生物可降解纖維lactron的進(jìn)展與應(yīng)用

1、<p>　　生物可降解合成纖維Lactron是日本鐘紡合纖公司采用聚乳酸(PLA)熔融紡絲制得的。在生物可降解材料中，PLA具有許多優(yōu)點(diǎn)：高熔點(diǎn)、高結(jié)晶度以及好的透明性。其缺點(diǎn)是比較硬和脆。這種聚合物的性能以及纖維生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)過研究，并建立了相應(yīng)的生產(chǎn)能力。Lactron同傳統(tǒng)的PA及PET纖維一樣具有很高的強(qiáng)度，因此用途非常廣泛。Lactron織物具有真絲光澤、非常好的手感和亮度以及好的芯吸效應(yīng)等等。這些特征使其非常適用于服

2、裝領(lǐng)域。目前，Lactron的應(yīng)用已擴(kuò)展至非服裝領(lǐng)域，如日常生活用材、建筑土木工程、種植業(yè)、農(nóng)業(yè)、園藝、林業(yè)以及包裝材料等。Lactron用后可以當(dāng)作混合肥料或者填埋于地下，然后在微生物的作用下全部安全地分解為CO2和H2O。經(jīng)過基本的LCA研究，與PET纖維相比，Lactron需要極少的能量而且排放出的CO2也少。</p><p>　　改善生活質(zhì)量，減少自然環(huán)境負(fù)擔(dān)是人類進(jìn)入21世紀(jì)的最大課題。塑料以及合成纖維

3、是一種非常有用而且耐久的材料。然而，這些材料絕大多數(shù)不能夠自行分解，由此在其用后拋棄時會引起許多的環(huán)境問題。</p><p>　　自20世紀(jì)80年代以來生物可降解塑料的研究和進(jìn)展在全球范圍內(nèi)變得越來越活躍。生物可降解塑料可以定義為“可通過環(huán)境微生物的作用而分解為低分子物質(zhì)的塑料”。生物可降解塑料可看作是有益于環(huán)境的材料，因?yàn)樗梢詾槿祟愄岢鲆粭l減少環(huán)境負(fù)擔(dān)的路子，同時它又可以在現(xiàn)代文明與自然間達(dá)成一種平衡。<

4、;/p><p>　　鐘紡合纖公司早在10年前就開始研究和開發(fā)生物可降解纖維，經(jīng)過對多種生物可降解塑料篩選之后，研究集中于聚乳酸(PLA)上。之后，鐘紡合纖公司成功地建立了工業(yè)化生產(chǎn)PLA纖維Lactron的生產(chǎn)技術(shù)。第一次對外發(fā)布Lactron是在1994年廣島亞運(yùn)會上以T恤形式出現(xiàn)的。自那時起，鐘紡合纖公司開始在更大應(yīng)用范圍內(nèi)進(jìn)行Lactron纖維及產(chǎn)品的開發(fā)。</p><p>　　圖1說明

5、了Lactron在自然界中的回收系統(tǒng)。PLA是從玉米淀粉發(fā)酵制得的乳酸中生產(chǎn)出來的。因此，Lactron是來源于自然的可再生資源而非礦物類。用完之后它可以被用作混合肥料或者埋于地下，然后再在地下微生物作用下被分解。無論哪種方式，分解物都可通過植物的光合作用轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸?。另外，甚至?dāng)其焚化處理時，燃燒氣體中亦不含有二口惡(e)英，氮一氧氣體也極少，而且燃燒熱也極低。既然Lactron可在自然環(huán)境中回收而且又不產(chǎn)生污染，那么它將有利于環(huán)境保護(hù)

6、，極有可能成為21世紀(jì)主要的合成纖維品種。</p><p>　　1  Lactron的特性</p><p>　　1.1  PLA的性能</p><p>　　目前已開發(fā)出各種類型的生物可降解塑料，其中典型的聚合物品種如表1所示：</p><p>　　PLA有許多優(yōu)點(diǎn)：在所有生物可降解塑料中的熔點(diǎn)是最高的，還具有高的結(jié)晶度和極

