CN101608346B

CN101608346B - 一种异形聚乳酸类纤维及其制备方法

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Publication number: CN101608346B
Application number: CN2009101012679A
Authority: CN
Inventors: 陈鹏; 顾群; 王宗宝; 蒋志强; 黎俊; 严庆
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: CN101608346A

Abstract

本发明公开了一种异形聚乳酸类纤维及其制备方法。一种异形聚乳酸类纤维，它的截面形状可以为C形、圆中空形、三叶形、十字形、三角形，与普通圆形聚乳酸类纤维相比具有较好的亲水性、蓬松性、柔韧性、光泽和优异的力学性能。本发明还公开了这种异形聚乳酸类纤维的制备方法，在熔纺过程中使用异形喷丝孔，通过改进纺丝动力学，使用液相恒温浴在适中的纺丝速度、较低的热牵伸和热处理温度、较低的牵伸比，在较温和的熔纺工艺条件下制备结构均匀、力学性能优异的异形聚乳酸类纤维。

Description

一种异形聚乳酸类纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种异形聚乳酸类纤维及其制备方法，属于化学纤维技术领域。

背景技术

聚乳酸类(L-聚乳酸、D-聚乳酸、D，L-聚乳酸和含有聚乳酸的共混物及共聚物)纤维主要以天然可再生资源为原料，减小了对不可再生资源如石油的依赖性，同时具有优异的力学和可降解性能。随着人们对环境的日益重视和聚乳酸合成的规模化和成本下降，以及聚乳酸类纤维应用领域的不断扩展，聚乳酸类纤维必将成为最重要的纤维品种之一，有望在很多应用领域代替丙纶、涤纶和锦纶等传统纤维材料。

但是在实际应用中，聚乳酸类纤维也暴露出明显的缺点，例如亲水性差因而透气排汗性不好；不易染色因而影响织物外观；脆性高、不够柔韧因而手感不好等。克服这些缺点的有效途经之一是改变纤维的圆形截面，在天然纤维中存在大量这样的例子。如绵纤维的截面是不规则的腰圆形，且中心处有一空腔；羊毛纤维的截面近似圆形或椭圆形，皮层呈鳞片状；蚕丝的截面在脱去丝胶之前呈不规则的椭圆形，脱去丝胶后呈不规则的三角形；苎麻的截面是腰圆形，中空，胞壁有裂纹；等等。由于这些纤维截面的变化赋予纤维优越的性能，如特殊的色泽、手感，良好的蓬松性、保暖性和吸湿排汗性等，人们于上世纪五、六十年代开始异形化学纤维的研制、开发，目前已广泛应用于涤纶、锦纶等纤维的生产。但是，如文献(合成纤维工业，2006，29：11)报道，异形聚乳酸类纤维的研究尚处于探索阶段，而且用常规熔纺工艺生产的异形聚乳酸纤维存在力学性能差、结构不均匀等缺点。因此，亟待开发新型聚乳酸类异形纤维以解决此类纤维在应用中的问题，并改进纤维生产技术以提高纤维性能、满足使用要求。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种异形聚乳酸类纤维，与普通圆形聚乳酸类纤维相比具有较好的亲水性、蓬松性、柔韧性、光泽，与常规熔纺工艺生产的异形聚乳酸类纤维相比具有较优的力学性能。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，此法对常规的熔融纺丝法进行改进，在较高的纺丝速度和较低的热牵伸比的条件下生产出性能优异的异形聚乳酸类纤维，以解决常规熔纺工艺生产的异形聚乳酸类纤维结构不均匀和力学性能下降的问题或必须在很高的纺丝速度和热牵伸比的条件下才能生产力学性能较好的聚乳酸类纤维的问题。

本发明为解决第一个技术问题所提出技术方案为：一种异形聚乳酸类纤维，其异形截面形状为C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形，异形度为20～60％，有别与通常的圆形，可以是长丝或短纤维。由于具有较大的比表面积，异形聚乳酸类纤维的亲水性得到改善，上染率增加，吸湿排汗性能优越；三叶形纤维具有特殊的光泽；C形或圆中空形纤维具有较好的柔韧性，不易起球，蓬松性和保暖性能好；并且这种异形聚乳酸类纤维具有较大的拉伸强度。

本发明为解决第二个技术问题所提出技术方案为：一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，通过在熔融纺丝过程中使用异形喷丝孔，改进纺丝动力学，在较高的纺丝速度和较低的热牵伸比的条件下生产异形聚乳酸类纤维的方法，具体包括以下步骤：(1)将聚乳酸类切片经过真空干燥；(2)使用带有加热装置的挤出设备，将切片熔融，经计量泵和异形喷丝孔挤出纤维；(3)纤维通过液相恒温浴、导丝盘、牵引辊得到未牵伸丝；(4)将未牵伸丝进行牵伸和热处理。

