专利名称：一种改性聚乳酸纤维及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种改性聚乳酸纤维及其制备方法；属于高分子材料改性领域。
背景技术：
自合成纤维出现以后，其发展速度非常快、用量特别巨大，但是它使用后的废弃物对环境造成了极大的威胁。从环保的观点出发，研究开发可生物降解的纤维原料已变得非常迫切。目前聚乳酸的合成技术逐渐成熟，聚乳酸纤维俗称玉米纤维，是一种可完全生物降解新一代绿色环保型聚酯纤维。聚乳酸纤维以植物为原料，其制品废弃在土壤或海水中经微生物作用可分解成二氧化碳和水，且燃烧时不会散发毒气而造成环境污染，从原料到废物都可以再生利用，对环境完全没有危害，是一种可持续发展的绿色环保纤维。聚乳酸纤维充分体现了天然纤维和合成纤维的优点，同时克服了天然纤维和合成纤维的一些缺点，如它具有天然纤维的降解性、吸湿透气性和舒适性，又克服了天然纤维强度低、服装面料易起皱等缺点；它具有天生的阻燃性及不滋生细菌等许多优异的特性。由于聚乳酸纤维具有的这些优异的的综合性能，在纺织行业具有巨大的应用前景，近年来聚乳酸纤维的开发非常吸引业界人士的关注，被广泛应用于家纺、服装、无纺布、过滤材料、卫生用品、汽车内饰材料和家具包覆材料等方面。中国专利申请201210096514.2 (公开号为CN102660797A)公开了一种抗水解改性
聚乳酸纤维的制备方法，它是采用分子量为1000 30000的低分子量聚酯和己二酸聚酯作为增塑剂，多功能聚碳化二亚胺来提高聚乳酸的抗水性和改善低分子量聚酯和聚乳酸之间的作用力；该发明生产的改性聚乳酸纤维具有优异的手感和柔软性，并具有良好的抗水解性能。但是由于交联型聚碳化二亚胺的加入，在纺丝工程中会产生少量刺激性气体对人体造成一定的伤害。
中国专利申请200510025346.8 (公开号为CN1687497A)公开了一种干法制备聚乳酸类共混聚合物纤维的方法，它是将聚乳酸类共混聚合物的切片溶解于三氯甲烷中，搅拌溶解形成浓度为6 12%的浆液，浆液经过挤出机后进入过滤器和含有喷丝板的纺丝组件，在纺丝通道中纤维凝固成丝，并在热空气或热硅油中进行拉伸，最后对拉伸后的纤维进行热定型处理。该制备聚乳酸纤维的方法中三氯甲烷是不适合用于食品接触材料和卫生材料，并且该法由于需要溶解聚乳酸和回收三氯甲烷，生产设备的投资和生产过程中的能耗较闻。
发明内容
本发明针对现有技术中的聚乳酸纤维存在因易水解而造成纺丝困难，耐磨性差而导致使用寿命短、成本高等缺陷，目的在于提供一种可完全生物降解而耐水解、纺丝性能好、柔韧性好、耐摩擦、易染色的改性聚乳酸纤维。本发明还有一个目的是在于提供一种操作简单、成本低，安全环保的制备上述改性聚乳酸纤维的方法。
本发明提供了一种改性聚乳酸纤维，该聚乳酸纤维由以下质量组分共混制成:聚乳酸56.5 96.7份；纤维素衍生物I 17份； 二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物I 8份；润滑剂I 10份；无机纳米颗粒0.1 5份；成核剂0.1 3份；抗氧剂0.1 0.5份。所述的聚乳酸分子量为0.8 2.0X 105。所述的二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物分子量为0.3 3.0 X IO5 ;所述的二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物是分子量为0.2 1.0X IO5的二醋酸纤维素和分子量为0.2 20X IO4的聚乳酸接枝的共聚物，其中，二醋酸纤维素在聚乳酸上的接枝率为54 150%。所述的纤维素衍生物为甲基纤维素、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素中的一种或几种。所述的纤维素衍生物分子量为1.0X IO4 1.0X 105。所述的润滑剂为聚氧乙烯蜡、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙撑双硬脂酸酰胺中一种或几种。 所述的无机纳米颗粒为纳米滑石粉、纳米钛白粉中的一种或两种。所述的成核剂为多酰胺聚乳酸。所述的多酰胺聚乳酸以苯酰异氰酸酯和己二胺为原料，通过简单的聚加成反应制备。所述的抗氧剂为三-(壬基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯、羟基季戊四醇酯、β _(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中一种或几种。本发明还提供了一种如上所述的聚乳酸纤维的制备方法，该方法是按质量组分比将聚乳酸切片18 32份和全部质量份的纤维素衍生物、二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物、润滑剂、无机纳米颗粒、成核剂和抗氧剂加入到高速混合机中，高速分散后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出，得改性聚乳酸母粒切片；将上述改性聚乳酸母粒切片和余下质量份的聚乳酸切片在高速混合机中干混后，经熔融纺丝机在180 230°C下熔融纺丝制得改性聚乳酸初生纤维；所得改性聚乳酸初生纤维在70 110°C下牵伸至原来I 5倍长度，即得改性聚乳酸纤维；所述的聚乳酸切片干燥至水份含量在30 150ppm之间；所述的熔融纺丝卷绕速度为1000 4000m/min。所述的高速分散时间为20 40min。所述的改性聚乳酸功能母粒切片经过真空干燥到水份含量在30 150ppm后再进行下一步操作。所述的干混时间为3 5min。所述的熔融纺丝是在熔融纺丝机上进行；所述的熔融纺丝机喷丝孔的形状为圆形、中空形、三角形、三叶形、多叶形截面等。