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CN114457490B - 一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物 - Google Patents

一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，是以纯聚乳酸作为纤维芯层、以聚丁二烯含氟接枝聚合物与聚乳酸的共混物作为纤维壳层，由芯层粒料与壳层粒料通过同轴熔融纺丝制成。本发明将特殊制备的聚丁二烯含氟接枝聚合物与聚乳酸共混得到纤维的壳层，纯聚乳酸作为纤维的芯层，通过芯‑壳结构的防水聚乳酸纤维进一步交织得到聚乳酸织物，其防水性能优越，透气性良好，满足人们对于服装领域的需要。

Description

一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物
技术领域
本发明属于纺织纤维领域，具体涉及一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物。
技术背景
聚乳酸(PLA)纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成。聚乳酸纤维是一种原料可种植、易种植，废弃物在自然界中可自然降解的合成纤维。它在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，是一种可持续发展的生态纤维。其织物面料手感、悬垂性好，抗紫外线，具有较低的可燃性和优良的加工性能。但是，聚乳酸纤维织物容易粘附水滴，不具有防水性质。
为了解决聚乳酸纤维织物防水效果差的问题，CN112011854A中公开了通过采用聚氨酯与透气防水剂组成改性聚氨酯，随后以改性聚氨酯、聚乳酸纤维等为基料加入疏水剂等制备防水透气的聚乳酸纤维；又如CN10850533A公开了将聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯与表面活性剂反应得到防水层材料，再将各种纳米纤维进行熔融纺丝、编织得到透气的内层，最后将防水层材料涂抹到内层表面得到防水复合面料。上述的专利都对聚乳酸纤维织物提出了防水透气方面的处理，但上述方法制备的聚乳酸纤维由于添加量过大等问题，导致防水效果没有达到预期效果。
发明内容
基于此，本发明提供了一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，提高织物防水透气功能，以满足人们对于服装领域更大的需要。本发明将特殊制备的聚丁二烯含氟接枝聚合物与聚乳酸共混得到纤维的壳层，纯聚乳酸作为纤维的芯层，制备了芯-壳结构的聚乳酸纤维。此纤维芯壳之间具有很好的相容性，壳层的防水效果也得到了最大程度的改善；并且将纤维编织成织物，水滴无法在纤维织物上粘附。
本发明具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，是以纯聚乳酸作为纤维芯层、以聚丁二烯含氟接枝聚合物与聚乳酸的共混物作为纤维壳层，由芯层粒料与壳层粒料通过同轴熔融纺丝制成。具有防水效果的主要成分在壳层。
进一步地，所述纤维壳层中还有无机纳米粒子。
进一步地，纤维芯层与纤维壳层的质量比为2:1～1:2。
进一步地，所述同轴熔融纺丝是将芯层粒料与壳层粒料分别加到相应的料斗中，然后将双螺杆挤出机五个加热区温度分别设置为170℃、175℃、180℃、190℃和200℃，螺杆转速为50-80rpm/min，通过对每个料斗中的原料进行单独的熔融、挤出；最后通过同轴喷丝板制得纤维。
所述聚乳酸为普通市售聚乳酸。
所述壳层粒料是由聚乳酸与聚丁二烯含氟接枝聚合物共混，并加入少量无机纳米粒子以及过氧化二异丙苯(DCP)后熔融挤出造粒获得；按质量份数计：聚乳酸25-55份，聚丁二烯含氟接枝聚合物35-65份，过氧化二异丙苯(DCP)0.1-1份，无机纳米粒子3-10份。
所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅和/或纳米二氧化钛，若为两者复配时复配质量比为1:1。
所述聚丁二烯含氟接枝聚合物是通过乳液聚合得到，具体包括如下步骤：
步骤1：按质量份数，将聚丁二烯43-53份、含氟单体45-55份和引发剂(BPO)2份用甲苯溶解，分散到含有乳化剂的水中，搅拌得到聚丁二烯/含氟单体乳液；
步骤2：将步骤1获得的反应液通入氮气，设置恒温水浴为75℃、持续搅拌30min后得到聚丁二烯含氟接枝聚合物乳液；
步骤3：旋风干燥、收集干燥后的乳液粒子，包装备用，用于与聚乳酸共混得到疏水聚乳酸。
步骤1中，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯或由上述单体组成的复配混合单体，复配比例为1:1:1:1。
步骤1中，所述乳化剂为歧化松香钾皂，乳化剂和水的质量比为1:2。
本发明的有益效果体现在：
本发明芯壳结构防水透气聚乳酸纤维织物是以纯聚乳酸为芯、以聚乳酸与特殊制备的聚丁二烯接枝含氟聚合物共混得到的疏水聚乳酸为壳，制得芯-壳结构的聚乳酸纤维，然后以此纤维织成织物；其与一般聚乳酸纤维织物相比，其优势在于具有优异的防水效果，水滴无法在纤维织物上粘附，并且具有透水汽功能。
附图说明
图1是芯壳结构聚乳酸纤维结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明技术方案作进一步说明，但所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例中具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，制备过程如下：
1、先将单体丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯按1:1:1:1的的比例混合备用；
