聚乳酸纖維生產技術以及應用分析報告

一、前言

聚乳酸纖維是一種可生物降解的新型聚酯纖維，通常也稱聚丙交酯纖維，主要以玉米、小麥、甜菜等含淀粉的農產品為原料制成。聚乳酸纖維既有合成纖維的基本物性牞又有天然纖維的生物相容性和可降解性，其加工成的各種纖維產品，在成本、性能等方面比以石油為原料的各種產品更具競爭力。聚乳酸纖維具有絲綢般的光澤和手感，吸濕透氣性好，不刺激皮膚，穿著舒適。它可與棉、羊毛、粘膠等纖維混紡，可用作服裝面料，也可用于工業、農業、醫用材料等領域。聚乳酸纖維之所以受到關注，并顯示出越來越強大的生命力，關鍵在于它具有很好的生物降解性。聚乳酸纖維埋入土中2～3年后強度會消失，如果與其他廢棄物一起堆埋，幾個月內便會分解，降解產物為無害的乳酸、二氧化碳和水。因此，聚乳酸纖維被譽為新一代環保型合成纖維。聚乳酸纖維的熔點比聚酯和聚酰胺纖維低得多，故染整加工中溫度控制有所不同，其折射率較低，易染得表觀顏色較深的色彩，聚乳酸纖維有優良的耐曬性、抑菌和防霉性，其服用性能優于聚酯纖維，用該纖維制成的面料是制作高檔服裝的首選面料之一，應用前景廣泛。

二、聚乳酸纖維的發展歷史

自20世紀80年代以來，生物可降解材料的研究和發展，在全球范圍內變得越來越活躍。在玉米的深加工技術中努力研制聚乳酸的先驅是日本的鐘紡合纖公司和美國的卡吉爾·道(Cagill Daw)聚合物公司。早在十幾年前，日本鐘紡合纖公司就開始了生物可降解纖維的研究，經過對多種生物可降解塑料篩選后發現了聚乳酸的生物可降解性。過去的幾年中，Cargill Daw公司開發了能從玉米產生聚乳酸纖維的工藝。最后由日本鐘紡合纖公司聯合島津制作所于1994年共同開發出了商品名為Lactron的PLA纖維，又稱作玉米纖維。

1997年，Dow聚合物公司看好聚乳酸纖維的后期發展，與CargillDaw公司建造了年產量達14萬噸的工廠。過去日本鐘紡公司Lactron的原料大部分來自CargillDaw公司，成本過高。2000年1月鐘紡公司與CargillDaw公司合作，聯合生產聚乳酸纖維樹脂，以此解決了聚乳酸成本過高的問題。在新世紀里，我們有望通過全球范圍內PLA聚合物的大規模生產，使價格降低到傳統合成纖維的水平。玉米作為聚乳酸纖維的主要原料，將隨著Lactron纖維在全球的推廣普及而具有相當樂觀的前景。除Lactron纖維外，美國杜邦公司最近投產了一個全新的多聚體化合物產品"索羅那"(Sorona)。這是一種聚酯化合物，像尼龍一樣具有許多優良特性，其產品舒適、耐磨、抗皺，彈性和防護性等性能優越，最大的優點是可回收利用，而Sorona的原料亦是玉米。

另外，1998年鐘紡公司將Lactron纖維與棉、羊毛或粘膠等生物分解性纖維混紡制成新的"鐘紡玉蜀黍纖維"紡織產品，它具有良好的形態保形性、較好的光澤度、絲綢般極佳的手感、良好的吸濕性和快干效應。當它與棉混紡時具有類似滌／棉混紡織物的性能；與毛混紡時，具有良好的形態穩定性，抗褶皺性以及光亮度。但目前Lactron價格偏高，故尚未被大量采用。

三、聚乳酸纖維性能

聚乳酸纖維具有很多優異的性能，如比PET親水性好；懸垂性、舒適性和手感好；回彈性好；較好的卷曲性和卷曲持久性；收縮率可以控制；強度高達6.23cN／dtex;；UV(抗紫外)穩定性好；比PET密度??；可以用分散性染料染色；成型加工性好；熱粘結溫度可以控制；結晶熔融溫度可以在120-170℃范圍內變化；可燃性低、發煙量小。這些特性刺激了聚乳酸纖維在纖維和非織造布領域的應用，并且聚乳酸纖維可以制成圓截面的單絲或復絲、三葉形截面的BCF(可用于織造地毯和毛氈)、卷曲或非卷曲的短纖維、雙組份纖維、紡粘非織造布和熔噴非織造布等，這使聚乳酸纖維在服裝市場、家用及裝飾市場、非織造布市場、雙組份纖維領域、衛生及醫用等領域有潛在的應用前景。

