一種改性聚乳酸纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，具體為一種改性聚乳酸纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于石油資源的日益減少以及石油基高分子材料帶來(lái)的“白色污染”，導(dǎo)致各國(guó)開(kāi)始在發(fā)展生物可降解聚合物材料投入越來(lái)越多的關(guān)注，尤其是發(fā)展來(lái)源可再生的生物可降解聚合物材料。聚乳酸是一種以農(nóng)作物為初始原料，經(jīng)過(guò)發(fā)酵、縮聚而成的新型完全可降解的生物高分子材料，具有生物相容性好、無(wú)毒、無(wú)刺激、完全可降解等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前最具有前途的可生物降解高分子材料之一。
[0003]聚乳酸材料雖有眾多優(yōu)點(diǎn)，但聚乳酸材料也有一定不足，例如聚乳酸纖維的生產(chǎn)存在很多難點(diǎn)，由于聚乳酸分子含有氫鍵、分子量分布比較寬等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致其具有硬而脆的不足，流動(dòng)性和拉伸性也不理想，用于生產(chǎn)纖維時(shí)工藝條件苛刻，得到的纖維性能不穩(wěn)定，斷絲情況嚴(yán)重。為了解決以上問(wèn)題人們對(duì)聚乳酸進(jìn)行了改性并申請(qǐng)了眾多專(zhuān)利，例如CN102046861 A公開(kāi)一種聚乳酸纖維，通過(guò)在聚乳酸中加入2 — 25?丨％增塑劑和I 一 20 wt%的增容劑，將擠出的熱塑性組合物隨機(jī)沉積到表面上以形成無(wú)紡纖網(wǎng)；CN 103069059公開(kāi)一種韌化的聚乳酸纖維，通過(guò)加入添加劑聚烯烴、聚氨酯、聚乙烯醇、聚酰胺、聚苯乙烯等，提高聚乳酸的柔韌性，制備無(wú)紡纖網(wǎng)；CN 103069058 A公開(kāi)一種改性的聚乳酸纖維，將聚乳酸與聚環(huán)氧化物改性劑熔融共混形成熱塑性組合物，其中所述熔融共混在所述聚乳酸的熔點(diǎn)以上以及大約230°C以下溫度下進(jìn)行，在235°C至300°C溫度下擠出，制備無(wú)紡纖網(wǎng)。
[0004]增塑劑及增容劑是分子量比較低的化合物，大量添加增塑劑和增容劑會(huì)增加聚乳酸的流動(dòng)性，但也會(huì)影響熔體強(qiáng)度以及纖維的拉伸和強(qiáng)度。在聚乳酸中添加聚烯烴、聚酰胺或聚苯乙烯等聚合物，由于其本身很難降解，因此必然會(huì)影響聚乳酸纖維的降解性能，并且容易與聚乳酸產(chǎn)生相分離。在250°C至300°C溫度下擠出，會(huì)導(dǎo)致聚乳酸的熱降解，嚴(yán)重影響其纖維的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種改性聚乳酸纖維及其制備方法。本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，增加聚乳酸的流動(dòng)性，從而生產(chǎn)出力學(xué)性能優(yōu)異的改性聚乳酸纖維。
[0006]本發(fā)明解決所述纖維技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種改性聚乳酸纖維，該纖維的質(zhì)量百分比組成為:聚乳酸70-98%，樹(shù)脂1-15%和改性劑1-15% ;所述聚乳酸的重均分子量為7-20萬(wàn)；所述樹(shù)脂為聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或/和聚羥基脂肪酸酯；所述聚羥基脂肪酸酯為聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸戊酸共聚酯、3-羥基丁酸與3-羥基己酸的共聚酯、聚羥基己酸酯和聚羥基辛酸酯中的一種或兩種，所述聚羥基脂肪酸酯重均分子量為I萬(wàn)?5萬(wàn)，熔融指數(shù)為20?50 ;所述改性劑選自聚己二酸二乙二醇醚酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、磷酸-2-乙基己酯二苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸三(2-氯代乙)酯和乙二酸二辛酯中的一種或兩種；
