本发明属于环保
技术领域：
，特别是一种改善聚乳酸纤维性能的制备工艺。
背景技术：
：聚乳酸纤维(pla纤维)是以玉米、小麦等淀粉为原料，经发酵转化成乳酸再经聚合，纺丝而制成的合成纤维。属线性脂肪族热塑性聚酯，具有轻柔滑顺，强度大，吸湿透气等特点，加工的产品有丝绸般的光泽及舒适的肌肤触感和手感，悬垂性佳，还具有良好的耐热性及抗紫外线功能。然而，该纤维自上世纪90年代开发以后，一直未能在纺织服装领域大规模的应用。我国有着悠久的玉米种植历史，玉米资源丰富，种植面积及其广泛。玉米是一年生禾本科草本植物，也是全世界总产量最高的粮食作物。作为一种绿色、可降解的天然资源，用以开发聚乳酸纤维符合世界潮流，既可以节约利用资源，又适应了人们享受生活、追求自然的心理和生理需求，具有重大意义。现有技术公开了“申请号201510730734.x，本发明公开了一种新型吸湿性好易上染改性聚乳酸纤维，其通过如下方法制备得到：将多种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；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圆形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸纤维，然后进行微生物改性并严格控制发酵参数，将制得的改性聚乳酸纤维喷水润湿后，均匀喷洒复合菌液，恒温38.5℃下发酵72-79小时”，然而，聚乳酸纤维表面含有大量的亲水基团，导致聚乳酸纤维面料耐水性能不佳，在经过染色、水洗等处理后，面料的强度会降低，影响其耐用性。技术实现要素：本发明的目的是提供一种改善聚乳酸纤维性能的制备工艺，以解决现有技术中的不足。本发明采用的技术方案如下：一种改善聚乳酸纤维性能的制备工艺，对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维。所述酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至60-65℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，得到酸化纳米石墨烯；所述硝酸溶液质量分数为1.5-2%。所述纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为88-90g：300ml。所述硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为8-9%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至60-63℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理3-5min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%。所述超声波频率为55khz，功率为750w。所述混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为3-5%；硅烷化纳米石墨烯质量分数不超过0.5%，其余为聚乳酸。所述双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min。所述熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行。所述毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。有益效果：本发明提供的一种改善聚乳酸纤维性能的制备工艺，本发明通过添加一定量的经过处理后的硅烷化纳米石墨烯，具有更好的相容性，降低聚集，同时，能够有效的增强聚乳酸纤维的力学性能，能够在干燥气候下避免纤维衣物容易积聚电荷形成静电，穿着和使用时产生静电的弊端，提高舒适性，避免放电现象的产生。硅烷化石墨烯的加入没有改变聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸的链段结构，未产生新的官能团，但硅烷化石墨烯与聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸之间能够分别很好地结合在一起，三者之间的结合，能够共同促进提高复合材料的综合性能；少量硅烷化纳米石墨烯的添加，形成异相成核，在温度、分子结构等其他条件相同的情况下，能够促使结晶时间的增加，聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸分子链有足够的时间调整自己的构象，从而规整有序地在空间排列，形成稳定的三维结构，进而巩固复合材料的性能；经过试验可以看出，本发明实施例制备的聚乳酸纤维经过高湿度处理后断裂伸长率同样具有一定程度的降低，但是降低的幅度明显低于纯聚乳酸纤维断裂伸长率降低的幅度，由此可见，本发明实施例中制备的聚乳酸纤维相较于纯聚乳酸原料制备的聚乳酸纤维的耐水性能得到大幅度的提高，表明本发明实施例中制备的聚乳酸纤维的亲水性具有一定的降低，通过添加特定的聚对苯二甲酸乙二醇酯能够一定程度上降低本发明制备的聚乳酸纤维的亲水性能。具体实施方式一种改善聚乳酸纤维性能的制备工艺，对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料，其中高速混合机中搅拌速度为350r/min；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维。本发明通过添加一定量的经过处理后的硅烷化纳米石墨烯，具有更好的相容性，降低聚集，同时，能够有效的增强聚乳酸纤维的力学性能，能够在干燥气候下避免纤维衣物容易积聚电荷形成静电，穿着和使用时产生静电的弊端，提高舒适性，避免放电现象的产生。硅烷化石墨烯的加入没有改变聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸的链段结构，未产生新的官能团，但硅烷化石墨烯与聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸之间能够分别很好地结合在一起，三者之间的结合，能够共同促进提高复合材料的综合性能；少量硅烷化纳米石墨烯的添加，形成异相成核，在温度、分子结构等其他条件相同的情况下，能够促使结晶时间的增加，聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸分子链有足够的时间调整自己的构象，从而规整有序地在空间排列，形成稳定的三维结构，进而巩固复合材料的性能。所述酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至60-65℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，通过添加到烘干想箱中进行烘干，烘干温度为55℃，得到酸化纳米石墨烯；所述硝酸溶液质量分数为1.5-2%。所述纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为88-90g：300ml。所述硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为8-9%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至60-63℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理3-5min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%。所述超声波频率为55khz，功率为750w。所述混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为3-5%；硅烷化纳米石墨烯质量分数不超过0.5%，其余为聚乳酸。所述双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min。所述熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行。所述毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，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对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯，酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至60℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，通过添加到烘干想箱中进行烘干，烘干温度为55℃，得到酸化纳米石墨烯；硝酸溶液质量分数为1.5%，纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为88g：300ml；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料，其中高速混合机中搅拌速度为350r/min，硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为8%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至60℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理3min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%，超声波频率为55khz，功率为750w；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g，混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为3%；硅烷化纳米石墨烯质量分数0.32%，其余为聚乳酸；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维，双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min，熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行，毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。