熊 葳
【摘 要】介绍了聚乳酸(PLA)纤维的结构特征和性能，以及这两者之间的相互联系，并分析了PLA纤维性能的形成机理，简要阐述了PLA纤维的应用和开发前景。
【期刊名称】现代丝绸科学与技术
【年(卷),期】2010(025)003
长效连续捕鼠器【总页数】5
【关键词】聚乳酸纤维；PLA；结构特征；性能；形成机理；应用乙酸正丁酯的制备
聚乳酸(PLA)纤维，又称为玉米纤维，是以玉米、小麦等淀粉为原料，经发酵转化成乳酸再经聚合、纺丝而制成的合成纤维。聚乳酸纤维的最大特点是同时具备天然纤维和化学纤维两方面的优点，其强度和聚酯纤维接近，达6.23 cN/dtex ；其织物有极好的悬垂性、滑爽性、吸湿透气性、耐晒性、抑菌和防霉性；具有丝绸般的光泽；回弹性好；有较好的卷曲性和卷
张紧轮曲持久性；耐磨性好；不易变形，尺寸稳定性好；UV (抗紫外)稳定性好；抗起毛起球；易染；成型加工性好等。聚乳酸纤维的一个突出优点是可完全降解性，其原料丰富，可循环利用。PLA纤维废弃后在土壤和水中，可在微生物作用下分解成二氧化碳和水，随后在光合作用下，它们又会成为淀粉的起始原料。这个循环过程，既能重新得到聚乳酸纤维的起始原料淀粉，又能借助光合作用减少空气中二氧化碳的含量。
聚乳酸是一种热塑性树脂，通过乳酸单体直接聚合或开环聚合而成。其纺丝成形可采用溶液纺丝、熔融纺丝和静电纺丝，其中静电纺丝可制成聚乳酸纳米级纤维。目前国外(尤其是美国和日本)对聚乳酸纤维的开发应用较多，如美国杜邦(Dupont)、Cargill-Dow聚合体公司(CDP)，日本钟纺、仓敷、东丽公司等。国内对聚乳酸纤维的研究还处于起步阶段，主要有东华大学、上海华源、香港福田等[1]。随着社会发展、人口增多，对石油的开采日益增加，导致能源枯竭，另一方面，石油制品使用废弃物的不可自然分解性对环境造成了极大的威胁。聚乳酸纤维作为一种来源广泛、生态环保的新型纤维，受到了极大的关注和消费者的亲睐。本文主要针对聚乳酸(PLA) 纤维的结构特征和性能进行分析和探讨。
1 聚乳酸(PLA) 纤维的结构特征
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纤维结构包括形态结构和聚集态结构，是纤维的固有特征和本质属性。不同的纤维结构决定了纤维具有不同的物理、化学性质。聚乳酸(PLA)纤维原料和生产工艺的特殊性决定了聚乳酸纤维具有异于一般纤维的特殊结构。
1.1 PLA纤维的化学组成和分子结构
聚乳酸(PLA)是由乳酸聚合而成的一种分子中带有酯键的脂肪族聚酯材料。乳酸的分子式为CH3CH(OH)COOH，即2-羟基丙酸，分子中既有羟基，又有羧基。乳酸直接聚合可得到低分子量(一般小于5000)的聚乳酸，聚合示例为：
若以乳酸的二聚体丙交酯为原料，开环聚合可得到高分子量的聚乳酸，聚合示例为：
目前工业上普遍采用第二种聚合方式，制成聚乳酸分子量可高达二十几万，甚至100万。
看门狗电路乳酸有D—乳酸(右旋)和L—乳酸(左旋)两种旋光异构体, 可制成3种旋光异构体的聚乳酸： 左旋的PLLA(L- 聚乳酸)、右旋的PDLA(D- 聚乳酸)和消旋的PDLLA(DL- 聚乳酸), 其中PLLA 及PDLA 是半结晶高分子, PDLLA 是非结晶高分子[2]。由于PLA的不同分子结构，对最终纤维的性能产生一定的影响。在PLA形成时，通过控制反应条件来控制这些结构比例，
