一种含咖啡碳的PLA纤维面料制作方法与流程

本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种含咖啡碳的pla纤维面料制作方法。

背景技术：

随着人们生活水平的提高和工作节奏的加快，对于服装防护功能的要求越来越高。纺织行业对绿色和环保产品的关注已渐渐成为新产品研发的标准，单一功能的纺织品已不能满足人们的需要，而多功能整理的纺织品因其优良的性能正越来越受到人们的关注和喜爱。

聚乳酸纤维(pla纤维)是以玉米、马铃薯、甜菜等可再生天然物质发酵制得乳酸为原料，再经聚合、纺丝而制得。它可以完全生物降解，并能循环再生。聚乳酸织物也具有优异的性能，如透气透湿性、生物相容性和生物可吸收性，以及抑菌性、阻燃性，并且在可降解热塑性高分子材料中，pla具有最好的抗热性，而且手感柔软，有丝般光泽，但是由于pla脆性大、硬度高、耐热性差等缺陷，导致制备的纤维韧性差，手感差，尺寸稳定性不足，耐磨性和耐水洗性能较差，限制其在纺织领域的应用，尤其是在高档服用领域的应用。

咖啡碳纤维是用废弃的咖啡渣经过1000℃以上高温煅烧，然后形成纳米级颗粒加入到纺丝液体中生产成的纤维，其材质和性能满足当前的消费趋势。其主要功能是抑菌除臭、发散负离子和抗紫外线、蓄热保温、除臭环保的功能和特色。但是，目前在国际国内的纺织行业基本是将其应用于内衣、圆领衫、t恤、袜子等简单的针织品，对含咖啡碳复杂结构的服装面料的研究还较少，尤其是含咖啡碳的纤维面料存在上染率低、擦伤起毛、色牢度差等诸多问题，限制其在纺织领域的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能提升耐热性和高温稳定性，增加拉伸强度和断裂伸长率，能通过增加折皱回复角，改善纤维和面料的回弹性和抗皱性能的含咖啡碳的pla纤维的制作方法。

本发明的目的还在于提供一种能增加面料的回弹性和抗皱性能，以承受搓洗、拧绞而不变形；能提升纤维上染率和上染速率，提高染色及耐洗色牢度，增加纤维及面料的色彩持久性和保型性；能缩短染色工艺耗时，显著降低生产成本和能耗的含咖啡碳的pla纤维面料的制作方法。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种含咖啡碳的pla纤维的制作方法，包括：提供聚乳酸切片，上述聚乳酸中包括聚左旋乳酸(plla)和聚右旋乳酸(pdla)；提供咖啡碳聚乳酸母粒，上述母粒中包括增韧剂和抗氧剂；以及，取上述咖啡碳聚乳酸母粒和聚乳酸切片进行熔融纺丝，经热牵伸和热定型后，制得含咖啡碳的pla纤维；上述含咖啡碳的pla纤维的拉伸强度为2.8-5.8cn/dtex，断裂伸长率为25-45％。该方法制得的含咖啡碳的pla纤维具有蓄热保温、抑菌除臭、发散负离子和抗紫外线等功能，具有更优的耐热性和高温稳定性，以及良好的透气性和吸湿排汗性能，同时获得了更高的拉伸强度和断裂伸长率，并通过增加折皱回复角，改善了纤维和面料的回弹性和抗皱性能。

本发明的一种实施方案，聚左旋乳酸的粘均分子量为45-350kda，其中l旋光异构体的摩尔含量为97.5-99.9％；聚右旋乳酸的粘均分子量为15-80kda，其中d旋光异构体的摩尔含量为97.5-99.9％。优选地，plla的粘均分子量为80-230kda，pdla的粘均分子量为45-65kda。聚右旋乳酸的加入能使得左旋和右旋结构形成互补，使得分子链堆积紧密，能增强分子间作用力，改善聚乳酸的耐热性和高温稳定性，在高温干燥或纺丝过程中避免聚乳酸的水解反应和降解反应，进一步地对纤维强度产生有益影响。

