专利名称：聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法
技术领域：
本发明属于高分子材料应用技术领域，具体涉及一种聚乳酸聚合熔体直接制备有色 聚乳酸纤维的方法。
背景技术：
聚乳酸是以可再生玉米或葡萄糖作为初始原料，经多道流程最终聚合而成的可降解 高分子新材料，美国于2002年正式工业化生产，学术名为PLA，我国仍处于研发阶段， 尚未进入工业化生产。
目前，我国所使用的聚乳酸纤维的量虽然不是很大，但均由国外进口，并且均为切 片纺长丝或短纤，色泽均为本白色。如纺织业界周知之理，由于绝大部分的织物面料(包 括无纺织面料)需要由各种颜色搭配，因此必须经过染色、染整获得不同颜色的纤维或面 料。然而，由于聚乳酸纤维是一种新材料，因此对聚乳酸纤维的染色和对由聚乳酸纤维所 得到的织物的染整尚处于探索阶段，加上文献中并无公开的得以借鉴的技术信息，从而使 染色、染整难度大。如果简单地将传统的针对涤纶纤维、锦纶纤维、涤锦复合纤维或棉纤 维等的染色工艺套用于对聚乳酸纤维的染色，那么，由于聚乳酸纤维的耐温性较低，对染 色工艺参数如温度的变化十分敏感且对工艺要求非常苛刻，尤其是对聚乳酸纤维的机织面 料的染整处理难度更大，从而在很大程度上制约了具有可降解而藉以体现环保性以及具有 资源再生性而藉以体现节约不可再生性资源(如石油)的聚乳酸纤维的推广应用。
除了上述因素外，即使人们经过攻坚克难在日后(以后)掌握了对聚乳酸纤维的染 色和对由聚乳酸纤维所得到的纺织面料或无纺织面料染色的成熟技术，那么，仍然会面临 下述困惑，那就是能源问题和环境污染问题，因为，染色、染整必须依赖水、电和气，从 而造成能源的大量耗费；又因为染色、染整必然产生污染物的排入，从而损及环境。
目前的情形是，业界普遍认为，若要使由聚乳酸聚合熔体所得到的聚乳酸纤维的染 色工艺获得实质性的进展，则需要进行旷日持久的探索。然而，本申请人认为，在对聚乳 酸纤维的染色工艺未获工业化过关之前，完全可以通过另辟蹊径的方式或称并驾齐驱的方 式加以突破， 一方面有助于聚乳酸纤维的早日推广应用，另一方面有利于积极地体现保护环境和避免不可再生性资源的消耗。申请人找到了解决问题的办法，下面将要介绍的技术
方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的任务在于提供一种聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，该方 法能使聚乳酸纤维具备与来具有的所需的颜色并且能保障纤维颜色的一致性，既有助于聚 乳酸纤维的早日推广应用，又西无需后续的染色而有利于节约不可再生的资源及有益于保 护环境。
本发明的任务是这样来完成的， 一种聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方 法，其是将聚乳酸聚合反应装置聚合反应终结后所得到的本白色聚乳酸聚合烙体由聚乳酸 聚合反应装置的终结装置的第一出料泵通过接续在第一出料泵与熔体混合装置之间的第 一熔体输送管道在加热并且保温状态下以正压连续地从熔体混合装置的入料口输送到熔 体混合装置中，与此同时，由第二出料泵将螺杆挤出机对聚乳酸色母粒熔融后挤出的有色 聚乳酸熔体通过接续在第二出料泵与熔体混合装置的入料口之间的第二熔体输送管道在 加热并且保温状态下以正压连续地从熔体混合装置的入料口引入到熔体混合装置中，由熔 体混合装置将来自于第一熔体输送管道的本白色聚乳酸聚合熔体与来自于第二熔体输送 管道的有色聚乳酸熔体混合，得到有色聚乳酸混合熔体，有色聚乳酸混合熔体经接续于所 述熔体混合装置的出料口与纺丝箱之间的第三熔体输送管道在加热并且保温状态下以正 压连续地引入纺丝箱纺丝，由纺丝箱对引入的有色聚乳酸混合熔体纺丝，得到有色聚乳酸 纤维。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的终结装置为聚乳酸聚合熔体后处理装置。 在本发明的另一个具体的实施例中，所述的加热并且保温的温度为聚乳酸聚合反应 装置反应终结后所得到的粘液状的聚合物的工艺温度，所述的聚乳酸聚合熔体为自所述终 结装置的出料口经所述第一出料泵、熔体混合装置和第三熔体输送管道引入纺丝箱的过程 中始终处于粘液状的聚乳酸聚合熔体；所述的有色聚乳酸熔体为自所述螺杆挤出机的第二 料泵经第二熔体输送管道引入所述熔体混合装置的过程中始终处于粘液状的并且温度与 所述聚乳酸聚合熔体的温度相同的有色聚乳酸熔体。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述的工艺温度为170-250'C，而所述的正压的
