一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法与流程

本发明涉及聚乳酸纤维制备，尤其涉及一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法。

背景技术：

1、聚乳酸纤维是一种生物可降解的合成纤维，由聚乳酸(pla)制成，它具有优异的物理性能，是一种具有广泛应用前景的新型生物材料，聚乳酸纤维具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以在体内逐渐分解为二氧化碳和水，不会对人体造成任何危害，因此，聚乳酸纤维在医疗领域有很大的应用潜力，如制作缝合线、修复组织等。此外，聚乳酸纤维还具有优异的物理性能，如高强度、高模量、高耐热性和耐化学腐蚀性等，因此也可用于纺织、包装、建筑等领域。

2、然而现有聚乳酸纤维柔顺性相对较差，主要由于：

3、1、结晶度高：聚乳酸分子在制备过程中容易形成结晶结构，这种结晶结构使得纤维变得硬而脆，缺乏柔软性；

4、2、高分子量：普通聚乳酸纤维的分子量较高，分子链之间的相互作用力较强，难以实现良好的分子链滑动，从而限制了纤维的柔软性。

5、但其优异的物理性能，使聚乳酸纤维成为纺织品制作的原料选择之一，而作为纺织品丝织原料，其柔顺特性仍具备改进和提升的空间。因此本发明提出了一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1：准备原料乳酸单体，将淀粉水解后得到的葡萄糖进行发酵，得到乳酸钠并经过乳酸钠洗涤和电渗析得到l-乳酸；

5、优选地，淀粉采用玉米、或薯干粉、或大米为发酵原料，并以谷糠、麦皮为辅料，以α-淀粉酶、糖化酶为液化/糖化剂，碳酸钙为中和剂发酶生产乳酸钙，再进一步纯化得到乳酸产品。

6、步骤2：聚乳酸的合成制备，通过丙交酯开环聚合法将步骤1中的乳酸单体制成聚乳酸结晶单体，丙交酯开环聚合法所产的pla分子量高、结晶性好且强度高，相较直接聚合成的分量小、强度低的pla，更适合用作纤维加工，且为后面pla的强度改性提供基础和条件；

7、优选地，乳酸在温和条件下去除水分，将乳酸环化制成二聚物丙交酯，并在真空状态下蒸馏提纯后，成纤聚合体中的金属、单体、水等的含量必须严格控制，尤其是残留金属及水分子在纺丝前必须严格去除，否则在纺丝过程中会引起分子量的急剧下降和腐蚀加工机械，制得的纤维性能降低，同金属盐类催化剂锡盐一起投入到反应容器中，催化剂能促进乳酸单体的开环反应，加盖密封后在160℃-180℃之间进行加热，提高反应速率和产物收率；

8、优选地，在开环聚合反应期间添加共聚物，共聚物是带有弹性和柔软性官能团的聚乙烯醇(pva)或聚己内酯(pcl)，乳酸单体与带有柔性链节的官能团进行酯化反应，进而将柔性段引入聚合物链中，通过引入柔性链节，提高聚乳酸的柔软性、延展性和可塑性，具体来说，乳酸分子中的羟基(-oh)和羧基(-cooh)会通过酯化反应连接形成酯键，从而实现乳酸单体的开环聚合，而引入柔性链节，可以在乳酸单体的分子结构中引入带有柔性链节的官能团；

9、优选地，在最后聚乳酸溶液的结晶纯化过程中，严格控制溶液冷却速率在0.1℃/min-5℃/min之间，可实现聚乳酸结晶体结晶度的下调，进而减少纤维的结晶度，提高纤维柔顺性，结晶过程中的冷却速率是影响结晶度的重要因素,较快的冷却速率会导致晶体生长较快，晶体内部的有序性较高，结晶度较高,相反，较慢的冷却速率会导致晶体生长较慢，晶体内部的有序性较低，结晶度较低,因此，可以通过控制冷却速率来调节结晶度。

10、步骤3：聚乳酸纤维的提取，通过熔融纺丝工艺提取步骤2聚酸乳单体中的聚乳酸纤维，制得聚乳酸纤维纺织丝；

11、优选地，严格按照pla树脂切片、真空干燥、熔融螺杆挤压、过滤计量、纺丝箱纺丝、冷气上油、poy卷绕和热盘拉伸的熔融纺丝工艺顺序操作；

12、优选地，其中纺丝箱纺丝操作的挤出温度和时间进行控制，不同的挤出温度，可以得到不同分子量的聚乳酸，在高温下，聚乳酸分子链中的酯键断裂，从而降低分子量，严格控制纺丝箱聚乳酸纺丝挤出温度在170℃-220℃，挤出时间在10min-20min的要求，得到恰当分子量的纤维纺丝，降低分子间相互作用力，增加纤维的柔软性。

