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聚乳酸在纺织领域的应用你了解多少?

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聚乳酸纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料,经发酵生成乳酸后,再经缩聚和熔融纺丝制成。聚乳酸纤维是一种原料可种植、易种植,废弃物在自然界中可自然降解的合成纤维。

它在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水,燃烧时,不会散发毒气,不会造成污染,是一种可持续发展的生态纤维。其织物面料手感、悬垂性好,抗紫外线,具有较低的可燃性和优良的加工性能,适用于各种时装、休闲装、体育用品和卫生用品等,具有广阔的应用前景。

聚乳酸纤维的品种和用途

纤维级聚乳酸——切片纺

丙交酯——融直纺

聚乳酸长纤:FDY、DTY(POY)

聚乳酸短纤:纺纱用、非织造用、填充用

医用领域:缝合线等

长纤

FDY:与涤纶FDY相似的应用领域,但是受不耐高温不耐强碱的影响,在印染后整理加工方面与现有成熟技术并不配套,最早出来,但目前量不大。

DTY:具有前景的产品,应用领域宽,针织、梭织、筒染色织,手感蓬松,配合现在的低温型弹性纤维,在内衣、床品、运动/休闲服装领域前景广泛。

短纤

纺纱用:纯纺或混纺,与棉、麻、丝、毛、粘胶、莱赛尔等各种其他纤维进行混纺,可生产出不同风格的面料。  

非织造用:如水刺无纺布、热风/热轧无纺布、纺粘、融喷无纺布等,主要用在包装袋、卫材等一次性消费品,特别是卫材(如尿片、尿不湿、卫生巾等),聚乳酸有其独特的优势(亲肤性佳、不刺激、皮肤。)

填充物/絮料用:是一种性能良好的填充料,可用作被子、棉袄、玩具的填充物。

鉴别方法

采用燃烧试验法、显微镜法、熔点试验法、红外吸收光谱法、化学溶解试验法对聚乳酸纤维进行物理、化学性能的研究。 

显微镜法观察试验

对聚乳酸纤维进行显微镜观察,其横截面为近似圆形,纵截面纤维光滑、有明显斑点。 

聚乳酸纤维进行显微镜观察

燃烧试验

纤维靠近火焰时纤维熔缩;接触火焰时纤维熔融、燃烧;离开火焰时纤维熔融燃烧、熔体下落;纤维燃烧时有淡淡的特殊甜味;残留物为浅灰色胶状物。根据燃烧试验方法,聚乳酸纤维同合成纤维特征较为相似,无特殊的表征现象。但聚乳酸纤维离开火焰燃烧时有独特的透明蓝色火焰,其残渣为极少量淡黄色胶状物,有别于涤纶纤维。但是这个表征现象并不十分明显,不能单用此方法确认是否为聚乳酸纤维。 

熔点试验

聚乳酸纤维在150℃左右进行初熔,至165℃~170℃完全熔融。

在熔点法中,聚乳酸纤维的熔点在165℃~170℃之间,涤纶纤维的熔点一般在252℃左右,锦纶6纤维在220℃左右,锦纶66在260℃左右,丙纶纤维在180℃,乙纶纤维在160℃左右,虽然能将其与涤纶、锦纶区分开,但容易和乙纶混淆,加上许多低熔点涤纶的研发,使单纯应用熔点法不易进行定性鉴别。

红外光谱

对聚乳酸进行红外吸收光谱分析试验,其红外吸收光谱图见下图。

由红外吸收光谱图可见在1747cm-1左右有双键伸缩振动强的吸收峰,C-O的伸缩振动在1076cm-1左右,1179cm-1左右有二个最强的吸收峰,表明该纤维具有酯类特征的吸收峰,属聚酯家族。但C=O伸缩振动频率位置相应与苯环共轭的聚酯类要高,强度要弱。

在红外吸收光谱试验中,聚乳酸纤维和聚酯纤维的光谱吸收图有很大的相似之处,但可以通过聚乳酸的特征峰:1076cm-1、1179cm-1、1747cm-1,表明该纤维具有酯类特征的吸收峰,属聚酯家族。根据C=O基与苯环共轭,C=O基的伸缩振动频率比上述位置高低,强度的强与弱,区分聚乳酸纤维和涤纶纤维。

