專利名稱：一種改性聚乳酸纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性聚乳酸纖維及其制備方法；屬于高分子材料改性領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自合成纖維出現(xiàn)以后，其發(fā)展速度非?？臁⒂昧刻貏e巨大，但是它使用后的廢棄物對環(huán)境造成了極大的威脅。從環(huán)保的觀點出發(fā)，研究開發(fā)可生物降解的纖維原料已變得非常迫切。目前聚乳酸的合成技術(shù)逐漸成熟，聚乳酸纖維俗稱玉米纖維，是一種可完全生物降解新一代綠色環(huán)保型聚酯纖維。聚乳酸纖維以植物為原料，其制品廢棄在土壤或海水中經(jīng)微生物作用可分解成二氧化碳和水，且燃燒時不會散發(fā)毒氣而造成環(huán)境污染，從原料到廢物都可以再生利用，對環(huán)境完全沒有危害，是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保纖維。聚乳酸纖維充分體現(xiàn)了天然纖維和合成纖維的優(yōu)點，同時克服了天然纖維和合成纖維的一些缺點，如它具有天然纖維的降解性、吸濕透氣性和舒適性，又克服了天然纖維強度低、服裝面料易起皺等缺點；它具有天生的阻燃性及不滋生細(xì)菌等許多優(yōu)異的特性。由于聚乳酸纖維具有的這些優(yōu)異的的綜合性能，在紡織行業(yè)具有巨大的應(yīng)用前景，近年來聚乳酸纖維的開發(fā)非常吸引業(yè)界人士的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于家紡、服裝、無紡布、過濾材料、衛(wèi)生用品、汽車內(nèi)飾材料和家具包覆材料等方面。中國專利申請201210096514.2 (公開號為CN102660797A)公開了一種抗水解改性
聚乳酸纖維的制備方法，它是采用分子量為1000 30000的低分子量聚酯和己二酸聚酯作為增塑劑，多功能聚碳化二亞胺來提高聚乳酸的抗水性和改善低分子量聚酯和聚乳酸之間的作用力；該發(fā)明生產(chǎn)的改性聚乳酸纖維具有優(yōu)異的手感和柔軟性，并具有良好的抗水解性能。但是由于交聯(lián)型聚碳化二亞胺的加入，在紡絲工程中會產(chǎn)生少量刺激性氣體對人體造成一定的傷害。

中國專利申請200510025346.8 (公開號為CN1687497A)公開了一種干法制備聚乳酸類共混聚合物纖維的方法，它是將聚乳酸類共混聚合物的切片溶解于三氯甲烷中，攪拌溶解形成濃度為6 12%的漿液，漿液經(jīng)過擠出機后進(jìn)入過濾器和含有噴絲板的紡絲組件，在紡絲通道中纖維凝固成絲，并在熱空氣或熱硅油中進(jìn)行拉伸，最后對拉伸后的纖維進(jìn)行熱定型處理。該制備聚乳酸纖維的方法中三氯甲烷是不適合用于食品接觸材料和衛(wèi)生材料，并且該法由于需要溶解聚乳酸和回收三氯甲烷，生產(chǎn)設(shè)備的投資和生產(chǎn)過程中的能耗較聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的聚乳酸纖維存在因易水解而造成紡絲困難，耐磨性差而導(dǎo)致使用壽命短、成本高等缺陷，目的在于提供一種可完全生物降解而耐水解、紡絲性能好、柔韌性好、耐摩擦、易染色的改性聚乳酸纖維。本發(fā)明還有一個目的是在于提供一種操作簡單、成本低，安全環(huán)保的制備上述改性聚乳酸纖維的方法。
本發(fā)明提供了一種改性聚乳酸纖維，該聚乳酸纖維由以下質(zhì)量組分共混制成:聚乳酸56.5 96.7份；纖維素衍生物I 17份； 二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物I 8份；潤滑劑I 10份；無機納米顆粒0.1 5份；成核劑0.1 3份；抗氧劑0.1 0.5份。所述的聚乳酸分子量為0.8 2.0X 105。所述的二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物分子量為0.3 3.0 X IO5 ;所述的二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物是分子量為0.2 1.0X IO5的二醋酸纖維素和分子量為0.2 20X IO4的聚乳酸接枝的共聚物，其中，二醋酸纖維素在聚乳酸上的接枝率為54 150%。所述的纖維素衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素、醋酸丁酸纖維素中的一種或幾種。所述的纖維素衍生物分子量為1.0X IO4 1.0X 105。