聚乳酸纤维

聚乳酸纤维 现有合成纤维的资源基础,石油,总有枯竭的时候，而天然高分子在自然界的生物合成总量现在高达每年107~184×1012吨，利用率也很低。因此，如何充分利用这些资源将是今后纤维业的主要研发任务之一。 发展“绿色工业”是实现可持续发展战略的基本出路，因此，是否符合“绿色化”要求是衡量一种新型纤维的生命力的先决条件。 各种纤维的能源消耗量对比 聚乳酸由乳酸合成，乳酸的原料为所有碳水化合物富集的物质，例如粮食(玉米、甜菜、土豆、山芋等)以及有机废弃物(玉米芯或其他农作物的根、茎、叶、皮;城巿有机废物;工业下脚料等)，可以不断再生，这有利于摆脱石油化纤的原料短缺威胁。将有机废弃物转化为乳酸，对于环境和资源保护也具有深远的意义。 聚乳酸所用的原料均无毒性，其中L-乳酸是一种有高生化活性及安全性的重要有机酸，被广泛应用于食品、化工、皮革、染料、化妆品、工业电子、农药、医药等领域。工艺中，发酵污水的处理不存在难题， 聚乳酸及其原料的生产、制备、循环过程。 聚乳酸的原料生产 聚乳酸的原料是乳酸，即-羟基丙酸、2-羟基丙酸。由于乳酸分子中有一个不对称碳原子，所以具有d-型(右旋光)和L-型(左旋光)两种对映体，等量的L-乳酸和d-乳酸混合而成的dL-乳酸不具旋光性。成纤聚乳酸以L-乳酸为单体。 L-乳酸的工业化生产主要有微生物发酵法和化学合成法两大类。中国发酵乳酸工业主要采用玉米、大米、薯干粉等为原料，以谷糠、麦皮等为辅料，以α-淀粉酶、糖化酶为液化剂、糖化剂，CaCO3为中和剂，经发酵生产乳酸钙，再进一步酸化纯化得到乳酸产品。 聚乳酸的合成 聚乳酸有两种合成方法，即丙交酯(乳酸的环状二聚体)的开环聚合和乳酸的直接聚合。 丙交酯开环聚合生产工序为:先将乳酸脱水环化制成丙交酯;再将丙交酯开环聚合制得聚乳酸。其中乳酸的环化和提纯是制备丙交酯的难点和关键，这种方法可制得高分子量的聚乳酸，也较好地满足成纤聚合物和骨固定材料等的要求。 乳酸直接缩聚是由精制的乳酸直接进行聚合，是最早也是最简单的方法。该法生产工艺简单，但得到的聚合物分子量低，且分子量分布较宽，其加工性能等尚不能满足成纤聚合物的需要;而且聚合反应在高于180?的条件下进行，得到的聚合物极易氧化着色，应用受到一定的限制。 由于原料原因，聚乳酸有聚d-乳酸(PDLA)、聚L-乳酸(PLLA)和聚dL-乳酸(PDLLA)之分。生产纤维一般采用PLLA。 聚乳酸在所有生物可降解聚合物中熔点最高，结晶度大，热稳定性好，加工温度在170~230?之间，有良好的抗溶剂性，因此能用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸、注射吹塑。 聚乳酸及其共聚物的纺丝可采用溶液纺丝和熔融纺丝工艺，主要采用干纺-热拉伸工艺，而干纺纤维的机械性能要优于熔纺纤维。研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，聚 乳酸的分子量及其分布、纺丝溶液的组成及浓度、拉伸温度、聚乳酸的结晶度和纤维直径，都影响最终纤维的性能。 PLLA的特性粘度降 聚乳酸是热塑性聚合物，可采用熔融纺丝。熔纺同溶液纺相比具有经济上的优势，因此对其研究非常活跃。PLLA对温度非常灵敏，在升温过程中特性粘度有较大幅度的下降，而且温度越高，?η越大。因此成纤聚合体中的金属、单体、水等的含量必须严格控制，尤其是残留金属及水分子在纺丝前必须严格去除，否则在纺丝过程中会引起分子量的急剧下降和腐蚀加工机械，制得的纤维性能降低。 不同纺丝气氛下聚乳酸的降解率。 研究还表明，纺丝的气氛对初生纤维特性粘度的影响极大，苦用氮气保护聚乳酸降解率明显降低，不同分子量的聚乳酸应该有不同挤出温度。 聚乳酸的特性粘度和合适的挤出温度之间的关系。 聚乳酸及纤维的现状及发展趋势 乳酸研制 由于化学合成法所用原料为乙醛和剧毒物氢氰酸，因此其产品L-乳酸一般只适用于制革工业和化学工业，生产受到一定限制。酶转化法和拆分dL-乳酸的方法工艺复杂，难以得到纯净的L-乳酸，也无法用于 生产。而发酵法成本低、产酸纯，故目前国内外的L-乳酸均通过发酵法生产。 从含有淀粉的原料中得到L-乳酸。 目前，世界乳酸消费量每年约达15万吨，且年均增速达5%~8%。