一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法

2023-10-09 19:11:39 3

專利名稱：一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法
技術領域：
本發明屬於聚乳酸纖維的製備領域，特別涉及一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法。
背景技術：
目前，全球石油資源的日趨匱乏已日漸成為制約化纖行業發展的嚴重問題，同時節能減排和環境保護的需求也促使化纖エ業更加重視環境保護，降低能耗。用於服裝和纖維領域的聚合物主要為聚對苯ニ甲酸こニ酯(PET)，其用量佔全球紡織品消耗量的40%以上(僅次於棉)，居第二位，且其用量還在不斷増加，但這種聚酯產品的生產需消耗石油資源，且不可生物降解，不易回收再利用。因此，隨著石油資源的日益枯竭，環保問題的日益突出以及人們綠色消費概念的增強，緑色紡織品成為紡織エ業走出行業困境的必由之路。PLA纖維採用天然可再生的植物資源為原料，減少了對傳統石油資源的依賴，符合國際社會可持續發展的要求，它兼有合成纖維和天然纖維的優點，同時又具有完全自然循環型和能生物分解的特點，與常規的纖維材料相比，PLA纖維還有許多獨特的性能，所以得到國際紡織界的廣泛重視。在當今的紡織行業中，新產品層出不窮，新原料的織物也不斷湧現。雖然聚乳酸纖維具有良好的環保性，但要想在競爭激烈的市場中擁有一席之地，產品必須獨具特色，才能贏得市場的青睞。然而，聚乳酸纖維的染色難度大，染色溫度一般在120°C左右，高溫會造成纖維水解，影響纖維的性能。聚乳酸纖維的抗水解性能差以及上染率低限制了聚乳酸纖維的廣泛應用。此外，聚乳酸纖維的模量較高(600cN/dteX)，若是能夠降低聚乳酸纖維的模量和彎曲剛度，則纖維將具有更好的柔軟性和手感。利用增塑改善聚乳酸的柔韌性應用於塑料領域中有大量的報導，然而利用增塑改性聚乳酸纖維的研究尚未見報導。日本專利特許第3122485號和特許第3393752號專利報導，碳化ニ亞胺可以提高聚乳酸的抗水解性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，該方法操作簡單，成本低，適合大規模生產，該纖維具有良好的手感、柔軟性、高上染率和抗水解性，並保持了生物可降解性。本發明的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，包括按重量份數將聚乳酸70 98. 9份，低分子量聚酯I 30份，多功能聚碳化ニ亞胺0. I 5. 0份混合，混合均勻後進行熔融共混造粒得母粒，將所得到的母粒經真空乾燥後通過熔融紡絲、卷繞得到卷繞絲，最後進行牽伸，即得改性後的聚乳酸纖維。所述的聚乳酸水分含量為IOOppm 500ppm。
所述的低分子量聚酯的重均分子量為1000 30000，為己ニ酸聚酯增塑劑、聚己ニ酸こニ醇酯、聚癸ニ酸こニ醇酯、聚癸ニ酸1，2-丙ニ醇酯、聚癸ニ酸1，4-丁ニ醇酯、鄰苯ニ甲酸聚酯增塑劑中的ー種或幾種。上述的己ニ酸聚酯增塑劑 為己ニ酸聚1，2_丙ニ醇酯、己ニ酸聚1，3_ 丁ニ醇酯或己ニ酸聚I，4-丁ニ醇酷。上述的鄰苯ニ甲酸聚酯增塑劑為鄰苯ニ甲酸聚1，2_丙ニ醇酯、鄰苯ニ甲酸聚1，3_ 丁ニ醇酯或鄰苯ニ甲酸聚1，4_ 丁ニ醇酷。所述的多功能聚碳化ニ亞胺的主要成分包括碳化ニ亞胺低聚物(重均分子量為100 1000)和交聯型聚碳化ニ亞胺。上述的交聯型聚碳化ニ亞胺為聚(對亞苯基碳化ニ亞胺)、聚(間亞苯基碳化ニ亞胺)、聚(ニ異丙基苯基碳化ニ亞胺)、聚(三異丙基苯基碳化ニ亞胺)、聚(ニ環己基甲烷碳化ニ亞胺)、聚(ニ異丙基碳化ニ亞胺)中的ー種或幾種。所述的熔融共混造粒採用的是雙螺杆共混擠出機，其中雙螺杆共混擠出機各區溫度為140 190°C，螺杆轉速為60 300rpm。所述熔融紡絲的エ藝為紡絲溫度為180 260°C，卷繞速度為500 2000m/min。所述的牽伸エ藝為熱盤溫度50 120°C，熱板溫度50 140°C，牽伸倍率
I.5 6. 5 倍。本發明通過低分子量聚酯共混改性聚乳酸的方法，能夠提高PLA分子鏈段的運動能力，能夠在低於純聚乳酸紡絲溫度30°C的情況下順利進行紡絲。因此，有效避免了聚乳酸熔融紡絲時的降解問題，而且共混改性纖維具有較低的玻璃化轉變溫度，更低的彈性模量和彎曲剛度，以及更優異的柔軟性和良好的手感。同吋，PLA纖維的Tg降低，使得大分子鏈段更容易運動，纖維大分子鏈之間或三維網絡之間的摩擦力降低，染料分子更容易進入纖維內部，纖維的上染率更高。本發明採用的多功能聚碳化ニ亞胺在提高聚乳酸抗水解性能的同時還能夠增強低分子量聚酯和聚乳酸之間的作用力和改善兩相界面，因此，不僅能夠提高共混纖維的抗水解性能還能夠提高共混纖維的相容性，提高共混物的穩定性。共混纖維的室溫穩定性更好，並且能夠改善聚乳酸在染色過程中的降解情況。本發明首先通過雙螺杆共混擠出造粒，共混樹脂經真空乾燥經熔融紡絲牽伸-熱定型ニ步法製得聚乳酸纖維。本發明製備的改性聚乳酸纖維具有以下優點具有完全生物降解的性能，而且，改性聚乳酸纖維具有更低的玻璃化轉變溫度、模量、彎曲剛度的特點，因此這種纖維具有更好的柔軟性和手感，能實現聚乳酸低溫染色並具有更高的上染率，並且抗水解性能優於純聚乳酸纖維。這種改性纖維在織物和無紡布領域更加具有競爭力，特別是在衛生用無紡布和內衣中具有更好的優勢。本發明的製備方法簡單，成本低，適合大規模生產。有益效果(I)本發明的改性聚乳酸纖維具有優異的手感和柔軟性，井能夠實現低溫染色，高溫染色的上染率更高；(2)本發明的改性聚乳酸纖維由於抗水解性能好，可避免高溫處理時力學性能變差的問題，是ー種綜合性能更優的完全降解聚乳酸纖維；(3)本發明的製備方法簡單，成本低，有望實現大規模生產。


