眾所周知，談及纖維素材（天然纖維、人造纖維、合成纖維）及其原料高分子物質(zhì)的安全性時(shí)，不能單純地停留在對(duì)人直接的安全性上，還要考慮我們居住的地球生態(tài)系統(tǒng)的安全性，也就是對(duì)地球環(huán)境負(fù)荷的抑制和減少。近年來(lái)成為問(wèn)題的地球溫暖化氣體不斷增加，影響了地球環(huán)境，所以不能只從對(duì)人和自然環(huán)境安全性的局部觀點(diǎn)看，還要依時(shí)間、空間從整個(gè)環(huán)球環(huán)境的觀點(diǎn)考慮。
另外，纖維產(chǎn)品在其制造、加工過(guò)程中，使用各種各樣的化學(xué)物質(zhì)（溶劑、凝固劑、油劑、抗菌劑、耐候劑、防火·阻燃劑、防污劑、染料、加工整理劑）和能源，這些化學(xué)物質(zhì)也必須以同樣的觀點(diǎn)考慮，所使用的能源也要從環(huán)境負(fù)荷減少的觀點(diǎn)考慮，要求盡量節(jié)能。
合成纖維聚乳酸纖維及其原料不僅具有對(duì)人和自然環(huán)境的安全性。而且還具有沒(méi)有添加一切有害化學(xué)物質(zhì)的固有抗菌性和防火性、耐氣侯性等。
1、環(huán)境負(fù)荷的評(píng)價(jià)
在與傳統(tǒng)纖維素材對(duì)比中，采用生命周期評(píng)價(jià)（LCA）將聚乳酸纖維的環(huán)境負(fù)荷客觀·定量地進(jìn)行了評(píng)價(jià)。也就是定量地評(píng)價(jià)從聚乳酸的原料采集經(jīng)過(guò)乳酸發(fā)酵、聚合、纖維化（制造·加工過(guò)程）到使用后的廢棄物處理（即從搖籃到墓場(chǎng)）的二氧化碳排放量。
相當(dāng)從聚乳酸的原料采集（對(duì)玉米地的播種、施肥和撒藥、收獲），經(jīng)過(guò)淀粉制取、糖化、乳酸發(fā)酵，到制造出聚乳酸樹(shù)脂（切片）的每1噸樹(shù)脂的二氧化碳排放量，由美國(guó)Nature Works公司發(fā)表。其次，從樹(shù)脂切片采用熔融紡絲進(jìn)行纖維化過(guò)程中的二氧化碳排放量，已有的合成纖維也沒(méi)有正式數(shù)據(jù)，但一般在整個(gè)工藝中所占的比例很低，尤其是聚乳酸特別不要高能量，在素材間沒(méi)有大的差別（相同）。最后，考慮關(guān)于燃燒廢棄時(shí)或再資源化時(shí)的二氧化碳排放量（生物降解中進(jìn)行生物氧化，也轉(zhuǎn)換成二氧化碳），這種場(chǎng)合的排放量可以從化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論上的預(yù)測(cè)。
按照各素材將這些數(shù)值加起來(lái)，采用傳統(tǒng)粘膠法的再生纖維素纖維粘膠絲為14680CO2Kg／t、代表性合成纖維的聚酯纖維為6443 CO2Kg／t，而聚乳酸纖維只不過(guò)3650 CO2Kg／t，其環(huán)境負(fù)荷特性顯著（表1）。纖維素粘膠是植物由來(lái)，為生物降解性纖維，原料本身不含1滴石油，但因?yàn)樵谄淅w維化的制造·加工過(guò)程中使用大量能源（石油），所以釋放出石油系以上的二氧化碳。另外，由于在其制造過(guò)程中還放出二氧化碳以外對(duì)人和環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)，所以近年來(lái)退出的企業(yè)不斷。
表1 乳酸纖維與其他纖維素材的環(huán)境影響和燃燒特性
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素材 |
原料 |
二氧化碳排放量（CO2Kg／t） |
