以纺织品为目标的聚乳酸纤维研究进展.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:西藏自治区科技计划项目()中央财政支持地方高校发展专项资金项目(年 号 年 号)作者简介:杨诗婕()女广西柳州人在读硕士师从吕学斌教授从事固体废弃物资源化利用研究 电话:.通信作者:吕学斌()男教授博士从事高浓度有机废水处理技术以及农林废弃物处理与利用以纺织品为目标的聚乳酸纤维研究进展杨诗婕李伟吕勇刘丰颉田淑洁吕学斌(.青藏高原生物多样性与生态环境保护教育部重点实验室西藏自治区高原环境工程与污染控制重点实验室西藏大学 生态环境学院西藏 拉萨.西藏阿尼朵服装设计有限公司西藏 拉萨.天津大学 环境科学与工程学院天津)摘 要:介绍了聚乳酸纤维的合成、性能阐述了近年来面向纺织品领域的聚乳酸纤维共混改性和复合材料开发研究进展 通过改性和开发增强了聚乳酸纤维在纺织品领域的性能和适用性改善了材料的合成方法推动了聚乳酸纤维进一步朝市场化发展关键词:聚乳酸纤维共混改性复合材料中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:纺织品是人们日常生活中不可或缺的产品早在春秋战国时期人们就已经学会利用麻和丝等天然纤维进行纺织生产 随着工业和材料化学的飞速发展人们对纺织原料的性能要求不断提高依赖于农业的天然纤维生产效率已不能满足进入自动化生产的纺织行业于是各种各样的合成纤维被不断开发如三大合成纤维 涤纶、腈纶、锦纶 年全世界的化纤产量达到了 万 然而近 年来能源问题与白色污染问题激发了人们对环境保护与可持续发展的高度重视可生物降解的环保型纺织材料由于其避免了对石油等不可再生资源的消耗和环境污染问题成为研究热点如纤维素纤维、甲壳素纤维、聚乳酸纤维等 其中聚乳酸()是具有代表性的已研发成功并投入商业化的可生物降解材料之一 年全球聚乳酸的市场价值就已经达到.亿美元未来几年随着各国政策的不断推出以及聚乳酸合成技术高速发展的支撑下聚乳酸的市场价值一定会发生质的变化 主要由农作物及有机废料经过发酵生成乳酸再通过乳酸聚合制得具有良好的生物相容性、易降解、可再生等特点 聚乳酸纤维概述.从乳酸到聚乳酸纤维 可以通过生物合成和生物化学合成两种途径获得生物化学合成包括直接缩聚法和开环聚合法直接缩聚法又衍生出共沸缩聚法和熔融固相缩聚法 开环聚合法和共沸缩聚法是能够满足商业化需求的两种方法 的生物合成是指在微生物直接生产聚乳酸避免了 生产和食品供应之间的资源竞争是未来 进一步实现可持续目标的发展途径之一 目前已有研究人员开发了能够将二氧化碳直接转化为聚乳酸的蓝藻细胞该项技术实现了负碳和可持续的双目标在生产可降解材料的同时实现了碳捕获聚乳酸纤维和典型的化学纤维一样都是将原料通过加工形成人工合成纤维 聚乳酸纤维主要的制备方法有溶液纺丝、熔体纺丝和静电纺丝等技应用化工第 卷术溶液纺丝工艺流程复杂且存在溶剂污染的问题在大规模的生产中使用较少 熔融纺丝法是将聚合物加热熔融通过喷丝孔挤出在空气中冷却固化形成纤维的纺丝方法是目前聚乳酸纤维工业生产的主流方法但聚乳酸受热易分解因此该方法对原料及生产条件要求较为苛刻 静电纺丝技术是利用高压电场使高分子原料流动固化最终形成纳米纤维且可以通过生产参数对纤维的形态结构进行调控该技术装置复杂工业化条件尚未成熟有待进一步发展.聚乳酸纤维的性能聚乳酸纤维机械性能较其他化学纤维更优强度、弹性、回弹性好抗皱性等性能优良同时还具有良好的生物相容性、抗菌性、阻燃性 聚乳酸纤维表面的细小沟槽有利于形成芯吸效应因此聚乳酸纤维具有良好的吸湿导湿性 实际的生产实验也表明 纤维可以替代真丝材料提高纺织物的放湿性能提高服装产品的舒适性 聚乳酸纤维改性聚乳酸纤维因其可生物降解性、抗菌性、人体友好、强度高等优点作为环境友好型纺织原料有着很大的发展空间但纯聚乳酸纤维质脆、韧性差、纱线毛羽较多、染色性差对其在纺织业的应用形成了限制而这些缺点可以通过共混改性、复合材料开发、工艺参数调整等方法进行改善.