实施例2对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯，酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至65℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，通过添加到烘干想箱中进行烘干，烘干温度为55℃，得到酸化纳米石墨烯；硝酸溶液质量分数为2%，纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为90g：300ml；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料，其中高速混合机中搅拌速度为350r/min，硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为9%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至63℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理5min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%，超声波频率为55khz，功率为750w；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g，混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为5%；硅烷化纳米石墨烯质量分数0.5%，其余为聚乳酸；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维，双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min，熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行，毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。实施例3对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯，酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至61℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，通过添加到烘干想箱中进行烘干，烘干温度为55℃，得到酸化纳米石墨烯；硝酸溶液质量分数为1.7%，纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为89g：300ml；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料，其中高速混合机中搅拌速度为350r/min，硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为8.2%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至61℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理4min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%，超声波频率为55khz，功率为750w；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g，混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为4%；硅烷化纳米石墨烯质量分数0.46%，其余为聚乳酸；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维，双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min，熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行，毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。实施例4对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯，酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至63℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，通过添加到烘干想箱中进行烘干，烘干温度为55℃，得到酸化纳米石墨烯；硝酸溶液质量分数为1.8%，纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为88.5g：300ml；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料，其中高速混合机中搅拌速度为350r/min，硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为8.6%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至62℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理4min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%，超声波频率为55khz，功率为750w；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g，混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为3.6%；硅烷化纳米石墨烯质量分数0.41%，其余为聚乳酸；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维，双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min，熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行，毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。实施例5对纳米石墨烯依次进行酸化、硅烷化处理，得到硅烷化纳米石墨烯，酸化为将纳米石墨烯添加到硝酸溶液中，加热至64℃，搅拌处理30min，然后进行抽滤，采用清水洗涤至中性，烘干至恒重，通过添加到烘干想箱中进行烘干，烘干温度为55℃，得到酸化纳米石墨烯；硝酸溶液质量分数为1.9%，纳米石墨烯与硝酸溶液混合比例为89.1g：300ml；将聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚乳酸、硅烷化纳米石墨烯添加到高速混合机中进行混合均匀，得到混合原料，其中高速混合机中搅拌速度为350r/min，硅烷化处理为：将经过酸化纳米石墨烯添加到质量分数为8.7%乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷的乙醇溶液中，加热至62℃，保温搅拌20min，然后再采用超声波处理4min，再进行抽滤，清水洗涤，烘干至恒重，即得；其中乙醇溶液中乙醇的质量分数为35%，超声波频率为55khz，功率为750w；本发明中采用的聚对苯二甲酸乙二醇酯中的末端羧基含量为16eq/ton，deg的含量为0.25wt％，聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.53dl/g，混合原料中聚对苯二甲酸乙二醇酯质量分数为3-5%；硅烷化纳米石墨烯质量分数0.39%，其余为聚乳酸；通过限定聚对苯二甲酸乙二醇酯的参数，能够改善其软化点偏低和与聚乳酸之间的相容性，促使制备的聚乳酸纤维的力学性能得到进一步的提高；将所述混合原料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒，得到母粒；将所述母粒进行熔融纺丝，得到聚乳酸纤维，双螺杆挤出温度为246℃，转速为12r/min，熔融纺丝通过毛细管流变仪和纺丝辊进行，毛细管流变仪喷丝头直径为0.2ｍｍ，毛细管流变仪机筒内温度为265℃，活塞3.5mm/min的速度恒定下压，通过纺丝辊牵引轮卷绕纺丝，牵引轴的转速为55r/min，纺丝辊上的定牵引轮与喷丝头的距离为0.7ｍ。依据gb/t14337—2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》，在相对湿度为55%±2%，温度为(20±2)℃条件下，借助xq-1a型纤维强伸度仪进行实施例与对比例纤维机械性质的测试，每组15个，取平均值，单丝直径为0.2mm；表1断裂伸长率%实施例140.8实施例241.9实施例342.3实施例444.6实施例543.1对比例123.7对比例1：纯聚乳酸为原料制备的聚乳酸纤维；由表1可以看出本发明方法制备聚乳酸纤维相较于纯聚乳酸为原料制备的聚乳酸纤维的断裂伸长具有明显的提高，本发明通过向聚乳酸原料中添加经过处理后的纳米石墨烯和特定的聚对苯二甲酸乙二醇酯能够明显的提高了聚乳酸纤维的力学性能。在相对湿度为90%±2%，温度为(30±2)℃条件下,将实施例与对比例1试样分别放置30小时，然后再进行断裂伸长率检测，每组试样15个，取平均值，对比：表2断裂伸长率%实施例134.6实施例236.1实施例337.0实施例438.4实施例538.1对比例111.2由表2可以看出，对比例1中的纯聚乳酸为原料制备的聚乳酸纤维经过高湿度处理后，断裂伸长率大幅度的降低，而本发明实施例制备的聚乳酸纤维经过高湿度处理后断裂伸长率同样具有一定程度的降低，但是降低的幅度明显低于纯聚乳酸纤维断裂伸长率降低的幅度，由此可见，本发明实施例中制备的聚乳酸纤维相较于纯聚乳酸原料制备的聚乳酸纤维的耐水性能得到大幅度的提高，表明本发明实施例中制备的聚乳酸纤维的亲水性具有一定的降低，通过添加特定的聚对苯二甲酸乙二醇酯能够一定程度上降低本发明制备的聚乳酸纤维的亲水性能。以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。当前第1页12