7、佳的透明度。它極適合于纖維、薄膜以及注塑物品等。乳酸有2種典型的異構(gòu)體，左旋(L)和右旋(D)。由發(fā)酵衍生出來的乳酸大多數(shù)為L-乳酸。PLA聚合物的物理性能，諸如熔點(diǎn)結(jié)晶度以及模量可以通過共聚方法得到較好的控制，例如L-乳酸和D-乳酸共聚合，或者L-乳酸與其它的共聚單體的共聚合等方式。</p><p>　　1.2　PLA纖維Lactron</p><p>　　Lactron是采用類似于PA

8、或者PET纖維的熔融紡方法生產(chǎn)出來的：</p><p>　　PLA→熔融紡→牽伸→熱處理→Lactron</p><p>　　為了獲得較高的纖維性能和產(chǎn)量，PLA聚合物的組成以及性能、纖維生產(chǎn)工藝中的高技術(shù)及特殊的技巧是需要了解的，特別是：</p><p>　　-- PLA聚合物的純度和分子量；    -- 熔融紡工藝中熔體粘度的控制

9、；    -- 紡絲及牽伸階段的工藝條件；    -- 纖維加工過程中的工藝條件等。</p><p>　　Lactron纖維的性能列于表2。</p><p>　　我們已經(jīng)證實(shí)，Lactron具有與傳統(tǒng)的PA以及PET纖維類似的物理性能，因而可以用于常規(guī)的用途。其拉伸強(qiáng)度及伸長率還可以通過生產(chǎn)工藝的調(diào)整來控制，Lactron長絲

10、紗亦可變形使用。</p><p>　　Lactron纖維的的密度及模量介于PET和PA之間，回潮率更低些。所有這些特征使得Lactron服裝具有輕、軟以及干爽的手感。而低的折射率又使其具有溫暖的、絲質(zhì)般感受。高的結(jié)晶度使其具有形態(tài)穩(wěn)定性和可熱定形能力。Lactron175℃的熔點(diǎn)在所有生物可降解纖維中是最高的，但在熨燙時仍要小心謹(jǐn)慎。它的燃燒熱要比PET和PA低，大約僅為乙綸(PE)或丙綸(PP)的1/3，從全球

11、變暖的觀點(diǎn)來看，這是Lactron的又一個優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　Lactron可以用分散染料在98～110℃條件下染色，所用染料及染色條件須仔細(xì)確定。</p><p>　　2　 Lactron的生物可降解性能</p><p>　　考慮到各種不同的最終用途，Lactron的生物可降解性能要用多種方法予以測定。它可以通過埋入地下，通過河水或者海水浸漬處理，通過活性

12、污泥處理，通過像用堆制肥料機(jī)或者標(biāo)準(zhǔn)堆制肥料方法(CEN標(biāo)準(zhǔn))等各種處理方式來測試。</p><p>　　在地下掩埋過程中，Lactron表現(xiàn)出極慢的分解速率(圖2)，其機(jī)械強(qiáng)度要完全消失需1～2年時間，而其分子鏈的解構(gòu)要延遲一段時間。在用活性污泥處理時，由于污泥中細(xì)菌及微生物的作用，Lactron分解要比埋入地下時快得多，其機(jī)械強(qiáng)度的喪失約在3～4個月的時間，分子鏈的解構(gòu)則在1年左右。而用這些方式處理PET和P

13、A纖維時，它們不會發(fā)生分解而且能夠保持原始形態(tài)和物理性能，而棉、粘膠等纖維素類纖維經(jīng)歷上述處理時，其分解速度則要快于Lactron。</p><p>　　Lactron的生物可降解性可以通過標(biāo)準(zhǔn)的堆肥生物降解測試方法(CEN)予以判定。圖3為Lactron與纖維素粉末相對比的降解曲線。在以上所提到的其它條件下由于較高的潮濕性和溫度(58℃)，Lactron降解得非?？?。在CEN條件下，Lactron在40天內(nèi)完全