本发明的技术原理和创新点:本发明通过大量实验研究配方，发现在聚乳酸纤维共混物中通过加入纤维素醚类和/或纤维素酯类等纤维素衍生物引入大量的亲水性基团，可显著的增加毛细管效应，使纤维表面的润湿性大大改善，提高了染料在纤维中的扩散效率和增大了纤维对染料的吸附量，染料对改性聚乳酸纤维的上染率、染色牢度、着色深度也有明显的提高，同时纤维素衍生物分子链上的羟基，可以调节聚乳酸纤维的吸湿率和良好的手感，用其制成的织物舒适性极佳；将二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物引入共混体系中，既提高聚乳酸和纤维素衍生物的相容性，达到一个更好的共混效果，也提高改性聚乳酸的耐热性能；本发明在熔融共混物中还添加了聚氧乙烯蜡、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙撑双硬脂酸酰胺等润滑剂，不但具有很好的外部润滑作用，而且具有很好的内部润滑作用，使得纺丝过程中提高熔体的流动性，从而提高了聚乳酸纤维纺丝性能，同时可以降低聚乳酸纤维表面的摩擦系数，用该聚乳酸纤维制成的织物表面摩擦系数小，受外力摩擦时不容易掉色、耐摩擦性能好。本发明的有益效果:本发明的改性聚乳酸纤维原料廉价，来源丰富，降低了改性聚乳酸纤维的成本，而且主要原料均为可生物降解材料，可以完全生物降解，对环境友好；本发明的改性聚乳酸纺丝性能良好，丝束质量稳定，并且聚乳酸纤维具有优异的柔韧性、耐摩擦、染色性和舒适性，是一种很好的高性能环保纤维材料；本发明的制备方法简单，设备要求低，生产过程环保，有利于工业化生产。
具体实施例方式以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明。本发明的化学试剂来源:聚乳酸(可直接购于浙江海正生物材料股份有限公司)、甲基纤维素(可直接购于上海诺泰化工有限公司、上海嘉辰化工有限公司或河南天盛化学工业有限公司)、乙基纤维素(可直接购于EC-N泰安龙翔精细化工有限公司)、醋酸丁酸纤维素(可直接购于伊士曼Eastman，型号为CAB-381-2，或无锡市化工研究设计院有限公司，型号为CAB-551-0.2)、聚氧乙烯蜡(可直接购于上海酬信化工有限公司，型号为AC316A)、脂肪醇聚氧乙烯醚(可直接购于江苏省海安石油化工厂，型号为M0A-20)、乙撑双硬脂酸酰胺(可直接购于上海毅胜化工有限公司，型号为KAOWAX EB-FF)；实施例1:将聚乳酸切片真空干燥至水分含量为30 150ppm ;将聚乳酸22份；乙基纤维素8份；二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物4份；聚氧乙烯蜡5份；纳米滑石粉0.5份；成核剂0.3份；抗氧剂0.2份(重量分数)加入到高速混合机中，高速分散30分钟后得到改性聚乳酸混合物；将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量为30 150ppm ；将上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合机中干混5分钟，混合物在熔融纺丝机上经圆形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸初生纤维，纺丝温度为210°C，卷绕速度为2000m/min ;控制牵伸温度为80°C，牵伸倍数为3倍，对初生聚乳酸纤维进行牵伸即得改性聚乳酸纤维。所得聚乳酸纤维的单丝线密度3.5dTex,断裂强度2.7cN/dTex,拉伸模量26.1cN/dTex ;其它性能测试见表I。实 施例2:
将聚乳酸切片真空干燥至水分含量为30 150ppm ;将聚乳酸22份；甲基纤维素8份；二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物4份；脂肪醇聚氧乙烯醚5份；纳米滑石粉0.5份；成核剂0.3份；抗氧剂0.2份(重量分数)加入到高速混合机中，高速分散30分钟后得到改性聚乳酸混合物；将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量为30 150ppm ；将上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合机中干混5分钟，混合物在熔融纺丝机上经圆形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸初生纤维，纺丝温度为210°C，卷绕速度为2000m/min ;控制牵伸温度为80°C，牵伸倍数为3倍，对初生聚乳酸纤维进行牵伸即得改性聚乳酸纤维。所得聚乳酸纤维的单丝线密度3.8dTex，断裂强度2.4cN/dTex,拉伸模量25.5cN/dTex ;其它性能测试见表I。实施例3:将聚乳酸切片真空干燥至水分含量为30 150ppm ;将聚乳酸22份；醋酸丁酸纤维素8份；二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物4份；聚氧乙烯蜡5份；纳米滑石粉0.5份；成核剂0.3份；抗氧剂0.2份(重量分数)加入到高速混合机中，高速分散30分钟后得到改性聚乳酸混合物；将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量为30 150ppm ；将上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合机中干混5分钟，混合物在熔融纺丝机上经圆形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸初生纤维，纺丝温度为200°C，卷绕速度为3000m/min ;控制牵伸温度为80°C，牵伸倍数为3.5倍，对初生聚乳酸纤维进行牵伸即得改性聚乳酸纤维。