目前生物降解材料按原料来源可分为石化基和生物基材料。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/对苯二甲酸丁二醇酯(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)、聚羟基脂肪酸酯聚合物(PHAs)、全淀粉、纤维素等。

生物基PLA是法国人在1913年通过缩聚合成的。经过几十年的发展，美国杜邦公司于1954年用两步法制备了高分子量的PLA。1989年，日本钟芳公司与金岛公司合作开发聚乳酸纤维，促进了聚乳酸材料的应用。2000年，中国启动了PLA的工业化大规模应用。

PLA纤维材料是一种新型生物基可降解材料，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物。原料丰富，可再生，主要以玉米、木薯为原料，可采用熔融纺丝、静电纺丝等多种方式加工。聚乳酸纤维材料因其良好的生物相容性、易降解和可再生性，在生物医学、过滤分离、包装等领域具有良好的应用前景。本研究主要探讨生物基聚乳酸纤维的制备、应用及回收策略。

1。聚乳酸的制备方法

PLA是一种热塑性脂肪族聚酯，其单体有两种旋光异构体，D-乳酸(PDLA)和L-乳酸(PLLA)，均为全同立构，在适当条件下可形成晶体。PLA的合成包括直接缩聚、开环聚合和共沸脱水缩合，如图1所示。

直接缩聚法需要等摩尔浓度的羟基和羧基脱水缩聚得到低分子聚合物，再用偶联剂或酯化促进剂得到高分子聚乳酸，成本低，但需要两步聚合，杂质不易除去；共沸脱水缩合法避免了酯化促进剂的使用，溶剂沸点的提高提高了聚合速率；开环聚合可以精确控制PLA的化学结构，在催化剂的作用下获得特定的产物。

2。聚乳酸纤维的制备方法

2.1熔融纺丝

熔融纺丝法以聚合物熔体为原料，通过喷丝板挤出，在空气体中快速冷凝凝固成纤维。熔融纺丝工艺简单，纺丝溶液是成纤聚合物本身的熔体，因此不需要回收纺丝溶剂或凝固浴。而且成纤过程在气相中完成，摩擦阻力小，可以采用较高的卷绕速度，生产效率高。然而，并不是所有的成纤聚合物都可以通过熔融纺丝来制备纤维。熔融纺丝制备纤维的条件之一是聚合物的熔融温度必须比其热分解温度低30℃左右，否则难以用经典熔融纺丝法纺丝。

聚乳酸熔融纺丝的生产工艺类似于聚对苯二甲酸乙二醇酯，分为一步高速纺丝和两步纺丝-拉伸。在熔融纺丝过程中，PLA降解反应的热敏性和熔体的高粘度之间存在矛盾，导致PLA熔融纺丝的加工温度范围极窄，需要控制母料中的水分含量，防止熔体挤出时水解和碳化。同时，PLA结晶速率低导致热变形温度低，材料易碎，韧性差，成型周期长。为了改善PLA的熔体纺丝性能，潘小迪等发现提高剪切速率，即提高纺丝速度，对PLA熔体的表观粘度影响较小，纺丝过程更容易控制。

李小川等人通过熔融纺丝制备了聚丙烯/聚乳酸(PP/PLA)纤维，并对其性能进行了研究。结果表明，随着PP的加入，PLA的热稳定性略有下降，但结晶度增加，PP/PLA共混纤维的取向和力学性能得到改善。

CLARKSON等在无水无溶剂条件下，以聚乙二醇(PEG)为增容剂，通过熔融纺丝制备了高刚性纤维素纳米纤维/聚乳酸(CNF/PLA)复合纤维。当添加1.3%的CNF时，热拉伸后纤维的力学性能提高了600%。

2.2溶液纺丝

溶液纺丝可分为溶液干法和湿法。在PLA纤维纺丝原液的制备中，通常使用二氯甲烷、氯仿或甲苯作为溶剂。例如，YANG S等人研究了溶液浇铸高分子量聚乳酸/碳纳米管(PLA/CNT)复合材料在二氯甲烷(CH2Cl2)、氯仿(CHCl3)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和1，4-二氧六环(DIOX)存在下的立体复合结晶。研究发现，添加0.1%的碳纳米管(CNT)可以促进异丙橡胶/PDLA共混物中同构晶体(SC)的形成。

广角X射线衍射和差示扫描的计算结果表明，溶剂增加PLLA/PDLA/CNT复合材料中SC含量的能力依次为DMF、DIOX、CHCl3和CH2Cl2。特别是在DMF中，形成了独特的SC微晶。这种差异可以用溶解度参数和溶剂蒸气压来解释。这些结果也为调节PLLA/PDLA/碳纳米管混合物的晶体组成提供了一种可能的解决方案。

溶液纺丝法制备聚乳酸纤维的研究很少。与熔纺纤维相比，溶液纺丝具有以下优点:(1)在纺丝过程中，聚合物缠结的网络结构较少，使得初生纱具有较高的拉伸性能；纺丝温度低，热降解低于熔纺纤维；纤维具有良好的力学性能和比熔纺纤维更高的强度，但溶液纺丝存在纺丝速度慢、溶剂污染和回收等问题，因此在工业生产和应用中受到限制。

2.3静电纺丝

静电纺丝是指聚合物溶液或熔体在外加电场作用下的纺丝过程。所制备的纤维可以达到纳米级(5 nm~1000 nm)，但纺丝条件容易对纤维形态和性能产生较大影响。尹等人研究了二氯甲烷(DCM)、六氟异丙醇(HFIP)和二甲基甲酰胺(DMF)对溶液可纺性、微观结构和过滤性能的影响。

发现DCM/DMF混合溶剂能有效提高PLLA溶液的成丝和喷射稳定性，纤维直径明显减小，纤维间形成粗细交叉的特殊结构。当DCM/DMF的体积比为0.2时，PLLA纺丝原液的综合性能最佳。

王小慧等人通过熔体微分静电纺丝法制备了聚乳酸纤维。当纺丝温度为260℃，气流速度为20 m3/h，气流温度为100℃，纺丝距离为5.5cm时，纤维平均直径达到最小值，为400 nm。此外，钟国成等以端羟基D型聚乳酸为大分子引发剂引发L-丙交酯开环聚合，制备了不同数均分子量的线性二嵌段聚乳酸，并通过静电纺丝制备了亚微米纤维。

结果表明，该立体化合物晶体的熔点超过215℃，热稳定性提高，并表现出良好的韧性。与传统纺丝技术相比，静电纺丝可以实现纤维材料的细化，同时PLA立体化合物晶体的形成有助于提高纤维材料的力学性能。

3。结论

目前，我国生物基PLA纤维及制品的形成和应用还处于初级阶段。数据显示，到2021年底，中国PLA产能约为45.2万t，预计2025年将达到500万t。聚乳酸作为一种绿色环保材料，具有替代传统石油基纤维材料的潜力。通过分析比较现有的生物基PLA纤维成型方法及其优缺点，有必要解决具有工业化前景的熔融纺丝过程中PLA降解反应的热敏性与熔体高粘度之间的矛盾，拓宽PLA熔融纺丝的加工温度范围。

同时，借助PLA回收技术，加速PLA纤维原料在国内的稳定供应。在国家“双碳”战略等政策利好下，可以预见生物基聚乳酸纤维材料及制品将迎来跨越式发展，在生物医药、过滤分离、包装等领域展现出良好的应用前景。

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