CN104818543B - 一种性能优异的改性聚乳酸纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种性能优异的改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：将原料：PDLLA聚乳酸；PLLA聚乳酸；羟丙基淀粉；二醋酸纤维素；纳米电气石粉；纳米滑石粉；壳聚糖粉；纳米蒙脱土粉末,加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物；将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；将改性聚乳酸功能母粒切片和真空干燥普通聚乳酸切片投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维。
Description
技术领域
本发明涉及一种性能优异的改性聚乳酸纤维，属于高分子材料改性领域。
背景技术
聚乳酸纤维(PLA)的生产原料乳酸是从玉米淀粉中制得，也称为玉米纤维，是一种可天然降解且不会造成“白色污染”的生态友好材料。聚乳酸(polylactic acid,PLA)是在一定温度、一定压力下，通过催化剂作用，由丙交酯开环聚合制备的。
随着国内外开发聚乳酸纤维的机构和企业的不断增多，聚乳酸纤维在纺织行业中的应用将越来越广泛。以聚乳酸为原料得到的制品，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，及很好的生物降解性、吸水性、抑菌性、阻燃性等性能，但在湿、热环境下容易收缩、黏结，影响聚乳酸纤维的加工及应用。
聚乳酸纤维充分体现了天然纤维和合成纤维的优点，同时克服了天然纤维和合成纤维的一些缺点，如它具有天然纤维的降解性、吸湿透气性和舒适性，又克服了天然纤维强度低、服装面料易起皱等缺点；它具有天生的阻燃性及不滋生细菌等许多优异的特性。由于聚乳酸纤维具有的这些优异的的综合性能，在纺织行业具有巨大的应用前景，近年来聚乳酸纤维的开发非常吸引业界人士的关注，被广泛应用于家纺、服装、无纺布、过滤材料、卫生用品、汽车内饰材料和家具包覆材料等方面。
现有技术已公开了多种改性聚乳酸纤维的方法，如中国专利申请201210096514.2公开了一种抗水解改性聚乳酸纤维的制备方法，包括：按重量份数将聚乳酸70～98.9份，低分子量聚酯1～30份，多功能聚碳化二亚胺0.1～5.0份混合，混合均匀后进行熔融共混造粒得母粒，将所得到的母粒经真空干燥后通过熔融纺丝、卷绕得到卷绕丝，最后进行牵伸，即得改性后的聚乳酸纤维。该发明的改性聚乳酸纤维具有优异的手感和柔软性，并能够实现低温染色，高温染色的上染率更高，由于抗水解性能好，可避免高温处理时力学性能变差的问题。但是由于交联型聚碳化二亚胺的加入，在纺丝工程中会产生少量刺激性气体对人体造成一定的伤害。此外，如中国专利申请201310166891.3公开了一种改性聚乳酸纤维及其制备方法，该改性聚乳酸纤维由以下组分共混制成：聚乳酸；纤维素衍生物；二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物；润滑剂；无机纳米颗粒；成核剂；抗氧剂；制备方法是按质量组分比将部分聚乳酸切片和其它全部原料加入到高速混合机中，高速分散后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出，得改性聚乳酸母粒切片；将上述改性聚乳酸母粒切片和余下质量份的聚乳酸切片在高速混合机中干混后，经熔融纺丝机熔融纺丝，再拉伸，即得改性聚乳酸纤维；制得的改性聚乳酸纤维成本低可以完全生物降解，对环境友好；纺丝性能良好，丝束质量稳定，并且聚乳酸纤维具有优异的柔韧性、耐摩擦、染色性和舒适性。但是上述技术都没有解决聚乳酸纤维吸湿性差的确定，耐热性也有待提高。
发明内容
本发明针对现有技术中的聚乳酸纤维存在吸湿性差，易水解而造成纺丝困难，耐磨性差，热稳定性差等缺陷，目的在于提供一种吸湿性好、热稳定性提高，手感柔软舒适、纺丝性能好、耐摩擦、易染色的可完全生物降解的改性聚乳酸纤维。
乳酸中含有一个不对称碳原子，具有旋光性，聚乳酸的两种光学异构体分别是L-乳酸和D-乳酸，因此丙交酯有L-丙交酯、D-丙交酯、D,L-丙交酯和Meso-丙交酯等四种光学异构体。由丙交酯的不同构型可形成三种结构的聚乳酸，分别是PLLA、PLDA、PDLLA。本发明创新地将不同光学结构的PLA按照一定比例混合，发现在一定组分和比例下，有意想不到的效果。
PLA纤维的回潮率比棉纤维低但比PET纤维高，这是因为纤维的吸湿性能与纤维亲水基团的多少密切相关，大分子中所含大亲水基团越多，纤维的吸湿性越好。棉纤维是天然纤维素纤维，大分子中的每一葡萄糖剩基中含有3个羟基，亲水基团数远远超过了PLA纤维和PET纤维，而PLA纤维和PET纤维中具有较多的酯基和甲基，没有亲水性的极性基团和反应性基团。PLA纤维和PET纤维仅在端基中才有吸湿基团，而且PLA纤维的端基中的亲水基团在整个大分子中所占比例比PET纤维多些，所以PLA纤维的吸湿性比PET纤维好而比棉纤维差。因此，引入亲水纤维可以改进PLA纤维的吸湿性。因此，对共混配方组分的研究，主要在于对加入的纤维素，其他组分，以及组分之间相容性之间进行考虑。
聚乳酸纤维可以加工成圆型截面的单丝或复丝及三叶形截面纤维，也可加工成卷曲和非卷曲的短纤维及双组份的膨化变形长丝。异形截面的纤维可以增强纤维的吸湿导湿性。纤维表面具有凹槽或断面异形化，不仅增加了表面积，使纤维表面吸湿能力增加，而且也使纤维间毛细空隙保持的水分增加，因此异形纤维和表面凹凸化的纤维其吸湿性高于同组分的圆形截面、表面光滑的纤维。本发明对喷丝孔的形状也进行了研究，发现改性后的聚乳酸母粒在熔融纺丝采用异形喷丝孔能改善改性PLA纤维的吸湿导湿性，尤其是五角形异形喷丝板纺制五角形异形PLA纤维效果尤其好。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：
(1)将原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：PDLLA聚乳酸；PLLA聚乳酸；羟丙基淀粉；二醋酸纤维素；纳米电气石粉；纳米滑石粉；壳聚糖粉；纳米蒙脱土粉末；
(2)将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；
(3)将改性聚乳酸功能母粒切片和真空干燥普通聚乳酸切片投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维。
所述步骤(1)优选为：
按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸65～75份；
PLLA聚乳酸15～20份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素12～13份；
纳米电气石粉1～1.5份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
更进一步地，优选为：
