蔡沈陽，胡廣，任杰

同濟(jì)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 納米與生物高分子材料研究所，上?！?01804

綜述

乳絲的加工、性能及其應(yīng)用

蔡沈陽，胡廣，任杰

同濟(jì)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 納米與生物高分子材料研究所，上海201804

蔡沈陽，胡廣，任杰. 乳絲的加工、性能及其應(yīng)用. 生物工程學(xué)報，2016，32（6）: 786-797.

Cai SY，Hu G，Ren J. Processing，properties and application of poly lactic acid （PLA）fiber. Chin J Biotech，2016，32（6）: 786-797.

乳絲學(xué)名為聚乳酸纖維，是一種可生物降解的新型綠色纖維，目前制備方法主要有熔融紡絲、溶液紡絲和靜電紡絲等3種方法。作為一種新型的可降解纖維材料，其環(huán)保性、吸濕性、透氣性、生物相容性以及優(yōu)良的力學(xué)性能決定了其在生物醫(yī)用、織物面料、非織造材料 （如一次性衛(wèi)生用品、過濾材料等）等很多方面都將得到廣泛應(yīng)用。

聚乳酸纖維，乳絲，機(jī)械性能，生物相容性，生物降解性，應(yīng)用

Chinese Journal of Biotechnology

http://journals.im.ac.cn/cjbcn

June 25，2016，32（6）: 786-797

?2016 Chin J Biotech，All rights reserved

1　乳絲概述

乳絲是一種天然生物基材料，其學(xué)名為聚乳酸纖維。乳絲的起源可以追溯到源頭——乳酸，乳酸是最早在我們?nèi)粘ｏ嬘玫乃崮讨邪l(fā)現(xiàn)并分離出來的有機(jī)酸，故將其命名為“乳酸”（Lactic acid，早期也稱為milk acid），把乳酸小分子聚合成大分子就是聚乳酸，再做成纖維便成為“乳絲”［1］。乳絲產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)時，主要利用玉米、木薯、甘蔗、稻草和秸稈等含淀粉、纖維素的植物為原料，經(jīng)生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化成乳酸，再經(jīng)聚合、紡絲制成乳絲。乳絲溫潤柔滑，彈性好，具有生物相容性、親膚性和柔軟性。加工的產(chǎn)品有絲綢般的光澤及舒適感，懸垂性佳。此外，雖然乳絲不親水，但具有良好的芯吸效應(yīng)，有很好的導(dǎo)濕作用。由于乳絲初始原材料是來自生物質(zhì)材料，又可以在自然界完全分解，對環(huán)境極其友好，故被認(rèn)為是未來替代石油基化纖的主要材料。

2　乳絲的制備方法

2.1熔融紡絲法

聚乳酸熔融紡絲的生產(chǎn)工藝分為高速紡絲一步法、紡絲-拉伸二步法。高速紡絲不僅可以提高聚乳酸纖維的產(chǎn)量，還可通過其本身的熱拉伸過程生產(chǎn)非取向或部分取向的纖維。其工藝一般為：聚乳酸先進(jìn)行高真空下干燥，然后再熔融紡絲（溫度 185-210 ℃，紡絲速率2 000-5 000 m/min）。二步法制得的聚乳酸纖維的機(jī)械性能一般好于高速紡絲制得的纖維。對于熔融紡絲-拉伸二步法，聚乳酸同樣需要抽真空、干燥等預(yù)處理。其工藝一般為：預(yù)處理→螺桿擠出機(jī)紡絲 （溫度190-240 ℃，紡絲速率500-1 000 m/min）→熱拉伸 （溫度100-160 ℃，拉伸倍數(shù)4-7）［2］。

聚乳酸在熔融紡絲過程中會因?yàn)轷ユI水解反應(yīng)而產(chǎn)生降解，造成分子質(zhì)量大幅度下降，而嚴(yán)重影響成品纖維的品質(zhì)。此外，這種降解反應(yīng)對溫度也很敏感，即使在水分含量很低的情況下熔融紡絲，聚乳酸也會因熱降解而損失分子量（可達(dá)15%以上）。因此，紡絲前要在高真空下嚴(yán)格的除去聚乳酸物料中的水分 （含量<50×10-6）。為了提高聚乳酸的熱穩(wěn)定性，Hyon等［3］在60 ℃下用醋酸酐和吡啶對L-聚乳酸 （L-Poly lactic acid，PLLA）末端的-OH基團(tuán)進(jìn)行乙?；缓笤龠M(jìn)行熔融紡絲，發(fā)現(xiàn)：在紡絲溫度低于200 ℃時PLLA基本不發(fā)生熱降解；當(dāng)紡絲溫度超過200 ℃時，PLLA的熱降解仍十分明顯，相對分子質(zhì)量有很大下降。Cicero等［4］研究發(fā)現(xiàn)加入少量的抗氧劑亞磷酸三壬基苯酯 （Tri （nonylphenyl）phosphite，TNPP）可以有效地抑制聚乳酸在熔融紡絲過程中的降解。

