聚乳酸纤维的性能特点与产品开发前景

夏岩 张怀海

【摘 要】简介了聚乳酸纤维的化学结构与截面形态；论述了聚乳酸纤维的性能特点，对聚乳酸纤维与其他常用原料的物理机械性能、染色性能、服用性能和生物降解性能等作了测试对比和分析；并根据聚乳酸纤维的这些优异性能，对适合于各种服装面料、家用装饰织物及产业用纺织品的开发前景作了探讨。

【关 键 词】聚乳酸纤维；性能特点；产品开发

【中图分类号】 TS102.5【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0268-02

聚乳酸纤维是从天然糖类植物玉米中提取并通过熔纺工艺制得的环保型纤维，它不但可以用再生资源合成制备，而且可以生物降解[1]。聚乳酸纤维及其制品废弃后可在自然条件下被微生物分解成二氧化碳和水，随后在阳光的作用下，它们又成为各种植物光合作用的原料，不会对环境造成污染。由于聚乳酸纤维具有良好的物理机械性能、化学染色性能和生物降解性能，可以广泛用于各种服装面料、家用装饰织物和产业用纺织品。聚乳酸纤维具备了环保型纺织品的主要特征，具有优良的环保性能，这种生物降解高分子产品将成为本世纪纤维生产与应用中的主导型产品之一。

1 聚乳酸纤维的结构与性能特点

1.1 聚乳酸纤维的结构

聚乳酸纤维是采用可再生的聚乳酸等淀粉原料，经发酵制取乳酸，然后由乳酸聚合成树脂，再通过纺丝而制成的。聚乳酸纤维其化学结构并不复杂，但由于乳酸分子中存在手性碳原子，有D型和L型之分，使丙交脂、聚乳酸（PLA）的种类因立体结构不同而有多种，如聚右旋乳酸（PDLA）、聚左旋乳酸（PLLA）和聚外消旋乳酸（PDLLA）。由淀粉发酵得到的乳酸含有99.5%的PLLA，而且它是结晶体，可用来生产纤维等制品，因此人们对聚乳酸纤维的研究主要集中于PLLA[2]。

1.2 聚乳酸纤维的性能

1.2.1 聚乳酸纤维的物理性能

聚乳酸纤维不仅有高结晶性，还与聚酯、聚苯乙烯树脂具有同样的透明性。表1显示了钟纺公司的聚乳酸纤维与其他纤维的性能对比。

聚乳酸纤维是一种高结晶性、高取向性和高强度的纤维，它的物理性能介于涤纶和锦纶6之间，但聚乳酸纤维具有更好的手感和悬垂性，比重较轻，抗紫外线好，有较好的卷曲性和保型性。聚乳酸纤维无需特别的装置和操作，可用常规的工艺成形加工，它和通常的涤纶一样，可有长丝、短纤维、单丝、非织造布，以及编织物、带子、缆绳等多种制品。

1.2.2 聚乳酸纤维的生物降解性能

聚乳酸纤维可降解的根本原因是聚合物上酯键的水解，并且一般认为，其末端羧基对其水解起催化作用，降解过程从无定型区开始。水解速率不仅与聚合物的化学结构、分子量及分子量分布、形态结构和样品尺寸有关，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、湿度、pH值等。对于聚乳酸纤维，通过在泥土中掩埋，海水中浸渍、活性淤泥中降解等系列的降解实验，平均分解时间为1年。聚乳酸类材料使用后，可以进行自然降解、堆肥和燃烧处理。聚乳酸纤维的自然降解不会给环境带来污染，燃烧时燃烧气中几乎没有NOx，燃烧热是聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）的1/3左右，因此聚乳酸纤维是十分有利于地球环境的材料。

1.2.3 聚乳酸纤维的吸湿快干和保暖性能

聚乳酸纤维能根据不同季节发挥不同的功能。冬天穿用，保温性比棉及聚酯纤维高20%以上；夏天穿用聚乳酸纤维织物，透湿性、水扩散性优异，吸汗快干，可通过蒸发迅速带走体热，并且一年四季都有爽快的感觉。