本发明所采用的聚乳酸类切片包括L-聚乳酸、D-聚乳酸、D，L-聚乳酸和含有聚乳酸的共混物及共聚物的一种。作为优选，所述的聚乳酸类切片为重均分子量(Mw)在5万～50万，L-聚乳酸或D-聚乳酸的光学纯度在90％或以上，对共混物或共聚物，聚乳酸或乳酸单体的量在10摩尔％或以上。

所述的聚乳酸类切片的熔融温度为170～240℃，优选熔融温度为190～230℃。

所述的液相恒温浴的温度(Tb)介于聚乳酸类纤维的玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)之间，作为优选，Tb在Tg和Tm中间值附近，即：Tb(℃)＝(Tg+Tm)/2±30(℃)。纤维浸入液相恒温浴的深度大于5cm，作为优选，纤维浸入深度介于10cm和30cm之间。液相恒温浴的位置在喷丝孔与导丝盘之间，优选位置为纤维固化起始点附近。液相恒温浴的液体介质为在Tb温度下稳定且对纤维呈化学惰性的液体，如1，2-丙二醇，1，3-丙二醇，或者硅油等。

所述的纺丝速度为800～3000m/分，为提高生产效率并保证纺丝工艺的稳定性，优选纺丝速度为1000～2000m/分。

所述的牵伸和热处理温度介于未牵伸聚乳酸类纤维的Tg和Tm之间，优选接近于Tb的温度。

牵伸比为1.1～4.0，优选牵伸比为1.4～2.5。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明所公开的异形聚乳酸类纤维与普通圆形聚乳酸类纤维相比具有较好的亲水性、蓬松性、柔韧性和光泽。本发明还公开了这种异形聚乳酸类纤维的制备方法，纤维的异形截面经由异形喷丝孔形成，通过使用液相恒温浴改进纺丝动力学，使纤维在熔纺过程中获得充分的分子取向，再经过适度的牵伸和热处理使高度取向结构以结晶的形式稳定下来，生产的异形聚乳酸类纤维结构均匀、力学性能优异，而且生产工艺温和，生产效率高，生产过程节能环保。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案及效果作进一步的描述。但是，所使用的材料、具体方法和工艺参数并不是对本发明的限制。

实施例1：

聚乳酸切片中L-异构体为98摩尔％，D-异构体为2摩尔％，重均分子量(Mw)为8万。按以下步骤制备纤维：(1)真空干燥切片，温度为60±5℃，时间为16小时，真空度为100Pa；(2)切片用单螺杆挤出机熔融，经计量泵和异形喷丝孔挤出成纤维，喷丝孔形状为C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形，温度为200℃；(3)纤维通过液相恒温浴，恒温浴温度为80℃，纤维浸入深度为30cm，恒温浴上液面距离喷丝孔为60cm；(4)纺丝速度为1500m/分，得到未牵伸丝；(5)在90℃下牵伸，牵伸比为2.0；(6)热处理，温度110℃。所得纤维性能见表1所示。

比较例1：

聚乳酸切片中L-异构体为98摩尔％，D-异构体为2摩尔％，重均分子量(Mw)为8万。按以下步骤制备纤维：(1)真空干燥切片，温度为60±5℃，时间为16小时，真空度为100Pa；(2)切片用单螺杆挤出机熔融，经计量泵和喷丝孔挤出成纤维，喷丝孔形状为C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形，温度为200℃；(3)纤维通过导丝盘、牵引辊，得到未牵伸丝，纺丝速度为1500m/分；(4)在90℃下牵伸，牵伸比为2.0；(5)热处理，温度110℃。所得纤维性能见表1所示。

实施例2：

聚对苯二甲酸-己二酸-乙二醇-聚乳酸共聚物切片中聚乳酸含量为15摩尔％，重均分子量(Mw)为6万。按以下步骤制备纤维：(1)真空干燥切片，温度为60±5℃，时间为16小时，真空度为100Pa；(2)切片用单螺杆挤出机熔融，经计量泵和异形喷丝孔挤出成纤维，喷丝孔形状为C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形，温度为210℃；(3)纤维通过液相恒温浴，恒温浴温度为80℃，纤维浸入深度为20cm，恒温浴上液面距离喷丝孔为70cm；(4)纺丝速度为1000m/分，得到未牵伸丝；(5)在90℃下牵伸，牵伸比为2.0；(6)热处理，温度120℃。所得纤维性能见表2所示。