燃燒熱 （Kcal/kg） |
限氧指數(shù) （LOI） |
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原料～樹(shù)脂 |
焚燒時(shí) |
合計(jì) |
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聚丙烯纖維 聚酯纖維 粘膠纖維 聚乳酸纖維 |
石油 石油 植物 植物 |
1891 4143 13030 1820 |
3200 2300 1650 1830 |
5091 6443 14680 3650 |
10500 5500 4500 4500 |
– 21 18 24～29 |
注：粘膠纖維的二氧化碳排放量數(shù)據(jù)是依據(jù)采用相同粘膠法生產(chǎn)的粘膠薄膜玻璃紙的數(shù)據(jù)，粘膠纖維的燃燒熱為木材數(shù)據(jù)。
2、聚乳酸及其構(gòu)成單體乳酸的安全性
2.1乳酸的基本特性和安全性
聚乳酸因?yàn)樵谑褂弥谢蚴褂煤笤谌梭w內(nèi)和自然環(huán)境中降解，最終分解為作為其構(gòu)成單位的乳酸，所以首先必須了解乳酸及其安全性。
人類(lèi)在大約1萬(wàn)年前在從打獵生活向農(nóng)耕牧畜生活變更生活方式的過(guò)程中學(xué)會(huì)了采用發(fā)酵保存食品的技術(shù)，乳酸是從很久以來(lái)就與人類(lèi)共存在的天然有機(jī)化合物。但是，它作為乳酸第1次被發(fā)現(xiàn)是在18世紀(jì)后半期。
瑞典的化學(xué)家希勒（Carl Wilhelm Scheele，1742～1786）在1780年使牛乳發(fā)酵，分析了由此得到的酸，發(fā)現(xiàn)了與醋酸等不同的新有機(jī)酸，命名為乳酸（lactic acid）。其后，到1839年，以碳水化合物為原料第1次用發(fā)酵法合成了乳酸。
乳酸是無(wú)色的粘稠液體，用發(fā)酵法制造的產(chǎn)品大多伴隨有微弱的發(fā)酵臭味。乳酸為強(qiáng)有機(jī)酸，比重為1.22，L－乳酸及D－乳酸的熔點(diǎn)為52.8℃（DL－乳酸的熔點(diǎn)為16.8℃），沸點(diǎn)是125～140℃。乳酸有溫和而清爽的酸味，由于不改變?cè)瓉?lái)的味道而作為各種食品添加劑（酸味料、pH調(diào)整劑、食品保存劑、發(fā)酵助劑、柔軟劑）使用。
但是，流傳有“如果疲勞是乳酸積存”的說(shuō)法。比如，運(yùn)動(dòng)后疲勞認(rèn)為是“乳酸積蓄在血液、肌肉中”，乳酸是運(yùn)動(dòng)的老朽廢物或疲勞物質(zhì)，這因?yàn)樵趧×疫\(yùn)動(dòng)后，肌肉、血液中的乳酸濃度上升，可能在開(kāi)始說(shuō)的。但是，實(shí)際上，為疲勞恢復(fù)的高效率能源應(yīng)考慮乳酸進(jìn)行代謝生產(chǎn)，實(shí)際確認(rèn)：如果30～50分鐘就回到原來(lái)水平。不用說(shuō)，乳酸對(duì)生命活動(dòng)來(lái)說(shuō)是重要能源，與糖和脂肪相比，容易向能量轉(zhuǎn)換，而且因?yàn)樵诨瘜W(xué)上穩(wěn)定，L－乳酸鈉作為輸液和腹膜透析的電解質(zhì)利用。
作為聚乳酸構(gòu)成單體單位的乳酸CH3C*H(OH)COOH，因?yàn)樵谔荚由辖Y(jié)合的原子和分子為4個(gè)并且不同（H、CH3、OH、COOH），這種場(chǎng)合的碳原子叫不齊碳（asymetric carboon），在立體結(jié)構(gòu)上存在2個(gè)不同形式的分子。可是，因?yàn)榘ㄈ嗽趦?nèi)的自然界生物通常合成的是L－乳酸，而有D－乳酸是否具有毒性的擔(dān)心。的確，D－乳酸在L－乳酸通常的代謝經(jīng)路不能進(jìn)行代謝，如果大量攝取，就會(huì)提高血液中的酸性度，而成為酸性血癥的原因。
