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科普 | 后石油時代的生物材料——聚乳酸(PLA)

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-03-22  瀏覽次數:100
核心提示:隨著社會經濟的不斷發展,消費者對生活品質的提升,導致地球資源嚴重開發,全球氣候變暖和石油資源枯竭等環境和能源問題越來越
       隨著社會經濟的不斷發展,消費者對生活品質的提升,導致地球資源嚴重開發,全球氣候變暖和石油資源枯竭等環境和能源問題越來越嚴峻,尤其是利用石油等資源合成的高分子化合物制品,造成的白色污染和微塑料顆粒污染問題也日益凸顯,對人類的生存環境和身體健康帶來了嚴重影響。
因此,近年來,非石油基可降解材料越來越受到人們的關注。在眾多的可生物降解材料中,聚乳酸作為一種新型環境友好型高分子材料,逐步受到人們的重視。
      一、聚乳酸簡介
      聚乳酸(Polylactic acid,PLA),又稱為聚丙交酯,原料來源于玉米、薯類等含淀粉的糧食類作物或農作物秸稈纖維素,經現代生物發酵技術制取高純度的人體所含有的小分子乳酸,然后將乳酸制備成環狀二聚體丙交酯,再將丙交酯開環聚合得到的一種高分子材料。
       由于其具有可靠的生物安全性、生物可降解性、環境友好性、良好的力學性能及易于加工成形等優點,在生物醫用高分子、紡織、塑料、家具、農業和包裝等行業具有廣闊的應用前景。
       PLA原料來源充分且可再生,由其制成的產品廢棄后可直接進行堆肥處理,最終可完全降解成CO2H?O,重新進入植物的光合作用,實現在自然界中的循環,因此聚乳酸是環保、綠色、可持續發展的高分子材料。

二、聚乳酸應用領域
聚乳酸具有優良的物理特性和廣泛的用途,能適用于擠出、紡絲、注塑、吹塑等成型工藝,可制取聚乳酸纖維、聚乳酸聚酯制品、3D打印材料及其延伸系列產品。
(一)聚乳酸纖維可應用于服裝、家紡等領域,具有環保、親膚、透氣、抗菌、防螨、難燃、不回潮等特點。主要應用:
①生產聚乳酸紗線,經紡織后制取高檔面料,并可加工成各種款式的服飾、床上用品、窗簾、地毯、毛巾等服裝、家裝、家紡和工業用布等產品;
②生產聚乳酸無紡布,用于制作紙尿褲、衛生巾、護理墊、醫用敷料、面膜和工業用過濾材料等產品;
③生產聚乳酸煙用絲束,替代目前以二醋酸纖維為主要原料制取的煙用過濾嘴內部過濾用的煙用絲束。
(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),具有環保、無毒、可降解等特點。主要應用:
①家用塑料制品,如杯、盤、盒、瓶、碗、碟、刀叉等;
②工程塑料制品(如車、船、飛機內飾及零部件等)、電氣用塑料制品(如手機外殼、空調外殼、電腦外殼等);
③膜袋類制品,如塑料袋、農地膜、包裝膜等;
④醫用材料制品,如手術縫合線、體內支架、骨釘等。
(三)利用聚乳酸作為粘合劑生產不含雙酚A,不含甲醛的環保木板材制品,廣泛用于室內外裝飾、家具制造、辦公家具、課桌椅等。
三、聚乳酸性能優越性
聚乳酸與傳統的聚酯以及棉等天然纖維相比,具有環保、無毒、可降解;抑菌、抗螨、防過敏;親膚、難燃、不回潮,以及抗紫外線等優越性能。
聚乳酸纖維具有優良的物理特性和廣泛的用途,其織物尺寸穩定性好,且集棉的舒適、粘膠的懸垂、滌綸的強度和真絲的手感于一身,服用性能優異,廣泛用于服裝、家紡、衛材等領域,是目前最具發展前景的“綠色纖維”。
(一)環保降解性能
聚乳酸產品廢棄物在工業堆肥條件下(溫度58℃、濕度98%和微生物條件)3~6個月,自然環境下1~2年即可完全分解為二氧化碳和水,具有十分良好的環保效果。聚乳酸產品來源于自然,回歸于自然,其產品的開發與應用,也是解決白色污染的有效途徑之一,具有良好的社會和經濟效益。
(二)安全性能
由于聚乳酸降解產物乳酸是人體所含有的物質,其能參與代謝,最終分解為二氧化碳和水,所以對人體不會產生毒副作用,使用非常安全。聚乳酸已經被用于醫學、藥學等許多方面,如用作外科手術縫合線(1975年即問世)、藥物緩釋系統、骨釘、組織支架以及繃帶、紗布等醫用衛材方面。
(三)抑菌抗螨性能
由于聚乳酸是由乳酸聚合而成,材料表面呈弱酸性,會抑制微生物的生長,因此,其具有天然穩定的抑菌和抗螨效果。根據國家生態紡織品質量監督檢驗中心檢測,聚乳酸制品對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等的抑制率大于90%。另外,經國際權威檢測機構SGS測試驗證聚乳酸也具有極強的防螨效果。因此,聚乳酸特別適合用作床上用品與醫療衛生用品,如被絮、衛生巾,護墊、紙尿褲、醫用紗布、繃帶、敷料、醫用床單等。
(四)不回潮、導濕透氣性能
PLA的公定回潮率為0.6%,與棉的8.5%、粘膠的13%相比,屬不回潮,但其具有獨特的芯吸效應,織物具有良好的導濕快干功能且透氣性好,人體出汗后衣服不會像棉一樣粘貼在皮膚上使人難受,而是能將汗水導出,讓人舒適。另外,PLA材料表面呈弱酸性,健康人的皮膚也呈弱酸性,因此,其與人體相容性好,親膚性佳,不會引起皮膚過敏,特別適合用作床上用品、運動服飾等產品。
(五)難燃、少煙性能
與傳統材料相比,聚乳酸具有難燃(極限氧指數接近于國家標準對阻燃性纖維28%~30%的要求),即使燃燒但發煙量小、無黑煙的優點,因此,特別適合于用作地毯、窗簾、墻布等家裝用品與公共場所的裝飾材料等。
(六)抗紫外線性能
PLA纖維中含有大量的C - H、C - C 鍵,它們只吸收波長小于290 nm的光線,而照在地球表面的紫外線的波長一般大于290 nm,因此,PLA纖維具有良好的耐紫外線性能,比棉、羊毛、蠶絲以及滌綸、錦綸都要好,在日照500小時后,仍能保持90 % 的強力,特別用于生產防曬服等戶外服飾。
四、聚乳酸產品及應用
  (一)聚乳酸纖維
1、有紡
聚乳酸短纖維紡紗,可以純紡,也可以與棉、竹纖維、再生纖維素纖維等進行混紡。另外,紗線可以強捻,也可以進行倍捻生產股線,紗線指標參照棉紗標準,可以達到優等品級別。
紡制的聚乳酸紗線,以及長絲可以生產針織和梭織面料,經染整后,制作聚乳酸襯衫、內衣、T恤、運動服、家居服、迷彩服、夏涼被、冬被、床品四件套、枕頭、羊絨衫、襪子,以及窗簾、沙發、汽車內飾等服裝用、裝飾用產品。
①聚乳酸纖維、紗線、長絲

