CN107475808A - 一种低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，将低熔点聚乳酸切片和聚乳酸切片分别进行干燥，以低熔点聚乳酸作为皮层，聚乳酸为芯层，形成低熔点聚乳酸熔体和常规聚乳酸熔体，纺丝制备成双组分皮芯结构聚乳酸纤维原丝束，再制备皮芯结构聚乳酸短纤维。本发明采用了低熔点原料进行低温纺丝，由熔点为125～135℃的低熔点聚乳酸切片和熔点为155～170℃的常规聚乳酸切片制备皮芯结构的聚乳酸短纤维，因皮层和芯层的收缩率不同，导致其蓬松性好、弹性恢复率高，采用了熔点低的皮层作为粘合剂，产品的热粘合性能良好，此外，所得产品在进行无纺布加工时，低熔点组分首先软化粘结，便于成卷，制得性能良好的无纺布。
Description
技术领域
本发明涉及合成聚乳酸短纤维，具体涉及一种聚乳酸短纤维的制备方法。
背景技术
聚乳酸是一种可生物降解的高分子聚合物，具有良好的机械性能及物理性能，适用于挤出、注塑、拉膜、纺丝等各种加工方法。它广泛应用于医疗、卫生、药学、农业、包装业、纺织服装业、汽车装饰等领域，可大量替代传统高分子材料。其产品从工业到民用，涉及塑料制品、包装食品、无纺布、工业及民用纺织面料、农用织物、保健织物、抹布、一次性高档卫生用品、室外防紫外线织物、帐篷布、地垫等。聚乳酸及其共聚物的纤维制备可采用溶液干法纺丝和熔融纺丝来实现，但溶液法纺丝的工艺较为复杂，溶剂一般有毒并且回收困难。相比之下熔融纺丝简单易操作，更具优势。
双组分纤维可有多种截面，有皮芯和偏皮芯、并列和中空并列及偏中空并列、带中心桔瓣和无中心桔瓣、条纹和海岛及导电、三叶和异型及混合型等，也可以进行专门设计，生产更多不同横截面纤维。从经济前景看，截面是最重要的。一般而言，每种类型的双组分纤维有不同的用途。其中一种用途是生产自卷曲纤维或者螺旋卷曲纤维，这种方式生产可避免机械或空气动力学手段进行卷曲加工时存在不可能卷曲情况的发生。此外，自卷曲纤维的回复性较好，因此，所加工的纤维可以像纤维填充材料一样使用。纤维自卷曲的原理是依据两种材料的不同热收缩性能，选用的纤维截面是并列型和偏心皮芯型，许多不同聚合物材料可组合使用。目前双组分皮芯纤维的另一种重要用途是改善纤维的热粘合性能以适合非织造生产的需要，通过熔融较低熔点组分，使纤维粘合为非织造布。这种工业上应用的热粘合非织造布采用皮芯型纤维，其皮层材料熔点较芯层的低，常规熔点的组分作芯层、低熔点组分作皮层。
张德权【低熔点皮芯型涤纶短纤维生产工艺研究】(《合成纤维》2009年、第5期)以低熔点聚酯(COPET)、普通聚酯(PET)，开发COPET/PET低熔点皮芯型复合短纤维的复合纺丝生产工艺，探讨了COPET原料选择、COPET切片输送与干燥、真空双螺杆挤压机、纺丝组件、纺丝温度、卷曲机、烘干机和打包机等工艺条件和设备对生产的影响。
中国专利201010135281.3公开了一种可生物降解的双组份皮芯低熔点复合纤维，其原料包括一种聚丁二酸丁二酯(PBS)和一种其它可生物降解聚合物。上述两种原料制造的纤维的横截面是一种皮芯结构，特别地可生物降解的双组份皮芯低熔点复合纤维以聚丁二酸丁二酯(PBS)为复合纤维的皮层，聚乳酸酯(PLA)为复合纤维的芯层。皮层聚丁二酸丁二酯(PBS)中可以加入一种添加剂，采用双螺杆和皮芯型复合纺丝组件制备。
中国专利200810024819.6公开了PLA阻燃纤维生产的工艺方法，其特征是PLA生产的熔体通过复合纺丝箱体、皮芯复合组件纺丝生产皮芯阻燃PLA纤维(相同熔点)的生产方法，其中PLA熔体为芯层，其皮芯重量比为2:8～6:4；其皮层料的重量百分比配为：皮层PLA聚合物75-85％，阻燃母粒15-25％，偶联剂0.2-4％；其芯层料为100％的PLA的聚合物。
上述与本发明密切相关的现有技术，其不足之处在于：国内外仅有采用相同熔点聚乳酸(PLA)制备皮芯结构聚乳酸纤维的报道，它对生产设备及工艺参数的控制要求较低、产品的热粘合性能较差，其应用也有一定的局限性，难以适合非织造生产的需要。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，该短纤维用途广泛，且原料可再生，产品可降解。