比较例2：

聚对苯二甲酸-己二酸-乙二醇-聚乳酸共聚物切片中聚乳酸含量为15摩尔％，重均分子量(Mw)为6万。按以下步骤制备纤维：(1)真空干燥切片，温度为60±5℃，时间为16小时，真空度为100Pa；(2)切片用单螺杆挤出机熔融，经计量泵和喷丝孔挤出成纤维，喷丝孔形状为C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形，温度为210℃；(3)纤维通过导丝盘、牵引辊，得到未牵伸丝，纺丝速度为1000m/分；(4)在90℃下牵伸，牵伸比为2.0；(5)热处理，温度120℃。所得纤维性能见表2所示。

表1异形聚乳酸纤维性能

实施例	截面形状	异形度(％)	纤维细度(dtex)	拉伸强度(cN/dtex)	断裂伸长率(％)	感性指标
							实施例1	C形	58	8.5	4.9	67	蓬松、柔韧
比较例1	C形	55	9.3	3.4	85	蓬松、柔韧
							实施例1	圆中空形	32	8.0	5.4	65	蓬松、柔韧
比较例1	圆中空形	25	8.8	4.0	85	蓬松、柔韧
							实施例1	三叶形	30	4.9	5.8	57	有光泽

比较例1	三叶形	23	5.4	4.5	62	有光泽
							实施例1	十字形	46	4.3	5.7	59	潮湿感
比较例1	十字形	35	5.1	4.4	60	潮湿感
							实施例1	三角形	22	6.0	5.9	55	弹性好
比较例1	三角形	17	6.7	4.6	58	弹性好

表2异形聚对苯二甲酸-己二酸-乙二醇-聚乳酸纤维性能

实施例	截面形状	异形度(％)	纤维细度(dtex)	拉伸强度(cN/dtex)	断裂伸长率(％)	感性指标
							实施例2	C形	60	8.7	3.8	58	蓬松、柔韧
比较例2	C形	55	10.5	2.4	75	蓬松、柔韧
							实施例2	圆中空形	35	8.2	4.1	52	蓬松、柔韧
比较例2	圆中空形	28	9.6	2.6	71	蓬松、柔韧
							实施例2	三叶形	32	5.2	4.7	46	有光泽
比较例2	三叶形	25	5.9	3.3	60	有光泽
							实施例2	十字形	45	5.1	4.3	48	潮湿感
比较例2	十字形	37	5.5	3.0	63	潮湿感
							实施例2	三角形	20	6.6	5.1	53	弹性好
比较例2	三角形	15	7.2	3.6	59	弹性好

Claims

1.一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将聚乳酸类切片经过真空干燥；(2)使用带有加热装置的挤出设备，将切片熔融，经计量泵和喷丝孔挤出纤维；(3)纤维通过液相恒温浴、导丝盘、牵引辊，纺丝得到未牵伸丝；(4)将未牵伸丝进行牵伸和热处理而获得了异形聚乳酸类纤维，其截面形状是C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形，异形度为20～60％，并且是长丝或是短纤维；

所述的喷丝孔的形状为C形或圆中空形或三叶形或十字形或三角形；

所述的液相恒温浴的位置在喷丝孔与导丝盘之间；

所述液相恒温浴的温度Tb介于聚乳酸类纤维的玻璃化转变温度Tg和熔点Tm之间；

所述纤维浸入液相恒温浴的深度大于5cm；

纺丝速度为800m/分～3000m/分；

所述的牵伸和热处理温度介于未牵伸聚乳酸类纤维的Tg和Tm之间；

牵伸比为1.1～4.0。

2.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于液相恒温浴的位置在纤维固化起始点附近。

3.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于液相恒温浴的温度Tb在Tg和Tm中间值附近，即：Tb＝(Tg+Tm)/2±30℃。

4.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于所述纤维浸入液相恒温浴的深度为10-30cm。

5.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于所述的纺丝速度为1000m/分～2000m/分。

6.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于所述的牵伸和热处理温度接近于Tb的温度。

7.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于所述的聚乳酸类切片包括L-聚乳酸、D-聚乳酸、D，L-聚乳酸和含有聚乳酸的共混物及共聚物的一种。

8.根据权利要求7所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于所述的聚乳酸类切片其重均分子量(Mw)在5万～50万，L-聚乳酸或D-聚乳酸的光学纯度在90％或以上，共混物或共聚物中聚乳酸或乳酸单体的量在10摩尔％或以上。

9.根据权利要求1所述的一种异形聚乳酸类纤维的制备方法，其特征在于步骤(3)中液相恒温浴的液体介质为在液相恒温浴工作温度下稳定且对纤维呈化学惰性的液体。