聚乳酸熔紡工藝具有重現(xiàn)性好、環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本低、便于自動化和柔性化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。目前，熔融紡絲法生產(chǎn)聚乳酸纖維的工藝和設(shè)備正在不斷地改進(jìn)和完善，市場中商品化的聚乳酸纖維均采用了熔紡工藝，已成為工業(yè)化聚乳酸紡絲成型加工的主流。

2.2溶液紡絲法

將聚乳酸溶于二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯等溶劑或混合溶劑后，溶液作為紡絲液進(jìn)行紡絲，并在一定條件下進(jìn)行拉伸定型，這種方法稱作溶液紡絲。根據(jù)其成絲的氛圍是氣體或液體的不同，分為溶液干法、濕法兩種。溶液紡絲的流程為：溶解→老化→過濾→噴絲孔擠出→成型→卷繞→拉伸；溶液干法紡絲/熱拉伸制得的PLLA纖維的強(qiáng)度約為熔紡/熱拉伸所得纖維強(qiáng)度的4倍以上［5］。

不同分子質(zhì)量的聚乳酸，選用的溶劑也不同。二氯甲烷和三氯甲烷適用于分子質(zhì)量低一些的聚乳酸紡絲過程，而甲苯是分子質(zhì)量高一些聚乳酸的優(yōu)良溶劑。若溶劑選擇不適當(dāng)，聚乳酸纖維的可紡性就變差，如在紡絲工程中，聚乳酸的分子質(zhì)量大幅度下降或所得纖維成型不好，會出現(xiàn)“熔體破裂”等現(xiàn)象。聚乳酸的分子質(zhì)量及其分布、紡絲溶液的組成選取及濃度的選擇、拉伸溫度、聚乳酸的結(jié)晶度、所紡纖維的線密度要求等工藝參數(shù)最終都會影響成品纖維的品質(zhì)。

周赟等［6］以二氯甲烷/1，4-二氧六環(huán)的雙溶劑體系，經(jīng)過優(yōu)化工藝條件 （PLLA=0.06，電壓10 kV，紡絲流速為0.5 mL/h，極板接受距離為16 cm），最終制得的纖維直徑分布在500-700 nm之間。Fambri等［7］以氯仿為溶劑，獲得粘均分子量只下降約6%，拉伸強(qiáng)度為1.1 GPa的PLLA纖維。Penning等［8］以氯仿/甲苯為混合溶劑，獲得斷裂應(yīng)力高達(dá)2.3 GPa，模量可達(dá)16 GPa的PLLA纖維。

由于溶液紡絲法的工藝較為復(fù)雜，溶劑回收困難，紡絲環(huán)境惡劣，且所采用的溶劑有毒，所得的聚乳酸纖維需要經(jīng)過特殊處理才能適合于醫(yī)療衛(wèi)生的要求，從而導(dǎo)致了聚乳酸纖維的高成本。目前，溶液紡絲法制備聚乳酸纖維還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未見商業(yè)化生產(chǎn)的報道。

2.3靜電紡絲法

靜電紡絲，是指在電場力作用下，處于紡絲噴頭的聚合物溶液或熔體液滴，克服自身的表面張力而形成帶電細(xì)流，在噴射過程中細(xì)流分裂多次，經(jīng)溶劑揮發(fā)或冷卻而固化形成納米級至亞微米級 （5-1 000 nm）的超細(xì)纖維，最終被收集在接收屏上，形成非織造超細(xì)纖維膜，或附加特殊裝置，將超細(xì)纖維紡成紗線。由于靜電紡絲所得到的纖維比常規(guī)方法得到的纖維直徑小，所以其非織造膜具有超高的特異性、比表面積和孔隙率，可用作聚合物納米復(fù)合材料的增強(qiáng)材料、過濾膜材、功能性織物保護(hù)涂層、傳感器、納米模板和生物醫(yī)用材料等［5-10］。