但是，人們知道，在我們?nèi)梭w內(nèi)通常生成后經(jīng)過(guò)3個(gè)月左右，就生成將D－乳酸變換成L－乳酸酵素乳酸酯·消旋酶（lactate racemase）。而且，D－乳酸能夠以任何形式進(jìn)行中和、排出。這樣就很清楚，由于其后的研究沒(méi)有該疑問(wèn)，現(xiàn)在與L－乳酸同等。
順便，D－乳酸的經(jīng)口急性毒性（LD50），實(shí)驗(yàn)室小鼠為4.875g/kg、一般老鼠為3.73 g/kg，WTO在1973年對(duì)L－乳酸、D－乳酸以及D.L－乳酸都取消了一天的攝取量限制范圍。實(shí)際上，迄今為止，日本70～80年代生產(chǎn)、一直作為食品添加劑使用的乳酸，是采用化學(xué)合成法合成的外消旋變體（等量含有D－乳酸和L－乳酸的混合物）?，F(xiàn)在，作為添加劑使用的發(fā)酵L－乳酸也含有1％～5％的D－乳酸。但是，聯(lián)合國(guó)的FAO／WHO聯(lián)合食品添加劑專門(mén)委員會(huì)因?yàn)槿橛變海óa(chǎn)后不滿半年）不能代謝D－乳酸，提出了“D－乳酸、DL－乳酸不要用于乳幼兒食品”的勸告。
2.2聚乳酸的安全性
聚乳酸是熔點(diǎn)160～180℃、玻璃化溫度約60℃的結(jié)晶性脂肪族聚酯。聚乳酸在各種生物降解性塑料中，成形加工性優(yōu)異，能夠進(jìn)行從纖維、非織造布和薄膜代表的熔融擠壓成形到注射成形、噴射成形和發(fā)泡成形等。而且，薄膜和纖維由于伴隨牽伸、熱處理操作而產(chǎn)生定向結(jié)晶化，一直在尋求機(jī)械性能和熱性能的提高。另外，從成形用薄膜和非織造布以及與紙的壓層品，采用熱定形（真空、壓空成形）和加熱壓縮成形，可以賦予各種各樣的形狀。
聚乳酸是由脂肪族聚酯構(gòu)成的疏水性結(jié)晶性聚合物，只要不在高溫·高濕（50℃以上、相對(duì)濕度85％以上）環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間放置，就幾乎不產(chǎn)生加水分解，是很穩(wěn)定的。另外，因?yàn)槟陀托院湍退?、揮發(fā)性好，適合作為包括油性食品在內(nèi)的一般食品容器使用。而且，分解高分子量聚乳酸的微生物和酵素在自然界極少，即使作為發(fā)酵食品容器也有在一定時(shí)間能夠安全使用的質(zhì)地。
實(shí)際上，來(lái)自作為食品容器、包裝材料使用時(shí)的聚乳酸溶出物，認(rèn)為基本上是乳酸、乳酸低聚物、（乳酸線狀二聚物、三聚物、四聚物等）及丙交酯（乳酸的環(huán)狀二聚物），這些都是作為食品添加劑廣泛使用的食品衛(wèi)生法上的乳酸類(lèi)（通常含20％左右的低聚物）。乳酸低聚物和丙交酯在食品或消化器官內(nèi)迅速受到加水分解而變成乳酸。
聚乳酸因?yàn)槭且栽谏矬w內(nèi)也存在的天然有機(jī)化合物乳酸為構(gòu)成單位，在各種生物降解性塑料或生物塑料中，安全性和食品衛(wèi)生性最好。而且，聚乳酸與淀粉系及其他的生物降解性塑料不同，在材料表面不容易產(chǎn)生微生物和霉菌，根據(jù)用老鼠和蟑螂的試驗(yàn)也都沒(méi)有食害。
其次，關(guān)于將聚乳酸用于食品容器和包裝材料時(shí)的世界現(xiàn)狀和取得 證狀況。在歐洲，1990年頒布的EEC Directive（指令90／128／EEC）為基本內(nèi)容，是如果單體安全，聚合物就好的單體主義立場(chǎng)。根據(jù)已經(jīng)實(shí)施的毒性試驗(yàn)，有即使使用也注冊(cè)好的單體和添加劑的準(zhǔn)許自由進(jìn)口物品名單。乳酸被在其后修訂的96／11／EC中登載在準(zhǔn)許自由進(jìn)口物品名單里。為了應(yīng)對(duì)這些EU指令，歐洲各國(guó)的國(guó)內(nèi)法進(jìn)行了整頓。
