目前生物可降解材料按原料來源可将其分為石化基和生物基兩類。石化基包括二元酸二元醇共聚酯系列（聚丁二酸丁二醇酯PBS）、聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇（PBAT）、二氧化碳共聚物（PPC）、聚己内酯（PCL）、聚乙醇酸（PGA）等；生物基包括聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯類聚合物（PHAs）、全澱粉基、纖維素等。

生物基PLA材料于1913年由法國人通過縮聚法合成，經過幾十年的發展，1954 年美國杜邦公司通過兩步法制備了高分子量的PLA，1989年日本鐘紡公司與金島公司合作開發了PLA纖維，推動了PLA材料的應用，2000年中國對PLA展開了工業化、規模化的應用。

PLA纖維材料是一種新型生物基可降解材料，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分且可再生，主要以玉米、木薯等為原料，可采用熔紡、靜電紡絲等多種方式進行加工。PLA 纖維材料因具有良好的生物相容性、易降解可再生等特點，使其在生物醫學、過濾分離、包裝等領域具有較好應用前景。本研究主要探讨生物基PLA纖維的制備、應用及回收策略問題。

1、PLA的制備方法

PLA是一種熱塑性脂肪族聚酯，其單體有右旋-乳酸（PDLA）和左旋-乳酸（PLLA）兩種旋光異構體，均屬于全同立構，可在适當的條件下形成晶體。PLA的合成包括直接縮聚法、開環聚合法、共沸脫水縮合法3種，如圖1所示。

直接縮聚法需要在等摩爾濃度下羟基和羧基脫水縮聚得到低分子聚合物，然後通過偶聯劑或者酯化促進劑得到高分子聚乳酸，其成本低，但需要進行兩步聚合，而且雜質不易去除；共沸脫水縮合法避免了酯化促進劑的使用，溶劑沸點的增加提高了聚合的速率；開環聚合法在催化劑的作用下，可精準控制 PLA 的化學結構，獲得特定産物。

2、聚乳酸纖維制備方法

2.1 熔融紡絲

熔融紡絲法是以聚合物熔體為原料，經噴絲孔擠出，在空氣中快速冷凝而固化成纖。熔融紡絲工藝簡單，紡絲液為成纖高聚物自身的熔融液，不需要進行紡絲溶劑或凝固浴的回收，而且纖維成形過程在氣相中完成，摩擦阻力小，可采用較高的卷絲速度，生産效率高。但是，并非所有成纖高聚物都可用熔融紡絲制備纖維，采用熔融紡絲制備纖維的條件之一：高聚物熔融溫度必須低于其熱分解溫度約30 ℃，否則難以用經典的熔融法進行紡絲。

聚乳酸熔融紡絲的生産工藝與聚對苯二甲酸乙二醇酯的紡絲工藝類似，分高速紡絲一步法、紡絲-拉伸二步法。在熔融紡絲過程中，PLA降解反應熱敏性與熔體高黏度之間存在矛盾，造成PLA熔融紡絲加工溫度範圍極窄，且需要控制母粒中的含水量，防止熔融擠出過程中發生水解碳化。同時，PLA低結晶速率導緻熱變形溫度低，材料質脆、韌性差且成形周期長。為改善PLA熔融紡絲性能，潘曉娣等人在對 4種聚乳酸切片流變性能及其對熔融紡絲性能的影響研究中發現，增大剪切速率即提高紡絲速度對PLA熔體的表觀黏度的影響越小，紡絲工藝越容易控制。

李曉川等人通過熔融紡絲制備聚丙烯/聚乳酸（PP/PLA）纖維并對其性能研究發現，PP 的加入，PLA 的熱穩定性有小幅度下降，但結晶度有所提高，而且 PP/PLA 共混纖維的取向度和力學性能得到改善。

CLARKSON等人以聚乙二醇（PEG）為增容劑在無水無溶劑條件下通過熔融紡絲制備了高剛度纖維素納米纖維/聚乳酸(CNF/PLA)複合纖維，當添加質量分數1.3%的CNF時，經熱拉伸後纖維力學性能提高了600%。

