、大豆等农作物中提取乳酸，再经聚合、纺丝制成的。聚乳酸是一种以乳酸为主要原料的高分子聚合物，而产生乳酸的原料是所有碳水化合物富集的物质，如粮食及其生产下脚料。聚乳酸纤维是一种性能很好的可降解性纤维，其废弃物在微生物作用下可分解二氧化碳和水，分解物又可经植物光合作用合成淀粉，淀粉又是乳酸的原料，很好的实现了资源的循环利用，符合当今对资源环保、可持续的要求。 聚乳酸纤维的结构 聚乳酸纤维横截面近似圆形且表面有斑点，纵向存在不连续的条纹，并伴随无规律斑点，斑点与条纹是由于聚乳酸存在大量的非结晶区，这些非结晶区在外界微生物、温度、空气、水分等作用下很容易被分解而呈现的。 二、聚乳酸纤维的性能 （一）物理机械性能 聚乳酸纤维在所有生物可降解聚合物中，熔点最高，结晶度大，透明度好且质轻、蓬松，制成织物手感柔软，悬垂性好，其物理性能接近于涤纶和锦纶。聚乳酸纤维与涤纶、锦纶的物理性能比较见下表： 聚乳酸、涤纶、锦纶纤维性能比较 项目 聚乳酸纤维 涤纶 锦纶 密度（g/cm3） 1.27 1.38 1.14 断裂强度（cN/dtex） 3.0~4.5 4.0~4.9 4.0~5.3 断裂伸长率（%） 30~50 25~30 25~40 项目 聚乳酸纤维 涤纶 锦纶 玻璃化温度（℃） 57 70 40 熔点（℃） 175 260 215 杨氏模量（kg/nm2） 400~600 1100~1300 300 标准回潮率/% 0.5 0.4 4.5 燃料种类 分散染料 分散染料 酸性染料 染色温度/℃ 100 130 100 酸碱性 耐酸不耐碱 耐酸不耐碱 耐碱不耐酸 2%变形回复率（%） 99.2 88.0 —— 5%变形回复率（%） 92.6 65.0 89.0 10%变形回复率（%） 63.9 51.0 89.0 由表可知，聚乳酸纤维的密度介于涤纶与锦纶之间，比棉、丝、毛等密度小，制成的衣服质量很轻；聚乳酸纤维的强度很高，达到了3.0~4.5cN/dtex，接近涤纶；聚乳酸纤维的断裂伸长率为30%~50%,远高于涤纶和锦纶，会给后道织造工序早成一定的难度；纤维模量小，属于高强、中伸、低模型纤维。聚乳酸织成的织物手感柔软悬垂，由于其大分子结构的特点，聚乳酸纤维与涤纶具有相似的耐酸碱性能。另外，在聚乳酸纤维的分子链中具有较多的酯基和甲基，没有亲水的极性基团，因此适用于分散染料染色。聚乳酸纤维具有较小的反射系数，可染深色，色牢度很高，染色性能优良，染整加工方便。由表还可以看出，聚乳酸纤维在小变形时弹性回复率比锦纶还要好，即使变形在10%以上，纤维的弹性回复率也比锦纶以外的其他纤维高很多，这就决定了其面料的优良抗皱性，非常适合做运动衣。 （二）生物降解性 聚乳酸纤维可降解的原因在于聚合物上酯基的水解，废弃后可以在自然界中完全分解为CO2和H2O。一般认为，其末端羧基对其水解起催化作用，降解过程从无定形区开始。水解速率不仅与聚合物化学结构、相对分子质量、形态结构及样品尺寸有关，而且依赖于外部水解环境，如微生物的种类及其生长条件、环境温度、PH值等，一般来说，聚乳酸纤维植物被埋入土中2~3年后，强度会消失，如果与其他废弃物一起掩埋，几个月内便可分解 ，生物降解性能优良。 （三）吸湿快干和保暖性 聚乳酸纤维回潮率为0.4%~0.6%,比大多数天然纤维和除涤纶外的合成纤维都要低，吸湿性能较差，疏水性能好。纤维具有独特的芯吸作用，织物具有良好的导湿快干性能。此外，纤维还具有优良的保暖性，冬天服用时，其保暖性比棉及聚酯纤维高20%以上（经热传导率实验）；夏天服用时，透湿性、水扩散性优异，吸汗快干，可通过水蒸气蒸发来迅速带走体热，使人感觉凉爽。 （四）耐气候性 实验证明，聚乳酸纤维在室外暴晒500h之后，强度可保留55%左右，耐气候性优良。 （五）可燃性 聚乳酸纤维在燃烧过程中只有轻微的烟雾释出，发烟量很小，烟气中不存在有害气体；燃烧放热量小，燃烧热是聚乙烯纤维、聚丙烯纤维的1/3左右。虽然它不是阻燃纤维，但与聚酯纤维等相比，自熄时间短，火灾危险小。它的极限氧指数是常用纤维中最高的，已接近国家标准对阻燃纤维极限氧指数28%~30%的要求。 聚乳酸纤维也存在一些缺点。如耐磨性较差，影响了它在高性能服装领域的应用；熔点较低，这就限制了它在高温环境下的应用。