一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维及其制备方法

本发明属于化学纤维领域，具体涉及一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维及其制备方法。

背景技术：

1、低熔点皮芯复合纤维是将两种不同熔点的树脂进行组合而成，利用两者的熔点差，仅经热处理就可以实现纤维间的粘合。其中，皮层低熔点聚合物为粘结层，芯层高熔点聚合物起到骨架作用，保持纤维的主体形态。低熔点皮芯复合纤维产品具有蓬松、柔软、渗透、吸血、吸油等特点，广泛的应用于卫生巾、尿不湿等医卫材料、汽车墙体材料和汽车垫层材料、保健床垫、吸附材料等。

2、目前普遍使用的双组份低熔点皮芯复合纤维主要有pe/pp、pe/pet、copet/pet等，但这些聚合物均为不可降解聚合物，使用废弃后焚烧处理或填埋等都会对环境带来很大的危害。因此，开发具有环境友好、原料可再生以及可生物降解等优良特性的低熔点皮芯复合纤维具有重要的实用价值和现实意义。

3、聚乳酸以可再生资源为原料，且具备可生物降解的特征，在可降解聚合物中具有可规模化熔体纺丝的技术优势，其纤维物理性能介于涤纶和锦纶6之间，应用前景广阔。专利cn107475808a、cn105133082a以低熔点聚乳酸为皮层，聚乳酸为芯层制备了低熔点皮芯结构的聚乳酸短纤维，以制备热粘结性能良好的无纺布。专利cn112251841a、cn112281228a公开了一种异形皮芯结构的聚乳酸纤维的制备方法，在保证粘结性能的情况下，提高芯层的结晶度，以解决丝束热收缩的问题。实际上，对于低熔点皮芯复合纤维在应用过程中，粘结性能与柔软蓬松性能的相协调是需要关注的重点问题。相比于pe纤维而言，聚乳酸纤维本身就存在手感偏硬，同时，在传统的低熔点皮芯复合纤维的制备过程中，并没有细致调控皮层结晶尺寸，致使在热处理过程中，皮层晶区熔融温度区间难以控制，造成纤维间的粘结点过大或皮层熔融破裂，使纤维制品柔软性进一步下降，严重影响其舒适性。因此，开发粘结性能可调控、柔软性能良好的可生物降解低熔点皮芯复合聚乳酸纤维具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维及其制备方法，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，以不同硬段分子量的聚乳酸基聚氨酯为皮层，聚乳酸为芯层；

4、其中，皮层聚乳酸基聚氨酯包括软段和硬段，软段为聚乳酸二元醇；硬段包括：数均分子量为200~400g/mol的硬段i和数均分子量为500~900g/mol的硬段ii。

5、进一步地，所述硬段与软段的质量比为2:3~3:2。

6、进一步地，所述硬段i与硬段ii质量比为2:3~3:2。

7、进一步地，所述皮层与芯层的质量比为1:3~11:9。

8、进一步地，所述聚乳酸二元醇的数均分子量为1000~6000g/mol。

9、一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

10、s1，将聚乳酸二元醇与二异氰酸酯类化合物充分搅拌，并在催化剂的作用下混合共聚，得到双异氰酸酯封端的聚乳酸基聚氨酯预聚体；

11、s2，将二异氰酸酯类化合物与小分子二醇在催化剂的作用下生成羟基封端的低分子量硬段i预聚体，分子量为数均分子量为200~400g/mol；

12、s3，将二异氰酸酯类化合物与小分子二醇在催化剂的作用下生成羟基封端的高分子量硬段ii预聚体，分子量为数均分子量为500~900g/mol；

13、s4，将双异氰酸酯封端的聚乳酸基聚氨酯预聚体、羟基封端的低分子量硬段i、羟基封端的高分子量硬段ii进行反应性挤出，得到硬段分子量不同的聚乳酸基聚氨酯，端异氰酸酯基与端羟基的摩尔比为1:1；