何晨光等［11］采用靜電紡絲方法制備了纖維支架，并考察了靜電紡絲主要參數(shù)對聚乳酸-羥基乙酸共聚物 （Ploy lactic-co-glycolic acid，PLGA）纖維支架形貌和纖維直徑的影響。當(dāng)濃度為0.2 g/mL、流速為0.4 mL/h、電場強(qiáng)度為1.5 kV/cm的條件下制備的PLGA 纖維直徑分布最窄、珠滴最少、纖維平均直徑最小為330 nm。葛鵬飛等［12］研究了質(zhì)量分?jǐn)?shù)對纖維直徑的影響。隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，溶液的黏度和表面張力相應(yīng)的增大，在電場強(qiáng)度不變的情況下，噴射流和形成的纖維所受到拉伸應(yīng)變速率變小，且溶劑完全揮發(fā)后固化的聚合物越多，平均纖維直徑逐漸增加。

Li等［13］制備的PLGA電紡纖維，孔隙率達(dá)90%以上，大多數(shù)孔的尺寸在25-100 μm的范圍內(nèi)，提高了材料的細(xì)胞滲透性，為細(xì)胞生長提供了更多的結(jié)構(gòu)空間，是理想的組織工程支架材料。

Zong等［14］用無定形D-聚乳酸 （D-poly lactic acid，PDLA）和半結(jié)晶PLLA為原料，利用靜電紡絲法制備了可生物吸收的無紡布納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)溶液濃度和鹽的加入對纖維直徑影響比較明顯。

靜電紡絲法裝置簡單，操作方便，制得的PLA超細(xì)纖維能到微米甚至納米級，纖維有很大的比表面積，非常適合生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用。但是靜電紡絲法制備聚乳酸超細(xì)纖維也面臨一些問題：電動力學(xué)及其與聚合物流體的關(guān)系尚不明確，需要深入研究，產(chǎn)率很低，得到的纖維機(jī)械強(qiáng)度不夠；熔紡靜電紡過程中如何進(jìn)一步減少PLA的熱降解，降低聚合物熔體的黏度，獲得直徑更細(xì)的纖維是未來需要進(jìn)一步解決和完善的難題。

3　乳絲的基本性能

3.1物理機(jī)械性能

乳絲的物理機(jī)械性能如表1［1］所示。

乳絲的斷裂強(qiáng)度在 （3.2-4.9）cN/dtex之間，比天然纖維棉高。干態(tài)時的斷裂伸長率大于滌綸以及粘膠、棉、蠶絲和麻纖維，與錦綸和羊毛纖維相近，且在濕態(tài)時伸長率還出現(xiàn)了增加，表明乳絲制品具有高強(qiáng)力、延伸性好、手感柔軟、懸垂性好和回彈性好等優(yōu)點(diǎn)，但在加工時需要調(diào)整纖維易伸長所引起的工藝參數(shù)的變化。

表1　乳絲與其他纖維的物理機(jī)械性能比較Table 1　Physical and mechanical properties of PLA fiber and other fibers

3.2生物降解性

在正常的溫度與濕度下，聚乳酸及其產(chǎn)品相當(dāng)穩(wěn)定。當(dāng)處于一定溫度、濕度的自然環(huán)境（如沙土、淤泥、海水）中時，聚乳酸會被微生物完全降解成水和二氧化碳。乳絲的降解過程分階段進(jìn)行，其機(jī)理不同于天然纖維素類聚合物與有酶的直接反應(yīng)分解。首先在降解環(huán)境中主鏈上不穩(wěn)定的C-O鏈水解生成低聚物，水解作用主要發(fā)生在聚合物的非晶區(qū)和晶區(qū)表面，使聚合物分子量下降，活潑的端基增多，聚合物的整規(guī)結(jié)構(gòu)受到破壞 （如結(jié)晶度、取向度下降，促使水和微生物容易滲入，內(nèi)部產(chǎn)生生物降解），然后在酶的作用下降解成二氧化碳和水。表2是4種試樣在降解前和土中降解兩個半月后的稱重結(jié)果。