5压力为0.5-35MPa
在本发明的再一个具体的实施例中，所述的第一出料泵和第二出料泵均为高压熔体 输送计量泵。
在本发明的还一个具体的实施例中，所述的聚乳酸色母料是由聚乳酸与颜料按比例 混合并且经造粒、烘干制成。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的聚乳酸与颜料的重量份比为100: 5 40，所述的颜料为高温型有机分散颜料、高温型可熔性染料或炭黑粉料，其中，高温型有
机分散颜料为环保型高温有机分散颜料系列中所选取的任意一种，所述的炭黑粉料为环保 型炭黑粉料，而所述的高温型可熔性染料为环保型高温可熔性染料系列中所选择的任意一种。
在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的本白色聚乳酸聚合熔体与有色聚乳酸 熔体的重量份比为100: 0.2-15。
在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的熔体混合装置为静态混合装置或动 态混合装置。
在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的静态混合装置为管道式多单元组合 静态混合器；所述的动态混合装置为双螺杆挤压混合装置。
在本发明的还进而一个具体的实施例中，所述的有色聚乳酸纤维为有色聚乳酸长丝、 有色聚乳酸短纤或有色聚乳酸长丝无纺布。
本发明提供的技术方案的优点，由于能使聚乳酸纤维赋予与来具有的所需颜色，因 而有利于保障有色聚乳酸纤维及制品的颜色的一致性，避免了日后对纤维或面料染色过程 中造成色差；由于不需要后续的染色染整，从而既可以节约诸如水、电、气之类的能源， 又可以防止印染废水对环境造成破坏；由于聚乳酸纤维及制品的原料为绿色环保性的并且 可再生性的以及废弃后可降解的材料，因此不仅可以节约属于战略性且不可再生的资源 (石油)，而且在废弃后无损土壤和水源；本发明方法的推出，能使聚乳酸纤维及制品的 推广应用提供技术保障。
图1为本发明方法的实施例一和三的工艺流程示意图。图2为本发明方法的实施例二的工艺流程示意图。
具体实施例方式
为了使专利局的审査员尤其是公众能更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效 果，申请人在下面结合给出的工艺流程示意图详细阐述本发明方法的具体实施方式
，但是， 对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思作出的仅仅为形式上的 而非实质性的等效变换例如对工艺参数的等效性变换都应视为本发明技术方案的范畴。
实施例l:
请参阅图1，由聚乳酸聚合反应装置聚合反应终结得到工艺温度为170'C的粘液状的 聚合物，该聚合物即为本白色聚乳酸聚合熔体，该聚乳酸聚合熔体由作为聚乳酸聚合反应 装置的聚乳酸聚合熔体后处理装置即终结装置1的出料口处的第一出料泵2通过连接于第 一出料泵2的出料口与熔体混合装置5的入料口 11之间的第一熔体输送管道9在工艺温 度为170'C且保持于170'C态下以正压为35MPa的压力连续输送到熔体混合装置9中，与 此同时，由设在螺杆挤出机3的出料口处的第二出料泵4将由螺杆挤出机对聚乳酸色母粒 热熔融后挤出的工艺温度同样为170'C的有色聚乳酸熔体通过接续在第二出料泵4与熔体 混合装置5的入料口 11之间的第二熔体输送管道10在工艺温度也为170"C并且保持于(维 持于)17(TC下以正压为35MPa的压力引入到熔体混合装置5中，由熔体混合装置5将来 自于第一熔体输送管道9的本白色聚乳酸聚合熔体与来自于第二熔体输送管道10的有色 聚乳酸熔体混合，得到有色聚乳酸混合熔体，该有色聚乳酸混合熔体经连接于熔体混合装 置5的出料口与纺丝箱的纺丝箱进料口之间的第三熔体输送管道6在工艺温度仍然为170 'C并且保持于170'C状态下以正压为0.5MPa的压力连续地引入纺丝箱7纺丝，经置于纺 丝箱7的箱体内的计量泵送入喷丝组件中，由喷丝组件的喷丝板孔流出呈熔体细流，经空 气冷却后得到有色聚乳酸纤维8。