13、相比现有技术，本发明的有益效果为：

14、1、本发明使用丙交酯开环聚合法制得高分子量和高结晶度的聚乳酸，在开环聚合反应过程中，添加共聚物，引入柔性链节，在不影响聚乳酸纤维整体强度的条件下，增加了聚乳酸分子链之间的位移和扭曲，进而提高纺丝纤维的柔顺性；

15、2、本发明在开环聚合反应最后纯化结晶的过程中，对降温结晶的冷却速率进行严格控制，较慢的冷却速率会导致晶体生长较慢，晶体内部的有序性较低，结晶度较低，适当下调聚乳酸纤维的结晶度，将原本脆而硬的结晶结构改性偏绵密柔韧，以换取聚乳酸纤维制品的柔软性，提高此类产品(如外衣、内衣等)的穿着舒适性；

16、3、本发明在熔融纺丝工艺纺丝箱的喷丝板喷丝过程中，对喷丝温度和时间进行严格控制，不同的喷丝温度和时间得到不同分子量的聚乳酸纤维，在高温状态下，聚乳酸分子链中的酯键被断裂，从而降低了分子量，在保证聚乳酸纤维制品要求强度的前提下，牺牲聚乳酸纤维部分强度，换取低分子量的聚乳酸纤维，增加纤维制品的柔软性；

17、综上所述，本发明在传统聚乳酸纤维制作工艺和流程的基础上，在开环聚合反应过程中引入柔性链节，反应的最后，对纯化结晶的冷却速率严格控制，并在聚乳酸纤维提取过程中对喷丝温度和时间进行严格控制，保证纤维制品强度要求的前提下，牺牲传统聚乳酸纤维的部分强度，换取其柔韧和柔顺性，使此类纤维制品有更好的上身体验。

技术特征：

1.一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中淀粉采用玉米、或薯干粉、或大米为发酵原料，并以谷糠、麦皮为辅料，以α-淀粉酶、糖化酶为液化/糖化剂，碳酸钙为中和剂发酶生产乳酸钙，再进一步纯化得到乳酸产品。

3.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，将所述步骤2中乳酸在温和条件下去除水分，将乳酸环化制成二聚物丙交酯，并在真空状态下蒸馏提纯后，再进行开环聚合制得高分子量的聚乳酸树脂。

4.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，将所述步骤2中提纯后的二聚物丙交酯投入到反应容器中，并加入金属盐类催化剂锡盐，催化剂能促进乳酸单体的开环反应，加盖密封后在160℃-180℃之间进行加热，提高反应速率和产物收率。

5.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，在所述步骤2开环聚合反应中引入柔性链节，具体操作是添加共聚物，共聚物是带有弹性和柔软性官能团的聚乙烯醇(pva)或聚己内酯(pcl)，乳酸单体与带有柔性链节的官能团进行酯化反应，进而将柔性段引入聚合物链中，通过引入柔性链节，提高聚乳酸的柔软性、延展性和可塑性。

6.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，将所述步骤2中制得的聚乳酸溶液通过降温冷却得到聚乳结晶体，通过控制冷却速率，可实现聚乳酸结晶体结晶度的下调，进而减少纤维的结晶度，提高纤维柔顺性。

7.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中聚乳酸的熔融纺丝工艺具体包括pla树脂切片、真空干燥、熔融螺杆挤压、过滤计量、纺丝箱纺丝、冷气上油、poy卷绕和热盘拉伸操作。

8.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，对所述步骤3中纺丝箱纺丝操作的挤出温度和时间进行控制，不同的挤出温度，可以得到不同分子量的聚乳酸，在高温下，聚乳酸分子链中的酯键断裂，从而降低分子量。

9.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2中聚乳酸溶液的冷却速率控制在0.1℃/min-5℃/min之间。

10.根据权利要求1所述的高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中纺丝箱聚乳酸纺丝的挤出温度在170℃-220℃，且挤出时间在10min-20min。

技术总结
本发明涉及聚乳酸纤维制备技术领域，具体公开一种高柔顺性聚乳酸纤维的制备方法，包括准备原料乳酸单体；聚乳酸的合成制备，通过丙交酯开环聚合法将乳酸单体制成聚乳酸结晶单体；聚乳酸纤维的提取，通过熔融纺丝工艺提取聚酸乳单体中的聚乳酸纤维，制得聚乳酸纤维纺织丝。本发明在传统聚乳酸纤维制作工艺和流程的基础上，在开环聚合反应过程中引入柔性链节，反应的最后，对纯化结晶的冷却速率严格控制，并在聚乳酸纤维提取过程中对喷丝温度和时间进行严格控制，保证纤维制品强度要求的前提下，牺牲传统聚乳酸纤维的部分强度，换取其柔韧和柔顺性，使此类纤维制品有更好的上身体验。

技术研发人员：殷明,杨家龙,王秀琴
受保护的技术使用者：东部湾（扬州）生物新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10