按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸65份；
PLLA聚乳酸18.5份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素13份；
纳米电气石粉1.5份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
所述步骤(3)优选为：
将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为190～220℃，卷绕速度为1800～2200m/min；牵伸温度为70～90℃，牵伸倍数为3.5倍。
更进一步地，优选为：
将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为220℃，卷绕速度为1900m/min；牵伸温度为85℃，牵伸倍数为3.5倍。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明制得的改性聚乳酸纤维耐热性好，易于加工。
(2)本发明制得的改性聚乳酸纤维具有柔软的手感，优秀的机械性能，并且吸湿性和上染率大幅提高，穿着舒适并且易于染色。
(3)本发明制得的改性聚乳酸纤维耐水解，又能完全被生物水解。
具体实施方式
实施例1：
一种改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：
(1)按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸70份；
PLLA聚乳酸15份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素12份；
纳米电气石粉1份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
(2)将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；
(3)将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为190℃，卷绕速度为1800m/min；牵伸温度为70℃，牵伸倍数为3.5倍。
实施例2：
一种改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：
(1)按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸65份；
PLLA聚乳酸20份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素12份；
纳米电气石粉1份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
(2)将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；
(3)将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为220℃，卷绕速度为2200m/min；牵伸温度为90℃，牵伸倍数为3.5倍。
实施例3：
一种改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：
(1)按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸75份；
PLLA聚乳酸10份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素12份；
纳米电气石粉1份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
(2)将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；
(3)将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为200℃，卷绕速度为2000m/min；牵伸温度为80℃，牵伸倍数为3.5倍。
实施例4：
一种改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：
(1)按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸65份；
PLLA聚乳酸18.5份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素13份；
纳米电气石粉1.5份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
(2)将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；
(3)将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为220℃，卷绕速度为1900m/min；牵伸温度为85℃，牵伸倍数为3.5倍。
实施例5：效果测评
对实施例1-4制备得到的改性聚乳酸纤维手感明显比普通聚乳酸纤维手感柔软，进一步进行性能的测试，结果如表1所示：
表1
由此可见，本发明制得的改性聚乳酸纤维力学性能好，耐热性好，并且吸湿性明显提高，纺织成面料穿着更舒适。此外，染色度也有所提高。
值得注意的是，实施例4的各项指标特别优秀，尤其是回潮率明显高于其他实施例，是本发明的最佳实施方式。
将实施例4的喷丝孔形状换成圆形和三角形，发现回潮率分别降低到了1.1％和2.0％。这说明五角形喷丝孔对吸湿率的提高起到了很重要的作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种改性聚乳酸纤维的制备方法，其步骤如下：
（1）按如下重量份数的原料加入高速混合机中，高速分散后得到改性聚乳酸混合物：
PDLLA聚乳酸 65份；
PLLA聚乳酸18.5份；
羟丙基淀粉0.5份；
二醋酸纤维素13份；
纳米电气石粉1.5份；
纳米滑石粉0.5份；
壳聚糖粉0.8份；
纳米蒙脱土粉末0.2份；
（2）将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸母粒，并真空干燥；
（3）将改性聚乳酸功能母粒切片30份和真空干燥普通聚乳酸切片70份投入到高速混合机中混合均匀，混合物在熔融纺丝机上经五角形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维；
所述纺丝温度为220℃，卷绕速度为1900 m/min；牵伸温度为85℃，牵伸倍数为3.5倍；
所述方法制备得到的改性聚乳酸纤维具有如下性能：断裂强度为4.8 cN/dTex ，维卡软化点为140摄氏度，回潮率为3.1%，上染率为68%。
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