问题描述

作为典型的生物可降解材料，聚乳酸纤维凭借其良好的相容性和可降解性在服用、家纺、生物医疗等领域得到应用。然而，较差的耐热性、脆性及单一的功能性限制了其在民用、军用及产业用的进一步发展。本文结合聚乳酸纤维的生产现状，为高品质、功能化聚乳酸纤维的进一步开发应用提出产业技术问题，涉及切片质量、改性剂与母粒、高品质与功能、油剂等四个方面。若问题得到突破，对聚乳酸纤维及其制品的开发应用具有一定的指导意义。

问题背景

聚乳酸，又称为聚丙交酯（Polylactic acid，PLA），是由生物质原料（蔗糖、木薯、秸秆纤维素等）经微生物发酵而成的小分子乳酸聚合而成的高分子材料。聚乳酸不仅在生产过程中具有低能耗、低污染的优势，其良好的生物可降解性和循环性，使得其已经成为极具潜能的环境友好聚合物材料，被公认为未来最具有发展空间的绿色材料。此外，与涤纶、尼龙等纤维制品相比，聚乳酸纤维在保证机械性能的同时，还具有较好的透气性和抑菌性。然而，聚乳酸纤维在使用过程中依然存在耐热性差、易脆、染色性能差等问题；此外，为满足聚乳酸在各个领域的使用要求，对其功能化的研究一直是聚乳酸纤维的研究热点和重要的研究方向。因此，如何生产得到高品质、功能性的绿色环保聚乳酸纤维在促进聚乳酸纤维产业应用、推动绿色双碳经济的循环发展等方面具有十分重要的意义。

最新进展（截止问题发布年度）

目前聚乳酸纤维的改性主要有共混纺丝、共聚改性以及复合改性三种方式。其中，共混纺丝是将改性粒子或功能性母粒与切片充分熔融，而后经过纺丝组件纺丝成型，其在保证不改变聚乳酸优良性能的前提下，能够改善其他性能上的不足，同时降低生产成本，因此共混纺丝在聚乳酸的改性研究领域及产业化生产中得到广泛应用。经过多年的研发试验，上海德福伦新材料科技有限公司先后生产出异形聚乳酸纤维、阻燃聚乳酸纤维、抗菌聚乳酸纤维以及石墨烯改性聚乳酸纤维等多种功能性聚乳酸纤维制品。但产品在实际应用过程中，仍不可避免的面临韧性差，耐热性差等问题。东华大学、天津工业大学等研究发现TPU、PEG均可以作为改善聚乳酸脆性、增强韧性的增塑剂，共混纤维的断裂伸长率得到明显提高。中科院宁波材料所等将具有生物可降解性和良好相容性的另一商品化可降解树脂（聚羟基脂肪酸树脂）与PLA共混纺丝后，研制出新型合金改性聚乳酸纤维，纤维具有不仅具有柔软的手感、足够的耐热性、较好的染色性，还具有接近于真丝和铜氨纤维的光泽和天然抑菌性。目前关于高品质聚乳酸纤维、功能性聚乳酸纤维的研究和生产在高校、科研院所以及企业中均取得可喜的成绩，但兼具高品质功能化的聚乳酸纤维制品的研究仍具有一定的发展空间，尤其在产业化中仍存在一些不可避免的问题。主要表现在以下四个方面：（1）聚乳酸切片的分子量和分子量分布不稳定，切片中小分子含量的高低对干燥、纺丝等工序的影响较大；（2）改性剂与切片的相容性、分散性问题；改性母粒与切片熔点、粘度的差异会影响工艺温度的调控，无法保证制品质量的稳定性；（3）功能性的聚乳酸纤维往往会引起其力学性能的降低，兼具高品质和功能化的聚乳酸纤维制品目前难以实现；（4）合适的油剂对于聚乳酸纤维性能的提升也具有较大影响，目前聚乳酸纤维的纺丝油剂多采用聚酯用油剂，而针对聚乳酸纤维或改性聚乳酸纤维的专门油剂匮乏。

重要意义

发展生物基聚乳酸纤维不仅可以降低塑料制品对石化原料的依赖，解决当前经济社会发展所面临的资源短缺以及环境污染问题，对保障我国化纤行业转型升级与可持续发展具有重要意义；还能够丰富纤维产品种类与产品功能，改善纺织品的供给结构。目前我国聚乳酸纤维产业正进入蓬勃发展时期，预计2022年聚乳酸的市场规模将达到33万吨，而高品质、功能化聚乳酸纤维的开发与应用必然具有很大的空间。本问题取得突破后，可有效填补国内高品质功能性聚乳酸纤维制品及其技术空白并提高我国生物基聚乳酸纤维产业的核心技术竞争力。

双碳目标提出后，循环经济的发展也被赋予了新的使命要求，2021年3月发布的“十四五”规划纲要中提出“全面推行循环经济理念，构建多层次资源高效循环利用体系”；随后国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》也明确指出要“抓住资源利用这个源头，大力发展循环经济，全面提高资源利用效率，充分发挥减少资源消耗和降碳的协同作用”，将循环经济助力降碳行动作为重点实施的“碳达峰十大行动”之一。在绿色清洁原料替代石油基原料的必然趋势下，面对双碳目标下循环经济发展的新挑战，循环经济将成为全球提升经济韧性和绿色竞争力的重要发展模式。2022年预计聚乳酸的产能将超百万吨，聚乳酸纤维制品也即将迎来爆发的研发和技术革新，其可与传统聚酯相媲美的优良性能已被广泛应用于服用、家纺、产业用、医疗等领域。本问题能够得到突破后，聚乳酸可被应用于更多的绿色纤维领域，能够产生上亿元的产业化集群。