在本实施例中，前述的第一、第二出料泵2、 4均为高压 熔体输送计量泵并且两者的压力相等，使本白色聚乳酸聚合熔体及有色聚乳酸熔体连续均 匀地进入熔体混合装置5。前述的第一、第二、第三熔体输送管道9、 10、 6的外壁上既可 包覆电加热套，也可将第一、第二、第三熔体输送管道9、 10、 6均置于隔套中，并且由 加热介质如导热油对第一、第二、第三熔体输送管道9、 10、 6隔套加热，以确保前述的 工艺温度170'C。在本实施例中，聚乳酸色母粒是由聚乳酸与颜料按重量份比为100: 40混合后经造
粒烘干制成，由于所述的有色聚乳酸纤维的具体的颜色是根据有色聚乳酸纤维的使用厂商 所确定的，因此，依据使用厂商所需的颜色，具体是从环保型高温有机分散染料系列中选 取其中一种，或从环保型炭黑粉料中选取其中一种，或者从环保型高温可熔性染料系列中 选取其中一种，在本实施例中，申请人使用的颜料是从环保型高温可熔性染料系列中选取 的，更具体地讲是从由中国浙江省富丽达化工有限公司所生产销售的环保型的牌号为髙性
能可熔性染料红122、染料紫19、染料红254、染料蓝260、染料绿278和染料黄100等 等所构成的系列中所选取的一种染料，即牌号为260的染料蓝。
在本实施例中，本白色聚乳酸聚合熔体与有色聚乳酸熔体的重量份比为100: 0.2。 本实施例所使用的熔体混合装置5为管道式多单元静态混合器，这种管道式多单元组合静 态混合器优选采用由中国北京市北京诺威逊聚合技术有限公司生产销售的产品名称为管 道式多单元组合静态混合器。并且，前述的第一、第二出料泵2、 4优选而非限于地使用 由中国天津兆川机电制造厂生产销售的齿轮式高温熔体输送计量泵；螺杆挤出机3优选使
用由中国上海金纬化纤机械制造有限公司生产的小螺杆挤出压机。 应用例1:
由实施例1所得到的有色聚乳酸纤维在刚流出喷丝板尚未被空气冷却的同时在具有 气压的气流作用下，使纤维连续垂直向下拉伸，并且被均匀吸附在输送帘上，以所需的宽 度和厚度进入热辊，经热轧巻取后成为一定厚度和宽度的长丝无纺布，或者不经过热轧而 进入水刺机水刺，经高压细流水刺并烘干定型，成为一定厚度和宽度的有色聚乳酸纤维制 品即有色聚乳酸长丝无纺布，用于医疗卫生用品及其它民用产品。
实施例2:
请参阅图2，由聚乳酸聚合反应装置聚合反应终结得到工艺温度为190'C的粘液状的 聚合物，该聚合物即为本白色聚乳酸聚合熔体，该聚乳酸聚合熔体由作为聚乳酸聚合反应 装置的聚乳酸聚合熔体后处理装置即终结装置1的出料口处的第一出料泵2通过连接于第 一出料泵2的出料口与熔体混合装置5的入料口 11之间的第一熔体输送管道9在工艺温 度为190'C且保持于190'C态下以正压为20MPa的压力连续输送到熔体混合装置9中，与 此同时，由设在螺杆挤出机3的出料口处的第二出料泵4将由螺杆挤出机对聚乳酸色母粒热熔融后挤出的工艺温度同样为1卯'C的有色聚乳酸熔体通过接续在第二出料泵4与熔体 混合装置5的入料口 11之间的第二熔体输送管道10在工艺温度也为190'C并且保持于(维 持于)190'C下以正压为20MPa的压力引入到熔体混合装置5中，由熔体混合装置5将来 自于第一熔体输送管道9的本白色聚乳酸聚合熔体与来自于第二熔体输送管道10的有色 聚乳酸熔体混合，具体是由混合装置5内的双螺杆旋转剪切混合，得到有色聚乳酸混合熔 体，该有色聚乳酸混合熔体以基本平推流的状态经连接于熔体混合装置5的出料口与纺丝 箱7的纺丝箱进料口之间的第三熔体输送管道6在工艺温度仍然为190'C并且保持于190 。C状态下以正压为7MPa的压力连续地进入纺丝箱7纺丝，纺丝箱箱体温度控制为190°C 左右。得到有色聚乳酸纤维8。