圖I未經恆溫(95°C )水浴降解後純聚乳酸纖維與改性聚乳酸纖維的微觀形貌對比，左側是純聚乳酸纖維，右側是改性聚乳酸纖維；圖2.經8h恆溫(95°C )水浴降解後純聚乳酸纖維與改性聚乳酸纖維的微觀形貌對比。左側是純聚乳酸纖維，右側是改性聚乳酸纖維；圖3經16h恆溫(95°C )水浴降解後純聚乳酸纖維與改性聚乳酸纖維的微觀形貌對比。左側是純聚乳酸纖維，右側是改性聚乳酸纖維。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進ー步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例I將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將945g聚乳酸、50g聚己ニ酸丙ニ醇酯(重均分子量為20000 30000)、5g多功能聚碳化ニ亞胺在容器裡混合均勻，然後用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為190°C，螺杆轉速為IOOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為215°C，卷繞速度在600m/min，得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為90°C，熱板溫度為120°C，牽伸倍數4.5。所述的多功能聚碳化ニ亞胺的主要成分包括碳化ニ亞胺低聚物(重均分子量為500)和聚(對亞苯基碳化ニ亞胺)。實施例2將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將890g聚乳酸、IOOg聚己ニ酸丁ニ醇酯(重均分子量為6000 7000)、10g多功能聚碳化ニ亞胺在容器裡混合均勻，然後用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為185°C，螺杆轉速為150rpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為210°C，卷繞速度在600m/min，得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為90°C，熱板溫度為115°C，牽伸倍數4. 3。所述的多功能聚碳化ニ亞胺的主要成分包括碳化ニ亞胺低聚物(重均分子量為600)和聚(ニ異丙基苯基碳化ニ亞胺)。
實施例3將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將840g聚乳酸、150g聚癸ニ酸丙ニ醇酯(重均分子量為4000 5000)、10g多功能聚碳化ニ亞胺在容器裡混合均勻，然後用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為180°C，螺杆轉速為SOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為200 0C，卷繞速度在800m/min，得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為80°C,熱板溫度為120°C,牽伸倍數4. I。
所述的多功能聚碳化ニ亞胺的主要成分包括碳化ニ亞胺低聚物(重均分子量為700)和聚(ニ異丙基碳化ニ亞胺)。實施例4將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將790g聚乳酸、200g聚癸ニ酸丁ニ醇酯(重均分子量為2000 3000)、10g多功能聚碳化ニ亞胺在容器裡混合均勻，然後用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為175°C，螺杆轉速為IOOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為200°C,卷繞速度在1000m/min,得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸,熱盤溫度為70°C，熱板溫度為100で，牽伸倍數4.0。所述的多功能聚碳化ニ亞胺的主要成分包括碳化ニ亞胺低聚物(重均分子量為800)和聚(ニ環己基甲烷碳化ニ亞胺)。對比例I將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將IOOOg聚乳酸用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為170°C，螺杆轉速為IOOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為255°C，卷繞速度在500m/min，得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為90°C，熱板溫度為120°C，牽伸倍數4. 5。