14、s5，以s4得到的聚乳酸基聚氨酯为皮层、以聚乳酸为芯层，通过熔融纺丝工艺制备出皮芯复合纤维。

15、进一步地，s1中，共混反应温度75℃~90℃，反应时间40~60min，聚乳酸二元醇与二异氰酸酯类化合物的摩尔比为1:1.01~1.03，催化剂用量为聚乳酸二元醇、二异氰酸酯酯类化合物总质量的0.01~0.05%；

16、s2中，二异氰酸酯类化合物与小分子二醇的摩尔比为1:1.01~1.03，反应温度为75~90℃，反应时间为30~50min，催化剂用量为二异氰酸酯酯类化合物与小分子二醇总质量的0.01~0.02%；

17、s3中，二异氰酸酯类化合物与小分子二醇的摩尔比为1:1.01~1.03，反应温度为75~90℃，反应时间为50~70min，催化剂用量为二异氰酸酯酯类化合物与小分子二醇总质量的0.02~0.05%；

18、s4中，挤出温度为160~190℃。

19、进一步地，所述二异氰酸酯类化合物为二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯。

20、进一步地，所述小分子二醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇或壬二醇。

21、进一步地，所述催化剂为辛酸亚锡、三亚乙基二胺、二月酸二丁基锡中的一种或多种组合。

22、本发明的有益效果：

23、1、本发明的可生物降解聚乳酸基聚氨酯/聚乳酸皮芯复合纤维的制备方法，工艺简单，通过对皮层聚乳酸基聚氨酯的硬段分子量的调控，可以使得皮层形成不同结晶尺寸，有利于实现低温多点粘结面积小的粘结区域，纤维粘结强度高。

24、2、本发明的可生物降解聚乳酸基聚氨酯/聚乳酸皮芯复合纤维因皮层聚合物的本征弹性以及粘结区域小，纤维制备手感柔软、蓬松型好，且低熔粘结温度保证了纤维良好的尺寸稳定性，可以广泛的应用于无纺布、针织物、机织物或者于其他纤维混纺或交织，极具应用前景。

技术特征：

1.一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，以不同硬段分子量的聚乳酸基聚氨酯为皮层，聚乳酸为芯层；

2.根据权利要求1所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，所述硬段与软段的质量比为2:3~3:2。

3.根据权利要求1所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，所述硬段i与硬段ii的质量比为2:3~3:2。

4.根据权利要求1所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，所述皮层与芯层的质量比为1:3~11:9。

5.根据权利要求1所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，所述聚乳酸二元醇的数均分子量为1000~6000g/mol。

6.一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，s1中，共混反应温度75℃~90℃，反应时间40~60min，聚乳酸二元醇与二异氰酸酯类化合物的摩尔比为1:1.01~1.03，催化剂用量为聚乳酸二元醇、二异氰酸酯酯类化合物总质量的0.01~0.05%；

8.根据权利要求6所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，所述二异氰酸酯类化合物为二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯。

9.根据权利要求6所述的一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维，其特征在于，所述小分子二醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇或壬二醇。

技术总结
本发明公开一种可生物降解低熔点皮芯复合纤维及其制备方法，属于化学纤维领域；复合纤维以不同硬段分子量的聚乳酸基聚氨酯为皮层，聚乳酸为芯层；皮层包括软段和硬段，软段为聚乳酸二元醇；硬段包括数均分子量为200~400g/mol的硬段I和数均分子量为500~900g/mol的硬段II；制备方法包括：将聚乳酸二元醇与二异氰酸酯类化合物在催化剂的作用下混合共聚，得到双异氰酸酯封端的聚乳酸基聚氨酯预聚体；将二异氰酸酯类化合物与小分子二醇在催化剂的作用下分别生成羟基封端的低分子量硬段I预聚体和高分子量硬段II预聚体，将双异氰酸酯封端的聚乳酸基聚氨酯预聚体、羟基封端的低分子量硬段I以及高分子量硬段II进行反应性挤出，得到硬段分子量不同的聚乳酸基聚氨酯。

技术研发人员：于金超,孙立召,郑鹏程,管叙君,白洪昕,耿垚佳
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16