可降解材料聚乳酸(PLA)在家居产品中的应用及趋势研究

■邓伊均，王小康，陈思瀚

(1.湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 412008；2.湖南工业大学包装设计艺术学院 ，湖南株洲 412008）

随着“双碳”呼声在全球范围内持续升温，生物可降解材料聚乳酸（PLA）以绿色、低碳、可循环为特征的家居产品正在逐年增长。目前家居产品中大规模使用的合成纤维原料多来自石油，但石油资源有限，且石油资源的大量使用急剧增加了CO2气体的排放，带来全球变暖的环境问题[1]。在“绿色纤维”国家认证的标准体系中，聚乳酸化纤是生物基纤维的一类，它是中国目前产业化技术最完善、生产量大、费用较低的生物基可降解材料。聚乳酸（PLA）纤维原料来源于自然，其制品废弃物可被完全降解为自然界中的H2O和CO2[2]，它的发展可以减少对石油基产品的依赖[3]。对环境友好无污染，可推动促进“无废城市”的建设，成为未来最具发展前景的绿色环保材料之一。本文针对其可降解生态环保的材质特点，开展了家居产品的现状分析和应用趋势研究。可以帮助家居设计师从可降解材料的特性去了解这类材料在家居产品中的应用前景，更有利于促进环保新材料企业的发展壮大，在生态学的基础上实现人与环境和谐共生。

1 可降解材料聚乳酸（PLA）发展现状

■图1 聚乳酸PLA的生成与应用回收过程

■图2 可降解家居纺织品

当前，在我国新型经济模式和“双碳”战略的引领下，环保经济成为中国经济发展的新亮点。作为生物可降解技术领域的标杆产业，生物基可降解材料是我国《“十四五”生物经济发展规划》的四大重点领域之一。其中，聚乳酸作为目前产业链较为完整、应用范围较广的生物基可降解材料，近年来在家居产品市场得到了更加迅速的发展。

可降解高分子生物材料聚乳酸，全名为Poly Lactic Acid (PLA)，亦称聚丙交酯，是一种是以淀粉、甘蔗等高糖天然植物为主要原材料，经生物发酵生产乳酸以后再经人工化学合成而得到的热塑性材料，聚乳酸可以通过水解、微生物降解和酶解来实现降解[5]。能够实现来自于大自然，又回归大自然的绿色可持续发展循环系统。聚乳酸复合材料能够实现将原料端直接引入的生物质资源再造以及循环利用，相比石油基复合材料，聚乳酸能够实现对大气中碳浓度的“收支相抵”，因此更有利于“碳中和”目标在塑料产业的实施。因此，PLA复合材料具备了环保、安全、抗菌、阻燃、可降解等优势，被视为是未来最有希望取代石油基化纤材料和塑料传统地位的高新环保材料（图1）。

当前，全球生物可降解塑料产业正在逐年快速发展。据预测，全球生物可降解塑料市场规模将从2021年的77亿美元增长到2026年的233亿美元，2021年至2026年的年复合增长率为24.9%。与此同时，中国的可降解塑料行业近年来也出现了蓬勃发展。据《中国可降解塑料行业研究报告(2022)》显示，2021年全球可降解塑料产能约170万吨，预计到2025年全球可降解塑料产能将增长至400万吨。我国PLA平均成交价约在每吨2.5-2.9万元，价格相对于传统塑料每吨0.55-1.4万元的价格来说偏高。此外，经济效益偏低也限制了PLA产品的大规模推广，减缓了PLA替代传统塑料产品的进程。

2 可降解材料聚乳酸（PLA）在家居产品中的应用现状

由于国家积极推进绿色低碳经济的发展，再加上各类“禁塑令”的持续实施，给可降解塑料产业提供了很大的发展契机，进入到了“加速期”。而PLA所显示出的优异性能，是其他产品所无法取代的，被人们广泛认为是一种全新的、绿色环保型的高分子材料。目前，PLA材料在生物医药、3D打印机、纺织家居、包装材料、家庭餐具、购物袋、农地膜、电器机壳、儿童纸尿裤、汽车和内饰等领域都已得到了一部分的应用，并已在全球范围内获得了广泛认同和欢迎，下面是聚乳酸（PLA）在家居产品中的应用现状：

