【纺织百科】聚乳酸（PLA）纤维

1. 聚乳酸（PLA）简介

聚乳酸（PLA）是由生物质原料（玉米、木薯、甜菜、甘蔗、秸秆纤维素等）经微生物发酵而成的小分子乳酸聚合而成的化学合成生物降解高分子材料，属于脂肪族聚酯，其原料来源广泛、丰富，仅我国农作物秸秆就高达约8亿吨/年。在所有生物可降解聚合物中，熔点最高、结晶度大、透明度好，很适合于制作纤维、薄膜及模压等制品。其纤维是用聚乳酸（PLA）原料通过纺丝的方法制备的新型绿色纤维，俗称“乳丝”或“乳纤”。

生物基聚乳酸（PLA）纤维，是聚乳酸（PLA）经过纺丝工艺（熔融纺、湿法纺、干法纺、干湿纺、静电纺等）制备而成的合成纤维，一般采用熔融纺丝。因为兼有天然纤维和合成纤维的优点，其生产过程无污染，且具备完全生物降解和自然生物循环利用的特点，已成为全球瞩目的绿色环保服装面料首选。

聚乳酸（PLA）的碳足迹仅为传统塑料、纤维的10-15%，制品废弃后可完全降解为二氧化碳和水，没有微塑料产生，也不会释放有毒有害气体，是当前生物新材料领域应用最广、安全性能得到公认的产品。

2. 聚乳酸（PLA）纤维分类

常用的聚乳酸（PLA）纤维可以分为聚乳酸（PLA）长丝、聚乳酸（PLA）短纤维及聚乳酸（PLA）复合纤维等3类。

2.1聚乳酸（PLA）长丝

聚乳酸（PLA）长丝是由多根长单丝经过拉伸、加捻或者变形工序形成的纤维集合体。其生产采用单锭生产方式，一根丝条包含几十根单丝，可以纺制成差别化聚乳酸（PLA）纤维。

2.2聚乳酸（PLA）短纤维

聚乳酸（PLA）短纤维是具有一定强力和弹力等力学性能的纤维产品，其目前有多种加工方式，可以在棉纺系统、毛纺系统和各种新型纺纱设备上进行加工，产品种类有纯纺产品，以及与棉、毛、麻、莱赛尔、木代尔等纤维的混纺产品。

2.3聚乳酸（PLA）复合纤维

聚乳酸（PLA）复合纤维主要是一些特殊用途的聚乳酸（PLA）与其他高分子材料的共聚合纤维，比如LA（乳酸）和GA（乙醇酸）共聚用作可吸收的手术缝合线、组织工程支架等材料，改变LA和GA的比例可改变其降解速度；又如具有良好导热性的聚乳酸（PLA）/碳纤维复合纤维；用于电子包装的聚乳酸（PLA）/天然洋麻复合纤维等。

在聚乳酸（PLA）改性方面：通过把PLA和PHBV、PA、PP、P34HB等共聚以提高聚乳酸（PLA）纤维的韧性；通过阻燃整理提高聚乳酸（PLA）纤维的阻燃性能用于装饰品；通过交联剂及壳聚糖对PLA进行接枝改性提高其导湿性等等。

3. 聚乳酸（PLA）纤维性能

3.1聚乳纤维与常见纤维性能指标比较

3.2力学性能

聚乳酸（PLA）纤维具有较好的力学性能。聚乳酸（PLA）纤维的密度在1.25～1.29g/cm3左右，比天然纤维棉、丝、毛都轻。聚乳酸（PLA）纤维的断裂强度为3.2～4.9cN/dtex，比天然棉纤维高。干态时的断裂伸长率大于涤纶以及粘胶、棉、蚕丝和麻纤维，与锦纶和羊毛纤维相近，且在湿态时伸长率还出现了增加，表明聚乳酸（PLA）制品具有高强力、延伸性好、手感柔软、悬垂性好、回弹性好等优点。

3.3吸湿性和回弹性

聚乳酸（PLA）纤维的公定回潮率为0.5%，回潮率介于0.4%～0.6%之间，与天然纤维和合成纤维(除涤纶外) 相比都较低，吸湿性能较差，疏水性能较好，服用时滑爽、不粘身体。