技术方案：一种低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，将低熔点聚乳酸切片和聚乳酸切片分别进行干燥，以低熔点聚乳酸作为皮层，聚乳酸为芯层，皮芯复合比例为3:7～6:4，两种切片分别经熔融挤压排出后，形成低熔点聚乳酸熔体和常规聚乳酸熔体，再分别经过计量后，纺丝制备成双组分皮芯结构聚乳酸纤维原丝，再经集束、拉伸、卷曲、烘干、切断工序制备皮芯结构聚乳酸短纤维。
为了进一步使纺丝更加顺利、避免飘丝及断头的出现，所述低熔点聚乳酸切片的干燥采用露点为-40℃以下的干燥空气，干燥温度45～55℃，干燥时间6～8h，控制切片含水率小于50ppm；所述聚乳酸切片的干燥采用露点为-40℃以下的干燥空气，干燥温度80～95℃，干燥时间2h，再降低温度至45～55℃，平衡6h，控制切片含水率小于50ppm。
进一步，采用长径比为1:30～36的螺杆挤压机进行熔融挤压，可以有效防止高剪切。
进一步，纺丝前所述低熔点聚乳酸的温度为150～200℃，所述聚乳酸的温度为190～230℃，纺丝温度为220～240℃。
进一步，拉伸在牵伸浴槽内水浴中进行，浴槽的温度为50～55℃，进行拉伸的牵伸辊及卷曲轮的车速不高于150m/min。
有益效果：本发明采用了低熔点原料进行低温纺丝，由熔点为125～135℃的低熔点聚乳酸切片和熔点为155～170℃的常规聚乳酸切片制备皮芯结构的聚乳酸短纤维，因皮层和芯层的收缩率不同，导致其蓬松性好、弹性恢复率高，采用了熔点低的皮层作为粘合剂，产品的热粘合性能良好，可广泛应用于手术口罩、绷带、尿不湿、卫生巾等卫生材料和室内装饰材料，大大提高了聚乳酸短纤维的附加值和市场竞争力，此外，所得产品在进行无纺布加工时，低熔点组分首先软化粘结，便于成卷，制得性能良好的无纺布。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：
实施例1：将低熔点聚乳酸切片和聚乳酸切片两种原料分别进行干燥，低熔点聚乳酸切片的干燥采用露点为-60℃的干燥空气，干燥温度50℃，干燥时间7h，切片含水率为18ppm，聚乳酸切片的干燥采用露点为-60℃的干燥空气，干燥温度90℃，干燥时间2h，再降低温度至50℃，平衡6h，切片含水率为21ppm。干燥后分别经过螺杆挤压机熔融挤压排出后，形成熔体，这里的螺杆挤压机的长径比为1:34，螺杆挤压机各区的温度见表1。以低熔点聚乳酸作为皮层，聚乳酸为芯层，切片按照皮芯复合比例3:7经过计量泵进行计量，进入皮芯结构组件及喷丝板，前纺时低熔点聚乳酸进箱体前温度控制在150℃，聚乳酸进箱体前温度控制在190℃，在纺丝箱体的作用下从纺丝箱体的喷丝孔挤出成丝状熔体，此时纺丝箱体的温度为220℃；上述丝状熔体从纺丝箱体喷丝孔挤出后，在侧吹风的冷却下凝固成形，然后经过上油，并在卷绕头上卷绕成型，此时卷绕头的速度为1200m/min，后处理采用在牵伸浴槽内水浴一段拉伸的方法，浴槽和牵伸辊及卷曲轮的温度控制在50℃，车速为130m/min，第三拉伸机采用通入热水加热的方法，辊面温度控制在50℃。
表1实施例1中螺杆挤压机各区的温度
| 一区温度 | 二区温度 | 三区温度 | 四区温度 | 五区温度 | |
| 低熔点聚乳酸 | 150℃ | 170℃ | 170℃ | 170℃ | 180℃ |
| 聚乳酸 | 190℃ | 210℃ | 210℃ | 210℃ | 210℃ |
得到的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维经后处理，其物理指标如下：
纤维旦数：3.75d
纤维强度g/d：2.8
断裂伸长％：90
上油率：0.259
热空气收缩率130℃，10min：12％
实施例2：低熔点聚乳酸切片和聚乳酸切片两种原料分别进行干燥，低熔点聚乳酸切片的干燥采用露点为-50℃的干燥空气，干燥温度45℃，干燥时间6h，切片含水率为35ppm，聚乳酸切片的干燥采用露点为-50℃的干燥空气，干燥温度80℃，干燥时间2h，再降低温度至45℃，平衡6h，切片含水率为32ppm。干燥后分别经过螺杆挤压机熔融挤压排出后，形成熔体，这里的螺杆挤压机的长径比为1:30，螺杆挤压机各区的温度见表2。以低熔点聚乳酸作为皮层，聚乳酸为芯层，切片按照皮芯复合比例4:6经过计量泵进行计量，进入皮芯结构组件及喷丝板，前纺时低熔点聚乳酸进箱体前温度控制在180℃，聚乳酸进箱体前温度控制在210℃，在纺丝箱体的作用下从纺丝箱体的喷丝孔挤出成丝状熔体，此时纺丝箱体的温度为230℃；上述丝状熔体从纺丝箱体喷丝孔挤出后，在侧吹风的冷却下凝固成形，然后经过上油，并在卷绕头上卷绕成型，此时卷绕头的速度为1100m/min，后处理采用在牵伸浴槽内水浴一段拉伸的方法，浴槽和牵伸辊及卷曲轮的温度控制在52℃，车速为140m/min，第三拉伸机采用通入热水加热的方法，辊面温度控制在53℃。