化学溶解

对聚乳酸纤维进行化学溶解试验,观察聚乳酸纤维在一定温度、溶解时间条件下,在一定的酸、碱、盐及有机溶剂中的溶解状态。

在溶解试验法中,聚乳酸纤维能溶解于常温下的二氯甲烷和煮沸的二甲基甲酰胺中,可以将之与涤纶有所区别,这是鉴别聚乳酸纤维和涤纶纤维及丙纶、乙纶纤维的关键点所在。聚乳酸纤维与涤纶纤维的化学溶解性部分相同,但聚乳酸纤维属线性脂肪族类聚酯纤维,而涤纶属芳香族类聚酯纤维,这 2 种纤维在分子结构上的差异导致化学溶解性有明显的差异。

聚乳酸服装用面料

充分利用聚乳酸纤维的优势,如与聚酯/涤纶相近的物理性能、可以定型,强力好、尺寸稳定性好、不刺激皮肤、易洗易干,也可以通过在纺丝时改变工艺及添加其它材料,让聚乳酸纤维具有功能性,如吸湿排汗、防紫外线等,从而开发出独具优势的服装用面料。

运动、休闲服装——DTY低弹丝针织面料(POLO衫、T恤衫等);

内衣——交织、混纺,改变聚酯纤维不用在内衣里的传统,让内衣有更好的保形性、更安全;      

童装——无过敏、亲肤、难燃,是现代童装的要素之一。

其他…….

聚乳酸在家纺领域的应用

被子、枕头等的填充物:以中空聚乳酸短纤为代表,可以是纯PLA,也可以与其他纤维混合,代替现有的聚酯相关填充物。(下图为PLA/木棉的絮片)

床上用品面料(交织、混纺等):可充分发挥其亲肤性好、不刺激皮肤、不致过敏的优点,克服涤/棉面料的不足,比全棉面料有更好的尺寸稳定性,易洗易干易打理。

聚乳酸无纺布

水刺无纺布:各种一次性消费品以及基布,代替现有的涤纶水刺无纺布应用。

热风/热轧、纺粘、融喷无纺布:主要用在卫材方面,如尿片、尿不湿、卫生巾、包装袋、购物袋等。

聚乳酸无纺布表面光滑,不吸湿,拥有更好的导流性、干爽性、生物相容性和不致敏性,比较适合易过敏人群。

聚乳酸纤维的应用前景

可部分代替涤纶纤维

两种纤维的物理性能相近,如强力好、不吸水、尺寸稳定性好等,涤纶纤维不宜应用的产品,聚乳酸纤维可以应用,如内衣领域(亲肤性好、天然弱酸性、不刺激皮肤)、运动休闲、床品等。

在一次性消耗品(可降解,对环境友好)上潜力巨大。

随着技术的进步和产能的增加,价格逐渐回落,性价比将进一步提升。作为目前大量使用的涤纶/聚酯产品的代用品,前景广阔。

聚乳酸纤维的染色后整理要/难点

要点

针织/梭织、交织/混纺类面料的染色前处理、染色、后整理,要遵循低温、低碱、短流程的原则,聚乳酸纤维染色温度低、定型温度低、不使用强碱,因此符合节能减排的趋势。

从染整环节也可以看出:聚乳酸环保的概念不仅仅是指材料本身,在后续加工生产过程中也比涤纶有明显优势。

纤维本身白度好,不用加荧光增白剂就能获得满意的白度。

难点

目前印花类产品还有难度,需进一步研究。

特别要注意的是:PLA的染色性能虽然与涤纶相近,但与染厂目前用惯的涤纶染色工艺是不同的、聚乳酸容易高温下水解、高温定型时报废,专用聚乳酸染料还不成熟,导致染色风险加大。可优先考虑色织色纺类产品、中浅色产品。染整行业的参与也很重要。

最新开发的聚乳酸产品一览

聚乳酸DTY/低弹丝,筒染丝;

聚乳酸与真丝交织的面料及领带;

聚乳酸/木棉超轻、保暖絮片(天然驱螨、抑菌);

聚乳酸无纺布尿片、尿不湿、卫生巾;

聚乳酸混纺衬衫、聚乳酸购物袋;

聚乳酸/天竹混纺衬衫、聚乳酸购物袋

聚乳酸DTY针织运动面料、弹力面料。

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