在美國(guó)，根據(jù)FFDCA（聯(lián)邦食品醫(yī)藥品化妝品法）申請(qǐng)作為間接食品添加劑的適應(yīng)，在法律上允許的5個(gè)申請(qǐng)種類(lèi)中，除Nature Works公司由GRAS（Generally Recognized As Safe）的安全性自己宣言外，還受作為FCN（Food Contact Nortification）№.178（溫度區(qū)域順序：B～H）的認(rèn)證。順序B是在100 ℃開(kāi)水煮沸30分鐘的開(kāi)水注入溫度領(lǐng)域，顯示出作為茶葉袋等食品過(guò)濾器材料的潛在可能性，引人注目。
在日本，聚乳酸由食品衛(wèi)生法規(guī)定的昭和34年制定的厚生省告示第370號(hào)（昭和57年修訂：該告示第20號(hào)）通過(guò)，沒(méi)有法律上的問(wèn)題。而且，聚乳酸注冊(cè)在作為更嚴(yán)格的行業(yè)團(tuán)體自主標(biāo)準(zhǔn)的聚烯烴等衛(wèi)生協(xié)議會(huì)（JOHSPA）的準(zhǔn)許自由進(jìn)口物品名單中，其后，關(guān)于添加劑等還要進(jìn)行追加申請(qǐng)。
3、環(huán)境低負(fù)荷型高功能性纖維––聚乳酸纖維
一般，化學(xué)纖維為了賦予作為纖維的高功能性，多在其制造過(guò)程中添加各種添加劑（抗菌劑、耐候劑、防火·阻燃劑等）。但是，除了由于添加添加劑帶來(lái)成本增加以外，這些添加劑的安全性也被質(zhì)疑。通常，這些添加劑大多是基本上對(duì)人和自然環(huán)境有害的物質(zhì)，現(xiàn)在只是在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有害性的低濃度范圍使用。但是，即使在臨時(shí)使用時(shí)安全性有保障，在使用后的廢棄物處理時(shí)，也不能否定問(wèn)題表面化的可能性。
理想的，是不添加這些添加劑，最好素材自身能夠具備這些高功能性。實(shí)際上，聚乳酸纖維原料為植物由來(lái)，除了是完全生物降解性的環(huán)境低負(fù)荷素材以外，還不添加任何添加劑發(fā)現(xiàn)了其優(yōu)異的抗菌性和防火性、耐候性?？梢哉f(shuō)，聚乳酸纖維可以看作是具備作為究極智能化功能素養(yǎng)的高性能纖維。
3.1抗菌性（靜菌性）
根據(jù)使用黃色葡萄狀球菌（Staphylococcus aures ATCC6538P）的纖維制品抗菌防臭加工新標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)了聚乳酸纖維（泰拉馬克：尤尼吉卡公司商標(biāo)），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，顯示出遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于合格值（靜菌活性值2.2以上）的靜菌活性值及殺菌活性值。事先進(jìn)行10次洗滌之后、或者混合一半天然棉等其他纖維，抗菌活性也基本上能夠保持。聚乳酸的抗菌作用不僅是上述作為標(biāo)準(zhǔn)菌的葡萄狀球菌，對(duì)大腸菌和綠膿菌等革蘭氏陰性桿菌也已確認(rèn)。