從表2可見，聚乳酸纖維具有優(yōu)良的可生物降解性。

3.3生物相容性

聚乳酸纖維因具有良好的生物相容性特點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于醫(yī)用縫合線［16-17］、藥物釋放系統(tǒng)［18-19］和組織工程材料［20-21］等生物醫(yī)用領(lǐng)域，是美國食品藥物管理局 （FDA）批準(zhǔn)用于人體的聚酯類化合物［22］。此外，乳絲的主要原材料PLA經(jīng)美國FDA認(rèn)證可植入人體，具有100%生物相容性，安全無刺激，早年已應(yīng)用于手術(shù)縫合線和組織工程材料等醫(yī)療領(lǐng)域。1962年，美國Cyanamid公司發(fā)現(xiàn)用PLA做成的可吸收的手術(shù)縫合線，克服了以往用多肽制備的縫合線所具有的過敏性，且具有良好的生物相容性。人們對聚乳酸在生物醫(yī)用領(lǐng)域的研究和應(yīng)用逐漸增多，特別是近年來，隨著聚乳酸合成、改性和加工技術(shù)的日益成熟，大大豐富了聚乳酸的功能，有效擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。而聚乳酸與納米技術(shù)的結(jié)合，也有力推動了其在生物醫(yī)用領(lǐng)域的發(fā)展。目前，聚乳酸及其共聚物在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，包括可吸收縫合線、骨科內(nèi)固定材料、體內(nèi)填充材料、組織工程支架、藥物載體和基因載體等多個方面［1］。

表2　四種纖維降解前后質(zhì)量變化[15]Table 2　Quality changes before and after degradation of four fibers[15]

Lee 等［23］將間充質(zhì)干細(xì)胞 （Mesenchymal stem cells，MSCs）滴加在PLA新型多孔支架表面進(jìn)行培養(yǎng)，MSCs在多孔支架上連續(xù)生長，表現(xiàn)出良好的細(xì)胞活性，表明PLA支架支持MSCs的生長和增殖。

陳亮等［24］對靜電紡絲PLA/聚己內(nèi)酯共混纖維支架與兔脂肪源干細(xì)胞的體外生物相容性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其具有良好的生物相容性。本課題組［25］以PLA-PEG為載體，研究了復(fù)乳法和相分離法對藥物載體形成的影響，研究發(fā)現(xiàn)相分離法制備的微球分布較寬，藥物封包率高，并成功制得了可有效控釋藥物的載體。

3.4吸濕性和透氣性

吸濕性強(qiáng)的材料能及時吸收人體排出的汗液，起到散熱和調(diào)節(jié)體溫的作用，使人體感覺舒適。衡量吸濕性的指標(biāo)一般用回潮率表示。乳絲的回潮率與天然纖維和合成纖維 （除滌綸外）相比都較低，吸濕性能較差，疏水性能較好，使用時比較干爽。

對PLA纖維和聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）纖維吸水性能進(jìn)行比較，PLA和PET纖維的回潮率分別為0.65和0.45。從PLA纖維和PET纖維的分子式可以看出，兩者均屬于疏水性纖維，大分子結(jié)構(gòu)中只有端基存在親水性基團(tuán)，故回潮率都不大，其中PLA纖維的回潮率較PET纖維大些，因其端基在整個大分子中所占比例比PET纖維大些［26］。

乳絲雖然不親水，但聚乳酸纖維具有良好的芯吸效應(yīng)，有很好的透氣作用。因?yàn)榫廴樗崂w維的橫向截面呈扁平圓狀，中間近似圓形，縱向表面比較光滑、呈均勻柱狀，但表面有少數(shù)深淺不等的溝槽?？锥椿蛄芽p使纖維很容易形成毛細(xì)管效應(yīng)從而表現(xiàn)出非常好的芯吸和擴(kuò)散現(xiàn)象，所以PLA纖維的芯吸和擴(kuò)散作用非常好。而且水分芯吸特性是PLA纖維所固有的，不是通過后整理獲得的，所以這種特性不會因時間而減弱。因此PLA纖維織物具有比聚酯纖維更優(yōu)良的芯吸性能和強(qiáng)度保持性，從而賦予了織物良好的透氣快干性［27］。

嚴(yán)玉蓉等［28］采用三葉異形噴絲板紡制三葉異形的PLA纖維，可以提高纖維的吸濕透氣性。意大利床墊生產(chǎn)商采用PLA纖維，制成的墊子經(jīng)壓縮后能恢復(fù)其豐滿的體積，易于維護(hù)，而且有良好的導(dǎo)濕性，能夠抑制細(xì)菌的繁殖。

聚乳酸纖維的阻燃性能較差，其本身的阻燃性能只有UL94HB級，極限氧指數(shù)為21%，燃燒時只形成一層剛剛可見的碳化層，然后很快液化、滴下并燃燒。為了克服這些缺陷，使其更好地滿足在航空、電子電器和汽車等領(lǐng)域的某些應(yīng)用，近年來對聚乳酸阻燃改性的研究已成為熱點(diǎn)，NEC （日電）、尤尼吉卡、金迪化工等公司也相繼開發(fā)出阻燃型聚乳酸產(chǎn)品。目前公開報道的關(guān)于聚乳酸阻燃改性的研究不多，并且從操作難易性和成本角度考慮而多采用添加型阻燃劑，主要使用的是鹵系、磷系、氮系、硅系、金屬化合物阻燃劑以及多種阻燃成分的復(fù)配［29］。

