聚乳酸的特點及其在醫療衛材行業的應用發展趨勢

陳康振 廣東保樂無紡布有限公司

如何更好地處理垃圾以減少對環境和人類的危害是一個全球都在關注和急待解決的問題。近年來，隨著人們生活水平和健康環保意識的增強，一次性醫療衛生產品的應用加重了垃圾分類處理的壓力。2020年全球暴發的新冠病毒疫情，使口罩及醫療一次性用品的使用急劇增加，這些有可能帶病毒的生活和醫療垃圾的處理更是增加了人們對環保材料的渴望。聚乳酸（PLA）作為一種新型的生物降解材料，在某些領域的應用已經有一定的進展，但因為多方面的原因，在一次性醫療和衛材上的應用卻未能大范圍推廣。本文根據作者的研究和收集的文獻資料，簡要分析聚乳酸的特點及其在醫療和衛生用品行業的應用趨勢。

一 聚乳酸的特點

聚乳酸（H-[OCHCH3CO]n-OH）是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物。聚乳酸也稱為聚丙交酯，屬于聚酯家族。密度:1.20～1.30 kg/L，熔點：155～185℃，特性粘度IV:0.2～8 dL/g，玻璃化轉變溫度:60～65℃，傳熱系數:0.025λ(w/m＊k)。

從紡絲工藝來說，聚乳酸及其共聚物的紡絲可采用溶液紡絲和熔融紡絲工藝，因聚乳酸是熱塑性樹脂，從理論上講，采用熔融紡絲是最理想的纖維成型方式。熔融紡絲工藝技術比較成熟、環境污染小、生產成本低，更有利于自動化、柔性化生產，是聚乳酸纖維的主要成型方法。但是熔融紡絲易造成聚乳酸的水解和熱降解，因此紡絲前必須嚴格控制樹脂的含水量，以保證紡絲的工藝穩定性和纖維最終的質量。

用聚乳酸生產的PLA纖維具有同PET纖維（即聚酯纖維）相似的物理特性，其生產工藝條件也和PET纖維類似，因此其非織造布的生產設備和工藝也和滌綸紡粘非織造布類似。目前，溫州昌隆、東莞美亞、四川聚隆等企業都在生產聚乳酸非織造布，隨著需求的增加產量也在逐年上升。

聚乳酸的優點主要有以下幾方面:

1.聚乳酸是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提取的淀粉原料制成。淀粉原料經由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發酵制成高純度的乳酸，再通過化學合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環境，這對保護環境非常有利，是公認的環境友好材料。

2.機械性能及物理性能良好，適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便，應用十分廣泛。

3.生物相容性良好。

4.傳統生物可降解材料的強度、透明度及對氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。聚乳酸和石化合成塑料的基本物性類似，也就是說，它可以廣泛地用來制造各種產品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當，是其他生物可降解材料無法提供的。聚乳酸具有最良好的抗拉強度及延展度，也可以通過各種普通加工方式生產。聚乳酸薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧化碳性，還具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及衛生的疑慮，然而，聚乳酸是唯一具有優良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。

5.當焚化聚乳酸時，其燃燒熱值與焚化紙類相同，是焚化傳統塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸不會釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態存在的乳酸，這就表示了這種分解性產品具有的安全性。

二 聚乳酸的應用

聚乳酸應用廣泛，可以在擠出、注塑、拉膜、紡絲等多領域應用，具體如下：

1 包裝材料

擠出級樹脂是PLA主要的市場應用，主要用于大型超市里新鮮蔬果包裝，該類包裝已成為歐洲市場鏈中的重要一員；其次用于一些宣揚安全、節能、環保的電子產品包裝上。另外，擠出級樹脂在園藝上的應用也開始獲得重視，在斜坡綠化、沙塵暴治理等領域已有所應用。

2 汽車領域

日本東麗公司結合PLA樹脂改性技術、纖維制造技術和染色加工技術，開發了以高性能PLA纖維為主要成分的車用腳墊和備用輪胎箱蓋。后來又開發了適用于車門、輪圈、車座、天棚材料的其他汽車部件的PLA產品。

3 電子領域

在電子電器領域，聚乳酸也有應用，例如，筆記本電腦部件材料、筆記本電腦機殼材料、手機部件及機殼材料、影碟機殼材料、光盤盤片、LSI包裝帶等。

4 生物醫藥領域

生物醫藥行業是聚乳酸最早開展應用的領域。聚乳酸對人體有高度安全性并可被組織吸收，加之其優良的物理機械性能，還可應用在生物醫藥領域，如一次性輸液工具、免拆型手術縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內固定材料、組織修復材料、人造皮膚、心臟支架等。

5 衛生、醫療用品中聚乳酸的應用

聚乳酸對人體絕對無害的特性使得聚乳酸在一次性餐具、食品包裝材料等一次性用品領城具有獨特的優勢。其能夠完全生物降解也符合世界各國，特別是歐盟、美國及日本對于環保的高要求。