所述的潤滑劑為聚氧乙烯蠟、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙撐雙硬脂酸酰胺中一種或幾種。 所述的無機納米顆粒為納米滑石粉、納米鈦白粉中的一種或兩種。所述的成核劑為多酰胺聚乳酸。所述的多酰胺聚乳酸以苯酰異氰酸酯和己二胺為原料，通過簡單的聚加成反應(yīng)制備。所述的抗氧劑為三-(壬基苯基)亞磷酸酯、亞磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯、羥基季戊四醇酯、β _(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯中一種或幾種。本發(fā)明還提供了一種如上所述的聚乳酸纖維的制備方法，該方法是按質(zhì)量組分比將聚乳酸切片18 32份和全部質(zhì)量份的纖維素衍生物、二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物、潤滑劑、無機納米顆粒、成核劑和抗氧劑加入到高速混合機中，高速分散后通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出，得改性聚乳酸母粒切片；將上述改性聚乳酸母粒切片和余下質(zhì)量份的聚乳酸切片在高速混合機中干混后，經(jīng)熔融紡絲機在180 230°C下熔融紡絲制得改性聚乳酸初生纖維；所得改性聚乳酸初生纖維在70 110°C下牽伸至原來I 5倍長度，即得改性聚乳酸纖維；所述的聚乳酸切片干燥至水份含量在30 150ppm之間；所述的熔融紡絲卷繞速度為1000 4000m/min。所述的高速分散時間為20 40min。所述的改性聚乳酸功能母粒切片經(jīng)過真空干燥到水份含量在30 150ppm后再進(jìn)行下一步操作。所述的干混時間為3 5min。所述的熔融紡絲是在熔融紡絲機上進(jìn)行；所述的熔融紡絲機噴絲孔的形狀為圓形、中空形、三角形、三葉形、多葉形截面等。本發(fā)明的技術(shù)原理和創(chuàng)新點:本發(fā)明通過大量實驗研究配方，發(fā)現(xiàn)在聚乳酸纖維共混物中通過加入纖維素醚類和/或纖維素酯類等纖維素衍生物引入大量的親水性基團，可顯著的增加毛細(xì)管效應(yīng)，使纖維表面的潤濕性大大改善，提高了染料在纖維中的擴散效率和增大了纖維對染料的吸附量，染料對改性聚乳酸纖維的上染率、染色牢度、著色深度也有明顯的提高，同時纖維素衍生物分子鏈上的羥基，可以調(diào)節(jié)聚乳酸纖維的吸濕率和良好的手感，用其制成的織物舒適性極佳；將二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物引入共混體系中，既提高聚乳酸和纖維素衍生物的相容性，達(dá)到一個更好的共混效果，也提高改性聚乳酸的耐熱性能；本發(fā)明在熔融共混物中還添加了聚氧乙烯蠟、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙撐雙硬脂酸酰胺等潤滑劑，不但具有很好的外部潤滑作用，而且具有很好的內(nèi)部潤滑作用，使得紡絲過程中提高熔體的流動性，從而提高了聚乳酸纖維紡絲性能，同時可以降低聚乳酸纖維表面的摩擦系數(shù)，用該聚乳酸纖維制成的織物表面摩擦系數(shù)小，受外力摩擦?xí)r不容易掉色、耐摩擦性能好。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的改性聚乳酸纖維原料廉價，來源豐富，降低了改性聚乳酸纖維的成本，而且主要原料均為可生物降解材料，可以完全生物降解，對環(huán)境友好；本發(fā)明的改性聚乳酸紡絲性能良好，絲束質(zhì)量穩(wěn)定，并且聚乳酸纖維具有優(yōu)異的柔韌性、耐摩擦、染色性和舒適性，是一種很好的高性能環(huán)保纖維材料；本發(fā)明的制備方法簡單，設(shè)備要求低，生產(chǎn)過程環(huán)保，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明。本發(fā)明的化學(xué)試劑來源:聚乳酸(可直接購于浙江海正生物材料股份有限公司)、甲基纖維素(可直接購于上海諾泰化工有限公司、上海嘉辰化工有限公司或河南天盛化學(xué)工業(yè)有限公司)、乙基纖維素(可直接購于EC-N泰安龍翔精細(xì)化工有限公司)、醋酸丁酸纖維素(可直接購于伊士曼Eastman，型號為CAB-381-2，或無錫市化工研究設(shè)計院有限公司，型號為CAB-551-0.2)、聚氧乙烯蠟(可直接購于上海酬信化工有限公司，型號為AC316A)、脂肪醇聚氧乙烯醚(可直接購于江蘇省海安石油化工廠，型號為M0A-20)、乙撐雙硬脂酸酰胺(可直接購于上海毅勝化工有限公司，型號為KAOWAX