进一步的实施方案，聚乳酸中含有的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的重量比为1:0.1-0.3。

本发明的一种实施方案，咖啡碳聚乳酸母粒中组分及其重量份如下：咖啡碳纳米粉体10-35份、聚乳酸切片65-85份、增韧剂0.05-0.5份、抗氧剂0.05-1.5份。

本发明的一种实施方案，增韧剂为聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙酸-2-甲基丙酯，其重量比为1:0.1-0.5。在熔融造粒的高温环境下，左旋乳酸和右旋乳酸容易发生酯交换作用进而产生立体络合物形态的嵌段共聚物，增韧剂尤其是苯乙酸-2-甲基丙酯的加入，在热张力下能与右旋乳酸络合并嵌入立体络合物中，使得立体络合物中结晶区晶层间束缚分子拉长，当外部产生应力集中时能使晶层间具有更强的局部流动性以抵抗实质性的破裂力，从而使得纤维具有增强的拉伸强度和断裂伸长率；另外，苯乙酸-2-甲基丙酯和右旋乳酸络合后与立体络合物分子间范德华力作用增强，使得纤维形成的织物如面料显示出更大的折皱回复角，使得纤维和面料具有更优的回弹性和抗皱性能。

本发明的一种实施方案，聚乳酸切片经预干燥处理后使用；上述预干燥处理条件为：干燥温度为90-110℃，时间为3-16h，切片最终含水量控制在≤50ppm。

本发明的一种实施方案，咖啡碳聚乳酸母粒的造粒温度为170-250℃；熔融纺丝的处理温度为200-250℃、速度500-2000m/min。

本发明的一种实施方案，含咖啡碳的pla纤维制备中所用咖啡碳聚乳酸母粒和聚乳酸切片的重量比为0.5-1.5:10。

本发明的一种实施方案，热牵伸温度为85-120℃，倍数为2-5倍；热定型温度为100-110℃，时间为2-24h。

本发明还提供了一种含咖啡碳的pla纤维面料制作方法，包括：纺纱-前处理-染色-织造-整理-定型的步骤，上述纺纱用纤维原料为上述制作方法制得的含咖啡碳的pla纤维。该方法大大提升了纤维的上染率和上染速率，提高了染色及耐洗色牢度，缩短了染色工艺耗时，节约时间成本和能耗，制得的纤维面料兼具咖啡碳纤维和聚乳酸纤维的优点，手感柔软舒适，具有良好的透气性和吸湿排汗性能，耐热性和高温稳定性佳，面料的回弹性和抗皱性能优异，能承受搓洗、拧绞而不变形，纤维及面料的色彩持久性和保型性优良。

本发明的一种实施方案，纺纱所得纱线为含咖啡碳的pla纤维加捻丝，其规格为100d/45f-180d/75f。

本发明的一种实施方案，前处理包括去油和精炼，所用制剂包括以下成分：纯碱1.5-6g/l，硅酸钠2-8.5g/l，双氧水3-13g/l，渗透剂0.1-0.5g/l。优选地，上述渗透剂为琥珀酸烷基酯磺酸钠。

进一步的实施方案，前处理步骤为：先加入渗透剂反应30-60min，再加入纯碱和硅酸钠，然后升温至55-75℃，加入双氧水保温5-10min后，升温至85-95℃，保温30-60min后降温，水洗即可。

本发明的一种实施方案，染色浴比为1:25-35；染色用制剂及其重量比为：匀染剂:食盐:纯碱＝1:2.5-5:2.5-3；染色所用染浴中染料的浓度为1.5-3.0wt％。

进一步的实施方案，染色步骤为：在35-45℃时加入匀染剂、染料和食盐，以1.5℃/min的升温速率升温至85-105℃，保温30-60min后加纯碱固色20-30min，然后以1.5℃/min降温至60℃，排液，加水，并于80-90℃下保温20-30min，重复水洗2-3次即可。