2、取159g(53％)聚丁二烯、135g(45％)混合含氟单体、6g(2％)的BPO用甲苯溶解，分散到含有乳化剂的水中，搅拌得到聚丁二烯/含氟单体乳液；升温、搅拌，待反应一段时间后得到聚丁二烯接枝含氟聚合物的乳液；最后旋风干燥、收集干燥后的乳液粒子，包装，用于与聚乳酸共混得到疏水聚乳酸；
3、将纳米二氧化硅和纳米二氧化钛按照1：1的比例混合均匀，干燥得到共混无机纳米粒子，取上述干燥后得到的聚丁二烯接枝共聚物粒子140g(35％)、纯聚乳酸247.6g(61.9％)、过氧化二异丙苯(DCP)0.4g(0.1％)、无机纳米粒子12g(3％)一起加入挤出机内熔融共混、挤出造粒，得到壳层粒料备用；
4、取400g纯聚乳酸作为芯层原料、200g壳层粒料；即芯-壳比例为2:1，分别加入到芯层、壳层料斗中，通过对芯-壳粒料单独使用挤出机；使芯-壳料斗中挤出的物料同轴结合，然后再将熔融后的同轴结合的物料注射到喷丝头中，进行同轴纺丝；最后将得到的丝线纺织得到织物。
实施例2：
本实施例采用与实施例1相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤2中的“159g(53％)聚丁二烯、135g(45％)混合含氟单体”替换为“144g(47％)聚丁二烯、150g(50％)混合含氟单体”。
实施例3：
本实施例采用与实施例1相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤2中的“159g(53％)聚丁二烯、135g(45％)混合含氟单体”替换为“126g(42％)聚丁二烯、165g(55％)混合含氟单体”。
对比例1：
1、将纳米二氧化硅或纳米二氧化钛按照1：1的比例混合均匀，干燥得到共混无机纳米粒子，取干燥后得到的聚丁二烯粒子140g(35％)、纯聚乳酸247.6g(61.9％)、过氧化二异丙苯(DCP)0.4g(0.1％)、无机纳米粒子12g(3％)一起加入挤出机内熔融共混、挤出造粒，得到壳层粒料备用；
2、取400g纯聚乳酸作为芯层原料、200g壳层粒料；即芯-壳比例为2:1，分别加入到芯层、壳层料斗中，通过对芯-壳粒料单独使用挤出机；使芯-壳料斗中挤出的物料同轴结合，然后再将熔融后的同轴结合的物料注射到喷丝头中，进行同轴纺丝；最后将得到的丝线纺织得到织物。
表1防水透气聚乳酸纤维织物的性能测试结果
透水率(％) 透气率(％)
实施例1 0.72 29
实施例2 0.54 32
实施例3 0.48 34
对比例1 10.41 25
通过上表的数据结果可以看出，对比例1中采用的是商用的聚丁二烯粒子，而不是经过特殊处理的聚丁二烯含氟接枝共聚物，所以对比例1制成的织物，防水效果最差，而实施例1-3是采用的聚丁二烯接枝含氟聚合物，由此制成的织物相比于对比例1，防水效果明显增强，且实施例3中制备聚丁二烯接枝共聚物的混合含氟单体含量为最高为55％，制成织物防水透气效果最好。
实施例4：
本实施例采用与实施例3相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤3中“聚丁二烯接枝共聚物粒子140g(35％)、纯聚乳酸247.6g(61.9％)”替换为“聚丁二烯接枝共聚物粒子180g(45％)、纯聚乳酸207.6g(51.9％)”。
实施例5：
本实施例采用与实施例3相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤3中“聚丁二烯接枝共聚物粒子140g(35％)、纯聚乳酸247.6g(61.9％)”替换为“聚丁二烯接枝共聚物粒子220g(55％)、纯聚乳酸167.6g(41.9％)”。
对比例2：
本实施例采用与实施例3相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤3中“聚丁二烯接枝共聚物粒子140g(35％)、纯聚乳酸247.6g(61.9％)”替换为“纯聚乳酸387.6g(96.9％)”。
实施例6：
本实施例采用与实施例4相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤3中“纯聚乳酸207.6g(51.9％)、无机纳米粒子12g(3％)”替换为“纯聚乳酸199.6g(49.9％)、无机纳米粒子20g(5％)”。
实施例7：
本实施例采用与实施例6相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤4中“400g纯聚乳酸、200g壳层粒料”换成“300g纯聚乳酸、300g壳层粒料”即比例由原来的2:1变成了1:1。
实施例8：
本实施例采用与实施例6相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤4中“400g纯聚乳酸、200g壳层粒料”换成“200g纯聚乳酸、400g壳层粒料”即比例由原来的2:1变成了1:2。
对比例3：
本实施例采用与实施例4相同的方法制备防水透气聚乳酸纤维织物，区别在于步骤3中不加入无机纳米粒子，即原料为“聚丁二烯接枝共聚物粒子180g(45％)、纯聚乳酸219.6g(54.9％)、过氧化二异丙苯(DCP)0.4g(0.1％)”。
表2防水透气聚乳酸纤维织物的性能测试结果
透水率(％) 透气率(％)
实施例3 0.48 34
实施例4 0.20 35
实施例5 0.23 35
实施例6 0.16 38
实施例7 0.09 40
实施例8 0.04 44
对比例2 12.24 24
对比例3 0.85 34
由上表数据可以看出，对比例2的防水效果很差，这是因为对比例2中不含特殊制备的聚丁二烯接含氟枝共聚物，实施例3-5中聚丁二烯接枝共聚物含量为35-55％，而防水透气效果最好的是实施例4，即聚丁二烯接枝共聚物含量为45％；对比例3中不含无机纳米粒子，防水透气效果相对较差，实施例6中相比于实施例4中无机纳米粒子含量增加到5％，防水透气效果得到改善；通过对比实施例6-8，可以看出芯-壳比例为1:2时，织物的防水透气效果最好，可以防住99.6％的水，透气率达到44％。