該纖維的聚乳酸顆粒熔融指數(shù)為25-55g/min ;纖維強(qiáng)度多1.5cN/dtex ;纖維斷裂伸長(zhǎng)率彡40% ο
[0007]本發(fā)明解決所述制備方法技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種改性聚乳酸纖維的制備方法，該制備方法采用本發(fā)明所述改性聚乳酸纖維質(zhì)量百分比組成和如下工藝:
(O先將所述聚乳酸置于65~90°C的烘箱中，烘干4~6h，充分除去聚乳酸中的水分；
(2)再將干燥后的聚乳酸、樹(shù)脂和增塑劑混合均勻，然后用雙螺桿機(jī)在170~225°C，主螺桿轉(zhuǎn)速為50~200rpm，料筒喂料速度為5~15rpm，壓力為5~12MPa條件下，熔融共混，冷卻造粒，得到改性聚乳酸顆粒；
(3)然后將得到的聚乳酸顆粒置于70~100°C下，真空干燥5?10h后，用熔融紡絲機(jī)在180~240°C溫度，螺桿轉(zhuǎn)速15~40rpm，壓力為15~50MPa下紡絲，卷繞速度為1500~2000r/min，卷繞絲經(jīng)兩倍拉伸后，即制成改性聚乳酸纖維。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改性聚乳酸纖維及其制備方法通過(guò)加入力學(xué)性能良好的可降解樹(shù)脂，并且樹(shù)脂與聚乳酸有很好的相容性，提高了改性聚乳酸纖維的使用性能。本發(fā)明通過(guò)采用易于得到、價(jià)格低廉的改性劑，使聚乳酸分子規(guī)則排列和減少聚乳酸分子鏈中的氫鍵，進(jìn)一步增強(qiáng)了樹(shù)脂與聚乳酸的相容性，使得改性聚乳酸的流動(dòng)性有很大程度的提高，因此所制備的纖維具有較好的力學(xué)性能和全生物降解性能，而且克服了聚乳酸纖維生產(chǎn)加工中的困難和不足，具有制造成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步敘述本發(fā)明:
本發(fā)明設(shè)計(jì)的改性聚乳酸纖維(簡(jiǎn)稱(chēng)纖維)，其質(zhì)量百分比組成為:聚乳酸70-98%，樹(shù)脂1-15%和改性劑1-15% ;所述聚乳酸的重均分子量為7-20萬(wàn)；所述樹(shù)脂為聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或/和聚羥基脂肪酸酯；所述聚羥基脂肪酸酯為聚羥基丁酸酯、聚羥基丁酸戊酸共聚酯、3-羥基丁酸與3-羥基己酸的共里厘、聚羥基己酸酯和聚羥基辛酸酯中的一種或兩種，所述聚羥基脂肪酸酯重均分子量為I萬(wàn)?5萬(wàn)，熔融指數(shù)為20?50 ;所述改性劑選自聚己二酸二乙二醇醚酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、磷酸-2-乙基己酯二苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸三(2-氯代乙)酯和乙二酸二辛酯中的一種或兩種；
該纖維的聚乳酸顆粒熔融指數(shù)為25-55g/min ;纖維強(qiáng)度多1.5cN/dtex ;纖維斷裂伸長(zhǎng)率彡40%。
[0010]本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了本發(fā)明纖維的制備方法，該制備方法采用本發(fā)明所述改性聚乳酸纖維質(zhì)量百分比組成和如下工藝:
(O先將所述聚乳酸置于65~90°C的烘箱中，烘干4~6h，充分除去聚乳酸中的水分；所述聚乳酸在混合前置于65~90°C烘箱中4~6h，可以充分除去聚乳酸中的水分。當(dāng)烘箱溫度低于65°C或者干燥時(shí)間小于4h時(shí)，聚乳中的水分不會(huì)完全除去，高溫加工時(shí)殘留的水分會(huì)導(dǎo)致聚乳酸降解；由于聚乳酸在65~90°C烘箱中4~6h后已經(jīng)達(dá)到恒重，當(dāng)烘箱溫度高于90°C或者干燥時(shí)間大于6h時(shí)，會(huì)造成時(shí)間以及電能的浪費(fèi)，不宜采用。