本发明提供的含咖啡碳的pla纤维面料制作方法中的其它步骤采用现有技术均能完成，在此不再进行一一赘述。

本发明的有益效果为：

1)本发明中通过将咖啡碳添加进聚乳酸原料中制作含咖啡碳的pla纤维，使得纤维具有蓄热保温、抑菌除臭、发散负离子和抗紫外线等功能，其制作方法提升了纤维的耐热性和高温稳定性，增加了纤维拉伸强度和断裂伸长率，并通过增加折皱回复角，改善了纤维和面料的回弹性和抗皱性能；

2)本发明中面料的制作方法制得的纤维面料兼具咖啡碳纤维和聚乳酸纤维的优点，耐热性和高温稳定性佳，面料的回弹性和抗皱性能优异，能承受搓洗、拧绞而不变形，纤维的上染率和上染速率得到提升，染色及耐洗色牢度高，纤维及面料的色彩持久性和保型性优良，且染色工艺耗时短，生产成本和能耗显著降低。

本发明采用了上述技术方案提供一种含咖啡碳的pla纤维面料制作方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1为弱酸性红g的上染速率曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

一种含咖啡碳的pla纤维的制作方法，包括：提供聚乳酸切片，上述聚乳酸中包括聚左旋乳酸(plla)和聚右旋乳酸(pdla)；提供咖啡碳聚乳酸母粒，上述母粒中包括增韧剂和抗氧剂；以及，取上述咖啡碳聚乳酸母粒和聚乳酸切片进行熔融纺丝，经热牵伸和热定型后，制得含咖啡碳的pla纤维；上述含咖啡碳的pla纤维的拉伸强度为2.8-5.8cn/dtex，断裂伸长率为25-45％。该方法制得的含咖啡碳的pla纤维具有蓄热保温、抑菌除臭、发散负离子和抗紫外线等功能，具有更优的耐热性和高温稳定性，以及良好的透气性和吸湿排汗性能，同时获得了更高的拉伸强度和断裂伸长率，并通过增加折皱回复角，改善了纤维和面料的回弹性和抗皱性能。

本发明的一种实施方案，聚左旋乳酸的粘均分子量为45-350kda，其中l旋光异构体的摩尔含量为97.5-99.9％；聚右旋乳酸的粘均分子量为15-80kda，其中d旋光异构体的摩尔含量为97.5-99.9％。优选地，plla的粘均分子量为80-230kda，pdla的粘均分子量为45-65kda。更优选地，plla的粘均分子量为100-180kda，pdla的粘均分子量为50-60kda。聚右旋乳酸的加入能使得左旋和右旋结构形成互补，使得分子链堆积紧密，能增强分子间作用力，改善聚乳酸的耐热性和高温稳定性，在高温干燥或纺丝过程中避免聚乳酸的水解反应和降解反应，进一步地对纤维强度产生有益影响。

进一步的实施方案，聚乳酸中含有的聚左旋乳酸和聚右旋乳酸的重量比为1:0.1-0.3(例如1:0.1或1:0.15或1:0.2或1:0.25或1:0.3)。

本发明的一种实施方案，咖啡碳聚乳酸母粒中组分及其重量份如下：咖啡碳纳米粉体10-35份、聚乳酸切片65-85份、增韧剂0.05-0.5份、抗氧剂0.05-1.5份。

本发明的一种实施方案，增韧剂为聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙酸-2-甲基丙酯，其重量比为1:0.1-0.5(例如1:0.1或1:0.15或1:0.2或1:0.3或1:0.4或1:0.5)。在熔融造粒的高温环境下，左旋乳酸和右旋乳酸容易发生酯交换作用进而产生立体络合物形态的嵌段共聚物，增韧剂尤其是苯乙酸-2-甲基丙酯的加入，在热张力下能与右旋乳酸络合并嵌入立体络合物中，使得立体络合物中结晶区晶层间束缚分子拉长，当外部产生应力集中时能使晶层间具有更强的局部流动性以抵抗实质性的破裂力，从而使得纤维具有增强的拉伸强度和断裂伸长率；另外，苯乙酸-2-甲基丙酯和右旋乳酸络合后与立体络合物分子间范德华力作用增强，使得纤维形成的织物如面料显示出更大的折皱回复角，使得纤维和面料具有更优的回弹性和抗皱性能。