Claims (5)

1.一种具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，其特征在于：
所述具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，是以纯聚乳酸作为纤维芯层、以聚丁二烯含氟接枝聚合物与聚乳酸的共混物作为纤维壳层，由芯层粒料与壳层粒料通过同轴熔融纺丝制成；纤维芯层与纤维壳层的质量比为2:1~1:2；
所述壳层粒料是由聚乳酸与聚丁二烯含氟接枝聚合物共混，并加入少量无机纳米粒子以及过氧化二异丙苯后熔融挤出造粒获得；按质量百分比计：聚乳酸51.9%，聚丁二烯含氟接枝聚合物45%，过氧化二异丙苯0.1%，无机纳米粒子3%；
所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅和/或纳米二氧化钛，若为两者复配时复配质量比为1:1。
2.根据权利要求1所述的具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，其特征在于：
所述同轴熔融纺丝是将芯层粒料与壳层粒料分别加到相应的料斗中，然后将双螺杆挤出机五个加热区温度分别设置为170℃、175℃、180℃、190℃和200℃，螺杆转速为50-80rpm/min，通过对每个料斗中的原料进行单独的熔融、挤出；最后通过同轴喷丝板制得纤维。
3.根据权利要求1所述的具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，其特征在于所述聚丁二烯含氟接枝聚合物是通过乳液聚合得到，包括如下步骤：
步骤1：按质量份数，将聚丁二烯43-53份、含氟单体45-55份和引发剂BPO2份用甲苯溶解，分散到含有乳化剂的水中，搅拌得到聚丁二烯/含氟单体乳液；
步骤2：将步骤1获得的反应液通入氮气，设置恒温水浴为75℃、持续搅拌30min后得到聚丁二烯含氟接枝聚合物乳液；
步骤3：旋风干燥、收集干燥后的乳液粒子，包装备用。
4.根据权利要求3所述的具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，其特征在于：
步骤1中，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸六氟异丙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯或由上述单体组成的复配混合单体。
5.根据权利要求3所述的具有芯壳结构的防水透气聚乳酸纤维织物，其特征在于：
步骤1中，所述乳化剂为歧化松香钾皂，乳化剂和水的比例为1:2。
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