一种高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料及其制备方法

本发明属于光刺激响应智能材料及其制备领域，具体涉及到一种高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会的发展，将生物可降解、资源可再生的聚乳酸材料作为传统石油基材料的替代品已经成为研究热点。但是，聚乳酸材料需经过功能化改性才能满足当下社会对材料功能特性的需求。其中，将聚乳酸材料与功能材料混合制备出聚乳酸基功能材料可以有效实现聚乳酸材料的功能化改性。随着智能科技的发展，在功能材料领域，智能材料已经成为最具研究潜力的材料之一。为了将聚乳酸材料应用到智能材料领域中，以替代某些传统石油基功能材料，缓解不可再生资源的使用压力以及减少环境污染，聚乳酸智能材料成为研究热点。

2、聚乳酸智能材料即指其材料特性可以在外部刺激下发生变化，如温度、湿度、紫外线辐射、电场和磁场、机械力等。目前，关于聚乳酸基智能材料研究较多的是光刺激温度响应、光或温度刺激形状记忆响应材料。但是，目前材料形式多为板材，其在实际应用中灵活程度不足。而纤维或纺织布形式的材料在实际应用中则十分灵活。目前，对于光刺激响应的聚乳酸纤维或非织造材料的制备还缺乏研究。在聚乳酸功能材料中，功能材料在聚乳酸基体材料中的分散较差。故制得高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料以拓展生物可降解聚乳酸的应用领域，同时，改善聚乳酸功能材料中纳米功能材料在基体中的分散性也是该领域亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料及其制备方法。

2、本发明提供一种高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料及其制备方法，基材为聚乳酸和聚醋酸乙烯酯混合材料，光热响应功能材料为纳米碳化锆。

3、作为本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料的一种优选方案，其中：基材中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯的质量比为(99～90)：(1～10)，聚醋酸乙烯酯可以改善功能材料纳米碳化锆在聚乳酸基体间的分散性。

4、作为本发明的高效光热响应聚乳酸材料的一种优选方案，其中：纳米碳化锆占纤维或非织造材料重量的0.01～3％。

5、作为本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料的一种优选方案，其中：聚乳酸的黏均分子量为1.0×104～2.0×106。

6、作为本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料的一种优选方案，其中：光刺激响应功能材料为纳米碳化锆，粒径为10～500nm。

7、本发明提供一种用于制备高效光热响应聚乳酸基切片的方法，包括以下步骤：

8、步骤1：将聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆经熔融共混，造粒，真空干燥，得到聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片；

9、步骤2：将聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片进行熔融共混，造粒，真空干燥，得到用于制备高效光热响应聚乳酸基切片。

10、进一步的，步骤1中聚醋酸乙烯酯的黏均分子量为2.5×105～4.0×105。

11、优选的，步骤1中聚醋酸乙烯酯的黏均分子量为3.0×105。

12、进一步的，步骤1中纳米碳化锆粒径为10～500nm。

13、进一步的，步骤1中聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆的质量比为99.99：(0.001～15)。

14、优选的，步骤1中聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆的质量比为99.99：(0.01～12)。

15、进一步的，步骤1和2中造粒前先预混1～15min。

16、进一步的，步骤1和2中造粒温度为130～250℃，转速为50～500rpm。

17、进一步的，步骤1和2中真空干燥温度35～120℃，时间为8～48h。

18、进一步的，步骤2中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片的质量比为7：(2～4)。

19、优选的，步骤2中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片的质量比为7：3。

20、本发明提供一种高效光热响应聚乳酸纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

21、步骤1：将聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆经熔融共混，造粒，真空干燥，得到聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片；

22、步骤2：将聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片进行熔融共混，造粒，真空干燥，得到聚乳酸/聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片；

23、步骤3：将聚乳酸/聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片进行进行熔融纺丝，纺丝后先牵伸，再热定型，得到高效光热响应聚乳酸纤维。