共混改性共混改性是指在纤维制备之前将不同原料按一定比例混合然后将混合好的原料根据所使用的纺丝方法放入装置中最后形成共混纤维曾方等使用 与 进行共混改性 的加入改善了织物的表面粗糙度尽管纤维强度较纯 纤维有所下降但纤维和针织物的弹性增强且弹性回复力变好特别在 质量分数为 的时候共混织物表面粗糙度为.表面光滑姚飞将 与花生分离蛋白共混采用静电纺 丝 法 所 制 纤 维 在 共 混 溶 液 质 量 浓 度 为./时效果最好所制备的纳米纤维具有光滑的表面和分布均匀的直径提高了整个纳米纤维的比表面积、孔隙率何娇研究了聚乙二醇()对 纤维性能的改善 改善了纤维的脆性但共混纤维高温稳定性较差于是又加入了增容剂二苯基甲烷二异氰酸酯()引发了扩链反应改善了 与 的相容性在不影响纤维韧性的前提下提高了织物的高温稳定性齐浩彤等利用计算机分子动力学模拟在理论上证明了聚合松香与聚乳酸的相容性模拟结论得出聚乳酸与聚合松香比例在 之间时相容性最好实际实验证明聚合松香能够在纺丝过程中增加聚乳酸的结晶度 等同样采用 与 进行共混改性采用拉伸后熔喷工艺制备了/微纳米纤维织物 的添加提高了织物的热稳定性在 范围内随着模具温度和热风温度的升高纤维的平均直径分别减小到.和.织物的力学性能逐渐改善 柔软度评分分布在.之间 等通过模仿竹叶表面独特的粗糙拓扑结构该结构增大了液体的水接触角并且可以推动水滴沿竹叶纵向滚动的驱动力从而实现有效的自清洁和排水过程采用简单的双级牵伸熔喷工艺设计并制备了具有排列纤维粗糙度的/共混微纳织物该织物表现出优异的各向异性润湿性能.复合材料开发除了共混改性提高 纤维性能以适应工业化生产发展外复合材料的开发在克服 纤维缺点的同时还以高端产品为目标提高材料的抗菌性、透气性、散热性等以满足市场的多方面需求秦潇璇等开发了 纤维与/(聚羟基丁酸羟基戊酸共聚酯)共混长丝的生物质抗菌复合纱线相较于纯棉纱复合纱线的抗菌能力提高了 以上刘超、张九五针对 纤维耐热性较差的问题分别采用粘胶纱、竹浆纤维与聚乳酸纤维共纺通过优化工艺参数充分结合了原材料纤维各自的优点开发了品质良好、能够批量生产的新型环保型面料邓文韬对 纤维/氨纶混纺纤维的性能进行了评估所得织物既保留了 纤维环保、亲肤抗菌的特性又改善了聚乳酸纤维的弹性不足的问题制备了以二氧化硅气凝胶()为绝缘剂的丙烯酸()接枝改性()复合织物该复合材料显示出高拉伸强度、耐洗性、热稳定性、绝缘性 本身的刚性增加了复合材料的强度和 之间形成的桥接限制了分子的运动使材料的热稳定性提高 添加 形成的微孔网络在皮肤和周围环境之间提供了一条长而迂回的路径从而减少了传热使得材料的温度调节性能增强并在人体手臂试验中展现出了更好的舒适度为了解决层压成型工艺对纤维本身的破坏提出了一种新工艺:将纤维与大麻纤维搭接、针刺形成杂化纤维垫以提高混合纤维基体的力学第 期杨诗婕等:以纺织品为目标的聚乳酸纤维研究进展性能和黏结强度并与聚乳酸薄膜交替分层热压制备复合材料 该工艺提高了混合纤维之间的黏度和复合无纺布的力学性能将 纤维与莱赛尔纤维混纺得到的 混纺物与传统的/棉混纺织物相比 混纺织物具有较低的弯曲长度、耐水汽性、耐热性和较高的透气性 透气性的提高来源于 纤维的天然亲水性因为水分子很容易接触到其聚合物中的极性氧键从而提高了纤维的润湿性以及织物的水汽传输作为炎热季节服饰面料的潜在优势更大 混纺物中 具有更强的承受反复变形的能力使得复合材料起球倾向较低提高了织物的使用寿命将纤维素粉转化为无溶剂球形纳米流体()包埋于生物基聚乳酸()纤维膜中充分利用 的低黏度、两亲性和高分散性制备了表面化学性质可调、机械性能优异(同时塑化和增强)的生物基纤维膜可用于环境友好型医用纺织品 吸湿设计还使/纤维膜具有抗静电性能能够快速散热(相对于纯 膜整体降低)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性分别达到.