聚乳酸（PLA）纤维比重为1.27 g/cm3，介于锦纶和羊毛之间，比天然纤维棉、丝、毛都轻，比锦纶略高，这说明聚乳酸（PLA）纤维具有较大的覆盖性，在延伸5%时的弹性回复率为93%，在延伸10%时的弹性回复率为64%，优于涤纶、高于常用所有纤维，显示出很好的抗皱性和膨松性，更适合制作被褥的填充材料。

3.4燃烧性能

聚乳酸（PLA）纤维靠近火焰时纤维熔缩；接触火焰时纤维熔融、燃烧；离开火焰时纤维熔融燃烧、熔体下落；纤维燃烧时有淡淡的特殊甜味；残留物为浅灰色胶状物。

聚乳酸（PLA）纤维的极限氧指数25-27%（国标阻燃B1级要求极限氧指数≥32.0%，国标阻燃B2级要求极限氧指数≥26.0%），比棉、毛、丝等天然纤维和涤纶等合成纤维都高，说明聚乳酸（PLA）是一种难燃纤维；并且在燃烧时发热量低、只有轻微的烟雾释出、易自熄、火灾危险性小，而且焚化聚乳酸（PLA）绝对不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体，燃烧后生成水和二氧化碳。

3.5耐热性能

PLA的玻璃化转变温度较低，一般为58～65℃，耐热性差，加热到140℃时即会发生收缩，因此聚乳酸（PLA）纤维产品在加工过程中温度不能太高。聚乳酸（PLA）纤维热收缩率比聚酯纤维略高，尺寸稳定性稍差。耐热性差是阻碍聚乳酸（PLA）纤维应用的主要缺点之一。

聚乳酸（PLA）纤维在150℃左右进行初熔，至165℃～170℃完全熔融。在熔点法中，聚乳酸（PLA）纤维的熔点在165℃～175℃之间，涤纶纤维的熔点一般在252℃左右，锦纶6纤维在220℃左右，锦纶66在260℃左右，丙纶纤维在180℃，乙纶纤维在160℃左右。

3.6耐酸碱性能

PLA纤维本身呈弱酸性，PH值在6.0-6.5，而健康人体的皮肤亦呈弱酸性，因此聚乳酸（PLA）纤维与弱酸性的皮肤相容性好。聚乳酸（PLA）不溶于醇类和醚类溶剂中，溶于丙酮、氯仿等有机溶剂。聚乳酸（PLA）不耐强碱，在强碱条件下水解。不耐强酸，研究表明PH＜4时纤维强力也会受损。

3.7生物降解性能

在正常温度和湿度下，聚乳酸（PLA）纤维及其产品相当稳定。当处于有一定温、湿度的自然环境（如沙土、淤泥、海水）下时，聚乳酸（PLA）会被微生物完全降解成二氧化碳和水。如果将聚乳酸（PLA）纤维埋入土中，自然降解时间为2～3年；而若将聚乳酸（PLA）纤维与有机废弃物混合掩埋，则几个月就会分解：在堆肥条件下（温度58±2℃、高湿98%左右和微生物条件）3～6个月即可完全分解为二氧化碳和水，非常符合理想的可生物降解物定义；产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效应。而石油基材料的碳排放则是把地下碳释放到大气层中。

聚乳酸（PLA）产品“源于自然”、“归于自然”，具有十分良好的环保效果。聚乳酸（PLA）环保的概念不仅仅是材料本身，在后续加工生产过程中也比涤纶有明显优势，纤维加工能耗只有涤纶纤维的1/6左右。

3.8生物相容性

聚乳酸（PLA）已经被美国食品药品监督管理局（FDA）批准作为生物降解性医用材料使用，生物相容性好，其高度安全性已经得到确认。聚乳酸（PLA）降解产物乳酸是人体内源性物质，能参与机体代谢，最终分解为二氧化碳和水，所以对人体不会产生毒副作用，使用非常安全，无致敏性，比较适合易过敏性人群。聚乳酸（PLA）已经被用于医学、药学等许多方面，如用作外科手术缝合线、药物缓释系统、骨钉、组织支架以及绷带、纱布等医用卫材方面。

3.9抗紫外/耐紫外老化性能

紫外光谱200-400nm，由于高空臭氧层的吸收，到达地球表面的紫外线数量少，其波长一般大于290nm；聚乳酸（PLA）纤维的分子结构中含有大量的C—C和C—H键，它们一般不吸收波长大于290nm的光线，因此照射到地球的紫外线对聚乳酸（PLA）纤维几乎没有影响，聚乳酸（PLA）纤维产品拥有良好的抗紫外性能（或者叫耐紫外老化性能）。在日照500小时后，仍能保持90%的强力，已应用于沙漠治理等方面。