获得不同性能的PLA聚合体。经研究发现聚合物的结晶度和熔点随着其中PLLA比例的提高而提高，纺丝过程中，通常要求聚合物原料的平均分子量为3.3×105，所以最好采用左旋聚乳酸(PLLA)作为纺丝原料[3]。采用溶液纺丝法可制备出相对分子质量为3×105～5×105的聚乳酸纤维。PLLA的链构象、晶胞结构如图1所示。
PLA属于脂肪族类聚酯化合物，它的分子式是在每一链段侧面连接着-CH3基团，大分子趋向于螺旋结构，侧基只有甲基，这将会妨碍链段旋转。现已发现PLA 纤维有3种晶格结构：α晶系、β晶系、γ晶系, 它们分别具有不同的螺旋构象和单元对称性[4]。
1.2 PLA纤维的形态结构
PLA纤维和PET纤维一样都是将熔融的成纤高聚物熔体从喷丝孔中压出，在空气中冷却固化成丝。
PET纤维和PLA纤维的纵向表面形态特征见图2。
从图2看出，PET 纤维纵向表面较为平直、光滑，纤维粗细均匀；PLA 纤维纵向也较平直，但没有PET纤维光滑，纵面存在无规律的斑点及不连续的条纹。这些无规律的斑点及
不连续的条纹形成的原因主要是由于聚乳酸存在着大量的非结晶部分，在水、细菌、氧气的存在下，可以进行较快的分解而形成。
PET纤维和PLA纤维的横截面形态特征见图3。
从图3看出，PET 纤维横截面为较规整的圆形；PLA纤维横截面形态也为圆形,但不如PET 纤维规整，表面有斑点，表层和内层具有不同的结构特点，表层较为紧密，切片表面光滑，而内层的结构疏松、有空隙，具有皮芯结构。PLA 纤维的结构比PET纤维疏松，PLA 纤维的这种非致密结构，对染中染料的扩散、湿的传递以及自然(细菌、水解) 降解是有利的，但在一定程度上也会影响到纤维的性能。孔洞或裂缝使纤维很容易形成毛细管效应从而表现出非常好的芯吸和扩散现象[5]，所以PLA 纤维的芯吸和扩散作用非常好，制得的服装吸湿透气性好、穿着舒适。PLA 纤维内部具有空隙在图4中清晰可见。
此外，纺丝溶液的浓度对纤维的形状也有着较大的影响，当纺丝溶液的浓度为2%时，所制得的PLA纤维表面光滑为扁平的结构；当纺丝溶液的浓度为10～20%时，所制得的PLA纤维表面光滑为圆柱形的结构。
1.3 PLA纤维的聚集态结构
1.3.1 结晶度
结晶度是指纤维中结晶部分占纤维整体的百分比例，是建立在两相结构理论基础上的。pe导电母粒
PLA纤维聚合物的结晶度和熔点随着其中PLLA比例的提高而提高，目前对左旋聚乳酸(PLLA)研究和生产较多。PLLA纤维结构规整，具有较高的结晶度(约83.5%)。PLLA纤维的晶体，随纺丝方法和工艺的不同而呈现不同的结构。Hoogsteen等[6]研究了溶液纺丝工艺及拉伸工艺对聚乳酸纤维晶体构造及形态的影响。当拉伸温度较低、拉伸倍数较低时晶体含量较少，纤维的晶胞结构含两种链结构，晶体呈α型非斜方晶体。反之，纤维中出现了β型斜方晶体。Midori[7]通过广角X射线衍射(WAXD)，观察含有不同D-丙交酯含量的聚乳酸纤维，它们具有不同的结晶反射。结晶形态为α型。若拉伸温度提高，PLA纤维的结晶度、取向度上升，沸水收缩率下降。当拉伸温度一定时，随纺丝速度提高，PLA纤维的结晶度、取向度增加，大分子间的作用力加强。定型温度上升，PLA纤维的结晶度略有增加，取向度无明显变化，纤维沸水收缩率下降；拉伸倍数提高，PLA纤维结晶度无明显变化，取向度略有上升，纤维在拉伸过程中只有热结晶而无取向诱导结晶产生，沸水收缩率略有上升。
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