加载中…可持续发展的生态纤维——聚乳酸纤维
(2020-06-21 20:01:52) | 分类： 科技前沿 |
可持续发展的生态纤维——聚乳酸纤维
聚乳酸纤维简介
聚乳酸纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成。聚乳酸纤维是一种原料可种植、易种植，废弃物在自然界中可自然降解的合成纤维。它在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，是一种可持续发展的生态纤维。其织物面料手感、悬垂性好,抗紫外线,具有较低的可燃性和优良的加工性能。
一、合成的原料
1.什么是聚乳酸
聚乳酸
Poly lactic acid
又称聚丙酯，简称PLA，属于聚酯家族。
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聚乳酸 是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等为原料。聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。
2.聚乳酸（PTA）合成方法
直接缩聚法
直接缩聚法包括溶液缩聚法和熔融缩聚法，图1为聚乳酸直接缩聚反应式。Masanobu Ajioka 等通过溶液缩聚法制备了分子量为300000的PLA，在整个反应过程中生成的丙交酯和有机溶剂经循环后继续参与反应，避免了聚乳酸的降解现象。日本三菱化学公司采用溶液缩合的方法实现了聚乳酸的工业化生产; Kimnra 等采用二水合氯化锡和对甲苯磺酸二元催化体系经熔融缩聚制备了分子量达500000的PLA。直接缩聚法生产工艺简单，但由于体系中存在杂质，且乳酸缩聚反应是可逆反应，因此很难得到高分子量的 PLA。
开环聚合法
开环聚合常被用于高分子量、高立体规整度PLA的合成，1932年Carothers首次提出通过环状二聚体丙交酯开环聚合PLA的方法，制备的PLA分子量高达70 ～100万。图2示出聚乳酸开环聚合化学反应式。
二、聚乳酸纤维成型加工
熔体纺丝将聚合物加热熔融通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的纺丝方法，是至今为止聚乳酸最经济化的纺丝方法，示意图如下。
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三、聚乳酸纤维的特点
1.可生物降解性
PLA纤维具有良好的可生物降解性，被废弃后可在自然界中完全分解为CO2和H2O。二者通过光合作用，又可变成乳酸的原料——淀粉。PLA纤维如果与其它有机废弃物一同掩埋，几个月内便会分解，可以完全分解成CO2和H2O。
2.物理机械性能
PLA纤维的物理性能接近PET纤维 (涤纶)和PA纤维(尼龙)，染色性能优于PET纤维。 具有高结晶性、高取向性、高耐热性和高强度，同时具有较好的滑爽性、柔软舒适、干爽透气和抗紫外线功能，并有良好的光泽弹性和膨松性。
PLA与PET、Nylon纤维性能比较
3.安全性
由于PLA纤维具有生物相容性，且服用舒适，可安全植入体内，无毒副作用。
4.耐气候性
PLA纤维在室外暴晒500 h后，强度可保留55 %左右。
5.吸湿性及抗起毛球性
PLA纤维织物有良好的吸湿性及抗起毛球性
6.阻燃性
限氧指数较高(LOL24-29)，燃烧后自灭性好、燃烧发烟量低，有较好阻燃性;
PLA的合成降解循环图
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四、聚乳酸纤维的鉴别
鉴别方法采用燃烧试验法、显微镜法·熔点试验法、红外吸收光谱法、化学溶解试验法对聚乳酸纤维进行物理、化学性能的研究。
例如:
显微镜法对聚乳酸纤维进行显微镜观察，其横截面为近似圆形，纵截面纤维光滑、有明显斑点。其横向、纵向截面图形见图1、图2。
五、聚乳酸纤维的缺点
1 .聚乳酸中有大量的酯键，亲水性差，降低了它与其它物质的生物相容性；
2 .聚合所得产物的相对分子量分布过宽，聚乳酸本身为线型聚合物，这都使聚乳酸材料的强度往往不能满足要求，脆性高，热变形温度低，抗冲击性差
3 .降解周期难以控制
4 .价格太贵，乳酸价格以及聚合工艺决定了PLA的成本较高。这都促使人们对聚乳酸的改性展开深入的研究。
六、聚乳酸的应用
结语
PLA是21世纪快速发展的新型环保材料，从来源到最终被分解整个过程实现了可持续发展、无公害、无污染的要求，同时可以缓解对石油资源的利用和开发，在纺织领域、生物医学领域及其他行业有巨大的发展空间和应用前景。目前 PLA 的工业化生产和使用仍面临成本较高、生产效率较低等问题，需要研究人员的不断探索，一旦有所突破，PLA及其制品将会产生不可估量的经济价值和环保意义。
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