[0011](2)再將干燥后的聚乳酸、樹(shù)脂和增塑劑混合均勻，然后用雙螺桿機(jī)在170~225°C，主螺桿轉(zhuǎn)速為50~200rpm，料筒喂料速度為5~15rpm，壓力為5~12MPa條件下，熔融共混，冷卻造粒，得到改性聚乳酸顆粒；
(3)然后將得到的聚乳酸顆粒置于70~100°C下，真空干燥5?10 h后，用熔融紡絲機(jī)在180~240°C溫度，螺桿轉(zhuǎn)速15~40rpm，壓力為15~50MPa下紡絲，卷繞速度為1500~2000r/min，卷繞絲經(jīng)兩倍拉伸后，即制成改性聚乳酸纖維。
[0012]本發(fā)明聚乳酸纖維具有紡絲容易、單絲斷裂伸長(zhǎng)率大、價(jià)格較低廉、環(huán)境友好，可全生物降解等優(yōu)點(diǎn)，有望在日常生活中取代石油基材料，并得到廣泛的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
[0014]下面給出本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，這些實(shí)施例僅是對(duì)發(fā)明的舉例說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。
[0015]實(shí)施例1
將聚乳酸、樹(shù)脂分別在65°C下烘干6小時(shí)；取分子量7萬(wàn)、總質(zhì)量的98% (按質(zhì)量百分比計(jì)，下同)的聚乳酸、分子量5萬(wàn)、熔融指數(shù)20的聚羥基丁酸酯1%和聚己二酸二乙二醇醚酯1%，混合均勻，將混合料加入雙螺桿造粒機(jī)中，雙螺桿造粒機(jī)各區(qū)的設(shè)定溫度及加工條件為:一區(qū)130°C，二區(qū)140°C，三區(qū)150°C，四區(qū)170°C，五區(qū)165°C，機(jī)頭170°C，主螺桿轉(zhuǎn)速為120rpm，料筒喂料速度為6rpm，壓力為lOMPa，經(jīng)熔融共混，擠出造粒得到改性聚乳酸顆粒，經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的改性聚乳酸顆粒的熔融指數(shù)為25.3 (g/10min)。
[0016]將得到的改性聚乳酸顆粒置于70°C真空烘干10小時(shí)后，在紡絲機(jī)中紡成卷繞絲。熔融紡絲機(jī)各區(qū)的設(shè)定溫度及加工條件為:一區(qū)170°C，二區(qū)180°C，三區(qū)180°C，機(jī)頭180 °C，主螺桿轉(zhuǎn)速為20rpm，壓力為15MPa，初絲卷繞速度為1500r/min，卷繞絲經(jīng)兩倍拉伸，即制成本發(fā)明所述的改性聚乳酸纖維。
[0017]經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制成的纖維斷裂強(qiáng)度為1.84 (cN/dtex)，斷裂伸長(zhǎng)率為63 (%)。 實(shí)施例2
將聚乳酸、樹(shù)脂分別在75°C烘干5小時(shí)；取分子量9萬(wàn)、總質(zhì)量的88%的聚乳酸、分子量3萬(wàn)、熔融指數(shù)30的聚羥基丁酸戊酸共聚酯3%和聚己二酸二乙二醇醚酯9%，混合均勻，將混料加入雙螺桿造粒機(jī)中；雙螺桿造粒機(jī)各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為:一區(qū)135°C，二區(qū)1600C，三區(qū)170°C，四區(qū)180°C，五區(qū)185°C，機(jī)頭185°C，主螺桿轉(zhuǎn)速為90rpm，料筒喂料速度為5rpm，壓力為9MPa，經(jīng)熔融共混，擠出造粒得到改性聚乳酸顆粒。經(jīng)檢測(cè)，所制備的改性聚乳酸顆粒的恪融指數(shù)為41.5 (g/10min)。
[0018]將得到的改性聚乳酸顆粒在80°C真空烘干9小時(shí)后，在紡絲機(jī)中紡成卷繞絲。熔融紡絲機(jī)各區(qū)設(shè)定溫度及加工條件為:一區(qū)185°C，二區(qū)205°C，三區(qū)2