纖維的生物降解性是重要的生態(tài)指標(biāo),常用合成纖維的原料是石油,不僅不利于生態(tài)平衡,而且生物降解性差。PLA纖維的原料是淀粉。日本鐘紡公司利用美國CDP公司生產(chǎn)的聚乳酸樹脂,于1994年開發(fā)出商品名為Lactron的纖維,1998年又開發(fā)出此纖維的系列產(chǎn)品。它是由玉米淀粉發(fā)酵制得的乳酸經(jīng)過聚合,得到聚乳酸后,再經(jīng)熔融紡絲生產(chǎn)的聚乳酸纖維,也有人稱為玉米纖維。由于它原料為淀粉,纖維又可生化降解,最終分解物是二氧化碳和水,在光合作用下又可生成淀粉,所以它不會影響地球的生態(tài)平衡,是一名符其實(shí)的環(huán)保纖維。
這種纖維的制造關(guān)鍵技術(shù)是由玉米制取葡萄糖和乳酸。聚乳酸制取途徑有兩種,即高溫、高真空的溶劑法,除去水分靠溶劑,主要生產(chǎn)中低分子量的聚乳酸.另一途徑是在較混和條件下采用非溶劑方法去除水分,先制取中間產(chǎn)物環(huán)狀的丙內(nèi)酯(二聚物),真空蒸餾提純后,在開環(huán)聚合成聚乳酸,此法可生產(chǎn)分子量范圍比較寬的聚乳酸。
乳酸的一個重要特征是他存在兩種族光異構(gòu)形態(tài),發(fā)酵法提取的乳酸含有99.5%的L型異構(gòu)體,即左旋異構(gòu)體,其它方法可制得D型即右旋異構(gòu)體。因此環(huán)狀丙內(nèi)酯有三種潛在的旋光異構(gòu)狀態(tài),開環(huán)聚合得到的是一個聚合物“族”,它含有不同比例的旋光異構(gòu)體,所制得的聚合物性能有所不同,如果L型的聚合物比例較高,則可用來制取透明晶體,如果D型聚合物比例比較高(>15%),則可制取非晶體,不同比例的同分異構(gòu)體比例的聚合物的其它性能也不同,例如軟化點(diǎn),非晶體型的為60℃左右,晶型的則高達(dá)175C,紡制纖維的聚乳酸主要由L一乳酸制得,用結(jié)晶型的,軟化點(diǎn)較高,約為175℃。其纖維視原料不同,烙點(diǎn)為130~175℃,玻璃化溫度較低,約為57C,所以它對溫度比較敏感。 聚乳酸纖維分子鏈中沒有強(qiáng)極性基,存在較多的酯基,碳鏈上還存在等距排列的甲基,所以這種纖維當(dāng)主要有L型乳酸聚合成時,容易結(jié)晶(分子鏈規(guī)
(1) PLA樹脂組成,包括L型和D型比例和立體結(jié)構(gòu)等; (2)紡絲條件,它影響纖維的結(jié)晶度,取向度、其結(jié)晶速度比PET要慢,但結(jié)晶度較高; (3)染料結(jié)構(gòu)和性能; (4)染色條件,包括染料濃度、浴比PH值、助劑性質(zhì)和濃度以及染后洗滌條件等。
雖然這類纖維適合用分散染料染色,但由于纖維組成和結(jié)構(gòu)不同于PET纖維,染色能差別很大,總體上看,它染色溫度低,難染深,牢度較差,對婦和溫度更敏感。
一般來說,由于PLA纖維分子鏈中不存在苯環(huán)等芳基,只存在較多酯基,而結(jié)晶度又較高,所以只是那些分子較簡單,特別是呈線形,分子存在較多酯基,羥基、鹵素原子和氨基等極性基團(tuán)的染料有較高的親和力,這些染料較易擴(kuò)散進(jìn)纖維內(nèi),并通過偶極力或氫鍵與纖維分子結(jié)合。一些分子雖然較簡單,但缺少上述基團(tuán)的染料,或者分子體積較大的染料結(jié)合能力較差,或者不易進(jìn)人纖維,因此親和力比PET纖維低,平衡吸附量也就低。不少染料的飽和吸附量只有在PET纖維時1/6左右(100℃染色),這就導(dǎo)致染色提升性和染色效率低。
染料提升位差的原因不是染料擴(kuò)散速度低,相反,由于PLA纖維的Tg很低,染料在100℃就有較高的擴(kuò)欲速度,比在 PET纖維中快得多,例如 C.1.分散紅 60在100℃時的擴(kuò)散系數(shù),PLA是 1.34 X 1000cm/min,而PET只有2。92X1000cm/min,相差幾個數(shù)量級。