Kubokawa等［30-31］采用質(zhì)量濃度為4.98%的四溴雙酚A （TBP-A）溶液對聚乳酸纖維進(jìn)行了阻燃改性。結(jié)果顯示：經(jīng)處理的乳絲極限氧指數(shù)值 （LOI）達(dá)到25.9%，并且無論在氮?dú)膺€是氧氣氛圍下，其熱分解過程明顯加速而殘?jiān)吭黾?，具有良好的阻燃效果。Nodera等［32］研究發(fā)現(xiàn)，聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅樹脂對提高PLA的阻燃性非常有效，使用日本信越硅公司的X40-9850、道康寧硅公司的MB50-315等添加到PLA中，添加量在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%-10%之間即可使PLA樹脂阻燃型達(dá)UL94V-0級。

3.6熱性能

聚乳酸纖維耐熱性較差，加熱到140 ℃時會收縮，聚乳酸纖維熱收縮率比聚酯纖維略高，尺寸穩(wěn)定性稍差。故在紡紗織造后整理加工過程中及服裝的熨燙與烘干過程中需要特別注意溫度的控制。因此聚乳酸纖維的耐熱性改進(jìn)已經(jīng)引起了人們的特別注意。

楊革生等［33］將干燥的PLA切片與PDLA切片按20∶80-80∶20重量比混合，再加入0.01 wt%-5 wt%的有機(jī)磷酸酯金屬鹽與水滑石的組合物共混，熔融紡絲制成耐熱性好、力學(xué)性能優(yōu)良的聚乳酸纖維。另外，從成型加工的角度，通過提高紡絲速度或加入成核劑，加大取向及結(jié)晶程度，也可以提高纖維的耐熱性，例如Tsuji等［34］在左旋聚乳酸中加入L-聚羥丁酸 （Poly （L-2-hydroxybutyrate））和D-聚羥丁酸（Poly （D-2-hydroxybutyrate）），提高聚乳酸的結(jié)晶速率，同時優(yōu)化紡絲工藝，最終提高PLLA的取向及結(jié)晶度。本課題組［35］通過將PLLA和PDLA立構(gòu)復(fù)合，制成的SC-PLA將PLA的熔點(diǎn)提高了50 ℃。Pyda等［36］通過烷基二元醇或雙酚A誘導(dǎo)體共聚的PET或者和長鏈羧酸共聚的PET與PLA共混紡絲，制備耐熱的PLA長絲。Touny等［37］在PLA中加入三斜磷鈣石，三斜磷鈣石作為成核劑，加快了PLA的結(jié)晶速率，提高了結(jié)晶度，最終提高纖維耐熱性。

4　乳絲的應(yīng)用

由于乳絲較好的物理力學(xué)性能，熱塑性好，柔滑透氣，可生物降解，有生物相容性，使其在醫(yī)療、針織物、機(jī)織物及非織造物方面得到了廣泛的應(yīng)用。

4.1生物醫(yī)藥

聚乳酸纖維表面的pH值在6.0-6.5之間，為弱酸性，健康的皮膚也呈弱酸性，因此，它與皮膚有良好的相容性。同時，聚乳酸的降解產(chǎn)物——乳酸為人體中葡萄糖的代謝產(chǎn)物，因此易于吸收。這些特性使聚乳酸纖維適宜在醫(yī)療方面使用，如手術(shù)縫合線［38］。這種縫合線一經(jīng)問世，就立即受到廣泛青睞，不僅是因?yàn)樗趥谟虾竽茏詣咏到獠⒈蝗梭w吸收，術(shù)后無需拆線，同時，因?yàn)樗哂休^強(qiáng)的抗張強(qiáng)度，可以有效控制降解速度，使縫合線隨著傷口的愈合自動緩慢降解［39］。

據(jù)李孝紅等［40］報道：PLA 在體內(nèi)代謝最終產(chǎn)物是CO2和H2O，中間產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)糖代謝的正常產(chǎn)物，所以不會在重要器官聚集。聚乳酸及其共聚物用作外科縫合線，在傷口愈合后自動降解并吸收，無需二次手術(shù)。

