PLA纖維的幾種制備方法

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。PLA纖維的制備方法有以下幾種：

1、熔融紡絲法：

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，生產效率高。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產工藝與聚對苯二甲酸乙二醇酯PET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熔融紡絲加工溫度范圍極窄，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低結晶速率導致熱變形溫度低，材料質脆、韌性差且成形周期長。

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)復合纖維，當添加質量分數1.3%的CNF時，經熱拉伸后纖維力學性能提高了600%。

2、溶液紡絲法：

溶液紡絲分溶液干法和濕法兩種。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）復合材料在二氯甲烷（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。

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，因此在工業生產應用中比較受限制。

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產生較大影響。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、紡絲產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。