表2实施例2中螺杆挤压机各区的温度
| 一区温度 | 二区温度 | 三区温度 | 四区温度 | 五区温度 | |
| 低熔点聚乳酸 | 160℃ | 180℃ | 180℃ | 185℃ | 190℃ |
| 聚乳酸 | 190℃ | 210℃ | 210℃ | 220℃ | 220℃ |
得到的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维经后处理，其物理指标如下：
纤维旦数：4.00d
纤维强度g/d：2.7
断裂伸长％：95
上油率：0.265
热空气收缩率130℃，10min：15％
实施例3：与实施例1大致相同，所不同的是：低熔点聚乳酸切片的干燥采用露点为-40℃的干燥空气，干燥温度55℃，干燥时间8h，切片含水率为39ppm，聚乳酸切片的干燥采用露点为-40℃的干燥空气，干燥温度95℃，干燥时间2h，再降低温度至55℃，平衡6h，切片含水率为40ppm。干燥后分别经过螺杆挤压机熔融挤压排出后，形成熔体，螺杆挤压机的长径比为1:36。以低熔点聚乳酸作为皮层，聚乳酸为芯层，切片按照皮芯复合比例6:4经过计量泵进行计量，进入皮芯结构组件及喷丝板，前纺时低熔点聚乳酸进箱体前温度控制在200℃，聚乳酸进箱体前温度控制在230℃，在纺丝箱体的作用下从纺丝箱体的喷丝孔挤出成丝状熔体，此时纺丝箱体的温度为240℃；上述丝状熔体从纺丝箱体喷丝孔挤出后，在侧吹风的冷却下凝固成形，然后经过上油，并在卷绕头上卷绕成型，此时卷绕头的速度为1100m/min，后处理采用在牵伸浴槽内水浴一段拉伸的方法，浴槽和牵伸辊及卷曲轮的温度控制在55℃，车速为150m/min。
Claims (6)
1.一种低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于：将低熔点聚乳酸切片和聚乳酸切片分别进行干燥，以低熔点聚乳酸作为皮层，聚乳酸为芯层，皮芯复合比例为3:7～6:4，两种切片分别经熔融挤压排出后，形成低熔点聚乳酸熔体和常规聚乳酸熔体，再分别经过计量后，纺丝制备成双组分皮芯结构聚乳酸纤维原丝，再经集束、拉伸、卷曲、烘干、切断工序制备皮芯结构聚乳酸短纤维。
2.根据权利要求1所述的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于：所述低熔点聚乳酸切片的干燥采用露点为-40℃以下的干燥空气，干燥温度45～55℃，干燥时间6～8h，控制切片含水率小于50ppm。
3.根据权利要求1所述的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于：所述聚乳酸切片的干燥采用露点为-40℃以下的干燥空气，干燥温度80～95℃，干燥时间2 h，再降低温度至45～55℃，平衡6h，控制切片含水率小于50ppm。
4.根据权利要求1所述的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于：采用长径比为1:30～36的螺杆挤压机进行熔融挤压。
5.根据权利要求1所述的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于：纺丝前所述低熔点聚乳酸的温度为150～200℃，所述聚乳酸的温度为190～230℃，纺丝温度为220～240℃。
6.根据权利要求1所述的低熔点皮芯结构聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于：拉伸在牵伸浴槽内水浴中进行，浴槽的温度为50～55℃，进行拉伸的牵伸辊及卷曲轮的车速不高于150m/min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171215 |