EB-FF)；實施例1:將聚乳酸切片真空干燥至水分含量為30 150ppm ;將聚乳酸22份；乙基纖維素8份；二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物4份；聚氧乙烯蠟5份；納米滑石粉0.5份；成核劑0.3份；抗氧劑0.2份(重量分?jǐn)?shù))加入到高速混合機中，高速分散30分鐘后得到改性聚乳酸混合物；將均勻混合的改性聚乳酸混合物通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量為30 150ppm ；將上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合機中干混5分鐘，混合物在熔融紡絲機上經(jīng)圓形噴絲孔紡絲得改性聚乳酸初生纖維，紡絲溫度為210°C，卷繞速度為2000m/min ;控制牽伸溫度為80°C，牽伸倍數(shù)為3倍，對初生聚乳酸纖維進(jìn)行牽伸即得改性聚乳酸纖維。所得聚乳酸纖維的單絲線密度3.5dTex,斷裂強度2.7cN/dTex,拉伸模量26.1cN/dTex ;其它性能測試見表I。實 施例2:
將聚乳酸切片真空干燥至水分含量為30 150ppm ;將聚乳酸22份；甲基纖維素8份；二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物4份；脂肪醇聚氧乙烯醚5份；納米滑石粉0.5份；成核劑0.3份；抗氧劑0.2份(重量分?jǐn)?shù))加入到高速混合機中，高速分散30分鐘后得到改性聚乳酸混合物；將均勻混合的改性聚乳酸混合物通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量為30 150ppm ；將上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合機中干混5分鐘，混合物在熔融紡絲機上經(jīng)圓形噴絲孔紡絲得改性聚乳酸初生纖維，紡絲溫度為210°C，卷繞速度為2000m/min ;控制牽伸溫度為80°C，牽伸倍數(shù)為3倍，對初生聚乳酸纖維進(jìn)行牽伸即得改性聚乳酸纖維。所得聚乳酸纖維的單絲線密度3.8dTex，斷裂強度2.4cN/dTex,拉伸模量25.5cN/dTex ;其它性能測試見表I。實施例3:將聚乳酸切片真空干燥至水分含量為30 150ppm ;將聚乳酸22份；醋酸丁酸纖維素8份；二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物4份；聚氧乙烯蠟5份；納米滑石粉0.5份；成核劑0.3份；抗氧劑0.2份(重量分?jǐn)?shù))加入到高速混合機中，高速分散30分鐘后得到改性聚乳酸混合物；將均勻混合的改性聚乳酸混合物通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量為30 150ppm ；將上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合機中干混5分鐘，混合物在熔融紡絲機上經(jīng)圓形噴絲孔紡絲得改性聚乳酸初生纖維，紡絲溫度為200°C，卷繞速度為3000m/min ;控制牽伸溫度為80°C，牽伸倍數(shù)為3.5倍，對初生聚乳酸纖維進(jìn)行牽伸即得改性聚乳酸纖維。所得聚乳酸纖維的單絲線密度4.2dTex,斷裂強度3.lcN/dTex,拉伸模量28.5cN/dTex ;其它性能測試 見表I。實施例4:將聚乳酸切片真空干燥至水分含量為30 150ppm ;將聚乳酸22份；醋酸丁酸纖維素8份；二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物4份；脂肪醇聚氧乙烯醚5份；納米滑石粉0.5份；成核劑0.3份；抗氧劑0.2份(重量分?jǐn)?shù))加入到高速混合機中，高速分散30分鐘后得到改性聚乳酸混合物；將均勻混合的改性聚乳酸混合物通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量為30 150ppm ；將上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合機中干混5分鐘，混合物在熔融紡絲機上經(jīng)圓形噴絲孔紡絲得改性聚乳酸初生纖維，紡絲溫度為200°C，卷繞速度為3000m/min ;控制牽伸溫度為80°C，牽伸倍數(shù)為3.5倍，對初生聚乳酸纖維進(jìn)行牽伸即得改性聚乳酸纖維。所得聚乳酸纖維的單絲線密度4.4dTex，斷裂強度3.4cN/dTex，拉伸模量29.6cN/dTex ;其它性能測試見表I。表I實施例1 4所制備的改性聚乳酸纖維的其它性能
權(quán)利要求
