本发明属于聚乳酸纤维制备技术领域，具体涉及一种负离子聚乳酸纤维及其制备方法。
背景技术：
传统的合成纤维大多以不可再生的石油为资源加工而成，由于原料来源的不可持续性及合成纤维固废物很难降解会对环境造成严重污染，因此，开发对环境友好的可降解、原料可再生的合成材料已经成为各国的共识。
聚乳酸纤维是一种原料来源可再生、生产过程低碳节能、废弃物在一定条件下可完全生物降解和具有优良生物相容性的合成高分子材料，但由于聚乳酸切片的价格目前远高于普通聚酯，结合聚乳酸纤维的特性开发功能性聚乳酸纤维以提高产品使用的附加值是聚乳酸纤维的发展趋势之一。目前市场上尚无负离子聚乳酸纤维产品，负离子聚乳酸纤维是通过选择合适的电气石粉体材料作为功能性材料，将其与聚乳酸载体共混制成聚乳酸基负离子母粒，再将该母粒与聚乳酸切片共混熔融纺丝制成负离子聚乳酸纤维，将该纤维制成水刺无纺布，可用于制作负离子湿巾等一次性用品，也可制作功能性聚乳酸纺织品。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种负离子聚乳酸纤维及其制备方法，为后道开发具有负离子功能的聚乳酸纺织品提供具有负离子功能的聚乳酸纤维。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种负离子聚乳酸纤维的制备方法，其包括如下步骤：
步骤s1：负离子聚乳酸母粒的制备
1)高速混合机在800～1000rpm高速搅拌下，将硬脂酸钙粉体加入到负离子粉体中充分混合，硬脂酸钙粉体添加量为负离子粉体重量的0.05％～0.06％；然后将混合物升温至65～75℃(优选70℃)干燥1～3小时(优选2h)，再升温至110～130℃(优选120℃)干燥1～3小时(优选2h)，随后将处理过的负离子粉体放入袋内并封口备用；
2)将纤维级聚乳酸plla切片研磨成90～110目(优选100目)粉体，然后升温至55～65℃(优选60℃)干燥0.5～2h(优选1h)，70～75℃(优选70℃)干燥2～4h(优选3h)，110～130℃(优选120℃)干燥1～3h(优选2h)，随后将处理过的plla粉体放入袋内并封口；
3)将纤维级聚乳酸plla粉体和负离子粉体按重量百分比59～70wt％：30～41wt％混合，经螺杆挤出机挤压熔融、牵条过水槽冷却、切粒、过筛混合、干燥制得负离子聚乳酸母粒，并待母粒冷却后装袋。
步骤s2：负离子聚乳酸纤维的制备
1)原料的干燥
将纤维级聚乳酸plla切片干燥至含水率不超过120ppm；
将步骤s1制备的负离子聚乳酸母粒干燥至含水率不超过120ppm；
2)将干燥后的纤维级聚乳酸plla切片和干燥后的负离子聚乳酸母粒按重量百分比90～96wt％：4～10wt％混合，经螺杆挤出机挤压熔融、纺丝、环吹冷却、卷绕、成型落桶制得原丝；再将原丝经集成、后纺集束、一级油浴牵伸、二级牵伸、紧张热定型、叠丝上油、预热箱中预热、卷曲、切断、成包制得负离子聚乳酸纤维。
进一步，本发明选择粉体粒径d50＝0.500～0.600μm、d97＝1.500μm，负离子释放浓度静态平均值不低于4000ions/cm3，有效含量为97～98％的米白色电气石粉体作为负离子粉体。
优选的，步骤s1的1)启动高速混合机先低速运转再切换至高速运转，将负离子粉体加入高速混合机，再加入硬脂酸钙粉体混合均匀，将高速混合机升温至70℃干燥2小时，120℃干燥2小时，随后将处理过的负离子粉体放入袋内并封口备用。
优选的，步骤s1的2)将纤维级聚乳酸plla切片研磨成100目粉体，将该粉体倒入混合机，将混合机温度升至60℃运转1h，70℃运转3h，120℃运转2h，随后将处理过的plla粉体放入袋内并封口。
优选的，步骤s1的3)分别将预处理过的负离子粉体和纤维级聚乳酸plla粉体倒入单独的料仓，经失重式计量器计量，将纤维级聚乳酸plla粉体和负离子粉体按59～70wt％：30～41wt％(优选65wt％：35wt％)落入带搅拌机的喂料仓混合，经螺杆挤出机挤压熔融、牵条过水槽冷却、切粒、过筛混合、干燥制得负离子聚乳酸母粒，并待母粒冷却后装袋。
优选的，步骤s2的1)中：将真空转鼓机干燥机彻底清洁并冷却至60℃后，投入纤维级聚乳酸plla切片，投料完毕，加入硬脂酸钙粉体后合上盖子抽真空运转，先60℃运转1小时，再70℃运转3h，随后升温至130℃运转7h，控制切片含水率不超过120ppm。更优选的，硬脂酸钙粉体与纤维级聚乳酸plla切片重量比为25～85g：1000kg。
