
聚乳酸(PLA)纤维以玉米、甘蔗、小麦等生物质资源为原料,通过糖类转化和微生物发酵获得乳酸单体,再经聚合反应形成PLA高分子,并进一步加工成纤维产品。PLA纤维属于完全生物基材料且具备可生物降解特性,与PET纤维等传统聚酯纤维相比,PLA纤维在强度、耐热性和耐水解性方面仍存在差距,这使其更适合“用即弃”或生命周期较短的应用场景。
PLA纤维加工流程可概括为:生物质-糖-乳酸-PLA-纤维,即生物质原料经水解转化为可发酵糖类,在微生物作用下生成乳酸,随后通过缩聚或开环聚合制得PLA切片,并经熔融纺丝或纺粘工艺形成纤维或非织造材料。由于乳酸分子具有手性结构,PLA可分为左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)、外消旋聚乳酸(PDLLA)等类型,其中结晶性和热稳定性较好的PLLA最适合纤维和非织造布加工,已成为当前应用最广泛的PLA纤维原料。
PLA属于热塑性高分子材料,可使用常规的熔融纺丝设备进行纺丝。其加工过程对水分和温度条件较为敏感,为避免材料在高温下发生解聚,通常需在纺丝前对原料进行干燥处理,并在适宜的温度区间内完成熔体挤出和纤维成形。在实际生产过程中,初生纤维经一定倍数的热拉伸取向后,再通过后处理工序获得具有一定力学性能和加工适应性的短纤维产品。根据非织造布成网方式的不同,对PLA短纤维的长度进行相应调整,如干法成网通常选用较长纤维(30~70 mm),而湿法成网非织造布采用较短纤维(2~6 mm),以满足成网均匀性和工艺稳定性的要求。
美国NatureWorks公司作为全球最大的生物聚合物制造商,其Ingeo™ PLA树脂已形成多系列、多牌号布局,可覆盖纤维、非织造布及工程应用需求;日本帝人(Teijin)通过在聚合物体系中引入生物可降解促进剂,开发出具有更高效降解性能的PLA树脂BIOFRONT™(图1),其可以与常规PLA聚合物一样应用于纤维材料;日本尤尼吉可(Unitika)推出的Terramac™系列,则在PLA弹性纤维方向取得进展。

图1 BIOFRONT™树脂颗粒
国内PLA纤维的产业化建设方面,马鞍山同杰良生物材料有限公司建成年产万吨级的PLA生产线和千吨级纺丝生产线,已经开发出注塑级、片材级、薄膜级和纤维级PLA切片,并生产出PLA短纤维和卫生材料制品。易生新材料(苏州)有限公司在PLA纤维研发方面有其特色和优势,目前拥有一条1万t/a熔体直纺PLA纤维生产线;三条功能性PLA纤维生产线,产能5000 t/a,可生产PLA三维卷曲纤维、双组分复合纤维、异形截面纤维、PLA长丝和原液着色PLA纤维等差别化产品;此外还拥有1000 t/a PLA热风热轧非织造布生产线。2024年,安徽华茂纺织股份有限公司(以下简称“华茂股份”)积极推进PLA纤维项目建设,总投资约6亿元,规划新建10万t/a PLA纤维项目。目前,华茂股份已具备批量生产1.0~1.5 D PLA纤维的能力,从测试结果来看,试生产的产品指标优于市场上同类产品指标,为下一步扩大生产创造了条件。