1.2.4 聚乳酸纤维天然抑菌性能

由于聚乳酸纤维的特性，本身不用加工就能在纤维表面形成自然、平稳的抗菌环境，黄色葡萄球菌等难以繁殖。聚乳酸纤维表面为弱酸性，其pH值在6.0～6.5，为弱酸性，而健康人体的皮肤亦呈弱酸性，因此聚乳酸纤维与弱酸性的皮肤相容性好。同时，人在运动时，体内的糖变成能量，并在体内（肌肉）形成了乳酸。像这种身体本身接受乳酸，表明以乳酸为原料的聚乳酸纤维是安全的材料，而且聚乳酸纤维汗衫已经日本产业皮肤卫生协会的皮肤贴布实验，确认其有安全性。

1.2.5 聚乳酸纤维的燃烧性能

聚乳酸纤维与其它常用纤维的燃烧性能见表2，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、聚丙烯的1/3左右，虽然它不是阻燃纤维，但与涤纶等相比，自熄时间短，火灾危险性小。它的极限氧指数是常用纤维中最高的，已接近于国家标准对阻燃纤维极限氧指数28～30%的要求。

1.2.6 聚乳酸纤维回弹性能和耐紫外线性能

聚乳酸纤维和常用纤维弹性回复率比较[4]如表3。

由表3可以看出，聚乳酸纤维具有良好的蓬松性能和弹性回复率，比锦纶还要好，做出的织物弹性好，抗皱性好，非常适合做运动衣。此外，聚乳酸纤维及其织物不吸收紫外线，在紫外线长期照射下，其强度和伸长的影响均不大。聚乳酸纤维在室外暴晒500小时后，强度仍可保留55%左右。

2 聚乳酸纤维的开发前景

聚乳酸纤维具有很多优异的性能，悬垂性、舒适性和手感好，回弹性好，具有较好的卷曲性和卷曲持久性，抗紫外线稳定性好等，并且聚乳酸纤维可以制成圆截面的单丝或复丝、三叶形截面的BCF（可用于织造地毯和毛毡）、卷曲或非卷曲的短纤维、双组份纤维、纺粘非织造布和熔喷非织造布等，这使聚乳酸纤维在服装市场、家用及装饰市场、非织造布市场、双组份纤维领域、卫生及医用等领域有潜在的应用前景[5]。

2.1 服装用面料的开发

早在1998年日本钟纺公司宣布开发了一种由棉、羊毛及其它天然纤维与聚乳酸纤维混纺的新的纺织产品“钟纺玉蜀纤维”。这种纤维具有较好的形态保持性，当与棉混纺时，具有类似于涤棉混纺织物的性能；具有较好的光泽度，但不产生金属刺眼光泽；具有优雅的真丝观感；具有丝绸般极佳的手感；当其与羊毛混纺时，具有好的形态稳定性、抗褶绉性以及光亮度，所以适合于动感服装、军服、内衣及运动衫等。

2.1.1 内衣面料

2.1.2 运动衣面料

2.1.3 女装和休闲装面料

2.2 家用装饰产品

2.3 产业用纺织品

3 结论

聚乳酸纤维不但具有良好的物理机械性能和化学染色性能，其服用性能与生物降解性能也很好。聚乳酸纤维织物良好的亲肤性，不会对人体产生危害，聚乳酸纤维最终分解为二氧化碳和水，不会对环境造成污染，是一种既具有合成纤维优良性能又具有天然纤维服用特点的环保型功能纤维。聚乳酸纤维应用前景广泛，除做服装用外还广泛应用于医学领域及产业方面，具有很大的市场前景。随着人们对环境保护的日益重视和聚乳酸纤维应用领域的不断拓展，聚乳酸纤维必将成为21世纪重点开发的纺织材料之一。

参考文献

[1] 李义有、王振亚、王坚.PLA纤维双面珠宝产品的开发.针织工业， 2007.2： 6～8

[2] 廖镜华.聚乳酸纤维.化纤与纺织技术，2003.12：23～27

[3] Dugan JS.Novel properties of PLA fibers [J].International Nonwovens Journal，2001，10（3）：29～33

[4] 邵敬党.聚乳酸（PLA）纤维的研究与开发利用.毛纺科技，2005.5：29～31

[5] 任杰.聚乳酸的国内外研发、生产现状及应用前景.新材料产业， 2005.6：25～27