优选的，步骤s2的1)中：将真空转鼓机彻底清洁后投负离子聚乳酸母粒，随后合上盖子抽真空，直接升温至130℃运转10h，控制母粒含水率不超过120ppm。
优选的，步骤s2的2)中，所述纺丝纺前温度为220～245℃，纺丝箱体温度235～240℃，纺丝中纺速1000～1100m/min，原丝线密度3.80～4.38dtex。
优选的，步骤s2的2)中，所述一级油浴牵伸中油槽温度60～64℃，二级牵伸温度0～100℃，牵伸总倍数3.36～3.44，一级牵伸、二级牵伸共需3道牵伸机，第三道牵伸机高速不超过120m/mim；紧张热定型温度130～140℃，预热箱温度0～80℃。
本发明还提供一种负离子聚乳酸纤维，其由上述任一种制备方法制得。
本发明在母粒制备中控制纤维级聚乳酸粉体和负离子粉体的质量百分比59～70wt％：30～41wt％：聚乳酸属于高分子有机物难以与无机物如负离子粉体很好地相容：聚乳酸太多、负离子粉体少，则没有负离子功能；负离子粉体多、聚乳酸少，则纤维易断或不能形成，因此二者的比例控制非常关键。本发明在母粒制备中限定纤维级聚乳酸粉体和负离子粉体的质量百分比59～70wt％：30～41wt％，能较好解决相容性问题而使得纤维具有负离子相关功能，获得了可工业化应用的负离子聚乳酸纤维。
经检测，本发明制备的负离子聚乳酸纤维性能指标如下：纤维线密度1.3～1.6dtex、断裂强度：3.5～4.5cn/dtex、断裂伸长率42～48％、卷曲数9～10个/25mm、卷曲率9～10％、纤维比电阻3.5～5×106ω.cm，将纤维制成纯织物，在温度20℃、湿度67.2％时，按sn/t2558.2-2011标准，用imh01空气负离子检测仪检测纯负离子聚乳酸织物的负离子含量≥3300个/cm3。
本发明的有益效果：
本发明提供的负离子聚乳酸纤维综合了聚乳酸纤维在一定条件下可完全生物降解以及电气石可释放负离子的优点，是一种可释放负离子的环境友好型纤维，由该纤维所释放产生的负离子对改善空气质量、环境等具有积极作用，用该纤维可制备绿色环保功能纺织品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例11.33dtex×38mm负离子聚乳酸纤维的制备
s1：负离子聚乳酸母粒的制备
1)选择粉体粒径d50＝0.510μm、d97＝1.500μm，负离子释放浓度静态平均值4220ions/cm3，有效含量为97％的米白色电气石粉体作为负离子粉体。
2)启动高速混合机先低速运转再切换至高速运转，转速为900rpm，将负离子粉体加入高速混合机，再加入负离子粉体重量0.05％的硬脂酸钙粉体混合，将高速混合机升温至70℃干燥2小时，120℃干燥2小时，随后将处理过的负离子粉体放入袋内并封口备用。
3)将纤维级plla切片研磨成100目粉体，启动高速混合机先低速运转再切换至高速运转，转速为900rpm，将纤维级plla粉体加入高速混合机运转，将高速混合机温度升至60℃运转1h，70℃运转3h，120℃运转2h，随后将处理过的纤维级plla粉体放入袋内并封口。
4)分别将预处理过的负离子粉体和纤维级plla粉体倒入单独的料仓，经失重式计量器计量，使纤维级plla粉体和负离子粉体按70wt％：30wt％比例落入带搅拌机的喂料仓混合，经螺杆挤出机挤压熔融、牵条过水槽冷却、切粒、过筛混合、干燥制得负离子聚乳酸母粒并待母粒冷却后装袋。
s2：负离子聚乳酸纤维的制备
1)将vc352真空转鼓机彻底清洁并冷却至60℃后，投入1000kg纤维级聚乳酸切片，投料完毕，加入50g硬脂酸钙粉体，合上转鼓盖子抽真空运转，先60℃运转1小时，再升温至70℃运转3h，随后升温至130℃运转7h，控制切片含水率不超过120ppm。
2)将vc352真空转鼓机干燥机彻底清洁后投入600kg负离子聚乳酸母粒，随后合上盖子抽真空，直接升温至130℃运转10h，控制母粒含水率不超过120ppm。
3)将经过干燥且含水率符合要求的纤维级聚乳酸(plla)切片和负离子母粒用干空气分别送入单独的纺丝料仓和母粒料仓，分别经失重式计量器计量，使纤维级plla切片和负离子母粒按92wt％：8wt％比例落入带搅拌机的喂料仓混合，经螺杆挤出机挤压熔融、纺丝、环吹冷却、卷绕、成型落桶；再将一定数量的原丝经后纺集束、一级油浴牵伸、二级冷牵伸、紧张热定型、叠丝上油、预热箱预热、卷曲、切断、成包制得负离子聚乳酸纤维。