PLA在UV-C(190～220nm)范围内几乎不透过紫外线，但是在225nm时紫外线透过率达到85%，300nm时紫外线透过率达到95%，UV-A和UV-B能够透过。

3.10导热性能

纺织材料是多孔性物体，纤维内部和纤维之间有很多孔隙，孔隙内部充满着空气。

材料的导热性，用导热系数λ表示，法定单位W/m·℃，导热系数越小，表示材料导热性越低，它的绝热性和保暖性越高。一般测得的纺织材料的导热系数，是纤维、空气和水分混合物的导热系数。聚乳酸纤维的导热系数为0.0348 W/m﹒℃，比羊毛、腈纶等常用纤维都低。

3.11服用性能

3.11.1抑菌防螨、消臭祛味

由于聚乳酸（PLA）是由乳酸聚合而成，材料表面呈弱酸性，同时聚乳酸（PLA）疏水，会抑制微生物的生长，因此，其具有天然稳定的抑菌和防螨效果。聚乳酸（PLA）比例超过30%就具备抑菌防螨效果，比例越高效果越明显。35%PLA、65%棉的毛巾100次洗涤后检测抑菌效果达到5A级，32.3%PLA、67.7%莱赛尔面料50次洗涤后检测驱满率仍达到70.99%。

另外，聚乳酸（PLA）纤维的吸水率是棉花的0.2%，干爽怡人，在潮湿的环境里也无需晾晒且不会发霉，具有防霉效果。

3.11.2吸湿透气亲肤性

聚乳酸（PLA）纤维的吸湿性较差，但具有很好的透气性能。聚乳酸（PLA）的公定回潮率为0.5%，具有独特的芯吸效应，织物具有良好的导湿快干功能且透气性好，人体出汗后衣服不会像棉一样粘贴在皮肤上使人难受，而是能将汗水导出，让人舒适。

吸湿性能与纤维的形态结构有关，PLA纤维的纵面具有无规则的斑点及不连续的条纹，存在孔洞或裂缝，很容易形成毛细管效应从而表现出非常好的芯吸现象，水润湿性和水扩散性好。夏天穿用，透湿性、水扩散性优异, 吸汗快干, 可通过蒸发迅速带走体热。

聚乳酸（PLA）纤维其天然弱酸性，PH值在6.0左右，与人体皮肤PH值极为接近，所呈现的良好天然抑菌抗敏亲肤功能，相当于人体的第二层皮肤，特别适合于各类亲肤产品，可以滋养肌肤、同时可以防螨防霉，卫生安全。

3.11.3悬垂性

聚乳酸（PLA）纤维初始模量低，悬垂系数小，织物具有很好的悬垂性能。

3.11.4折皱回复性

聚乳酸（PLA）纤维在5%拉伸变形时，弹性回复率高达93%，所以纯聚乳酸（PLA）纤维织物的折皱回复性很好。

3.11.5耐磨性及起毛起球性

聚乳酸（PLA）纤维耐摩擦性能不如PET纤维和尼龙纤维，因此容易起毛导致强度降低，织物有起毛起球现象。

3.11.6耐紫外线老化性能

聚乳酸（PLA）纤维具有良好的耐紫外线性能，比棉、羊毛、蚕丝以及涤纶、锦纶都要好，在日照500小时后，仍能保持90%的强力，适合做家纺件套、填充物等，改进紫外透过率后的聚乳酸纤维也可用于生产防晒服等户外服饰等。

3.11.7保暖性能

聚乳酸（PLA）纤维的导热系数0.0348 W/m﹒℃，比棉、麻、丝、羊毛、涤纶、腈纶都低，接近于木棉，比羽绒和静止空气低。另外，聚乳酸（PLA）纤维密度小、回潮率低，质轻蓬松且在受潮或被水浸湿后也能较快恢复干爽的特性也有利于保暖。冬天穿用, 保温性能比棉及聚酯纤维等材料好。

细旦并改性后的聚乳酸（PLA）纤维和羽绒接近，作为填充料完全可以替代羽绒，特别是多次水洗后保暖性的衰退比羽绒还要好。适合开发保暖填充料、保暖性内衣等。

4. 聚乳酸（PLA）纤维应用领域

来源：纺织大学堂

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