一种耐热耐水解聚乳酸改性母粒及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种耐热耐水解聚乳酸纤维改性母粒。

背景技术：

1、进入21世纪，人类面临着越来越严峻的石化能源枯竭问题，过度的能源消耗也导致co2等气体过量排放，从而引起全球变暖和各种极端气候变化。因此，人们一方面在努力开发新的绿色可再生能源如氢能、太阳能、风能等，另一方面，也在积极寻找降低能源消耗的新路径。

2、以玉米淀粉或生物质合成的生物塑料-聚乳酸(pla)具有力学强度较高、生物相容性和生物降解性良好等优点，作为发展生物降解材料产业的代表性材料备受关注，已报道在包装膜、纺织纤维和医疗支架、吸管、餐具等方面有广阔的应用研究。

3、在这些应用领域中，纺织纤维领域使用的聚乳酸纤维是聚乳酸缩聚和熔融纺丝制成。聚乳酸纤维是一种原料可种植、易种植，废弃物在自然界中可自然降解的合成纤维。它在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，是一种可持续发展的生态纤维。其织物面料手感、悬垂性好、抗紫外线，具有较低的可燃性和优良的加工性能，适用于各种时装、休闲装和卫生用品等。

4、聚乳酸纤维及其纺织品在应用过程中存在一个严重的问题，其虽然在常温下能够正常使用，但是环境温度一旦升高，超过pla的玻璃化转变温度tg≈57℃以后，聚乳酸纤维及其制品的性能会急剧下降，并且变形、发黏，限制了应用范围；另外，聚乳酸纤维还存在易水解的特点，水解时会导致羧基的增多，聚乳酸纤维的性能也会急剧下降，因此，解决聚乳酸纤维的耐热问题和水解的问题是实现聚乳酸纤维在服装领域大规模应用的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供了一种耐热耐水解聚乳酸改性母粒及其制备方法和应用。

2、本发明的第一方面，提供了一种耐热耐水解聚乳酸改性母粒，所述改性母粒包括改性母粒a、改性母粒b和纤维素纳米晶，以质量份数计，

3、所述改性母粒a包括以下组分：

4、plla 70～80份(例如为70份、72份、74份、76份、78份、80份)；

5、和

6、pdla 20～30份(例如为20份、22份、24份、26份、28份、30份)。

7、所述改性母粒b包括以下组分：

8、plla 20～30份(例如为20份、22份、24份、26份、28份、30份)；

9、和

10、pdla 70～80份(例如为70份、72份、74份、76份、78份、80份)。

11、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述改性母粒a和改性母粒b还包括润滑剂和抗氧剂。

12、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述润滑剂为0.5～5份，例如为0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份。

13、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述润滑剂为0.5～1.5份。

14、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述抗氧剂为0.5～5份，例如为0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份。

15、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述抗氧剂为0.5～1.5份。

16、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺。

17、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述抗氧剂为巴斯夫1010。

18、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，按质量份数计，所述改性母粒中，改性母粒a和改性母粒b的质量比为(1:9)～(9:1)，例如为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1。

19、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，以质量百分比计，所述纤维素纳米晶在所述改性母粒中的含量为1.5～2.5％，例如为1.5％、2％、2.5％。

20、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述聚左旋乳酸(plla)的光学纯度为95％～99.5％，重均分子量为5万～30万，在190℃、2.16kg砝码压力下熔体流动速率(mfr)为5～15g/10min。

21、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述聚右旋乳酸(pdla)的光学纯度为95％～99.5％，重均分子量为5万～30万，在190℃、2.16kg砝码压力下熔体流动速率(mfr)为5～15g/10min。

22、根据本发明所述改性母粒的一些实施方案，所述纤维素纳米晶通过酸水解法制备的，制备时酸溶液为高氯酸溶液，制得的纤维素纳米晶平均粒径在30nm～70nm。

23、本发明的第二方面，提供一种耐热耐水解聚乳酸改性母粒的制备方法，包括以下步骤：

24、(1)将改性母粒a和改性母粒b混合；再与助剂、纤维素纳米晶接触、密炼，得组分c；

25、(2)将组分c进行造粒、干燥，得到所述聚乳酸改性母粒。

26、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，步骤(1)中，所述密炼的温度为155℃～170℃，例如为155℃、160℃、165℃、170℃。

27、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述密炼的时间为10～30min，例如为10min、15min、20min、25min、30min。

28、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，步骤(2)中，所述造粒为采用单双螺杆挤出机进行造粒。

29、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述单双螺杆挤出机中单螺杆一区、二区、三区、四区的温度依次为190～200℃、190～195℃、195～200℃、190～200℃。

30、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述单双螺杆挤出机中双螺杆一区、二区、三区、四区、五区、六区的温度依次为160～180℃、190～195℃、195～200℃、190～200℃、195～200℃、190～200℃。

31、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述改性母粒的粒径为2～5mm，例如2mm、3mm、4mm、5mm，和/或，所述改性母粒的含水量≤500ppm。

32、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，以质量份数计，所述改性母粒中，改性母粒a和改性母粒b质量比为(1:9)～(9:1)。

33、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，以质量百分比计，所述纤维素纳米晶在所述改性母粒中的含量为1.5-2.5％；

34、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述改性母粒a包括以下组分：plla70～80份、pdla 20～30份；

35、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述改性母粒b包括以下组分：plla20～30份、pdla 70～80份；

36、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述助剂选自增塑剂、紫外吸收剂、抗静电剂、润滑剂、抗水解剂中的任意一种或几种。

37、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，以质量百分比计，所述助剂在所述改性母粒中的含量为2～6％。

38、根据本发明所述制备方法的一些实施方案，所述增塑剂、紫外吸收剂、抗静电剂、润滑剂、抗水解剂混合的质量比为1:1:1:0.5:0.5。

39、本发明的第三方面，提供一种聚乳酸改性纤维，其由本发明第一方面所述的改性母粒或本发明第二方面制备方法所得改性母粒制备而成。

40、根据本发明所述聚乳酸改性纤维，其制备方法包括：将所述改性母粒投入纺丝机中熔融纺丝，得到所述聚乳酸改性纤维。

41、根据本发明所述聚乳酸改性纤维，所述熔融纺丝中，纺丝温度为200～230℃，例如200℃、210℃、220℃、230℃。

42、根据本发明所述聚乳酸改性纤维，所述熔融纺丝中，拉伸取向的温度为80℃～90℃，例如80℃、82℃、85℃、86℃、88℃、90℃。

43、根据本发明所述聚乳酸改性纤维，所述熔融纺丝中，拉伸取向的拉伸倍率为3.5-4.5倍，例如3.5倍、3.8倍、4倍、4.2倍、4.5倍。

44、本发明的第四方面，提供一种本发明第一方面所述的改性母粒或本发明第二方面制备方法所得改性母粒在日用品中的应用。

45、根据本发明所述应用的一些实施方案，所述日用品为服装、线或渔网。

46、本发明的有益效果为：本发明提供的改性母粒提高了聚乳酸改性纤维的取向度，进而提升了聚乳酸改性纤维的结晶度和断裂伸长率，同时本发明的聚乳酸改性纤维在耐热和耐水解方面也有显著提升，可以满足在服装、线、渔网等日用品领域的性能要求。