2.2 溶液紡絲

溶液紡絲分溶液幹法和濕法兩種。PLA 纖維紡絲原液的制備常采用二氯甲烷、三氯甲烷或甲苯作溶劑，如YANG S等人研究溶液澆鑄高分子量聚乳酸/碳納米管（PLA/CNT）複合材料在二氯甲烷（CH2Cl2）、三氯甲烷（CHCl3）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和 1,4-二氧六環（DIOX）等溶劑作用下的立構絡合物結晶。研究發現，添加質量分數 0.1%的碳納米管（CNT）可以促進等PLLA/PDLA共混物中立構結晶（SC）的形成。

廣角 X 射線衍射和差示掃描計算結果表明，溶劑提高 PLLA/PDLA/CNT複合材料中 SC 含量的能力由大到小依次為 DMF、DIOX、CHCl3、CH2Cl2。特别是在 DMF 中形成了獨特的SC微晶。這種差異可以用溶解度參數和溶劑蒸汽壓來解釋。研究結果也為調節PLLA/PDLA/CNT共混物的結晶組成提供了可能的解決方案。

溶液紡絲制備PLA纖維研究較少，同熔融紡絲纖維相比，溶液紡絲具有以下優勢：在紡絲過程中聚合物纏結的網絡結構少，使得初生絲有很高的拉伸性能；紡絲溫度低，熱降解比熔紡纖維低；纖維機械性能好，強度較熔紡纖維高，但溶液紡絲存在紡絲速度較慢、紡絲過程溶劑污染及回收問題，因此在工業生産應用中比較受限制。

2.3 靜電紡絲

靜電紡絲是指聚合物溶液或熔體在外加電場作用下的紡絲工藝，所制備纖維可達納米級（5 nm~1000 nm），但紡絲條件易對纖維形貌和性能産生較大影響。殷雪兵等人研究二氯甲烷（DCM）、六氟異丙醇（HFIP）、二甲基甲酰胺（DMF）對 PLLA 溶液成絲能力、紡絲産物微觀結構及過濾性能的影響。

研究發現，DCM/DMF 混合溶劑可有效改善PLLA溶液成絲性和射流穩定性，纖維直徑明顯下降，且纖維之間形成粗細交叉特殊結構，當DCM/DMF體積比為 0.2 時配成的PLLA紡絲液得到的纖維膜綜合性能最佳。

王曉輝等人利用熔體微分靜電紡絲制備PLA纖維，在紡絲溫度260 ℃、氣流流量20 m3/h、氣流溫度100 ℃和紡絲距離5.5cm 時，纖維平均直徑達到最小值，為400 nm。此外，鐘郭程等人以羟基封端D型聚乳酸作為大分子引發劑，引發 L-丙交酯本體開環聚合，制備了不同數均分子量的線性立構二嵌段聚乳酸，并借助靜電紡絲制備亞微米級纖維。

研究結果表明，所形成的立構複合結晶的熔點均超過 215 ℃，熱穩定性得到改善并表現出良好的韌性。靜電紡絲較傳統紡絲技術可實現纖維材料細化，同時，PLA 立構複合結晶的形成有助于提高纖維材料的力學性能。

3、結束語

目前，國内生物基PLA纖維及制品的成形與應用仍處于初級階段。數據顯示，截至2021年底，我國PLA的産能約在45.2萬t，預計2025年将達500萬t。PLA作為一種綠色環保材料，具有替代傳統石油基纖維材料的潛力，分析對比現有生物基PLA纖維成形方式及優缺點，在具有産業化前景的熔融紡絲加工過程中需解決PLA降解反應熱敏性與熔體高黏度之間的矛盾，拓寬 PLA 熔融紡絲的加工溫度範圍等。

同時，借助PLA回收利用技術加快我國PLA纖維原料的穩定供應。在國家“雙碳”戰略等利好政策下，可預見生物基PLA纖維材料及制品會迎來跨越式發展，在生物醫學、過濾與分離、包裝等領域展現出良好的應用前景。

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