聚乳酸超细纤维的制备方法及聚乳酸超细纤维的制作方法
【专利摘要】本发明涉及聚乳酸超细纤维的制备方法及聚乳酸超细纤维。本发明的制备方法是将30～60重量份的纤维级聚乳酸与40～70重量份的聚烯烃混合均匀，然后加入到螺杆纺丝机中进行共混熔融并挤出纺丝，制备得到纤维级聚乳酸/聚烯烃共混海岛纤维；然后将得到的纤维级聚乳酸/聚烯烃共混海岛纤维置于有机溶剂中，使所述的聚烯烃溶解在所述的有机溶剂中以除去共混海岛纤维中的聚烯烃。本发明的制备方法简单高效，不需添加第三组分相容剂，就可制备出岛相分布均匀且直径细的共混海岛纤维，且能完全剥离。按照本发明的制备方法制备出的聚乳酸超细纤维的直径为10～500nm，该超细纤维具有良好的手感、柔软、吸湿透气、生物相容性等。
【专利说明】聚乳酸超细纤维的制备方法及聚乳酸超细纤维
【技术领域】
[0001]本发明涉及超细纤维，特别涉及采用纤维级聚乳酸和聚烯烃共混熔融纺丝进行制备聚乳酸超细纤维的制备方法，以及由该制备方法得到的聚乳酸超细纤维。
【背景技术】
[0002]超细纤维的定义目前国际上没有统一标准，通常，将单根纤维的直径小于5微米的纤维统称为超细纤维。由于超细纤维具有直径小、比表面积大、良好的机械和电磁学性能，因此在国防军工、航空航天、安全防护、生物医用、信息技术、电子工程等众多领域具有广阔的应用前景。
[0003]现有技术中已知的超细纤维的制造方法有很多种，包括直接纺丝法、复合纺丝法、共混海岛法、拉拔法、模板合成法、界面聚合法、相分离法、生物法以及闪蒸纺丝法等，其中已工业化的技术有直接纺丝法、复合纺丝法和共混纺丝法。在这几种方法中，共混纺丝法因为对设备和技术相对要求低，工艺简单，成本较低，所制备出的超细纤维的细度小等优点而日益发展。其原理是将部分相容或非相容的聚合物共混物熔融纺丝，得到基体-微纤(海-岛)型共混纤维，然后溶解除去基体相，就可以得到分散相的聚合物超细纤维。由于纤维成形过程中的取向和结晶作用，该方法所得的超细纤维具有较好的物理机械性能。
[0004]聚乳酸是一种可生物降解的脂肪族聚酯，可以由可再生作物合成，最终降解成CO2, H2O等，对环境污染小，其纤维兼有天然纤维和合成纤维的优点。如果使聚乳酸纤维的直径降低至I微米甚至500nm以下，使聚乳酸纤维织物具有良好的手感、柔软、吸湿透气、t匕表面积大、良好的生物相容性，可促使其在生物医用材料、高档服装面料、纺织材料等方面的应用，推动绿色环保型材料的开发和相关领域的科技进步。目前关于共混纺丝法制备聚乳酸超细纤维已有专利报道。
[0005]如东华大学在CN201010195490.7中公开了聚乳酸微纳米纤维及其制备方法。采用聚乳酸和水溶性聚酯共混物进行熔融纺丝，得到共混纤维，而后以溶剂水除掉水溶性聚酯得到聚乳酸微纳米纤维。纤维的直径范围为50?500nm，共混纤维中聚乳酸的最高重量比例为50%。在共混纺丝法制备聚乳酸超细纤维技术中，聚乳酸是被保留的超细纤维的组份，与其共混的组份最终要被除出，因此，尽可能提高聚乳酸在共混组成物中的比例，可提高生产效率，同时减少基体相和溶剂的回收量，使生产成本降低。在CN201010195490.7的制备方法中，聚乳酸的最高含量只能达到50%，限制了该项技术的发展和应用。另一方面，该技术的基体相是水溶性聚酯，在热水溶除过程中水溶性聚酯可降解生成分子量低的化合物，不利于基体相的回收和利用。
[0006]为了降低成本，需要提高聚乳酸在共混物中的比例。但是聚乳酸含量增加，尤其是超过50wt%，不易形成分散相。即使形成分散相，聚乳酸所占的比例越高，则分散相聚乳酸的岛相直径也会增大，影响了产品的最终性能。
[0007]本案发明人通过研究，选取了与聚乳酸非相容的聚烯烃为共混组份，通过选择合适的共混组份的熔体粘度比和加工条件，开发出高组成比的聚乳酸超细纤维的制备方法。本发明的制备方法的生产效率高，成本低，易于工业化生产。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种采用聚乳酸和聚烯烃共混熔融纺丝进行制备聚乳酸超细纤维的方法。
[0009]本发明的再一目的是提供采用聚乳酸和聚烯烃共混熔融纺丝制备得到的聚乳酸超细纤维。
[0010]本发明的聚乳酸超细纤维的制备方法包括以下步骤:
[0011](I)以纤维级聚乳酸的重量份为基准，将30?60重量份(优选为50?60重量份)的纤维级聚乳酸与40?70重量份(优选为40?50重量份)的聚烯烃混合均匀，然后加入到螺杆纺丝机中进行共混熔融并挤出纺丝，经拉伸热定型，制备得到纤维级聚乳酸/聚烯烃共混海岛纤维:
[0012](2)将步骤(I)得到的纤维级聚乳酸/聚烯烃共混海岛纤维置于有机溶剂中，使所述的聚烯烃溶解在所述的有机溶剂中以除去共混纤维中的聚烯烃，得到聚乳酸超细纤维。
[0013]所述的纤维级聚乳酸的熔融指数为10?25g/10min。
[0014]所述的纤维级聚乳酸可以是聚乳酸及其共聚物或者它们的共混物。
[0015]所述的聚烯烃的熔融指数为25?50g/10min。
[0016]所述的聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯，优选为低密度聚乙烯。
[0017]步骤(I)中所述的共混熔融并挤出纺丝的温度为190?210°C。