近年來，隨著人們生活水平的提高和防止交叉感染意識的增強，一次性衛生用品的使用也越來越普遍，比如濕巾、紙尿褲（片）、衛生巾、醫院使用的一次性帽子、口罩、隔離衣、手術衣、防護服、鞋套等，這些一次性的產品使用的材料大部分是非織造布，目前以聚丙烯為原料的非織造布為主。

近幾年，世界各國均提倡低碳環保，一些國際大公司已經在一次性產品或這些產品的某些部分使用PLA非織造布。下面以嬰兒紙尿褲為例，分析PLA材料在衛生用品中推廣的可行性。

嬰兒紙尿褲面層材料的發展趨勢是多次滲透、速度快、干爽、柔軟、有棉質感。現在以聚乳酸為主原料的紡粘非織造布，性能已經有很大突破，通過在線親水處理或者打孔后整理等方式，能夠生產較為舒適的面層材料。

底層的發展趨勢是柔軟、具有棉柔感、耐磨、輕薄。就非織造布來說，在柔軟度方面，聚乳酸不如聚丙烯，這與成網時的纖維細度和配方的選擇有關，聚丙烯更容易生產低旦的纖維，柔軟配方也比較靈活，所以柔軟度容易調節；而聚乳酸不然，所以生產的非織造布一般情況下手感硬，需要進行后整理才能改善手感。至于紙尿褲底膜用的薄膜產品，因PLA雙向拉伸膜已經有成功的例子，所以開發紙尿褲用底膜也是可能的。

紙尿褲的防漏隔邊目前一般都采用SMS非織造布，以PLA為原料生產紡粘非織造布工藝已經成熟，但生產熔噴布還很少見。不過，2009年美國Nature Works在國際非織造布技術會議（INTC）上推出兩種PLA樹酯，IngeoTM6252D和6201D，是熔噴成形專用樹酯，其下游合作伙伴美國熔噴纖維設備制造商Biaxfiberfim公司和美國田納西大學非織造材料研究人員對該種切片進行了熔噴評估試驗，證明該類切片適用于低成本的熔噴非織造布生產，可廣泛用于擦拭巾和過濾產品領域。說明用PLA來生產熔噴布也是可能的，不過因為工藝復雜，到目前還不成熟，所以還比較少見。純PLA生產的SMS非織造布市場上還沒有。不過，因為聚乳酸的回潮率比較大，大約在0.56%左右，即使能生產SMS，其阻隔性也不如聚丙酸生產的SMS非織造布。

至于紙尿褲上使用的芯體包裹層、耳貼、前腰貼等材料，也可以使用聚乳酸開發。

醫療用品應用方面，醫院使用的一次性帽子、口罩、隔離衣、手術衣、手術包布、手術鋪單、防護服、鞋套、床單等，現在也有一些廠家嘗試使用聚乳酸非織造布來生產，并逐步推廣，這兩年需求量有上升的趨勢。

三 聚乳酸的改性及發展方向

聚乳酸（PLA）在很多方面還存在一定的局限性，比如其擠出加工難度較大，擠出片材的厚度一般在0.2～1.0mm的范圍。加工過程對水分含量及溫度尤其敏感，擠出加工時，一般要求其水分含量要小于50PPM，這對設備的干燥系統和溫控系統要求高。加工過程中，如果沒有適宜的結晶設備，邊料的回收也是一大難題，這也正是市場上有大量PLA邊角料在流通的原因。

采用聚乳酸原料所加工的一次性餐具存在著不耐溫、耐油等缺陷。這樣就造成其功能作用大打折扣，以及在運輸途中餐具變形、材質變脆，造成大量次品。

另一方面，相對高昂的成本是阻礙PLA廣泛應用的最大原因。

為了克服聚乳酸上述缺點，隨著技術的發展，市場上大多采用聚乳酸改性后的材料。聚乳酸改性有化學方法和物理方法，改性后的聚乳酸在物理性能、耐溫性和加工性能方面都有很大的提升。

利用中藥渣固廢垃圾和聚乳酸經過生物降解并經化學助劑表面處理后，可以形成新的可降解復合材料，這種材料可用擠出、壓出或者紡絲的工藝，生產可降解型材、片材或非織造布等產品，應用于醫療器材、衛生材料或生活材料。用系統效率消化掉局部成本，使各個環節的成本得到控制，這樣制得的聚乳酸復合材料，成本可以比純聚乳酸節省約40%。另一方面，這種工藝，將中藥殘渣等固廢垃圾進行前端垃圾分類，中端回收清運，后端處置，終端產品交易的各環節打通，形成了一個完整的產業鏈閉環，既解決了固廢垃圾的處理問題，又能將聚乳酸的成本降低，進一步促進生物可降解材料在各個行業的使用。

結束語

聚乳酸作為一種生物可降解材料已經被很多人所認識，在很多行業已經有一定的應用，但它的應用和推廣還有很長的路要走。一方面人們的環保意識和社會責任感有待提升到一個新的高度，另一方面，聚乳酸的改性和低成本也要更多的研究和投入。近年來，我們國家一再強調低碳環保，政府部門也加大管控的力度，在國家政策的支持和推動下，聚乳酸的應用會得到進一步的推廣，聚乳酸產品的價值也會顯現。