上述步骤3)中，负离子聚乳酸纤维纺前温为220～245℃，纺丝箱体温度240℃，纺速1050m/min，原丝线密度3.80dtex。一级牵伸油槽温度62～64℃，二级牵伸温度125℃，第三道牵伸机高速115m/mim，牵伸总倍数3.38倍，紧张热定型温度140℃，预热箱温度85℃。
抽检纤维：纤维线密度1.34dtex、断裂强度：4.00cn/dtex、断裂伸长率43.6％、卷曲数9.5个/25mm、卷曲率10.6％、纤维比电阻3.8×106ω.cm，含油率0.45％，将纤维制成纯织物，在温度20℃、湿度67.2％时，按sn/t2558.2-2011标准，用imh01空气负离子检测仪检测纯负离子聚乳酸织物的负离子含量为3300个/cm3。
实施例21.56dtex×38mm负离子聚乳酸纤维的制备
s1：负离子聚乳酸母粒的制备
1)选择经过包膜等处理，粉体粒径d50＝0.510μm、d97＝1.500μm，负离子释放浓度静态平均值4220ions/cm3，有效含量为97％的米白色电气石粉体作为负离子粉体。
2)启动混合机先低速运转再切换至高速运转，转速为1000rpm，将一定重量的负离子粉体加入高速混合机，再加入负离子粉体重量0.06％的硬脂酸钙粉体混合，将混合机升温至70℃干燥2小时，120℃干燥2小时，随后将处理过的负离子粉体放入袋内并封口备用。
3)将纤维级plla切片研磨成100目粉体，启动混合机先低速运转再切换至高速运转，转速为900rpm，将一定重量的纤维级plla粉体加入高速混合机运转，将混合机温度升至60℃运转1h，70℃运转3h，120℃运转2h，随后将处理过的纤维级plla粉体放入袋内并封口。
4)分别将预处理过的负离子粉体和纤维级plla粉体倒入单独的料仓，经失重式计量器计量，使纤维级plla粉体和负离子粉体按60wt％：40wt％比例落入带搅拌机的喂料仓混合，经螺杆挤出机挤压熔融、牵条过水槽冷却、切粒、过筛混合、干燥制得负离子聚乳酸母粒并待母粒冷却后装袋。
s2：负离子聚乳酸纤维的制备
1)将vc352真空转鼓机彻底清洁并冷却至60℃后，投入1000kg纤维级plla切片，投料完毕，加入50g硬脂酸钙粉体，合上转鼓盖子抽真空运转，先60℃运转1小时，再升温至70℃运转3h，随后升温至130℃运转7h，控制切片含水率不超过120ppm。
2)将vc352真空转鼓机干燥机彻底清洁后投入600kg负离子聚乳酸母粒，随后合上盖子抽真空，直接升温至130℃运转10h，控制母粒含水率不超过120ppm。
3)将经过干燥且含水率符合要求的纤维级plla切片和负离子母粒用干空气分别送入单独的纺丝料仓和母粒料仓，分别经失重式计量器计量，使纤维级plla切片和负离子母粒按90wt％：10wt％比例落入带搅拌机的喂料仓混合，经螺杆挤出机挤压熔融、纺丝、环吹冷却、卷绕、成型落桶；再将一定数量的原丝经后纺集束、一级油浴牵伸、二级冷牵伸、紧张热定型、叠丝上油、预热箱预热、卷曲、切断、成包制得负离子聚乳酸纤维。
上述步骤3)中，负离子聚乳酸纤维纺前温为220～245℃，纺丝箱体温度235℃，纺速1050m/min，原丝线密度4.35dtex。一级牵伸油槽温度62～64℃，二级牵伸温度130℃，第三道牵伸机高速115m/mim，牵伸总倍数3.4倍，紧张热定型温度135℃，预热箱温度80℃。
抽检纤维：纤维线密度1.55dtex、断裂强度：3.81cn/dtex、断裂伸长率47.3％、卷曲数9.5个/25mm、卷曲率9.6％、纤维比电阻4.8×106ω.cm，含油率0.45％，将纤维制成纯织物，在温度20℃、湿度65.2％时，按sn/t2558.2-2011标准，用imh01空气负离子检测仪检测纯负离子聚乳酸织物的负离子含量为3400个/cm3。
对比例11.33dtex×38mm负离子聚乳酸纤维的制备
将实施例1中纤维级聚乳酸(plla)切片和负离子母粒的重量比由92wt％：8wt％比例调整至97wt％：3wt％，其它条件不变时，检测纤维的线密度和断裂强度等物性指标无明显变化，但对比例1负离子聚乳酸纤维纯纺织物的负离子含量为1970个/cm3，和实施例1比较有显著降低。
对比例21.56dtex×38mm负离子聚乳酸纤维的制备
将实施例2中纤维级聚乳酸(plla)切片和负离子母粒的重量比由90wt％：10wt％比例调整至89wt％：11wt％，其它条件不变时，检测纤维的线密度和断裂强度等物性指标无明显变化，但对比例2负离子聚乳酸纤维纯纺织物的负离子含量为3450个/cm3，和实施例2的3400个/cm3比较，纤维纯纺织物的负离子含量无明显升高。