對比例2將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將IOOOg聚乳酸用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為170°C，螺杆轉速為IOOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為250°C，卷繞速度在600m/min，得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為90°C，熱板溫度為120°C，牽伸倍數4. 3。對比例3將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為IOOppm 500ppm，將IOOOg聚乳酸用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為170°C，螺杆轉速為IOOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為240°C，卷繞速度在800m/min，得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為90°C，熱板溫度為120°C，牽伸倍數4. I。對比例4將PLA顆粒經真空乾燥，至水分含量為100ppm-500ppm，將IOOOg聚乳酸用雙螺杆擠出機進行熔融共混，擠出溫度為170°C，螺杆轉速為IOOrpm，造粒後經冷卻乾燥即可。經真空乾燥後的母粒切片通過單成分紡絲機熔融紡絲，其中，紡絲溫度為240°C，卷繞 速度在1000m/min,得預牽伸絲。利用熱盤熱板對初生纖維進行後牽伸，熱盤溫度為90°C，熱板溫度為120°C，牽伸倍數4.0。表I實施例1-4製備的共混改性聚乳酸纖維的性能
權利要求
1.一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，包括 按重量份數將聚乳酸70 98. 9份，低分子量聚酯I 30份，多功能聚碳化二亞胺0.I 5. 0份混合，混合均勻後進行熔融共混造粒得母粒，將所得到的母粒經真空乾燥後通過熔融紡絲、卷繞得到卷繞絲，最後進行牽伸，即得改性後的聚乳酸纖維。
2.根據權利要求I所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的聚乳酸水分含量為IOOppm 500ppm。
3.根據權利要求I所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的低分子量聚酯的重均分子量為1000 30000，為己二酸聚酯增塑劑、聚己二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇酯、聚癸二酸1，2-丙二醇酯、聚癸二酸1，4-丁二醇酯、鄰苯二甲酸聚酯增塑劑中的一種或幾種。
4.根據權利要求3所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的己二酸聚酯增塑劑為己二酸聚1，2_丙二醇酯、己二酸聚1，3_ 丁二醇酯或己二酸聚1，4-丁二醇酯；所述的鄰苯二甲酸聚酯增塑劑為鄰苯二甲酸聚1，2_丙二醇酯、鄰苯二甲酸聚1，3_ 丁二醇酯或鄰苯二甲酸聚1，4_ 丁二醇酯。
5.根據權利要求I所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的多功能聚碳化二亞胺的主要成分包括碳化二亞胺低聚物和交聯型聚碳化二亞胺。
6.根據權利要求5所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的交聯型聚碳化二亞胺為聚(對亞苯基碳化二亞胺)、聚(間亞苯基碳化二亞胺)、聚(二異丙基苯基碳化二亞胺)、聚(三異丙基苯基碳化二亞胺)、聚(二環己基甲烷碳化二亞胺)、聚(二異丙基碳化二亞胺)中的一種或幾種。
7.根據權利要求I所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的熔融共混造粒採用的是雙螺杆共混擠出機，其中雙螺杆共混擠出機各區溫度為140 190°C，螺杆轉速為60 300rpm。
8.根據權利要求I所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述熔融紡絲的工藝為紡絲溫度為180 260°C，卷繞速度為500 2000m/min。
9.根據權利要求I所述的一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，其特徵在於所述的牽伸工藝為熱盤溫度50 120°C，熱板溫度50 140°C，牽伸倍率I. 5 6. 5倍。
全文摘要
本發明涉及一種抗水解改性聚乳酸纖維的製備方法，包括按重量份數將聚乳酸70～98.9份，低分子量聚酯1～30份，多功能聚碳化二亞胺0.1～5.0份混合，混合均勻後進行熔融共混造粒得母粒，將所得到的母粒經真空乾燥後通過熔融紡絲、卷繞得到卷繞絲，最後進行牽伸，即得改性後的聚乳酸纖維。本發明的製備方法簡單，成本低，有望實現大規模生產；本發明的改性聚乳酸纖維具有優異的手感和柔軟性，並能夠實現低溫染色，高溫染色的上染率更高，由於抗水解性能好，可避免高溫處理時力學性能變差的問題。
文檔編號B29B9/06GK102660797SQ20121009651
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者何嬌, 餘木火, 孟濤, 尤偉, 楊淳, 潘禮存, 韓克清 申請人:東華大學