②聚乳酸紡織類產品
包括聚乳酸襪子、聚乳酸內衣、聚乳酸運動休閑服、聚乳酸牛仔褲、聚乳酸羊絨衫、聚乳酸窗簾、聚乳酸地毯等。

2、無紡
利用單組份纖維或雙組份復合纖維(高、低熔點的聚乳酸復合)采用純的或混合的方式,通過不同的加工工藝制作水刺無紡布、針刺無紡布、熱風無紡布和熱軋無紡布,用于制作紙尿褲、衛生巾、護理墊、醫用敷料、面膜、濕巾、干濕巾和過濾材料等產品。

3、其他應用方式
聚乳酸絲束可直接加工成濾棒,用于替代目前以二醋酸纖維為主要原料生產的煙用過濾嘴;用于新型加熱不燃燒卷煙的復合嘴棒成分之一;另外,可以開發聚乳酸中空嘴棒。
聚乳酸纖維可直接作為填充物,制作抱枕、靠枕、保暖衣服、毛絨玩具等產品;用于制作枕芯、被芯生產枕頭、床墊、被服等產品。還可以生產直立棉、水洗棉,作為保暖材料用。
聚乳酸超短纖維(3mm、6mm)還可添加于紙漿中生產各種紙類產品。
聚乳酸BCF膨體長絲可以直接用來織造地毯、掛毯等產品。

 

(二)聚乳酸聚酯
聚乳酸因其光澤性佳、透明性高,可應用于包裝材料和日用、商用領域,部分替代石化塑料。尤其是一次性塑料制品領域,其生物可降解性能,更符合現代化發展的綠色理念。

1、一次性塑料用品
包括杯、盤、盒、刀叉、吸管等,以及保鮮膜、保鮮袋、購物袋、食品包裝袋等。

 

2、家用塑料用品
包括杯、盤、盒、瓶、碗、碟、刀叉等

 

3、工程塑料用品
包括車、船、飛機內飾及零部件等、電氣用塑料(手機外殼、空調外殼、電腦外殼等)。

 

(三)綠色板材
利用聚乳酸作為粘合劑生產的木塑材料不含雙酚A,不含甲醛(脲醛樹脂、酚醛樹脂),廣泛用于室內外裝飾、家具制造、辦公家具、課桌椅等。

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