随着全球社会经济持续发展,消费者要求更高品质的生活,追求便捷便利、高标准的生活方式,导致地球资源过度开发,全球气候变暖和石油资源枯竭等环境和能源问题日益严峻。尤其利用石油等资源合成的聚合物制品,在提供便利生活的在生产、消费、废弃的过程中造成的白色污染和微塑料颗粒污染问题也日益凸显,对人类生存环境和身体健康带来了严重影响。近年来,非石油基可降解材料越来越受到人们的关注。在众多的生物可降解材料中,聚乳酸因其环境友好性、生物可降解性和优异的力学性能,逐渐受到人们的重视。一、聚乳酸简介

聚乳酸(PLA),又名聚丙交酯,其原料是玉米、马铃薯等富含淀粉的粮食作物或农作物秸秆纤维素。聚乳酸采用现代生物发酵技术,提取高度纯化的人体所含有的乳酸,再将乳酸转化为环状二聚体丙交酯,最后通过丙交酯开环聚合而成。聚乳酸具有出色的生物安全性、生物可降解性、环境友好性、良好的力学性能和易于加工成型等优点,在生物医用高分子、纺织、塑料、家具、农业和包装等领域具有广阔的应用前景。PLA原料来源丰富且可再生,废弃后的产品可直接堆肥降解,最终分解成二氧化碳和水,回归植物的光合作用,实现自然界循环,因此聚乳酸是一种环保、绿色、可持续发展的聚合物材料。

二、聚乳酸应用领域

聚乳酸具有优良的物理特性和广泛的用途,适用于挤出、纺丝、注塑、吹塑等成型工艺,可制备聚乳酸纤维、聚乳酸聚酯制品、3D打印材料及其延伸系列产品。

(一)聚乳酸纤维可应用于服装、家纺等领域,具有环保、亲肤、透气、抑菌、防螨、难燃、不回潮等特点。主要应用:

①生产聚乳酸纱线,经纺织后制取高档面料,可加工成服饰、床上用品、窗帘、地毯、毛巾等服装、家装、家纺和工业用布等产品;

②生产聚乳酸无纺布,用于制造纸尿裤、卫生巾、护理垫、医用敷料、面膜和工业用过滤材料等产品;

③生产聚乳酸烟用丝束,替代以二醋酸纤维为主要原料制取的烟用过滤嘴内部过滤用的烟用丝束。

(二)聚乳酸聚酯材料可替代石油基塑料(PE聚乙烯、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯等),具有环保、无毒、可降解等特点。主要应用:

①家用塑料制品,如杯、盘、盒、瓶、碗、碟、刀叉等;

②工程塑料制品(汽车、船舶、飞机内饰及零部件等)、电气用塑料制品(手机外壳、空调外壳、电脑外壳等);

③膜袋类制品,如塑料袋、农地膜、包装膜等;

④医用材料制品,如手术缝合线、体内支架、骨钉等。

(三)利用聚乳酸作为粘合剂生产不含双酚A、甲醛的环保木板材制品,广泛用于室内外装饰、家具制造、办公家具、课桌椅等。

三、聚乳酸性能优越性

相较于传统的聚酯和棉等天然纤维,聚乳酸具有环保、无毒、可降解;抑菌、抗螨、防过敏;亲肤、难燃、不回潮,以及抗紫外线等卓越性能。

聚乳酸纤维物理特性优良,用途广泛,织物尺寸稳定性好,且兼具棉的舒适,粘胶的悬垂,涤纶的强度和真丝的手感,服用性能优异,广泛应用于服装、家纺、卫材等领域,是目前最具发展前景的“绿色纤维”。

(一)环保降解性能

聚乳酸产品废弃物在工业堆肥条件下(温度58℃、湿度98%和微生物条件)3~6个月,自然环境下1~2年即可完全分解为二氧化碳和水,具有良好的环保效果。聚乳酸产品来源于自然,回归于自然,其开发和应用是解决白色污染的有效途径之一,社会和经济效益显著。

(二)安全性能

聚乳酸降解产物为乳酸,是人体固有的物质,能参与代谢,最终分解成二氧化碳和水,对人体无毒副作用,使用非常安全。聚乳酸已应用于医学、药学等领域,如外科手术缝合线、药物缓释系统、骨钉、组织支架以及医用纱布、绷带等医用卫材。

(三)抑菌抗螨性能

聚乳酸由乳酸聚合而成,材料表面呈弱酸性,能抑制微生物生长,具有天然的抑菌和抗螨效果。国家生态纺织品质量监督检验中心检测表明,聚乳酸制品对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等的抑菌率大于90%,符合国家标准GB/T 20944.3《纺织品抗菌性能的评价第3部分振荡法》对于抗菌纺织品需达到≥70%的抑菌率要求,能达到3A级的抗菌效果。国际权威检测机构SGS验证表明,聚乳酸也具备极强的防螨效果。聚乳酸非常适合应用于床上用品和医疗卫生用品,如被絮、卫生巾、护垫、纸尿裤、医用纱布、绷带、敷料、医用床单等。

(四)不回潮、导湿透气性能

聚乳酸的公定回潮率为0.6%,远低于棉的8.5%和粘胶的13%,属于不回潮材料,但其具有独特的芯吸效应,织物导湿快干,透气性好,人体出汗后不会粘贴在皮肤上,而是能将汗水导出,穿着舒适。聚乳酸材料表面呈弱酸性,健康人的皮肤也呈弱酸性,因而其与人体相容性好,亲肤性佳,不会引起皮肤过敏,特别适合制作床上用品、运动服饰等产品。

(五)难燃、少烟性能

与传统材料相比,聚乳酸具有难燃(极限氧指数接近国家标准对阻燃性纤维28%~30%的要求),燃烧时发烟量小、无黑烟的优点,非常适合作为地毯、窗帘、墙布等家装用品和公共场所装饰材料等。

(六)抗紫外线性能

聚乳酸纤维中含有大量的C – H、C – C 键,它们仅吸收波长小于290nm的光线,而照射地球表面的紫外线波长一般大于290nm,聚乳酸纤维具有良好的耐紫外线性能,优于棉、羊毛、蚕丝以及涤纶、锦纶。日照500小时后,其强力仍能保持90%,尤其适用于生产防晒服等户外服饰。

四、聚乳酸产品及应用聚乳酸(PLA)的应用

  • 无纺

    • 利用纤维制作水刺无纺布、针刺无纺布、热风无纺布和热轧无纺布。
    • 用于制造纸尿裤、卫生巾、护理垫、医用敷料、面膜、湿巾、干湿巾和过滤材料等产品。
  • 其他应用方式

    • 丝束加工成滤棒,用于烟用过滤嘴。
    • 复合嘴棒成分之一,用于新型加热不燃烧产品。
    • 作为填充物,制作抱枕、保暖衣服和毛绒玩具。
    • 作为枕芯、被芯生产枕头、床垫和被服。
    • 添加于纸浆中生产纸类产品。
    • BCF膨体长丝用于织造地毯和挂毯。
  • 聚乳酸聚酯

    • 替代石化塑料,用于一次性塑料用品,如杯、盘、盒、刀叉、保鲜膜和食品包装袋。
    • 用于家用塑料用品,如杯、盘、盒、瓶、碗、碟和刀叉。
    • 工程塑料用品,如汽车、船舶、飞机内饰零部件和电气用塑料。
  • 绿色板材

    • 聚乳酸粘合剂制作的木塑材料,不含双酚A和甲醛。
    • 用于室内外装饰、家具制造、办公家具和课桌椅等。