[0018]步骤(2)中所述的有机溶剂为可溶解所述的聚烯烃的烃类溶剂，优选为二甲苯。溶解所述的聚烯烃时，最好在加热状态下进行，一般溶解温度控制在80?95°C，溶解的时间为0.5?4小时，较佳的溶解的时间为I?3小时。
[0019]由本发明的制备方法得到的聚乳酸超细纤维的组分为100%聚乳酸；聚乳酸超细纤维的单纤维的直径为10?500nm，较佳的所述的聚乳酸超细纤维的单纤维的直径为30?200nmo
[0020]在本发明的方法中，通过选择不同熔融指数的纤维级聚乳酸与聚烯烃以控制共混组份的粘度比，可提高共混组份中的聚乳酸的比例，在纤维级聚乳酸与聚烯烃的高比例的条件下仍然能成为分散相。本发明的制备方法简单高效，不需添加第三组分相容剂，就可制备出岛相分布均匀且直径细的共混海岛纤维，且能完全剥离。本发明的方法得到的基体相和溶剂回收技术可利用现有的聚酰胺超细纤维生产装置中的相关设备和技术，易于实现规模化生产。按照本发明的制备方法制备出的聚乳酸超细纤维的直径为10?500nm，该超细纤维由于具有良好的手感、柔软、吸湿透气、生物相容性等，可应用于生物医用材料、高档服装面料以及纺织材料等方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1.本发明实施例1制备得到的聚乳酸超细纤维的扫描电镜照片。
[0022]图2.本发明实施例2制备得到的聚乳酸超细纤维的扫描电镜照片。
[0023]图3.本发明实施例3制备得到的聚乳酸超细纤维的扫描电镜照片。
[0024]图4.本发明实施例4制备得到的聚乳酸超细纤维的扫描电镜照片。[0025]图5.本发明实施例5制备得到的聚乳酸超细纤维的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0026]以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但所述的实施例是用于说明本发明，而不是限制本发明。
[0027]实施例1.[0028]将熔融指数为15g/10min的纤维级聚乳酸切片在70°C下干燥12小时后，与熔融指数为25g/10min的聚乙烯树脂按照共混重量比为30/70共混均匀，然后加入到螺杆纺丝机中，于190°C纺丝温度下熔融并挤出纺丝，制备得到纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维，经80°C拉伸所得纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维的长度2倍并定型，得到结构稳定的纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品。 [0029]将纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品置于二甲苯中，纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维中的基体相成分聚乙烯在80°C的二甲苯中溶解4小时被除去，即得聚乳酸超细纤维。经扫描电镜观察聚乳酸超细纤维的直径范围为10~270nm，平均直径在67nm左右(见图1)。
[0030]实施例2.[0031]将熔融指数为15g/10min的纤维级聚乳酸切片在70°C下干燥12小时后，与熔融指数为35g/10min的聚乙烯树脂按照共混重量比为40/60共混均匀，然后加入到螺杆纺丝机中，于200°C纺丝温度下熔融并挤出纺丝，制备得到纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维，经80°C拉伸所得纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维的长度2倍并定型，得到结构稳定的纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品。
[0032]将纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品置于二甲苯中，纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维中的基体相成分聚乙烯在95°C的二甲苯中溶解0.5小时被除去，即得聚乳酸超细纤维。经扫描电镜观察聚乳酸超细纤维的直径范围为36~272nm，平均直径在88nm左右(见图2)。
[0033]实施例3.[0034]将熔融指数为15g/10min的纤维级聚乳酸切片在70°C下干燥12小时后，与熔融指数为50g/10min的聚乙烯树脂按照共混重量比为50/50共混均匀，然后加入到螺杆纺丝机中，于200°C纺丝温度下熔融并挤出纺丝，制备得到纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维，经80°C拉伸所得纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维的长度1.5倍并定型，得到结构稳定的纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品。