另外，聚乳酸纖維還有一個重要的優點就是對環保有利，它是一種完全生物降解的纖維，廢棄后在土壤和水中，會在微生物作用下分解成二氧化碳和水，隨后在光合作用下，它們又會成為淀粉的起始原料。 這個循環過程，即能重新得到聚乳酸纖維的起始原料--淀粉， 又能借助光合作用減少空氣中二氧化碳的含量。如果將廢棄物焚燒處理， 由于燃燒值低，也不會對焚燒爐造成損傷。在一定的濕度環境下，即使沒有微生物，PLA聚合物降解為乳酸(單體)，其降解的速度視溫度和濕度而定，在比較典型的填埋溫度下，其降解所需時間為2～10年。與其他聚合物相比，PLA聚合物焚燒時比較干凈，其燃燒時與紙張、纖維素和碳水化合物較相似。它不含芳香烴或氯，燃燒時有一股白煙，產生的副產品很少，有0.01 %的灰。大量的實驗證明，PLA聚合物可用于施肥，在德國已獲得DIN Certco混合肥料證書。

四、聚乳酸纖維生產與技術情況

首先聚乳酸（PLA）原料是一種聚羥基酸，乳酸是乳酸桿菌產生的一種碳水化合物，是生物體（包括人體）中常見的天然化合物。通過乳酸環化二聚物的化學聚合或乳酸的直接聚合可以得到高分子量的聚乳酸。以聚乳酸為原料得到的制品，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，以及很好的生物降解性，并且在可降解熱塑性高分子材料中PLA具有最好的抗熱性。聚乳酸的聚合方法有兩種，一種是減壓在溶劑中由乳酸直接聚合的方法，即：乳酸→預聚體→聚乳酸；另一種方法是常壓下以環狀二聚乳酸為原料聚合得到，即：乳酸→預聚體→環狀二聚體→聚乳酸。下面是國內外幾個公司技術情況。

　　1．日本鐘紡公司

最早研究聚乳酸纖維的是日本鐘紡（Kinebo），溶液紡絲采用的二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯等溶劑有毒，而且溶劑回收困難，紡絲環境惡劣，工藝較為復雜，最終產品成本更高，從而其應用受到限制，到目前為止尚未見商業化生產報道。另一方面，熔融紡絲法生產聚乳酸纖維的工藝和設備正在不斷地改進和完善，已成為乳酸紡絲成形加工的主流，各種用于生產滌綸的現行熔融紡絲工藝（高速紡絲一步法，紡絲-拉伸二步法）都可采用。目前，日本鐘紡聚乳酸纖維年產量已達到700噸。

　　2．日本尤尼吉卡（Unitika）公司

日本尤尼吉卡（Unitika）公司使用美國CDP公司的聚乳酸通過熔融紡絲技術，成功地紡制了聚乳酸纖維、薄膜和紡粘非織造布Terramac，目前年產量已達1.6萬噸（薄膜1萬噸，纖維5000噸，紡粘非織造布1000噸）；纖維品種包括單絲、復絲和短纖維（常規型和皮芯復合型），紡粘非織造布包括常規型、皮芯復合型和模壓型。美國CDP積極聯合日本與歐洲公司共同開展紡絲及下游產品加工與巿場開拓工作，取得不少成果，并于2003年1月發布了聚乳酸的品牌名稱Ingeo。

日本伊藤忠（Itochu）、中國臺灣遠紡、美國Unify以及東麗（Toray），也都參與了和CDP的共同開發。此外，法國Fiherweb等也已研制出聚乳酸纖維及制品。香港福田以"粟米纖維"的名義開發了100%聚乳酸纖維布料和聚乳酸纖維與棉、彈性纖維以及滌綸等混紡、交織而得各種新型面料，具備一般人造纖維排汗、防臭和吸水以及易燃性低于滌綸等特性，制作兒童睡衣等產品。

　　3．中國東華大學

中國東華大學2002年承擔了"聚乳酸的合成方法及纖維制備工藝"設計，并建成了一條包括熔體制備、紡絲和熱拉伸的試驗線，進行了采用二步法（第一步熔融擠出，第二步熱拉伸）生產聚乳酸的試驗，并確定了各工序的最佳工藝參數，形成了聚乳酸纖維連續生產（包括原料準備、熔體制備和成形工藝等）的關鍵技術。經中國化纖工業協會化纖產品檢測中心測定，制備的拉伸纖維斷裂強度達4.0cN/dtex，拉伸模量達62.3cN/dtex，斷裂伸長為31%；經國家教育部東華大學紡織檢測中心測定，熱定型纖維斷裂強度達3.79cN/dtex，拉伸模量達51.3cN/dtex，斷裂伸長為23.5%；達到了國際先進水平。該項目2003年7月通過了中國石化集團公司的技術鑒定。