和.采用针刺垫涂法制备了低成本、大规模生产的聚乳酸/低熔体(聚乳酸)低聚乳酸热塑性聚氨酯()/三氯生非织造布 聚氨酯和三氯生的引入使所制成的非织造布具有更好的疏水性、耐磨性、机械性能和抗菌性能 当三氯生添加量调整为.(质量分数)时得到的涂层非织造布具有更好的性能:防水拒水性为力学性能良好抗拉强度为.透气性适中为./对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌性能.制备方法改进将化纤的制备方法直接应用到 纤维的生产存在着一定的问题如技术要求高、设备不适配等 因此改进制备方法同样是 纤维拓展应用、增加市场份额的发展方向之一探究了离心分离纺丝法制备聚乳酸纤维的可行性将原料注入圆柱形喷丝器中纤维的纺纱速度从每分钟 转到每分钟 转不等在一定浓度下纤维的平均直径随着转速的增加而减小 该方法相较于静电纺丝法生产效率高有工业化生产的前景 同样的方法也被 等利用使用自制装置制备 纤维通过提高转速解决了在溶剂快速蒸发和拉伸时间短的情况下由于分子链的调节不足、纤维的结晶度弱的问题采 用 旋 转 喷 射 纺 丝 法()构建了相关设备并用于制备 纤维无纺布所得材料疏水性更佳 该技术可以解决静电纺丝的一些问题如生产速度低、电压高、设备复杂等 此外 适用于一些缺少合适溶剂的聚合物制备纤维研究了使用多功能生物基染料茜素、姜黄素和槲皮素作为添加剂染料芳香族结构中存在的官能团和双键可以增加复合材料的导电性从而有利于形成更窄的纤维几乎所有含有染料的纤维都比在相同泵速下制备的纯 纤维更细含有(/)姜黄素的复合纤维最低平均直径为 该研究结果为开发环境友好的熔体静电纺丝工艺用于中试生产直径在低微米范围内的超细纤维提供了基础 总结与展望随着全世界范围环保意识的不断增强绿色生活的理念已融入到我们生活的方方面面涵盖服装、家纺、医护用品的纺织行业也在追求可持续的目标 环境友好、性能优良是实现该目标的明星产品受到研究人员、生产商、消费者的广泛关注在固废管理处置仍处于发展阶段的今天即使是城市中的不可降解化纤产品在成为废弃物之后都不能够百分百地被及时妥善处理更不用说偏远地区 位于青藏高原西南部的西藏自治区是许多人心中的朝圣地同时也是生态脆弱区 哈达是西藏地区常见的一种民俗文化产品而目前化纤在哈达原料中占有很大比重带来的后果就是大量的化纤生产的哈达被放置丢弃在野外对本就脆弱的藏区生态造成威胁 推广 基哈达推动偏远地区绿色产业发展迫在眉睫目前 产业整体处于快速发展阶段但仍存在生产技术复杂、成本高、产品耐热性染色性差等问题国内外研究者与研发人员也在针对相关问题不断实验开发新技术调整生产工艺 类纺织物是纺织业向环保绿色发展的重要方向之一在保证其适应工业化生产发展的基础上还应该针对聚乳酸本身的特性优点开发高端产品如抗菌面料、绝缘面料等以扩大其发展方向提升产品价值从而提高在市场中的竞争力参考文献:程博文.化学纤维发展简史.合成纤维工业():.刘思寒许君张伟等.可生物降解型纺织材料的抗菌性能研究进展.上海纺织科技():.齐悦杨博马慧玲等.生物可降解聚乳酸纤维的发展现状及其改性研究.北京服装学院学报(自然科学版)():.许明奕逄宇帆刑涛等.聚乳酸合成方法的研究进应用化工第 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