所得聚乳酸纤维的单丝线密度4.2dTex,断裂强度3.lcN/dTex,拉伸模量28.5cN/dTex ;其它性能测试 见表I。实施例4:将聚乳酸切片真空干燥至水分含量为30 150ppm ;将聚乳酸22份；醋酸丁酸纤维素8份；二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物4份；脂肪醇聚氧乙烯醚5份；纳米滑石粉0.5份；成核剂0.3份；抗氧剂0.2份(重量分数)加入到高速混合机中，高速分散30分钟后得到改性聚乳酸混合物；将均匀混合的改性聚乳酸混合物通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出制得改性聚乳酸功能母粒切片，并真空干燥至水分含量为30 150ppm ；将上述改性聚乳酸功能母粒切片40份和真空干燥聚乳酸切片60份投入到高速混合机中干混5分钟，混合物在熔融纺丝机上经圆形喷丝孔纺丝得改性聚乳酸初生纤维，纺丝温度为200°C，卷绕速度为3000m/min ;控制牵伸温度为80°C，牵伸倍数为3.5倍，对初生聚乳酸纤维进行牵伸即得改性聚乳酸纤维。所得聚乳酸纤维的单丝线密度4.4dTex，断裂强度3.4cN/dTex，拉伸模量29.6cN/dTex ;其它性能测试见表I。表I实施例1 4所制备的改性聚乳酸纤维的其它性能
权利要求
1.一种改性聚乳酸纤维，其特征在于，由以下质量组分共混制成: 聚乳酸56.5 96.7份； 纤维素衍生物I 17份； 二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物I 8份； 润滑剂I 10份; 无机纳米颗粒0.1 5份； 成核剂0.1 3份； 抗氧剂0.1 0.5份。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的聚乳酸分子量为0.8X IO5 2.0X105。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物分子量为0.3 X IO5 3.0X 105。
4.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的纤维素衍生物为甲基纤维素、乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的纤维素衍生物分子量为1.0XlO4 1.0X105。
6.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的润滑剂为聚氧乙烯蜡、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙撑双硬脂酸酰胺中一种或几种。
7.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的无机纳米颗粒为纳米滑石粉、纳米钛白粉中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的成核剂为多酰胺聚乳酸。
9.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述的抗氧剂为三-(壬基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(2，4- 二叔丁基苯基)酯、羟基季戊四醇酯、β -(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中一种或几种。
10.一种如权利要求1 9任一项所述的聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，按质量组分比将聚乳酸切片18 32份和全部质量份的纤维素衍生物、二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物、润滑剂、无机纳米颗粒、成核剂和抗氧剂加入到高速混合机中，高速分散后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出，得改性聚乳酸母粒切片；将上述改性聚乳酸母粒切片和余下质量份的聚乳酸切片在高速混合机中干混后，经熔融纺丝机在180 230°C下熔融纺丝制得改性聚乳酸初生纤维；所得改性聚乳酸初生纤维在70 110°C下牵伸至原来I 5倍长度，即得改性聚乳酸纤维； 所述的聚乳酸切片干燥至水份含量在30 150ppm之间；所述的熔融纺丝卷绕速度为1000 4000m/min。
全文摘要
本发明公开了一种改性聚乳酸纤维及其制备方法，该改性聚乳酸纤维由以下组分共混制成聚乳酸；纤维素衍生物；二醋酸纤维素接枝聚乳酸共聚物；润滑剂；无机纳米颗粒；成核剂；抗氧剂；制备方法是按质量组分比将部分聚乳酸切片和其它全部原料加入到高速混合机中，高速分散后通过双螺杆挤出机熔融共混、挤出，得改性聚乳酸母粒切片；将上述改性聚乳酸母粒切片和余下质量份的聚乳酸切片在高速混合机中干混后，经熔融纺丝机熔融纺丝，再拉伸，即得改性聚乳酸纤维；制得的改性聚乳酸纤维成本低可以完全生物降解，对环境友好；纺丝性能良好，丝束质量稳定，并且聚乳酸纤维具有优异的柔韧性、耐摩擦、染色性和舒适性，是一种很好的高性能环保纤维材料；本发明的制备方法简单，设备要求低，生产过程环保，有利于工业化生产。
文档编号C08L67/04GK103225125SQ20131016689
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者黄凯兵, 李伟, 罗涛, 王建 申请人:长沙乐远化工科技有限公司