2.1 聚乳酸纤维在家居纺织品中的应用

作为纺织品原材料，聚乳酸是一种生物可降解材料，经熔融纺丝等方法可制备聚乳酸纤维[6]。并且具备抗菌、防霉、防螨等优良性能，而其他类型的生物可降解纺织原材料，容易滋生细菌等微生物。聚乳酸纤维，通称“玉米纤维”，是由采用左旋聚乳酸(PLLA)为原材料，运用其高结晶、高选择性等特点，采用多样的纺织工艺技术加工生产而成。

聚乳酸是一种重要的可生物降解、生物相容的热塑性聚酯材料[7]，具有抑菌、亲肤、导湿、透气性好等优点，还具有适当阻燃的功能，可取代聚酯纤维进行家居纺织类产业的生产。在现代家居产品设计中合理的使用生态材料可以从源头上进行干预，最大程度地实现现代家居产品生态化的可行性[8]。基于聚乳酸纤维对人类肌肤的友好特性,PLA针织物具有良好的吸湿快干及尺寸稳定性[9]、由于具有轻量保暖、抗菌除异味的功效,其材料被应用于服饰、校服、家居产品、婴幼儿用品等产品。另外,材料天然的抗菌、防螨、防霉、阻燃、蓬松柔韧等特性还非常适用于室内的装饰用品,包括地毯、床单、窗帘、沙发布艺、毛毯、浴巾、枕芯、被芯等（图2）。

聚乳酸纤维可制作窗帘、地毯、沙发面料（沙发海绵、沙发皮革皆可使用聚乳酸为原料生产的生物基聚氨酯海绵，这种海绵和皮革具有抗菌、抗螨、透气无毒、无味的优良特性，可称为环保型生物基皮革、生物基海绵，未来市场潜力巨大）、拖鞋、毛绒玩具及无纺布家居产品等，产品具有抑菌、抗螨、难燃烧、环保无毒等优点（图3）。

2.2 聚乳酸混纺材料在家居产品中的应用

2.2.1 聚乳酸纯纺纱线

聚乳酸纯纺纱线及与棉纤维、莱赛尔纤维、莫代尔纤维、亚麻纤维、竹纤维混纺制成的纱线有抗拉强度大、条干平整的优点，广泛应用于家居产品、服装等织物。

2.2.2 聚乳酸纤维制品

聚乳酸方巾、洗澡巾采用90%聚乳酸纤维混合10%棉的成分[10]。聚乳酸纤维制品的浴巾、毛巾，具有自然亲肤性，纤维为弱酸性，既可以有效控制微生物和螨虫的滋生，也可以有效减少异味，能为人们提供更加愉悦的感受。即使在夏天使用也无异味产生，具备较高的抑菌抗螨性，使用起来健康舒适。

2.2.3 聚乳酸的水刺无纺布

聚乳酸的水刺无纺布拥有良好的生物降解性能，在废弃后一年内能够被环境中的微生物降解，产生大量H2O和CO2，对环境完全无害。相比目前市场上大多数无纺布都属于不可降解的石油基材料，其原料主要是涤纶和粘胶纤维，不仅受原油价格影响非常大，而且需要400多年以后才有可能会降解，产生的塑料颗粒对环境和人体危害很大。可降解的聚乳酸水刺无纺布，目前主要应用在家居装饰陈设品、洗脸巾、面膜、个人卫生用品等。

2.2.4 聚乳酸热熔喷布

聚乳酸热熔喷布，其抑菌率高达99%以上[10]，有很好的抗菌防螨功能，并且通过生物改性后的聚乳酸热稳定性好，凝聚颗粒大和粉末小，能够实现自然降解、堆肥和焚烧等处理，自然降解过程没有对周围环境造成污染物，从而达到了碳元素循环。其卓越的工艺特性，可应用于空气净化、液体过滤材质、隔断材质、吸纳材质、口罩材质、保温材质、吸油料等领域。同时还可使用于餐厅、酒店等范畴，如中高档酒店餐厅的餐桌椅装饰布套、客房专用的聚乳酸床品、衣物、毛巾、浴巾等。