橋梁改建于2009年10月開工，2012年7月建成通車。2015年8月發(fā)現(xiàn)橋梁第六聯(lián)(第19～22跨)T梁整體有較明顯扭轉(zhuǎn)，病害的主要表現(xiàn)為：

目前聚乳酸及其共聚物制作可吸收縫合線也在研究中，如聚乙醇酸 （Poly glycolic acid，PGA) 和PLA共聚得到的PGLA制得的縫合線，其降解產(chǎn)物對人體無毒、無積累、組織反應(yīng)小，比Dexon具有更好的柔順性和更長的強(qiáng)度維持時間，是目前使用最廣泛的合成類可吸收縫合線。Pearce等［41］研究發(fā)現(xiàn)，PGA和PLA共聚后可使降解速度比均聚物提高10倍左右，并且通過改變PGA和PLA的組分比例，可以有效地調(diào)節(jié)共聚物的降解速率。

近年對乳絲應(yīng)用于縫合線的研究主要集中在以下幾方面：1）提高縫合線的機(jī)械強(qiáng)度，合成高分子量PLA，改進(jìn)縫線加工工藝；2）光學(xué)活性聚合物的合成。半結(jié)晶的PDLA、PLLA比無定形PDLLA具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、較大的拉伸比率及較低的收縮率，更適于手術(shù)縫合線；3）縫合線的多功能化［42］。

4.2服裝用紡織品

聚乳酸纖維獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使其具有良好的柔軟性、優(yōu)良的形態(tài)穩(wěn)定性，與棉混紡與滌棉具有同等的性能，處理方便、光澤比滌綸更優(yōu)良，且有蓬松的手感，與滌綸有同樣的疏水性。聚乳酸纖維又有優(yōu)良的導(dǎo)濕性，對皮膚不發(fā)粘，聚乳酸混紡做內(nèi)衣，有助于水分的轉(zhuǎn)移，不僅接觸皮膚時有干爽感，且可賦予優(yōu)良的形態(tài)穩(wěn)定性和抗皺性，它是以人體內(nèi)含有的乳酸作原料合成的乳酸聚合物，不會刺激皮膚，對人體健康有益，非常適合作內(nèi)衣的原料［43］。

另外聚乳酸纖維具有優(yōu)良的彈性、良好的保型性、懸垂性以及染色性能。由聚乳酸纖維純紡紗或與毛纖維混紡紗加工制成的服裝織物毛型感強(qiáng)、抗皺性好。同時，由于聚乳酸纖維初始模量適中，織物具有良好的懸垂性和手感。因此，聚乳酸纖維是開發(fā)外衣服裝織物較為理想的原料。聚乳酸纖維盡管不是一種阻燃性聚合物，但纖維具有較好的自熄性、較好的彈性恢復(fù)性和卷曲持久性，使其織物有良好的保形性和抗皺性微細(xì)特種纖維也很容易制得，用微細(xì)特聚乳酸纖維織成的織物有絲綢般的感覺，具有懸垂性好、耐用性好、吸濕透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的女裝和休閑裝面料［44］。

Penn Nyla公司推出一系列PLA 長絲織物和一種含10% PLA的短纖紗，用于制作運(yùn)動服和休閑服；Fountain Set公司開發(fā)出一系列PLA針織面料；遠(yuǎn)東集團(tuán)推出Ingeo聚乳酸短纖紗，聚乳酸短纖紗可采用平針、羅紋和添紗等方法生產(chǎn)針織內(nèi)衣及運(yùn)動系列面料。日本鐘紡纖維公司已將PLA纖維與棉、羊毛混紡，或?qū)⑵溟L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(chǎn)具有絲感外觀的T恤、夾克衫、長襪及禮服［1］。