大 型的生产聚乳酸级原料的生产企业主要集中在美国和西欧。荷兰普拉克(Purac)是目前世界上最大的乳酸生产厂商，在巴西、西班牙和荷兰本土的工厂生产的L-乳酸及衍生物总年产量共计6万吨以上，占世界乳酸巿场一半以上的份额。ADM和Sterling是美国原有生产能力较大的乳酸生产企业，合计年生产能力约为1.8万吨。普拉克与美国嘉吉(Cargill)在美国已建成年产3.4万吨的L-乳酸生产厂，并准备进一步扩大其生产能力。另外，美国近 年建了4套年产3.4万吨的L-乳酸装置。因此，估计美国目前已拥有近20万吨的年生产能力。 中国的研究起步较晚。1987年前后以上海工业微生物研究所、江苏省微生物研究所、天津工业微生物研究所为代表，开展了发酵法生产L-乳酸的研究。至2001年，生产能力已经达到9万吨/年，拟建生产能 力达35万吨/年，主要用于除草剂、制药等领域。 丙交酯开环聚合工艺流程图。 聚乳酸生产现状 过去，分子量超过10万的聚乳酸通常由价格昂贵的丙交酯经开环聚合制得，因此其在塑料和纤维方面的应用受到限制。近年，伊文达,费希又(Inventa-Fischer)建立了一个年产量为3000吨的丙交酯开环聚合中试工厂，使聚乳酸成本价格接近其它工程学上的塑料或纤维材料。 90年代后期，美国嘉吉和陶氏化学(Dow Chemical)合资组建了Cargill Dow(简称CDP)，完善了工业化生产工艺，并以玉米为原料先建成年产能力为6000吨的试验厂，2001年再建成14万吨年生产能力的PLA聚合物工 厂，开创了对聚乳酸的工业化发展阶段。 日本数家公司亦相继建立了规模不等的聚乳酸树脂工厂。如岛津(Shimadzu)于1992年制成聚乳酸塑料LACTY，1994年试产了100吨聚乳酸，制成了手术缝合线、骨片、垃圾袋、多种商品外包装、园珠笔秆、气球、绳索、鱼网等;三井化学(Mitsui)也建立了年产500吨聚乳酸工厂，1998年在日本长野召开的冬奥会上，就使用了由聚乳酸制造的一次性餐具(杯、碟、碗等)。 [size=4]直接熔融缩聚制备聚乳酸的研究方向: * 选择更有效的催化体系，既能促进可逆平衡反应中的脱水酯化反应，又抑制聚乳酸解聚环化生成丙交酯反应的发生，使聚合反应顺利进行; * 采用熔融——固相缩聚相结合的工艺，最佳使率接近100%，平均分子量达到60万; * 采用双螺杆出机进行连续的熔融聚合，已成功地获得了分子量大于15万的聚乳酸。。与乳酸直接熔融缩聚相比，溶液直接缩聚容易由于排除反应后期的小分子，得到高分子量、含残留单体和催化剂较少的聚合物。[/size] 此外，最近国外正尝试用生物合成法制取聚乳酸，即培养、筛选合适的微生物，先在体内直接合成聚乳酸，再提取聚乳酸。该法可实现清洁生产，同时可进一步降低生产成本，提高产品的各种性能指标，扩大巿场应用范围。 随着聚乳酸在医疗、药学、农业、包装业等领域的广泛应用，其生产能力和产业迅速增加。专家预测，在今后10年中，聚乳酸的生产能力可 望成倍增长。 中国聚乳酸的研制在中科院化学所、中科院上海有机所、南京大学、浙江大学、同济大学、东华大学等单位的努力下，已取得成功，有的正在进入生产规模的试验。 万吨，纤维5000吨，纺粘非织造布1000吨);纤维品种包括单丝、复丝和短纤维(常规型和皮芯复合型)，纺粘非织造布包括常规型、皮芯复合型和模压型。 美国CDP积极联合日本与欧洲公司共同开展纺丝及下游产品加工与巿场开拓工作，取得不少成果，并于2003年1月发布了聚乳酸的品牌名称Ingeo。 专家预言，通过21世纪初期全球PLA聚合物和纤维的生产规模的扩大，随着乳酸原料生产成本的降低，其价格会向接近涤纶发展，且用途迅速扩展，经济效益将逐步显现。 3.79cN/dtex，拉伸模量达51.3cN/dtex，断裂伸长为23.5%;达到了国际先进水平。该项目2003年7月通过了中国石化集团公司的技术鉴定。 物理机械性能和加工性能 染色性 适性 据模拟人体干燥和出汗皮肤状态下的对比测试表明，聚乳酸/棉混纺织物与同规格的涤纶/棉混纺织物 对比有更大的舒适感。特别是其生物相容性好，不刺激皮肤，因此穿着时的舒适感特别好。 耐气候性 强度可保留55%左右，优于涤纶，因此可用于农业、园艺、土木建筑 等领域。 三种纤维的燃烧性能对比。 阻燃性 安全性 聚乳酸共聚物可吸收缝合线。