本发明属于功能材料和功能纤维制备技术领域，具体涉及一种多功能聚乳酸纤维的制备方法。
背景技术：
目前聚乳酸纤维功能化品种越来越多，根据不同的功能实现方法有所不同，例如为了实现聚乳酸纤维的功能化，常用方法为表面改性技术和共混改性技术。然而随着社会的发展，单一的功能越来越难以满足多领域、多功能的要求。
专利CN101942759A是将纤维加入到含有硝酸银的溶液中吸附溶液中的硝酸银，再通过对吸附硝酸银后的纤维进行还原得到表面附着银的抗菌纤维或织物。该方法不能形成均一稳定的抗菌涂层，且抗菌时间有限，不能达到持久抗菌。整个过程过于复杂极易对环境产生污染。后者则是将抗菌组分直接或改性后加入到聚合物中，通过螺杆挤出制备抗菌母粒，再经过熔融纺丝技术制备抗菌纤维。专利CN103038403A是通过在延伸处理后进行特定范围内的松弛热处理制备了具有耐磨性功能聚酯纤维。专利CN103710963A通过添加高含量的多种无机纳米粉体为聚酯基体提供多功能，该方法添加量高不易分散，效果较差。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，所述的多功能聚乳酸纤维中抗菌客体组分的添加量少、分散均匀，功能持久，操作简便。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将功能性金属离子通过离子交换进入α-ZrP形成功能性的α-ZrP，然后利用KH550改性功能性的α-ZrP，将碳材料酸化处理，得到酸化处理的碳材料，利用E51环氧改性剂对酸化处理后的碳材料改性，得到改性的碳材料，将KH550改性的功能性的α-ZrP加入到所述改性的碳材料中形成多功能纳米团簇；
第二步：将所述多功能纳米团簇和聚乳酸基体在180~230℃下共混造粒，并干燥，最后经熔融纺丝法纺制成多功能聚乳酸纤维。
优选地，所述的功能性金属离子为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、硝酸银和氯化锗中的至少一种。
优选地，所述的碳材料为碳纳米管、纳米碳黑和纳米石墨中的至少一种。
优选地，所述的KH550改性的功能性的α-ZrP和改性的碳材料的质量比为1:1-10。
优选地，所述的多功能纳米团簇的尺寸在300~700 nm。
优选地，所述的多功能纳米团簇与聚乳酸基体的质量比0.5 -3 :99.5- 97。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）将功能性金属离子通过离子交换进入α-ZrP，实现了α-ZrP对功能性金属离子的负载；并通过KH550改性增加了α-ZrP与聚合物基体的相容性，同时为α-ZrP表面引入了大量的氨基；
（2）采用E51对酸化处理的纳米碳材料改性，增加了碳材料与基体的相容性，并为碳材料表面提供了大量的环氧基团；
（3）得到的多功能纳米团簇可实现一次添加多种功能且添加量少，功能持久，并且不影响聚合物纳米材料的成型；
（4）方法操作简单、高效，成本低，效用持久，应用前景广阔；
（5）制备的多功能性聚乳酸纤维可有效应用在家用纺织品、服装、大飞机、高铁等内饰，航天员服饰，军用作战服饰等。通过对本发明多功能聚乳酸纤维的产业化可以有效填补国内的多功能纤维制备技术空白。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明各实施例中的磷酸锆纳米粉体为市售产品，粒径为100-700 nm，纳米碳粉体为市售产品碳纳米管长度为200-700 nm，纳米碳黑粒径为100-500 nm，纳米石墨的粒径为200-700 nm。
实施例1：
一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，具体步骤为：
第一步：将19.5g α-ZrP加入到100 ml四氢呋喃中，超声并机械搅拌，超声功率为50W，时间为20min；机械搅拌的转速为200r/min，时间为20min；1.7g氯化铜加入溶液中，反应6h；滴加硅烷偶联剂KH550继续反应，KH550的滴加量与α-ZrP的质量比为0.5:1；添加质量分数为80%的硝酸处理多壁碳纳米管；反应温度为80℃，反应的时间为12 h。添加E51改性酸化的多壁碳纳米管；酸化碳材料与环氧改性剂E51摩尔比为1:5，反应温度为80℃，反应时间为12 h。环氧改性的多壁碳纳米管与KH550-α-ZrP的摩尔比为1:1；升高温度至80℃，继续反应16h；利用丙酮洗涤3次，过滤真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：将上述多功能纳米团簇和聚乳酸按质量比3:97在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后经熔融纺丝法（纺丝温度为210~260℃）纺制成多功能聚乳酸纤维。纤维中多功能粉体的尺寸在300-700 nm。该纤维对大肠杆菌的抗菌率＞90%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率＞85%，对白色念珠菌的抗菌率＞60%。织物耐水洗次数＞80次。该纤维的体积电阻率小于108Ω·cm。
实施例2：
一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，具体步骤为：