本发明的一种实施方案，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂bht、抗氧剂264、抗氧剂2112、抗氧剂ao-60、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯、亚磷酸三丁酯以及亚磷酸三苯酯中的一种或多种。

本发明的一种实施方案，聚乳酸切片经预干燥处理后使用；上述预干燥处理条件为：干燥温度为90-110℃，时间为3-16h，切片最终含水量控制在≤50ppm。

本发明的一种实施方案，咖啡碳聚乳酸母粒的造粒温度为170-250℃；熔融纺丝的处理温度为200-250℃、速度500-2000m/min。

进一步的实施方案，咖啡碳聚乳酸母粒通过以下步骤制备：将增塑剂加入聚乳酸切片中搅拌均匀并粉碎成粉末状，然后添加咖啡碳纳米粉体和抗氧剂充分混合均匀后，在170-250℃环境下熔融造粒，即得。

本发明的一种实施方案，含咖啡碳的pla纤维制备中所用咖啡碳聚乳酸母粒和聚乳酸切片的重量比为0.5-1.5:10(例如0.8:10或1:10或1.1:10或1.3:10)。

本发明的一种实施方案，热牵伸温度为85-120℃，倍数为2-5倍；热定型温度为100-110℃，时间为2-24h。

进一步的实施方案，含咖啡碳的pla纤维通过以下步骤制备：取上述母粒和聚乳酸切片进行纺丝，在温度200-250℃、速度500-2000m/min的条件下收集初生纤维，然后在温度为85-120℃、倍数为2-5倍的条件下进行热牵伸，再在100-110℃下进行热定型2-24h，即得。

本发明还提供了一种含咖啡碳的pla纤维面料制作方法，包括：纺纱-前处理-染色-织造-整理-定型的步骤，上述纺纱用纤维原料为上述制作方法制得的含咖啡碳的pla纤维。该方法大大提升了纤维的上染率和上染速率，提高了染色及耐洗色牢度，缩短了染色工艺耗时，节约时间成本和能耗，制得的纤维面料兼具咖啡碳纤维和聚乳酸纤维的优点，手感柔软舒适，具有良好的透气性和吸湿排汗性能，耐热性和高温稳定性佳，面料的回弹性和抗皱性能优异，能承受搓洗、拧绞而不变形，纤维及面料的色彩持久性和保型性优良。

本发明的一种实施方案，纺纱所得纱线为含咖啡碳的pla纤维加捻丝，其规格为100d/45f-180d/75f。

本发明的一种实施方案，前处理包括去油和精炼，所用制剂包括以下成分：纯碱1.5-6g/l，硅酸钠2-8.5g/l，双氧水3-13g/l，渗透剂0.1-0.5g/l。优选地，上述渗透剂为琥珀酸烷基酯磺酸钠。

进一步的实施方案，前处理步骤为：先加入渗透剂反应30-60min，再加入纯碱和硅酸钠，然后升温至55-75℃，加入双氧水保温5-10min后，升温至85-95℃，保温30-60min后降温，水洗即可。

本发明的一种实施方案，染色浴比为1:25-35；染色用制剂及其重量比为：匀染剂:食盐:纯碱＝1:2.5-5:2.5-3；染色所用染浴中染料的浓度为1.5-3.0wt％。

进一步的实施方案，染色步骤为：在35-45℃时加入匀染剂、染料和食盐，以1.5℃/min的升温速率升温至85-105℃，保温30-60min后加纯碱固色20-30min，然后以1.5℃/min降温至60℃，排液，加水，并于80-90℃下保温20-30min，重复水洗2-3次即可。

本发明提供的含咖啡碳的pla纤维面料制作方法中的其它步骤采用现有技术均能完成，在此不再进行一一赘述。

应当理解，前面的描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围和精神内进行改变和修改。特别地，本发明覆盖了具有来自上文和下文所述的不同实施方案的特征的任何组合的其他实施方案，而本发明的范围并不限制于在以下具体实例中。