14、降解了。生物降解處理過程可以這樣描述，在最初降解階段，纖維的非結(jié)晶部分首先由水降解的作用破壞掉，分子量以及纖維的強(qiáng)度逐漸減少，但是結(jié)晶相仍然存在而且纖維重量的損失較少。由于平均分子量降低到10000～20000，生物降解成為主要作用因素，最后PLA完全分解為CO2和H2O。</p><p>　　3　Lactron的應(yīng)用</p><p>　　鐘紡公司目前已對Lactron的應(yīng)用進(jìn)行了開發(fā)而且

15、已經(jīng)上市了許多Lactron產(chǎn)品。Lactron除用于服裝外，還向土木工程、建筑工程、種植、農(nóng)業(yè)、園藝、林業(yè)以及包裝材料等各種領(lǐng)域擴(kuò)展。</p><p><b>　　3.1　產(chǎn)品系列</b></p><p>　　如同其它合成纖維一樣，Lactron也可以生產(chǎn)為多種不同的形式，諸如復(fù)絲、單絲、短纖、扁平絲以及紡粘無紡布等等。</p><p>&l

16、t;b>　　3.2　服裝應(yīng)用</b></p><p>　　1998年，鐘紡公司宣布了一種由棉、羊毛及其它天然纖維與Lactron混紡的新的紡織產(chǎn)品“鐘紡玉蜀黍纖維”，它具有完全可生物降解性而且可自然回收。它具有為數(shù)眾多的源于Lactron纖維的極好的特征，而且具有類似于由合成纖維和天然纖維復(fù)合的織物所具有的優(yōu)越特性。</p><p>　　鐘紡玉蜀黍纖維的特征是：</

17、p><p>　　-- 好的形態(tài)保持性。當(dāng)與棉混紡時，具有類似于滌/棉混紡織物的性能；    -- 較好的光澤度，但不產(chǎn)生金屬刺眼光澤。其優(yōu)雅的真絲觀感來自于Lactron較低的折射率；    -- 絲綢般極佳的手感；    -- 好的芯吸性能，吸水/吸潮性能以及快干效應(yīng)；    -- 當(dāng)其與

18、羊毛混紡時，具有好的形態(tài)穩(wěn)定性、抗褶皺性以及光亮度。</p><p>　　考慮到上述特性，鐘紡玉蜀黍纖維極適合于動感服裝、軍服、內(nèi)衣以及運(yùn)動衫等。</p><p><b>　　3.3 非服裝應(yīng)用</b></p><p>　　作為一種與環(huán)境友善，或者說作為可利用其在自然界中生物可降解性的材料，Lactron同樣適用于非服裝領(lǐng)域。由鐘紡公司所進(jìn)行的

19、商業(yè)開發(fā)如表3所示。</p><p>　　4　對LCA的基本研究</p><p>　　以傳統(tǒng)的聚酯纖維作為參照物，對Lactron纖維基本的生命周期評價也作了測試。此次測試采用一塊無紡布作為模型產(chǎn)品，從原材料到形成最終產(chǎn)品的整個過程中，都要測定環(huán)境條件。表4是2種產(chǎn)品的定性比較。</p><p>　　從原材料到最終產(chǎn)品的整個生命周期中Lactron需要較少的能源，散

20、發(fā)出的CO2較低，與PET纖維相比分別降低了50％和30％。</p><p><b>　　5　結(jié)論</b></p><p>　　生物可降解纖維Lactron已經(jīng)由聚乳酸(PLA)熔融紡絲制得。Lactron是一種可再生性資源，在日常應(yīng)用過程中它具有足夠的強(qiáng)度和耐用性，非常適宜于服裝及非服裝用途。標(biāo)準(zhǔn)填埋方法以及其它領(lǐng)域的測試都表明Lactron具有生物可降解性，用后可

21、以堆肥處理。通過對其基礎(chǔ)的生命周期評價研究，與傳統(tǒng)的合成纖維相比，Lactron顯示出低的能量消耗和低的CO2散發(fā)。</p><p>　　目前由于PLA聚合物產(chǎn)量低而導(dǎo)致Lactron價格依然較高，但是這將在21世紀(jì)初期通過全球范圍內(nèi)PLA聚合物的大規(guī)模生產(chǎn)，而降低到傳統(tǒng)合成纖維的價格范疇。</p><p>　　(劉　越 譯)(譯自《Chemical Fibers Internationa