2.3 聚乳酸在餐具产品中的应用

当前我国对于聚乳酸材料的研究处于初期状态，表现较为强劲[11]。其中可降解聚乳酸PLA材料的餐具制品还处在研究发展阶段，并且可降解餐具在耐热及机械强度方面还是不如传统塑料餐具的功能完整。由于PLA材料体现了非常好的环保特性和抗菌性能，将它制作成餐具产品投入市场，相比其他材料的餐具：陶瓷和玻璃易破碎，木质不易清洗，塑料不环保不健康，这些问题一直被广大消费者诟病，而PLA改性材料制成的餐具很好地解决了这些问题，易清洗耐高温，环保又健康。可降解餐具产品的回收具有很大的能源价值，其中将聚乳酸制成一次性餐具等产品来替代塑料餐具，是解决白色污染的又一大发展方向。

3 可降解聚乳酸与其他纤维材料的区别

聚乳酸是新型的聚酯类材料，与传统的涤纶、晴纶等化学纤维或者棉、麻、毛等天然纤维相比，聚乳酸具有生物基可降解、抗螨、抑菌、阻燃、防潮、亲肤等优越性能。聚乳酸与其他种类化学纤维最大的区别就在于：聚乳酸的原料来源可再生，并且具有生物降解性，而其他种类化学纤维90%以上是石油基产物，不可再生也不可降解。表1所示为聚乳酸纤维与其他纤维的对比区别表。

4 可降解聚乳酸家居产品的发展趋势

在当前的“双碳”目标下，环保材料是未来发展大势所趋，历经近20年的科学技术研究和应用探索，中国已具有规模化产业实现聚乳酸未来的发展，通过“政产学研用”方面的通力协作，多领域跨专业联合科技创新，全产业链科技与设备融通，在破解限制产业发展技术问题的同时，有望在可降解家居产品领域迎来快速增长，为实现“双碳”目标作出重要贡献。聚乳酸纤维的可降解、抗霉、防螨、阻燃、少烟、防紫外线等优点，很好地适应了中国新一代化纤产业的战略需求。我国未来将着重研发聚乳酸家纺产品、服饰系列、餐具制品、家居卫生用品及婴幼儿用品系列、医疗用品等领域的广泛使用。在未来，可降解的PLA材料凭借其优良的特性将逐步替代对环境造成污染的石油基产品。

4.1 改性研究提升聚乳酸纤维性能

生产可降解聚乳酸PLA原料的公司也有不少，但PLA材料仍具有一些影响使用性能的缺点，如不耐高温、力学强度不够，阻隔性、韧性也亟待改善。材料较坚硬、易破碎，实际使用受限较大。市场上现有的聚乳酸纤维制品不耐高温，洗涤后不可用烘干机烘干，日常不可用电熨斗直接熨烫。这些问题和缺陷导致了聚乳酸产品在市场上的推广速度较慢。

针对这些问题缺陷，目前一些科研院校和研究单位、生产企业都在积极采用生物改性技术来增强聚乳酸纤维的综合性能，而未来还可以利用加入其他生物材料（如PHA、纳米纤维素等）对聚乳酸原料进行生物改性，改性后产品的韧性和耐热性能都会有所增强。要进一步优化亲水性则需将其与棉纤维、粘胶等材料进行混纺[12]，以此提高聚乳酸材料的亲水性。

如湖南菱越科技有限公司结合研发出的PLA改性材料，公司计划对可降解纺织产品进行研发设计及推广，生产出的纺织产品能够防潮、防霉、抗菌，抗螨、除臭，并且在耐高温标准上可以达到105℃，制品可以通过GB/T 18006.1、GB/T 4806.7、GB/T 14934、美国FDA等国内外直接接触类安全标准，解决石油基材料纺织品在废弃之后无法降解的问题，形成PLA可降解纺织产品产业链，并且建立健全可生物降解材料的产品标识及防伪认证，建立健全可降解纺织品品牌管理系统，设计打造PLA材料应用科技展示馆。北京服装学院为持续提升聚乳酸纤维性能，研发推出了超耐热立构复合纤维、三维旋度纤维、高温耐受能力、抗菌纤维、防水透湿纤维膜及一系列具有特殊抗菌纤维保护特性的PLA电熔喷布机等，并率先在现有聚乳酸改性材料技术的应用基础上创新研发及设计创新出不同风格款式面料的新一代聚乳酸复合布料产品及其衍生纺织产品[13]。