在本实施例中，聚乳酸色母粒是由聚乳酸与颜料按重量份比为100: 20混合后经选 粒烘干制成，颜料选用环保型高温有机分散颜料系列中的任意一种，本实施例中所选取的 颜料为环保型高温有机分散颜料，并且同样是从中国浙江省富丽达化工有限公司生产销售 的牌号分别为颜料红E3B、颜料红PRE3B、颜料黄110、颜料紫19、颜料橙73、颜料绿 85B、颜料蓝89PY等等这一系列中所选取的，本实施例选取颜料红PRE3B。本白色聚乳 酸聚合熔体与有色聚乳酸熔体的重量份比为100: 5。混合装置5为具有双螺杆的动态混合 装置，这种动态混合装置5优选而非限于地使用由中国上海金纬化纤机械有限公司生产销 售的双螺杆动态混合装置。其余均同对实施例1的描述。
应用例2:
使由实施例2的纺丝箱7纺得的有色聚乳酸纤维8直接进入后道工艺上油后连续被 喂入辊引至牵伸热辊经牵伸1.5-4倍，并定型后被连续地巻取到巻绕系统的筒子上成为有 色FDY长丝或经空气变形处理成为有色BCF长丝，可直接用于制作纺织服装面料、地毯 及家装产品。或，经纺丝箱7纺得的有色聚乳酸纤维8直接进入后道工艺上油后不经过牵 伸，直接被巻取到巻绕系统的筒子上成为有色POY长丝或有色UDY长丝，巻绕速度为 2500m/min以上，则为POY长丝，而巻绕速度为1000m/min以下则为UDY长丝。经诸 如加弹、后牵伸和空气变形处理后得到的有色聚乳酸纤维可直接用于纺织服装及家装用品 原料。
实施例3:请参阅图1，由聚乳酸聚合反应装置聚合反应终结得到工艺温度为250'C的粘液状的 聚合物，该聚合物即为本白色聚乳酸聚合熔体，该聚乳酸聚合熔体由作为聚乳酸聚合反应 装置的聚乳酸聚合熔体后处理装置即终结装置1的出料口处的第一出料泵2通过连接于第 一出料泵2的出料口与熔体混合装置5的入料口 11之间的第一熔体输送管道9在工艺温 度为250'C且保持于250'C态下以正压为10MPa的压力连续输送到熔体混合装置9中，与 此同时，由设在螺杆挤出机3的出料口处的第二出料泵4将由螺杆挤出机对聚乳酸色母粒 热熔融后挤出的工艺温度同样为250'C的有色聚乳酸熔体通过接续在第二出料泵4与熔体 混合装置5的入料口 11之间的第二熔体输送管道IO在工艺温度也为250'C并且保持于(维 持于)250'C下以正压为lOMPa的压力引入到熔体混合装置5中，由熔体混合装置5将来 自于第一熔体输送管道9的本白色聚乳酸聚合熔体与来自于第二熔体输送管道10的有色 聚乳酸熔体混合，得到有色聚乳酸混合熔体，该有色聚乳酸混合熔体经连接于熔体混合装 置5的出料口与纺丝箱的纺丝箱进料口之间的第三熔体输送管道6在工艺温度仍然为250 'C并且保持于250'C状态下以正压为3MPa的压力连续地引入纺丝箱7纺丝，纺丝箱的温 度控制为250'C左右，得到有色聚乳酸纤维8。
在本实施例中，聚乳酸色母粒与颜料的重量比为100: 5，颜料选用环保型炭黑粉料。 本实施例中所选取的环保型炭黑粉料是选自由中国天津利华炭黑有限公司生产的FP系列 色素炭黑中的任意一种。本白色聚乳酸聚合熔体与有色聚乳酸熔体的重量份比为100: 10; 混合装置5优选采用由中国江苏省启东市启东混合器厂生产销售的管道式多单元组合表态 混合装置。其余均同对实施例1的描述。
应用例3:
将由实施例3的纺丝箱7纺得的有色聚乳酸纤维直接经上油工艺后连续经导丝辊将 纤维集束，然后经多辊牵伸、巻曲、热定型、切断和开毛成为有色聚乳酸短纤，该短纤维 纺纱后用于服饰面料，也可直接用于纺织品的填充料或用于生产短纤无纺布。
权利要求
1、一种聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特征在于其是将聚乳酸聚合反应装置聚合反应终结后所得到的本白色聚乳酸聚合熔体由聚乳酸聚合反应装置的终结装置的第一出料泵通过接续在第一出料泵与熔体混合装置之间的第一熔体输送管道在加热并且保温状态下以正压连续地从熔体混合装置的入料口输送到熔体混合装置中，与此同时，由第二出料泵将螺杆挤出机对聚乳酸色母粒熔融后挤出的有色聚乳酸熔体通过接续在第二出料泵与熔体混合装置的入料口之间的第二熔体输送管道在加热并且保温状态下以正压连续地从熔体混合装置的入料口引入到熔体混合装置中，由熔体混合装置将来自于第一熔体输送管道的本白色聚乳酸聚合熔体与来自于第二熔体输送管道的有色聚乳酸熔体混合，得到有色聚乳酸混合熔体，有色聚乳酸混合熔体经接续于所述熔体混合装置的出料口与纺丝箱之间的第三熔体输送管道在加热并且保温状态下以正压连续地引入纺丝箱纺丝，由纺丝箱对引入的有色聚乳酸混合熔体纺丝，得到有色聚乳酸纤维。