实施例1：

一种含咖啡碳的pla纤维的制作方法，包括以下步骤：

(1)按重量比为1:0.1取聚左旋乳酸和聚右旋乳酸混合形成聚乳酸原料切片，然后在95℃温度下干燥8h，最终含水量控制在≤50ppm即可，上述plla的粘均分子量为130kda，其中l旋光异构体的摩尔含量为98.9％，pdla的粘均分子量为55kda，其中d旋光异构体的摩尔含量为99.1％；

(2)将0.15重量份的增塑剂加入68重量份的聚乳酸切片中，搅拌均匀并粉碎成粉末状，然后添加18重量份的咖啡碳纳米粉体和0.5重量份的抗氧剂1010充分混合均匀后，在170-250℃环境下熔融造粒，即得咖啡碳聚乳酸母粒，上述增韧剂为聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙酸-2-甲基丙酯，其重量比为1:0.15；

(3)按重量比为1.1:10取上述母粒和聚乳酸切片进行纺丝，在温度235℃、速度800m/min的条件下收集初生纤维，然后在温度为110℃、倍数为5倍的条件下进行热牵伸，再在105℃下进行热定型12h，即得含咖啡碳的pla纤维。

实施例2：

一种含咖啡碳的pla纤维面料制作方法，取具体步骤如下：

(1)纺纱：取实施例1所制纤维纺纱，纱线为含咖啡碳的pla纤维加捻丝，其规格为100d/45f-180d/75f；

(2)前处理：将纱线置于染槽中，进水，先按照0.15g/l的量加入渗透剂琥珀酸烷基酯磺酸钠，反应30min，再分别按照5g/l和6.5g/l的量加入纯碱和硅酸钠，然后升温至75℃，按照5g/l的量加入双氧水保温10min后，升温至90℃，保温35min后降温，水洗即可；

(3)染色：按照浴比为1:33进水，然后在40℃时加入匀染剂三乙醇胺、染料和食盐，以1.5℃/min的升温速率升温至105℃，保温45min后加纯碱固色30min，然后以1.5℃/min降温至60℃，排液，加水，并于90℃下保温30min，重复水洗3次即可，上述制剂的重量比为：匀染剂:食盐:纯碱＝1:3.5:2.5，染料在染浴中的浓度为2.5wt％；

(4)织造：采用平纹组织织造；

(5)整理：对织造好的坯布进行水洗，水洗的浴比为1:25，温度为60℃，时间为30min；

(6)定型：在定型机上进行，加有机硅类柔软剂20g/l，机上拉幅154cm、160℃整理，车速25m/min，检验、打卷包装。

实施例3：

本实施例与实施例2不同之处仅在于：步骤(2)中所用渗透剂中含有0.03wt％的钛酸四异丙酯和0.05wt％的季戊四醇，两者添加进渗透剂后，对渗透纱线起协同增益作用，还能渗透进纱线内部间隙中，利用亲水基团提高纤维对水的容忍度，使得内部纤维表面浸润度增加，从而提升后续染色过程中染料的上染率和上染速率，缩短染色工艺耗时，节约时间成本和能耗，另外染料浸染进内部纤维中被两者固定在纤维表面，使得纤维和面料的耐洗色牢度增加，达到增强染色效果和染色质量的有益效果。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：聚乳酸原料仅为聚左旋乳酸，其plla的粘均分子量为130kda，其中l旋光异构体的摩尔含量为98.9％。

实施例5：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：采用实施例4所制含咖啡碳的pla纤维制作含咖啡碳的pla纤维面料。

实施例6：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：步骤(2)增韧剂为聚甲基丙烯酸甲酯，未添加苯乙酸-2-甲基丙酯。

实施例7：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：采用实施例6所制含咖啡碳的pla纤维制作含咖啡碳的pla纤维面料。

