據日本《纖維和工業(yè)》最近報道,，生物質聚合物不是石油等化石資源，而是采用以植物等可再生資源為出發(fā)物資的生物工藝制得的聚合物材料,，從成為地球溫暖化原因的大氣中二氧化碳的減少、依賴石油的社會擺脫觀點考慮，是引人注目的材料,。近年來,，采取天然高分子的化學轉換、由從可再生資源的單體化學合成制得的生物質聚合物和以從可再生資源制造的有機化合物為碳源開發(fā)微生物產生的生物質聚合物,。在這些生物質聚酯當中,，聚乳酸和微生物產生聚酯，因為是熱可塑性高分子,，一直作為最容易的材料期待實用化,。下面介紹聚乳酸和微生物產生聚酯的纖維化、薄膜化的現狀,。
1,、 耐熱性聚乳酸纖維
聚乳酸是以淀粉為主的生物量為出發(fā)物質、采用由發(fā)酵和化學合成的化學生物工藝合成的脂肪族聚酯,。它是來自可再生資源的素材,，加水分解速度較低，引人注目,，期待作為纖維和薄膜或注射成形品的利用,。
聚乳酸因為是玻璃化溫度在室溫以上的熱可塑性聚酯，采用與PET纖維同樣的熔融紡絲法可以得到力學性質優(yōu)良的纖維,。但與PET和PA相比,，因為熔點低，作為服裝纖維使用受到影響,。作為根本解決這一問題的方法,，期待對聚L－乳酸（PLLA）和作為鏡像異性體的聚D－乳酸（PDLA）的等量混合物發(fā)現的立體復合物（SC）的利用。
PLLA,、PDLA單獨結晶的熔點約180℃,，眾所周知，SC約235℃,，耐熱性提高很大,。可是,，采用熔融混合法混合高分子量的PLLA和PDLA時,，不僅是SC，而在于發(fā)現PLLA或PDLA單獨結晶的趨勢,。由這種混合得到的纖維也混存兩者的結晶,，為了使SC發(fā)現，采用高溫度進行熱處理,，力學性質顯著降低,。
京都工藝纖維大學纖維科學中心李在昌博士、山根秀樹教授將等量的PLLA和PDLA以PLLA、PDLA單獨結晶的熔點和立體復合物的熔點之間的溫度進行混合,，進而在SC的熔點以上進行熔融紡絲,，成功地得到了只具有SC結晶結構的優(yōu)良力學性質的耐熱性纖維。熔融紡絲的混合纖維為非晶性,，在低倍率牽伸后也保持非晶性,，但在高牽伸倍率，與PLLA,、PDLA的結晶同樣的角度顯示出寬的WAXD結晶性反射,。表示這種結晶性反射的纖維，即使在張力下進行140－180℃的熱處理,，也不溶解，而迅速顯示出高定向SC的WAXD圖像,。另外,，與采用單獨熔融混合調制的混合物得到的纖維不同，由于用高溫度熱處理,，強度,、彈性模量進一步增大。
2,、 微生物產生聚酯的熔融紡絲
聚（［R］－3－羥基丁酸酯）[P（3HB）]及其共聚物是由自然環(huán)境中的微生物從糖和植物油生物合成的熱可塑性脂肪族聚酯,。因為是由生物進行的生物合成，是天然高分子的一種,，而給于微生物的碳源能夠從可再生資源得到,，而被看作是生物質聚合物之一。
P（3HB）均質化聚合物的熔點約180℃,，與聚乳酸大體上同等,，在脂肪族聚酯中具有比較高的熔點。但是,，因為（P（3HB）的玻璃化溫度在室溫以下,，結晶化速度也極低，所以在從熔融狀態(tài)到室溫的進行冷卻時,，幾乎不能結晶化就變?yōu)榉蔷б后w,。在這種狀態(tài)，如果進行結晶化,，就變成由粗大球晶集合體構成的硬而脆的纖維,，促進分子定向的牽伸工藝等的塑性變形非常困難。進而,，在成形后引起二次結晶化,，纖維物性也逐漸變化。