第一步：将19.5g α-ZrP加入到100 ml DMF中，超声并机械搅拌，超声功率为35W，时间为60 min；机械搅拌的转速为300r/min，时间为15min；1.6g硫酸铜加入溶液中，反应 12 h；滴加硅烷偶联剂KH550继续反应，KH550的滴加量与α-ZrP的质量比为1:1；添加质量分数为80%的硝酸处理多壁碳纳米管；反应温度为75℃，反应的时间为24 h。添加E51改性酸化的多壁碳纳米管；酸化碳材料与环氧改性剂E51摩尔比为1:5，反应温度为75℃，反应时间为24 h。环氧改性的多壁碳纳米管与KH550-α-ZrP的摩尔比为1:1；升高温度至80℃，继续反应16h；利用丙酮洗涤3次，过滤真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：将上述多功能纳米团簇和聚乳酸按质量比2:98在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后经熔融纺丝法（纺丝温度为210~260℃）纺制成多功能聚乳酸纤维。纤维中多功能粉体的尺寸在500-700 nm。该纤维对大肠杆菌的抗菌率＞85%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率＞80%，对白色念珠菌的抗菌率＞60%。织物耐水洗次数＞80次。该纤维的体积电阻率小于108Ω·cm。
实施例3：
一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，具体步骤为：
第一步：将19.5g α-ZrP加入到100 ml四氢呋喃中，超声并机械搅拌，超声功率为50W，时间为30min；机械搅拌的转速为300r/min，时间为30min；0.85g硝酸银加入溶液中，反应18 h；滴加硅烷偶联剂KH550继续反应，KH550的滴加量与α-ZrP的质量比为1:1；添加质量分数为80%的硝酸处理纳米碳黑；反应温度为80℃，反应的时间为12 h。添加E51改性酸化的纳米碳黑；酸化碳材料与环氧改性剂E51摩尔比为1:5，反应温度为80℃，反应时间为24 h。环氧改性的多壁碳纳米管与KH550-α-ZrP的摩尔比为1:1；升高温度至80℃，继续反应16h；利用丙酮洗涤3次，过滤真空烘箱60℃烘干12 h；
第二步：将上述多功能纳米团簇和聚乳酸按质量比3:97在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后经熔融纺丝法（纺丝温度为210~260℃）纺制成多功能聚乳酸纤维。纤维中多功能粉体的尺寸在200-500 nm。该纤维对大肠杆菌的抗菌率＞90%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率＞90%，对白色念珠菌的抗菌率＞70%。织物耐水洗次数＞80次。该纤维的体积电阻率小于109Ω·cm。
实施例4：
一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，具体步骤为：
第一步：将39g α-ZrP加入到100 ml DMF中，超声并机械搅拌，超声功率为35 W，时间为60min；机械搅拌的转速为300r/min，时间为60 min；1.35g氯化铜和0.11g氯化锗加入溶液中，反应12 h；滴加硅烷偶联剂KH550继续反应，KH550的滴加量与α-ZrP的质量比为1:1；添加质量分数为80%的硝酸处理多壁碳纳米管；反应温度为75℃，反应的时间为18 h。添加E51改性酸化的多壁碳纳米管；酸化碳材料与环氧改性剂E51摩尔比为1:10，反应温度为75℃，反应时间为24 h。环氧改性的多壁碳纳米管与KH550-α-ZrP的摩尔比为1:1；升高温度至80℃，继续反应16h；利用丙酮洗涤3次，过滤真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：将上述多功能纳米团簇和聚乳酸按质量比2:98在250℃~275℃下共混造粒，并干燥，最后经熔融纺丝法（纺丝温度为270~290℃）纺制成多功能聚乳酸纤维。纤维中多功能粉体的尺寸在300-700 nm。该纤维对大肠杆菌的抗菌率＞90%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率＞85%，对白色念珠菌的抗菌率＞60%。织物耐水洗次数＞80次。该纤维的体积电阻率小于108 Ω·cm。摩擦法测量负离子产生量每立方厘米400 ~1000个。
实施例5：
一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，具体步骤为：
第一步：将39 g α-ZrP加入到100 ml四氢呋喃中，超声并机械搅拌，超声功率为50W，时间为30min；机械搅拌的转速为300r/min，时间为30min；1.7g硝酸银和0.2 g氯化锗加入溶液中，反应12 h；滴加硅烷偶联剂KH550继续反应，KH550的滴加量与α-ZrP的质量比为0.5:1；添加质量分数为60%的硝酸处理纳米石墨；反应温度为80℃，反应的时间为24 h。添加E51改性酸化的纳米石墨；酸化碳材料与环氧改性剂E51摩尔比为1:10，反应温度为80℃，反应时间为18 h。环氧改性的多壁碳纳米管与KH550-α-ZrP的摩尔比为1:1；升高温度至80℃，继续反应16h；利用丙酮洗涤3次，过滤真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：将上述多功能纳米团簇和聚乳酸按质量比0.5:99.5在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后经熔融纺丝法（纺丝温度为210~260℃）纺制成多功能聚乳酸纤维。纤维中多功能粉体的尺寸在500-700 nm。该纤维对大肠杆菌的抗菌率＞95%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率＞90%，对白色念珠菌的抗菌率＞70%。织物耐水洗次数＞80次。该纤维的体积电阻率小于1010 Ω·cm。摩擦法测量负离子产生量每立方厘米400 ~1000个。