4.3家用裝飾紡織品

聚乳酸纖維具有良好的UV （抗紫外線）穩(wěn)定性、發(fā)煙量少、燃燒熱低的特點(diǎn)；聚乳酸纖維織物具有較好的耐洗滌性，Dartee等研究了35%聚乳酸纖維/65%棉混紡織物的耐洗滌性，其結(jié)果證實(shí)聚乳酸纖維織物的耐洗滌性良好，使其在家用裝飾市場具有吸引力，并且它的優(yōu)異的彈性更拓寬了其在該領(lǐng)域的應(yīng)用。特別適用開發(fā)室內(nèi)懸掛物 （窗簾、帷幔等）、室內(nèi)裝飾品、地毯等產(chǎn)品［45］。PLA 纖維良好的芯吸性，使其吸液率大大增加，可用來做產(chǎn)業(yè)用及家用擦拭布。上海同杰良生物材料有限公司研制出一種含聚乳酸纖維的三層健康被，由于聚乳酸纖維層和聚乳酸外套的使用，使被子具有防潮、抑菌效果，具有極好的親膚力；其柔軟舒適性、蓬松保暖性、吸濕透氣性的均衡性等綜合特性均優(yōu)于單一的棉纖維被。同時馬鞍山同杰良生物材料有限公司發(fā)明公開了一種生態(tài)健康環(huán)保被［46］，由被芯包覆織物層、被芯填充物層構(gòu)成，所述的被芯填充物層由生物質(zhì)聚乳酸纖維經(jīng)開松平鋪的絮片構(gòu)成。被芯包覆織物層由生態(tài)環(huán)保纖維無紡布構(gòu)成。該生態(tài)健康環(huán)保被能持久地天然抗菌、防螨，快速導(dǎo)濕，對人體皮膚無毒、無過敏反應(yīng)，柔軟、舒適貼身，蓬松有彈性、保暖效果好。無論被芯包覆織物或填充物，其在土壤堆肥中能完全降解，生態(tài)環(huán)保。

4.4非織造布

聚乳酸纖維采用干法、紡粘法和熔噴法等成網(wǎng)，用水刺、針刺或熱粘合等方法加固，可制成各種非織造產(chǎn)品。由于聚乳酸具有較低的熔點(diǎn)，不同聚乳酸纖維的熔點(diǎn)范圍很寬（120-170 ℃），而且具有很好的粘結(jié)作用，很適合制成復(fù)合纖維，并在非織造布方面應(yīng)用。

4.4.1一次性醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域

鑒于乳絲具有的諸多獨(dú)特優(yōu)勢，特別適用于對人體安全性要求較高，而對環(huán)境危害又較大的一次性醫(yī)療衛(wèi)生用品方面，如衛(wèi)生巾、護(hù)墊、紙尿褲、成人失禁用品、醫(yī)用紗布、繃帶、醫(yī)用床單、高檔抑菌抹布等產(chǎn)品領(lǐng)域，不僅解決了與人體接觸的安全抑菌問題，同時乳絲材料的生物降解特性可以解決困擾城市生活環(huán)境已久的一次性衛(wèi)生用品導(dǎo)致的“白色污染”問題。

由同濟(jì)大學(xué)和上海同杰良生物材料有限公司經(jīng)多年攻關(guān)研發(fā)出的以聚乳酸為基材的無紡布和底膜，已經(jīng)成功應(yīng)用于愛加倍衛(wèi)生巾［47-48］。該產(chǎn)品是全球第一款采用這種創(chuàng)新技術(shù)的衛(wèi)生巾，克服了現(xiàn)在市場上的衛(wèi)生巾采用涂覆硅油的棉柔型化纖或純棉 （吸收后非常潮濕）為面層的缺點(diǎn)，同時具有透氣、親膚、抑菌、干爽等特性，提高了婦女經(jīng)期的安全性，減少經(jīng)期感染婦科疾病或皮膚過敏的危險。

同時乳絲也可作為抑菌除異味的吸收層粘結(jié)固定材料。嬰兒紙尿褲的發(fā)展趨勢之一是更加輕薄柔軟，產(chǎn)品芯體吸收層中對木漿的使用量將越來越少，因此采用低熔點(diǎn)纖維作為高吸收性樹脂（SAP）的粘結(jié)固定和導(dǎo)濕成為必然發(fā)展方向。由于乳絲具有較低的熔點(diǎn)、弱酸性、天然抑菌性和良好導(dǎo)濕性，可以替代ES纖維，成為未來高比重SAP復(fù)合吸收芯體開發(fā)纖維應(yīng)用的首選。

在嬰兒紙尿褲的實(shí)際使用過程中，乳絲的弱酸性能夠吸收中和嬰兒尿液散發(fā)的刺激性氨氣，可以起到很好的除臭和除異味效果，同時可以有效緩解因NH3的刺激性導(dǎo)致嬰兒的紅臀現(xiàn)象。此外，乳絲的天然抑菌性也有助于減少嬰兒尿布疹 （紅屁股）產(chǎn)生的幾率，如果在嬰兒尿褲產(chǎn)品中的面層和吸收層同時采用乳絲纖維技術(shù)，則有望更好地解決嬰兒紙尿褲所導(dǎo)致的嬰兒紅臀現(xiàn)象。馬鞍山同杰良生物有限公司采用了聚乳酸纖維三層纖網(wǎng)復(fù)合體作為尿褲的表層研制出的新型紙尿褲［49］，由于聚乳酸纖維是以非糧作物經(jīng)過現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)出的乳酸為原料，表面呈弱酸性，在紙尿褲和嬰兒皮膚之間潮濕的環(huán)境中，會綜合掉尿液釋放出的氨氣，從而阻止尿布疹的產(chǎn)生。