關于P（3HB）熔融紡絲的報告，1999年由Gordeyev等的報告指出,，采取熔融紡絲和熱處理成功地制造出了纖維,。Schemack等的報告指出，用2000－3500m/min牽伸,、熱處理所紡絲的纖維,，得到了拉伸強度330MPa、拉伸彈性模量7.7GPa的纖維,。李在昌博士,、山根秀樹教采取將較低純度的P（3HB）熔融紡絲，施行牽伸,、熱處理,，得到了拉伸強度310MPa、拉伸彈性模量7.8GPa的纖維,。另外,，采取高速牽伸急冷高純度的P（3HB）紡絲線得到的非晶纖維，進而施行第2階段的牽伸,、熱處理,，得到了拉伸強度425MPa、拉伸彈性模量5.3GPa的纖維,。Iwata等使用由遺傳基因組換菌合成的超高分子量P（3HB）,，由從非結晶開始的2段牽伸、熱處理,，成功地制造出了具有拉伸強度1.3GPa,、拉伸彈性模量18.1GPa、破壞牽伸為35％的這種驚異力學性質的纖維,。而且,，又以低溫使從具有由野生株制得的中等程度分子量的P（3HB）得到的非晶纖維結晶化，進一步牽伸,、熱處理得到了具有高強度,、高彈性模量的纖維。
另一方面,，采取共聚成分的導入嘗試了改善P（3HB）硬而脆的性質,。石川縣工業(yè)試驗場、東京工業(yè)大學,、阿克隆大學聯(lián)合小組進行了添加可塑劑和結晶核劑的3－羥基丁酸和3－羥基戊酸的共聚物P（3HB－co－3HV）的熔融紡絲,，由紡絲線的加熱和牽伸、熱處理,，得到了具有良好力學性能的纖維,。另外,，Tanaka等采取將以低溫使其結晶化的纖維在Tg直上牽伸，以60℃進行熱處理,，得到了高強度纖維,。李在昌博士、山根秀樹教進一步對由含有長側鏈成分共聚物熱履歷引起的結晶化狀態(tài)變化進行了研究,。3－羥基丁酸和3－羥基己酸的共聚物P（3HB－co－3HH）的熔點,，因為由3HH成分引起的結晶化障礙，隨著3HH組成增加而降低,，但發(fā)現如果將P（3HB－co－3HH）從作為P（3HB）均質聚合物熔點的180℃以下的溫度進行冷卻,，就顯著促進結晶化。從P（3HB－co－3HH）的結晶化峰值溫度和熔融溫度的關系可以看出,，如果從P（3HB）均質聚合物溶解峰值以下的溫度冷卻,，P（3HB－co－3HH）的結晶化溫度就與熔融溫度的下降一起上升。以此結果為基礎,，用比較低的溫度進行P（3HB－co－3HH）的熔融紡絲和牽伸,，成功地制成了具有良好力學性質的細復絲。
3,、 微生物產生聚酯的高性能薄膜化
以微生物產生聚酯纖維化同樣的方法適用于薄膜成形較困難，極脆的薄膜牽伸困難,。李在昌博士,、山根秀樹教授報告指出，對由加熱壓縮成形和熱處理得到的球晶集合體組成的P（3HB－co－3HH）薄膜施加滾子延伸,，薄膜就變得柔軟,，一軸及二軸延伸都可能。滾子延伸約2倍的薄膜能夠10倍以上的一軸延伸,，隨著一軸延伸倍率的增加,，強度、彈性模量也增大,。一軸延伸薄膜的定向狀態(tài)不是單純的一軸定向性,，而是在一軸延伸方向上存在c－軸定向的結晶和分布在c－軸薄膜平面法線周圍的2種結晶。另外,，發(fā)現高延伸薄膜在結晶層間的分子伸長具有之字狀結構的ß晶,。另一方面，滾子延伸后的二軸延伸薄膜,，隨著二軸延伸倍率增加,，強度也增大，但拉伸彈性模量降低,，其力學性質在二軸延伸低倍率時滾子延伸的影響殘存較強,，MD（滾子延伸方向）和TD力學性質不同,，隨著延伸倍率的增加，拉伸方向的異方性逐漸消失,。
4,、 結語
生物質聚合物期待著對一般用途的利用，前面敘述了聚乳酸和微生物產生聚酯的纖維化,、薄膜化現狀,。一般，只用市售的聚L－乳酸不能達到的高耐熱性采用聚L－乳酸和聚D－乳酸的混合就能夠達到,。采用這里敘述的混合法也可以得到加熱成形耐熱性聚乳酸薄膜,。而且，一直成形非常困難的微生物產生聚酯也詳細地研究了材料本來的物理性質,，利用它就能夠成形具有良好力學性質的纖維和薄膜,。
今后，聚乳酸和微生物產生聚酯經過進一步的研究開發(fā),，不僅作為環(huán)境應對材料,，而且也期待確立作為高性能材料的地位。（生物谷Bioon.com）