■图3 安徽丰原聚乳酸家居产品系列

■图4 PLA可降解家居产品产业链分析

■图5 PLA可降解家居产品的推广路线

通过对PLA的改性材料进行研究，增强其耐热性、阻隔性、韧性等，并将改性纤维材料推广应用，研发设计生产出能够替代石油基材质的环保材料与产品，将可生物降解的环保纤维材料广泛应用于纺织类产品中，加快先进环保材料的应用与推广，为未来社会的可持续设计生活方式构建新的场景和蓝图[14]。

4.2 聚乳酸家居产品未来产业链分析

由于PLA具有防潮、防霉、抗菌、防螨、除臭的特点，并且经过改良后的PLA材质，在耐高温指标上能够达到105℃的优异特性，加工生产后的产品可以在服饰、家居产品、纺织品等领域广泛应用。因此家居设计师需要将PLA长丝和棉丝复合的家居产品加以设计和研究，并利用棉料的优异特点和PLA的特性融合来完成纺织品的设计研发，可以满足消费者对产品迭代升级的需求[15]。在进行家居产品设计的时候，根据可降解PLA的材料特性，采用现代简约风格,用色简单、自然，设计语言可以体现品牌形象，突出简约健康的家居生活风格，有较好的可降解面料的识别性，给消费者传递一种天然的健康家居生活模式。

通过实践探索，对聚乳酸材料制作实践中出现的问题进行分析，为聚乳酸在家居产品中的应用提供更多的思路与方法。聚乳酸家居产品未来发展的重点是将PLA改性材料这种环保新材料来代替传统的石油基化纤材质，探索出适合聚乳酸织物染整的加工工艺[16]，进行家居产品的设计创新与生产、市场销售、品牌形象推广，形成PLA可降解家居纺织产品产业链（图4）。

4.3 加强可降解聚乳酸家居产品市场推广培育力度

就可降解聚乳酸家居行业的整体实力分析而言，行业模式、产品类别、企业实力、技术人才等行业整合能力还有待深入开发及提升，行业集群发展亟待增强[17]。在发展可降解聚乳酸家居产业时，应当科学合理规划，充分考虑到国内外市场环境，并结合突发情况对规划进行相应调整[18]。当前产业的发展不仅要发挥政府的引导作用，还需要进一步突显市场的主体作用，在找准战略定位的基础上，因地制宜全面发展，更加有助于产业清晰发展方向，同时结合当前相关政策扶持，加强对产业链的建设[19]。

可降解的生物基材料在未来将逐步取代传统石化材料（塑胶、化纤等），向着环保、安全、可回收、易利用、可分解的方向发展。因此需要加强可降解家居产品市场推广培育力度，建立PLA可降解家居产品的推广路线（图5），着力将可降解PLA改性后的耐高温、可生物降解材料进行推广应用，研发设计出可降解家居产品并且投入市场，形成可降解家居企业品牌，将PLA材料及产品进行市场推广展示及环保知识科普，建立线上线下专卖店，加强对人民群众环保意识的科普，为国家早日完成禁塑令工作贡献一份力量[20]。

5 结语

聚乳酸作为最具有发展前景的新兴环保材料，拥有卓越的抑菌、防霉、防螨等特性及生物可降解性能，目前广泛应用于家居产品、食品包装、餐具产品、生物医药等领域中。但自身结构又存在一定的缺陷，制约着其产业化应用，未来通过改性方法进一步增强聚乳酸纤维的综合性能，产品的化学稳定性和耐热性能都将得以改善。因此，可降解PLA材料的家居产品行业具有很大的潜力。用PLA改性材料这种更加环保的原材料，来取代传统的石油基化学纤维材料，建立PLA的可降解纺织制品生产线，并加大对可降解的家居产品市场推广的力度，助力国家实施“双碳”目标，推动绿色发展。