阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維及其製備方法與流程
2023-05-20 00:04:36
本發明涉及一種纖維，特別是阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維。
背景技術：
聚乳酸是以微生物發酵產物乳酸為單位化合而成的。聚乳酸製品廢棄後能夠徹底分解成二氧化碳和誰，不會汙染環境，因而是一種完全自然循環型的可降解材料。但聚乳酸脆性大、硬度高的缺陷限制了其進一步的應用，尤其是在纖維領域，彈性性能上也有待提高。隨著人們對環境以及自身健康的日益重視，對聚乳酸纖維的功能型要求也逐漸提高。除此之外，聚乳酸極易燃燒，極限氧指數只有19%。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決上述現有技術的不足而提供一種可降解、彈性大、阻燃效果好且具有抗菌性能的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維。
為了實現上述目的，本發明所設計的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，按質量份數包括聚乳酸100份、馬來酸酐接枝相容劑5-10份、過氧化苯甲酸叔丁酯1-2份、抗菌劑8-12份、檸檬酸5-8份、叔丁醇10-16份、乙烯基聚二甲基矽烷2-5份、亞磷酸鹽0.2-0.5份、10-18份阻燃劑；所述抗菌劑按質量份數包括納米氧化鈰20份、納米氧化鋅75份、改性活性炭5份，其中所述改性活性炭按質量份數包括活性炭80份、硝酸鈰5份、澱粉5份、濃度為3mol/l的檸檬酸溶液10份；所述阻燃劑按重量份數包括磷酸酯15-25份、氧化鈷5-10份、磷酸二銨20-30份。
阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維的製備方法如下：
第一步：製備改性活性炭，將活性炭先經過乙醇浸泡並攪拌10min後抽濾，取80份放入反應器中，加入10份濃度為3mol/l的檸檬酸溶液、5份硝酸鈰和澱粉5份，在水浴溫度為75℃下攪拌反應3h，冷卻後放入馬弗爐中，在溫度為600℃下煅燒2h後取出冷卻至室溫，研磨至粒徑為80-100nm，待用；
第二步：製備抗菌劑，將20份納米氧化鈰、75份納米氧化鋅和5份改性活性炭充分混合，待用；
第三步：製備阻燃劑，將15-25份包括磷酸酯、5-10份氧化鈷和20-30份磷酸二銨充分攪拌，混合均勻，待用；
第四步：製備阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，將100份聚乳酸、5-10份馬來酸酐接枝相容劑和1-2份過氧化苯甲酸叔丁酯放入反應器中，均勻混合，並持續攪拌，在200-220℃下反應2h，在緩慢攪拌下，再向反應器中加入8-12份抗菌劑、5-8份檸檬酸、10-16份叔丁醇、10-18份阻燃劑、2-5份乙烯基聚二甲基矽烷和0.2-0.5份亞磷酸鹽，在220-240℃下熔融反應2h，反應結束後通入螺杆擠出機中擠出並造粒，得到聚乳酸母粒；將聚乳酸母粒送入熔融紡絲機料鬥中，由噴絲頭噴出，經過側風冷卻後由卷繞裝置卷繞至筒芯上，最終得到阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維。
其中，所述螺杆擠出機各區域溫度控制在200-240℃；紡絲機的所用溫度在240-290℃，噴絲頭孔徑為0.15mm，所述側風的溫度為23℃，風速為0.4m/s，溼度為75%。
聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，原料來源充分而且可以再生。聚乳酸的生產過程無汙染，而且產品可以生物降解，實現在自然界中的循環，因此是理想的綠色高分子材料。應用於生產纖維中，聚乳酸的存在使得該纖維更具有可降解的性能。馬來酸酐接枝相容劑通過引入強極性反應基團，使材料具有高的極性和反應性，是一種高分子界面偶聯劑、相容劑、分散促進劑，並且，其還有一定的增韌、增強性能，可在一定程度上改善純聚乳酸纖維的較脆弱的缺點，提升韌性。
其中，過氧化苯甲酸叔丁酯作為一種引發劑，能夠促進反應的進行，使得反應更為充分。為了使得製備的聚乳酸纖維具有一定的抗菌性能，我們在體系中加入了抗菌劑，該抗菌劑為納米氧化鈰、納米氧化鋅和改性活性炭的混合物。在納米氧化鋅本就具有的抗菌功能上，再加入改性活性炭，能夠在一定程度上促進對病菌、細菌等有害微生物的吸附作用，且納米氧化鈰的加入能夠對改性活性炭的吸附作用加強，穿插在活性炭的結構體系中，納米氧化鈰對紫外有著吸收作用，能增強納米氧化鋅的抗菌性能。
此外，改性活性炭中包括的硝酸鈰中的鈰離子在檸檬酸溶液的弱酸性條件下嫁接於活性炭結構上，增加活性炭的吸附能力，加入的澱粉為改性活性炭提供可降解環境。除此之外，檸檬酸可對反應體系進行酸鹼度的調節，促進反應的良好進行；乙烯基聚二甲基矽烷是一種有機矽橡膠，加入體系中可提高纖維的彈性，亞磷酸鹽的加入對其有著促進作用，能夠在一定程度上提升製得纖維的彈性。叔丁醇可做溶劑使用，促進各組分的均勻分布。
阻燃劑採用有機阻燃劑和磷系阻燃劑磷酸酯和氮系阻燃劑三聚氰胺混合的混合型阻燃劑，無滷有機磷阻燃劑主要特點是磷、氮協同應用系鞥成最好的發泡成炭系統，從而最大量地降低熔滴的產生，減小甚至壁面人體危害。而且在本專利中，通過探索研究發現，在兩者混合物中加入一定量的氧化鈷，有助於促進磷系和氮系的阻燃劑結合，發揮其最大作用，使得兩者具有很好的協同力，最終達到阻燃效果。