估計(jì)這是起因于在聚乳酸中含有極微量的乳酸或低聚物這些物質(zhì)的靜菌作用。也就是說(shuō)，由于材料中的極微量乳酸在材料表面浸出一部分，將材料表面與人的肌膚同樣保持弱堿性，防止了細(xì)菌和霉菌等微生物的附著和繁殖。一般，生物降解性塑料與通常的塑料相比，細(xì)菌和霉菌等微生物處于容易附生的傾向，而聚乳酸是例外，作為生活·衛(wèi)生材料、食品·醫(yī)療材料或農(nóng)林·園藝材料在安全·衛(wèi)生上是適合的。實(shí)際上，從購(gòu)入浴用聚乳酸纖維（泰拉馬克）毛巾，長(zhǎng)期使用的消費(fèi)者反映，與傳統(tǒng)產(chǎn)品（錦綸纖維）對(duì)比，難以帶香味。
關(guān)于聚乳酸纖維的抗菌性發(fā)現(xiàn)，以原料聚乳酸樹(shù)脂的選定和紡絲條件為主，還有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)來(lái)自紡絲油劑的影響、織造·針織加工油劑的影響、染色·整理劑的影響的情況，需要分別弄清楚。
3.2防火性
用JIS K 7201依據(jù)的燃燒性試驗(yàn)評(píng)價(jià)了聚乳酸纖維或紡粘非織造布的限氧指數(shù)（LOI值），結(jié)果顯示：聚乳酸纖維為23～24（聚酯纖維：20～21），聚乳酸紡粘非織造布更驚人，顯示出接近芳綸纖維的28～30，發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異的防火性能。另外，從ASTM E1354和美國(guó)聯(lián)邦汽車(chē)安全規(guī)格FMVSS 302的燃燒試驗(yàn)（水平法）也表明，聚乳酸纖維一旦著火后的自己滅火性好，燃燒時(shí)的產(chǎn)生氣體量也比聚酯纖維格外少。本特性是聚乳酸纖維及其紡粘非織造布素材具有的固有特性，有害的鹵族系和磷系等防災(zāi)·阻燃劑一切都沒(méi)有添加。
按照上述見(jiàn)解，采用將解聚乳酸纖維（泰拉馬克：尤尼吉卡公司商標(biāo)）的原材料特性和纖維形狀等進(jìn)行最佳化，以聚乳酸纖維為主成功地取得了由日本防災(zāi)協(xié)會(huì)的防火產(chǎn)品認(rèn)定。這次接受防火產(chǎn)品認(rèn)定的，作為枕頭和被褥、布制玩偶等的絮棉用是具有有用自發(fā)性卷曲能的復(fù)合短纖維HP8F，由于發(fā)現(xiàn)螺旋狀的微卷曲而具有優(yōu)異的蓬松性、緩沖性、回彈性、耐疲勞性。本產(chǎn)品因?yàn)榧词乖诨馂?zāi)發(fā)生時(shí)也比聚酯纖維等燃燒難以擴(kuò)展，而且燃燒熱低、產(chǎn)生的氣體量也少，作為寢具和家庭、車(chē)輛用裝飾素材可以期待在火災(zāi)安全方面的應(yīng)用。
3.3耐光·耐候性
聚乳酸纖維是脂肪族聚酯，對(duì)紫外線和高能量放射線不能說(shuō)強(qiáng)。但是，與作為相同聚酯同類(lèi)的聚酯（PET）纖維相比，不僅是耐光性（Fade-Ometer），而且在伴隨降雨的促進(jìn)耐候試驗(yàn)（Sunshine Weather Meter）也發(fā)現(xiàn)顯示出優(yōu)異的耐候性。這些傾向在包括聚乳酸纖維、紡粘非織造布的實(shí)際室外暴露試驗(yàn)中也被確認(rèn)，作為在室外使用的農(nóng)林、園藝、土木、建筑材料具備必要的條件。
另一方面，對(duì)像伽馬線這樣的高能放射線，根據(jù)照射線量的多少而不同，但也有招來(lái)分解的，在用于醫(yī)療用品等滅菌時(shí)需要注意。也就是說(shuō)，照射線量在25kGry 以下，在材料表面引起部分交聯(lián)反應(yīng)，有疏水性化的傾向，機(jī)械強(qiáng)度劣化輕微，可以作為伽馬線滅菌的條件推薦。但也有報(bào)告說(shuō)，如果達(dá)到100kGry 就會(huì)引起分子鏈的斷裂，機(jī)械強(qiáng)度也顯著下降。