24、进一步的，步骤1中聚醋酸乙烯酯的黏均分子量为2.5×105～4.0×105。

25、优选的，步骤1中聚醋酸乙烯酯的黏均分子量为3.0×105。

26、进一步的，步骤1中纳米碳化锆粒径为10～500nm。

27、进一步的，步骤1中聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆的质量比为99.99：(0.001～15)。

28、优选的，步骤1中聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆的质量比为99.99：(0.01～12)。

29、进一步的，步骤1和2中造粒前先预混1～15min。

30、进一步的，步骤1和2中造粒温度为130～250℃，转速为50～500rpm。

31、进一步的，步骤1和2中真空干燥温度35～120℃，时间为8～48h。

32、进一步的，步骤2中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片的质量比为7：(2～4)。

33、优选的，步骤2中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片的质量比为7：3。

34、进一步的，步骤3中纺丝温度为150～250℃，纺丝速度为500～5000m/min。

35、进一步的，步骤3中所述牵伸的参数：牵伸温度为65～120℃，牵伸倍数为1.5～10.0。

36、进一步的，步骤3中所述热定型温度的为90～135℃。

37、本发明提供一种高效光热响应及形状记忆聚乳酸非织造材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

38、步骤1：将聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆经熔融共混造粒，真空干燥，得到聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片；

39、步骤2：将聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片进行熔融共混造粒，得到聚乳酸/聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片；

40、步骤3：将聚乳酸/聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片进行纺粘，得到高效光热响应及形状记忆聚乳酸非织造材料。

41、进一步的，步骤1中聚醋酸乙烯酯的黏均分子量为2.5×105～4.0×105。

42、优选的，步骤1中聚醋酸乙烯酯的黏均分子量为3.0×105。

43、进一步的，步骤1中纳米碳化锆粒径为10～500nm。

44、进一步的，步骤1中聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆的质量比为99.99：(0.001～15)。

45、优选的，步骤1中聚醋酸乙烯酯和纳米碳化锆的质量比为99.99：(0.01～12)。

46、进一步的，步骤1和2中造粒前先预混1～15min。

47、进一步的，步骤1和2中造粒温度为130～250℃，转速为50～500rpm。

48、进一步的，步骤1和2中真空干燥温度35～120℃，时间为8～48h。

49、进一步的，步骤2中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片的质量比为7：(2～4)。

50、优选的，步骤2中聚乳酸和聚醋酸乙烯酯/纳米碳化锆切片的质量比为7：3。

51、进一步的，步骤3中纺粘温度为：一区温度160～250℃，二区温度160～250℃，三区温度160～250℃，转换箱温度160～250℃，喷丝板温度160～250℃，光辊温度30～100℃，花辊温度30～100℃；泵供量为10～100ml/min，牵伸风速为1～50m/s。

52、本发明提供根据上述方法制得的高效光热响应聚乳酸纤维和高效光热响应及形状记忆聚乳酸非织造材料。

53、本发明所提供高效光热响应聚乳酸纤维和高效光热响应及形状记忆聚乳酸非织造材料在服装领域的应用。

54、进一步的，所述高效光热响应聚乳酸纤维和高效光热响应及形状记忆聚乳酸非织造材料在用于智能可穿戴热管理服饰制备中的应用。

55、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

56、本发明通过工艺调控制得具有高效光热响应的聚乳酸纤维和非织造材料。具体优点如下：

57、1)本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料的制备流程简单、成本低，采用熔融纺丝的方法，对环境污染小，属于清洁化生产的范畴。

58、2)本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料的基材为资源可再生、生物可降解的聚乳酸，解决了现有使用石油基材料存在的资源短缺和环境污染等问题。

59、3)本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料，具有优异的光热响应性能，最高可使表面温度上升10℃以上，特别是非织造材料还具有光刺激形状记忆响应的性能。

60、4)本发明的高效光热响应聚乳酸纤维和非织造材料改善了纳米功能材料在聚乳酸基体间的分散性。