4.4.2生活用品領(lǐng)域

由于聚乳酸纖維有著較好的物理強(qiáng)度和可生物降解性，可用做擦拭布、廚房用濾水、濾渣袋等。同時其天然抑菌性和生物相容性等優(yōu)勢使其可應(yīng)用于面膜，稱為乳絲生物質(zhì)面膜，這將是面膜布材質(zhì)使用的一大創(chuàng)新和突破。面膜中的乳絲纖維與人體面部皮膚接觸，游離在纖維表面的天然乳酸小分子具有較強(qiáng)滲透力，可以迅速滲透到皮膚表皮層，長期使用，有助于皮膚潤滑和彈性的增加，對過敏性皮膚有所改善。此外，乳絲生物質(zhì)纖維面膜還具有優(yōu)異的吸水和吸附性能，可貯存更多精華液，保濕、鎖水效果好，對延長皮膚吸收時間，提升護(hù)理效果有幫助。

4.4.3產(chǎn)業(yè)用產(chǎn)品領(lǐng)域

聚乳酸纖維的強(qiáng)度高、耐用性好，不易燃，抗紫外線性能強(qiáng)，耐熱性能好，可生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，使其非常適合開發(fā)民用工程和建筑裝潢用產(chǎn)品，如編織袋、工業(yè)墻嵌板、人造草坪、包裝材料、強(qiáng)化紙和特殊用紙等。還可開發(fā)農(nóng)、林、漁業(yè)用產(chǎn)品，如農(nóng)、林業(yè)覆蓋材料、擁扎帶、除草袋、植被網(wǎng)、養(yǎng)護(hù)薄膜、培植、育秧、防霜及除草用布，漁業(yè)用捕魚網(wǎng)、釣魚線和可生物降解的包裝材料。

5　展望

聚乳酸樹脂及其纖維的初始原料為木薯、甘蔗、稻草、秸稈等含淀粉、纖維素的非糧農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)廢棄物等生物質(zhì)資源，具有可再生、循環(huán)使用、無公害的特點(diǎn)。如能替代石油基的合成纖維和塑料，將有不可估量的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境意義。聚乳酸纖維具有較高的力學(xué)性能和完全生物降解性能，在紡織品等工農(nóng)業(yè)、組織工程等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。尤其聚乳酸本身的生物降解特性，使得其作為環(huán)保材料取代現(xiàn)有的不可降解的織物與非織造布產(chǎn)品，推進(jìn)綠色環(huán)保有著巨大的作用，將成為21世紀(jì)織物與非織造布中的一種重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品之一。

目前，國內(nèi)外熔融紡絲法制備聚乳酸纖維的工藝比較成熟，已有不少聚乳酸纖維類商品面世。我國是農(nóng)業(yè)大國也是石油消耗大國，生產(chǎn)聚乳酸纖維可以消化大量的木薯、甜高粱、甘蔗等非糧農(nóng)產(chǎn)品以及稻草、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物，解決三農(nóng)問題、緩解能源危機(jī)，減少環(huán)境污染。因此，我國應(yīng)積極進(jìn)行聚乳酸纖維的研究、開發(fā)和應(yīng)用。

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（本文責(zé)編 陳宏宇）

Processing, properties and application of poly lactic acid (PLA) fiber

Shenyang Cai, Guang Hu, and Jie Ren

Institute of Nano- and Bio-polymeric Materials，School of Material Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China

Poly lactic acid （PLA）fibers a biodegradable fiber produced from PLA resin by melt spinning，solvent spinning or electrostatic spinning. Based on the excellent safety，comfortability，environmental protection and good mechanical properties，PLA can be widely applied in textile fabric，nonwoven，filler fabric and many downstream health products application，such as sanitary napkins，baby diapers，facial masks，and wipes.

PLA fiber，Rusi，mechanical property，biocompatibility，biodegradability，application

January 7，2016； Accepted: February 26，2016

Jie Ren. Tel: +86-21-69580234； E-mail: renjie6598@163.com

10.13345/j.cjb.160011

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-03-07網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20160307.1409.003.html