2、 根据权利要求1所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的终结装置为聚乳酸聚合熔体后处理装置。
3、 根据权利要求1所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的加热并且保温的温度为聚乳酸聚合反应装置反应终结后所得到的粘液状的 聚合物的工艺温度，所述的聚乳酸聚合熔体为自所述终结装置的出料口经所述第一出料 泵、熔体混合装置和第三熔体输送管道引入纺丝箱的过程中始终处于粘液状的聚乳酸聚 合熔体；所述的有色聚乳酸熔体为自所述螺杆挤出机的第二料泵经第二熔体输送管道引 入所述熔体混合装置的过程中始终处于粘液状的并且温度与所述聚乳酸聚合熔体的温度 相同的有色聚乳酸烙体。
4、 根据权利要求3所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的工艺温度为170-250°C，而所述的正压的压力为0.5-35MPaO
5、 根据权利要求1或3所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特征在于所述的第一 出料泵和第二出料泵均为高压熔体输送计量泵。
6、 根据权利要求1所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的聚乳酸色母料是由聚乳酸与颜料按比例混合并且经造粒、烘干制成。
7、 根据权利要求6所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的聚乳酸与颜料的重量份比为100: 5 40，所述的颜料为高温型有机分散颜 料、高温型可熔性染料或炭黑粉料，其中，高温型有机分散颜料为环保型高温有机分散 颜料系列中所选取的任意一种，所述的炭黑粉料为环保型炭黑粉料，而所述的高温型可 熔性染料为环保型高温可熔性染料系列中所选择的任意一种。
8、 根据权利要求1或3所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法， 其特征在于所述的本白色聚乳酸聚合熔体与有色聚乳酸熔体的重量份比为100: 0.2-15。
9、 根据权利要求1或3所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法， 其特征在于所述的熔体混合装置为静态混合装置或动态混合装置。
10、 根据权利要求9所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的静态混合装置为管道式多单元组合静态混合器；所述的动态混合装置为双 螺杆挤压混合装置。
11、 根据权利要求1所述的聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，其特 征在于所述的有色聚乳酸纤维为有色聚乳酸长丝、有色聚乳酸短纤或有色聚乳酸长丝无 纺布。
全文摘要
一种聚乳酸聚合熔体直接制备有色聚乳酸纤维的方法，属于高分子材料应用技术领域。其是将聚乳酸聚合反应装置聚合反应得到的本白色聚乳酸聚合熔体由聚乳酸聚合反应装置的终结装置输送到熔体混合装置中，由第二出料泵将螺杆挤出机对聚乳酸色母粒熔融后挤出的有色聚乳酸熔体引入到熔体混合装置中，由熔体混合装置将本白色、有色聚乳酸熔体混合，得到有色聚乳酸混合熔体，有色聚乳酸混合熔体引入纺丝箱纺丝，由纺丝箱对有色聚乳酸混合熔体纺丝，得到有色聚乳酸纤维。优点避免了对纤维或面料染色过程中造成色差；节约能源，防止印染废水对环境造成破坏；节约资源，在废弃后无损土壤和水源；能使聚乳酸纤维及制品的推广应用提供技术保障。
文档编号D01F1/04GK101597814SQ200910033409
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者李振华 申请人:常熟市长江化纤有限公司