本發明得到的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，其技術效果是所用原料為無毒或近乎無毒，複合綠色化學原則，並且得到的纖維是一種可降解、彈性大、阻燃效果好且具有抗菌性能的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，整體製備方法簡單、可行。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進一步說明。
實施例1：
本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，按質量份數包括聚乳酸100份、馬來酸酐接枝相容劑8份、過氧化苯甲酸叔丁酯2份、抗菌劑12份、檸檬酸6份、叔丁醇12份、乙烯基聚二甲基矽烷5份、亞磷酸鹽0.3份、阻燃劑10份；所述抗菌劑按質量份數包括納米氧化鈰20份、納米氧化鋅75份、改性活性炭5份，其中所述改性活性炭按質量份數包括活性炭80份、硝酸鈰5份、澱粉5份、濃度為3mol/l的檸檬酸溶液10份；所述阻燃劑按重量份數包括磷酸酯20份、氧化鈷8份、磷酸二銨25份。
阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維的製備方法如下：
第一步：製備改性活性炭，將活性炭先經過乙醇浸泡並攪拌10min後抽濾，取80份放入反應器中，加入10份濃度為3mol/l的檸檬酸溶液、5份硝酸鈰和澱粉5份，在水浴溫度為75℃下攪拌反應3h，冷卻後放入馬弗爐中，在溫度為600℃下煅燒2h後取出冷卻至室溫，研磨至粒徑為90nm，待用；
第二步：製備抗菌劑，將20份納米氧化鈰、75份納米氧化鋅和5份改性活性炭充分混合，待用；
第三步：製備阻燃劑，將20份包括磷酸酯、8份氧化鈷和25份磷酸二銨充分攪拌，混合均勻，待用；
第四步：製備阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，將100份聚乳酸、8份馬來酸酐接枝相容劑和2份過氧化苯甲酸叔丁酯放入反應器中，均勻混合，並持續攪拌，在200℃下反應2h，在緩慢攪拌下，再向反應器中加入8份抗菌劑、6份檸檬酸、12份叔丁醇、10份阻燃劑、3份乙烯基聚二甲基矽烷和0.3份亞磷酸鹽，在240℃下熔融反應2h，反應結束後通入螺杆擠出機中擠出並造粒，得到聚乳酸母粒；將聚乳酸母粒送入熔融紡絲機料鬥中，由噴絲頭噴出，經過側風冷卻後由卷繞裝置卷繞至筒芯上，最終得到阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維。
其中，所述螺杆擠出機各區域溫度控制在210℃；紡絲機的所用溫度在270℃，噴絲頭孔徑為0.15mm，所述側風的溫度為23℃，風速為0.4m/s，溼度為75%。
將所製得的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維進行性能檢測，100%伸長下恢復率為96.9%；抑菌圈試驗結果表明，本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的抑制率達99.99%；根據gb/t5455-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》標準，測得本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維的loi為30.2%。
實施例2：
本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，原料和製備方法大致和實施例1相同，其主要區別在於，本實施例中，阻燃劑所用質量份數為14份。
將所製得的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維進行性能檢測，100%伸長下恢復率為96.9%；抑菌圈試驗結果表明，本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的抑制率達99.99%；根據gb/t5455-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》標準，測得本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維的loi為31.0%。
實施例3：
本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維，原料和製備方法大致和實施例1相同，其主要區別在於，本實施例中，阻燃劑所用質量份數為18份。
將所製得的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維進行性能檢測，100%伸長下恢復率為96.9%；抑菌圈試驗結果表明，本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的抑制率達99.99%；根據gb/t5455-1997《紡織品燃燒性能試驗垂直法》標準，測得本實施例所提供的阻燃可降解抗菌聚乳酸彈性纖維的loi為31.9%。