实施例8：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于：聚乳酸原料仅为聚左旋乳酸，其plla的粘均分子量为130kda，其中l旋光异构体的摩尔含量为98.9％；同时步骤(2)增韧剂为聚甲基丙烯酸甲酯，未添加苯乙酸-2-甲基丙酯。

实施例9：

本实施例与实施例2的不同之处仅在于：采用实施例8所制含咖啡碳的pla纤维制作含咖啡碳的pla纤维面料。

试验例1：

含咖啡碳的pla纤维拉伸性能试验

试验方法：取实施例1、4、6和8所制含咖啡碳的pla纤维，采用lly-06e型电子式单纤强力仪测试生物质石墨烯改性聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率，测试时设置拉伸速度为20mm/min，夹持隔距为10mm，每个样品测试20次，结果取平均值。测试结果如下表1所示。

表1含咖啡碳的pla纤维拉伸性能试验结果

由上表可知，含咖啡碳的pla纤维在湿态下的拉伸强度和断裂伸长率优于干态；实施例1的拉伸强度和断裂伸长率最优；实施例4和6相较实施例1的拉伸强度和断裂伸长率均呈现下降趋势，但实施例6的下降较实施例4更显著；实施例8的拉伸强度和断裂伸长率最差；综上说明，增韧剂中的苯乙酸-2-甲基丙酯和聚右旋乳酸两者对纤维的拉伸强度和断裂伸长率的提升具有显著的增益效果，且单一使用时效果不如两者协同使用效果佳。

试验例2：

含咖啡碳的pla纤维面料的折皱弹性试验

试验方法：取实施例2、5、7和9所制纤维面料为试验样品，采用yg541型织物折皱弹性测试仪，参照gb/t3819-1997《织物折痕恢复性的测定回复角法试验方法》测试织物的折皱回复角。结果如下表2所示。

表2含咖啡碳的pla纤维面料折皱弹性试验结果

折皱回复角越大，抗皱性越好。由上表可知，实施例2的折皱回复角最大，实施例5和实施例7相较实施例2的折皱回复角均呈现下降趋势，但实施例7的下降较实施例5更显著；实施例9的折皱回复角最小；综上说明，增韧剂中的苯乙酸-2-甲基丙酯和聚右旋乳酸两者对纤维和面料的折皱回复角具有显著的提升效果，且单一使用时效果不如两者协同使用效果佳，两者有利于使纤维和面料表现出更优的回弹性和抗皱性能。

试验例3：

含咖啡碳的pla纤维和面料的染色效果和染色质量试验

试验方法：(1)以实施例2和实施例3中的染色方法，根据gb/t23976.1-2009《染料上染速率曲线的测定上色率测定法》，染料以弱酸性红g为例，染色温度为105℃，对上染过程中时间和上染率进行测定，并绘制上染速率曲线。如图1所示。

(2)以实施例2和实施例3中的所制纤维面料为样品，参照gb/t3921-2008c(3)《纺织品色牢度耐皂洗色牢度》，试样大小：4cm×10cm，贴衬织物：1块毛纤维白布、1块棉纤维白布。皂洗温度：(60±2)℃，皂洗时间：45min。评定标准：gb/t250—2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》；gb/t251—2008《纺织品色牢度试验评定沾色用灰色样卡》。结果如下表3所示。

图1为弱酸性红g的上染速率曲线图。由图可知，实施例2的最终上染率为97.6％，实施例3的最终上染率为99.3％，且实施例2在45min后上染率基本平稳，而实施例3在38min后基本平稳，上染率和上染速率显著提高；说明实施例3的渗透剂较实施例2能显著提升后续染色过程中染料的上染率和上染速率，缩短染色工艺耗时，节约时间成本和能耗，达到增强染色效果的有益效果。

表3含咖啡碳的pla纤维面料的耐洗色牢度试验结果

由上表可知，纤维面料的耐洗色牢度均表现良好，但实施例3较实施例2在变色和沾色上表现更为优异，说明实施例3的制作方法较实施例2能显著增加耐洗色牢度，达到提升染色质量的有益效果。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。