五、聚乳酸纖維的應用

目前，聚乳酸纖維已制成復絲、單絲、短纖維、假捻變形絲、針織物和非織造布等，主要用于服裝。以聚乳酸纖維制得的布料具有真絲的光澤，優良的手感、亮度、吸水性、形狀保持性及抗皺性和抗紫外線功能以及回彈性 ，與尼龍6和尼龍66相比，去污性好，耐用性好，因此是較理想的面料，適合做服裝尤其是婦女服裝和內衣產品?，F在，聚乳酸纖維已與棉、羊毛混紡，或將其長纖維與棉、羊毛或粘膠等生物分解性纖維混用，紡制成衣料用織物，生產具有絲感外觀的T恤、茄克衫、長襪及禮服。這些產品具有以下特點：有優良的形態穩定性，如與棉混紡，幾乎與滌棉具有同等的性能，處理方便；光澤較滌綸更優良，且有蓬松的手感；與滌綸同樣富有疏水性，對皮膚不發粘；如與棉混紡做內衣，有助于水份的轉移，不僅接觸皮膚時有干燥感，且可賦予優良的形態穩定性和抗性；經測試，由聚乳酸纖維Ingeo制成的面料對人體皮膚無任何刺激性。據悉，早在1998年，日本鐘紡公司就推出了聚乳酸纖維Lactron與棉、羊毛或其他天然纖維混紡制成的新型紡織品"Kanebo Corn Fiber"，1999年又正式展出由Lactron纖維制成的紡織品。2000年，尤尼契卡在亞洲產業用紡織品展覽會上展出的產品有聚乳酸纖維與Lyocell纖維交織的毛巾、襪、褲子、T恤衫、襯衣、裙子等。

六、聚乳酸纖維發展前景

正是因為聚乳酸纖維具有生態環保的優點，西方市場都看好聚乳酸纖維的前景，目前已實現工業化生產的公司，如日本島津制作所的Lactron、法國Fiterwel公司的Deposa、日本鍾紡公司等。目前美國的Cargill Dow LLC公司宣布了聯邦貿易委員會（FTC）對其新的Nature Works纖維的一個規定，該規定把聚乳酸（PLA）纖維劃歸一類新的纖維，而商品名仍沿用Nature Works。NatureWorks PLA 便是美國Cargill公司與Dow化學品公司的合資公司Cargill Dow Polymers(CDP)研究利用可再生資源開發出的。

從環保的觀點看來，玉米聚乳酸纖維以及其低原料能源取勝于合成纖維，并且在生物降解方面獲得極高評價。我國有極其豐富的玉米原料，每年產量在12億噸以上，占世界總產量的四分之一左右，而且由于世界市場玉米價格低迷，我國不少玉米產區經常發生"賣糧難"的問題。在急需為玉米找到良好消化渠道的我國，生產玉米纖維可謂孕育著極大的商機；尤其在減少污染加強環保方面，生產玉米纖維無疑可造福萬代。

專家預言，通過21世紀初期全球PLA聚合物和纖維的生產規模的擴大，隨著乳酸原料生產成本的降低，其價格會向接近滌綸發展，且用途迅速擴展，經濟效益將逐步顯現。

七、結束語

因此，作為一項新技術、新產業，聚乳酸纖維開發在國際上有美、日等國家進行了研究，目前美國的一家化工公司達到工業化生產的水平。現在，我國的山東省在新材料領域已有一些國際領先的技術，特別是淄博及魯西北地區化纖工業有一定的基礎，企業可以與一些科研單位合作，在開發聚乳酸纖維新材料領域走在前面。之所以說，聚乳酸纖維作為綠色環保產品顯然有著廣闊的應用前景，這毫無疑問是我們未來的發展方向，目前存在的難點包括如何降低成本、增強品質、改善染色性能等，能否解決好這些問題，是聚乳酸纖維產業能否持續發展的關鍵。而隨著人類對地球保護意識、能源枯竭意識、安全意識和服裝衛生意識的增強，以及紡織工程、生物工程、遺傳工程和化學工程等領域的密切合作與技術創新，許多曾經棄置一旁的原材料的價值會被重新發現而得以利用，玉米亦將會有廣闊的市場和良好的前景。