1.一種改性聚乳酸纖維，其特征在于，由以下質(zhì)量組分共混制成: 聚乳酸56.5 96.7份； 纖維素衍生物I 17份； 二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物I 8份； 潤滑劑I 10份; 無機納米顆粒0.1 5份； 成核劑0.1 3份； 抗氧劑0.1 0.5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的聚乳酸分子量為0.8X IO5 2.0X105。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物分子量為0.3 X IO5 3.0X 105。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的纖維素衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素、醋酸丁酸纖維素中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的纖維素衍生物分子量為1.0XlO4 1.0X105。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的潤滑劑為聚氧乙烯蠟、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙撐雙硬脂酸酰胺中一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的無機納米顆粒為納米滑石粉、納米鈦白粉中的一種或兩種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的成核劑為多酰胺聚乳酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乳酸纖維，其特征在于，所述的抗氧劑為三-(壬基苯基)亞磷酸酯、亞磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯、羥基季戊四醇酯、β -(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯中一種或幾種。
10.一種如權(quán)利要求1 9任一項所述的聚乳酸纖維的制備方法，其特征在于，按質(zhì)量組分比將聚乳酸切片18 32份和全部質(zhì)量份的纖維素衍生物、二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物、潤滑劑、無機納米顆粒、成核劑和抗氧劑加入到高速混合機中，高速分散后通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出，得改性聚乳酸母粒切片；將上述改性聚乳酸母粒切片和余下質(zhì)量份的聚乳酸切片在高速混合機中干混后，經(jīng)熔融紡絲機在180 230°C下熔融紡絲制得改性聚乳酸初生纖維；所得改性聚乳酸初生纖維在70 110°C下牽伸至原來I 5倍長度，即得改性聚乳酸纖維； 所述的聚乳酸切片干燥至水份含量在30 150ppm之間；所述的熔融紡絲卷繞速度為1000 4000m/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性聚乳酸纖維及其制備方法，該改性聚乳酸纖維由以下組分共混制成聚乳酸；纖維素衍生物；二醋酸纖維素接枝聚乳酸共聚物；潤滑劑；無機納米顆粒；成核劑；抗氧劑；制備方法是按質(zhì)量組分比將部分聚乳酸切片和其它全部原料加入到高速混合機中，高速分散后通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出，得改性聚乳酸母粒切片；將上述改性聚乳酸母粒切片和余下質(zhì)量份的聚乳酸切片在高速混合機中干混后，經(jīng)熔融紡絲機熔融紡絲，再拉伸，即得改性聚乳酸纖維；制得的改性聚乳酸纖維成本低可以完全生物降解，對環(huán)境友好；紡絲性能良好，絲束質(zhì)量穩(wěn)定，并且聚乳酸纖維具有優(yōu)異的柔韌性、耐摩擦、染色性和舒適性，是一種很好的高性能環(huán)保纖維材料；本發(fā)明的制備方法簡單，設(shè)備要求低，生產(chǎn)過程環(huán)保，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08L67/04GK103225125SQ20131016689
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者黃凱兵, 李偉, 羅濤, 王建 申請人:長沙樂遠(yuǎn)化工科技有限公司