[0035]将纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品置于二甲苯中，纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维中的基体相成分聚乙烯在85°C的二甲苯中溶解2小时被除去，即得聚乳酸超细纤维。经扫描电镜观察聚乳酸超细纤维的直径范围为40~500nm，平均直径在143nm左右(见图3)。
[0036]实施例4.[0037]将熔融指数为25g/10min的纤维级聚乳酸切片在70°C下干燥12小时后，与熔融指数为50g/10min的聚乙烯树脂按照共混重量比为50/50共混均匀，然后加入到螺杆纺丝机中，于210°C纺丝温度下熔融并挤出纺丝，制备得到纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维，经80°C拉伸所得纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维的长度2倍并定型，得到结构稳定的纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品。
[0038]将纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品置于二甲苯中，纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维中的基体相成分聚乙烯在85°C的二甲苯中溶解3小时被除去，即得聚乳酸超细纤维。经扫描电镜观察聚乳酸超细纤维的直径范围为35~173nm，平均直径在83nm左右(见图4)。[0039]实施例5.[0040]将熔融指数为10g/10min的纤维级聚乳酸切片在70°C下干燥12小时后，与熔融指数为35g/10min的聚乙烯树脂按照共混重量比为60/40共混均匀，然后加入到螺杆纺丝机中，于210°C纺丝温度下熔融并挤出纺丝，制备得到纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维，经80°C拉伸所得纤维级聚乳酸/聚乙烯初生纤维的长度1.5倍并定型，得到结构稳定的纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品。
[0041]将纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维成品置于二甲苯中，纤维级聚乳酸/聚乙烯共混海岛纤维中的基体相成分聚乙烯在95°C的二甲苯中溶解I小时被除去，即得聚乳酸超细纤维。经扫描电镜观察聚乳酸超细纤维的直径范围为38~361nm，平均直径在114nm左右(见图5)。
【权利要求】
1.一种聚乳酸超细纤维的制备方法，其特征是，所述的制备方法包括以下步骤: (1)以纤维级聚乳酸的重量份为基准，将30?60重量份的纤维级聚乳酸与40?70重量份的聚烯烃混合均匀，然后加入到螺杆纺丝机中进行共混熔融并挤出纺丝，经拉伸热定型，制备得到纤维级聚乳酸/聚烯烃共混海岛纤维； (2)将步骤(I)得到的纤维级聚乳酸/聚烯烃共混海岛纤维置于有机溶剂中，使所述的聚烯烃溶解在所述的有机溶剂中以除去共混纤维中的聚烯烃，得到聚乳酸超细纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的纤维级聚乳酸的重量份为50?60重量份。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是:所述的纤维级聚乳酸的熔融指数为 10 ?25g/10min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的聚烯烃的重量份为40?50重量份。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的溶解聚烯烃时的溶解温度为80?95°C，溶解的时间为0.5?4小时。
6.根据权利要求1、4或5所述的制备方法，其特征是:所述的聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征是:所述的聚烯烃的熔融指数为25?50g/10mino
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的共混熔融并挤出纺丝的温度为190 ?210°C。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述的有机溶剂为二甲苯。
10.一种由权利要求1?9任意一项所述的制备方法得到的聚乳酸超细纤维，其特征是:所述的聚乳酸超细纤维的单纤维的直径为10?500nm。
【文档编号】D01F11/04GK103541040SQ201210237360
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月9日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】张秀芹, 王锐, 靳高岭, 熊祖江, 朱志国, 王笃金 申请人:北京服装学院