CN102936759B - 一种多功能聚乳酸纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能聚乳酸(PLA)纤维及其制备方法，多功能PLA纤维组成(按重量计)配比为：PLA为87～98.5份，偶联剂修饰后的抗紫外无机纳米粒子为0.5～3.0份，有机紫外线吸收剂为0.5～8份，防蚊虫剂二氯二苯三氯乙烷0.5～8份。多功能PLA纤维的制备方法，包括：(1)按上述配比称取PLA、抗紫外无机纳米粒子、有机紫外线吸收剂和防蚊虫剂预混后熔融共混造粒，得PLA的功能母粒；(2)将PLA的功能母粒在熔融纺丝机上经异形喷丝孔纺丝得PLA初生纤维；(3)将初生纤维牵伸得PLA多功能纤维。所得PLA纤维具有抗紫外、防蚊虫和导湿功能，可用作功能纺织品的原料。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及多功能(抗紫外线辐射、防蚊虫和导湿)聚乳酸(PLA)纤维及其制备方法。
背景技术
我国是纤维生产大国，合成纤维产量已连续十五年居世界第一位，纤维及其纺织品的生产总值占我国GDP的10％左右，出口创汇占1/4，在国民经济中占十分重要地位，而目前我国化学纤维的发展存在以下问题：首先，合成纤维的发展受到资源短缺的制约，合成纤维的原料90％以上依赖石油，而以现已探明的石油总量和消耗速度来计算，50年后纤维及其相关行业将处于“无米之炊”的状况；其次，合成纤维的发展受到环境污染的制约，石油基化学纤维在自然界中不能降解，会带来非常严重的“白色污染”，严重影响人们的生活质量。因此把合成纤维产业研究开发的重点转向资源可再生生物可降解材料的研究开发至关重要。再次，我国化纤生产仍以常规纤维为主，高新技术纤维开发滞后，合成纤维产量占世界重量的2/3，但功能化比例不足10％，远低于发达国家30％以上的水平。因此，实现化学纤维的功能化和高性能化以提高纤维的附加值，增强市场竞争力符合我国化学纤维发展的需要。
PLA资源可再生、生物可降解、生物相容性好，同时它是一种热塑性高分子材料，可直接进行熔融纺丝制得纤维，目前，PLA的熔融纺丝技术已成熟，PLA可望替代石油基高分子材料成为化学纤维的原料，以解决合成纤维的发展所面临的资源短缺和环境污染等问题。然而，目前，针对PLA纤维的功能化的研究和开发工作却较少。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有PLA纤维功能化产品少的问题，开发出一种多功能PLA纤维，并提供一种制备多功能PLA纤维的方法。该多功能PLA纤维的抗紫外性能、防蚊虫性和导湿性均较好，且该制备方法简单，成本低。
多功能聚乳酸(PLA)纤维的原料构成(按重量计)如下：
PLA：87～98.5份；
偶联剂修饰后的抗紫外无机纳米粒子：0.5～3.0份；
有机紫外线吸收剂：0.5～8份；
防蚊虫剂二氯二苯三氯乙烷：0.5～8份；
所述的多功能PLA纤维，其特征在于PLA的粘均分子量为：6.0×104～3.0×105；
所述的多功能PLA纤维，其特征在于PLA中右旋乳酸单元的含量为：0～10mol％；
所述的多功能PLA纤维，其特征在于抗紫外无机纳米粒子为二氧化钛、三氧化二铝、二氧化硅、氧化铈、氧化铁、碳酸钙和氧化铅中的一种或多种；
所述的多功能PLA纤维，其特征在于所述的偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；
所述的多功能PLA纤维，其特征在于有机紫外线吸收剂为苯并三唑类或二苯甲酮类紫外线吸收剂。如2-羟基-4-正锌氧基二苯甲酮、2，2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正庚氧基二苯甲酮、5-氯-2-羟基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5’-叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、5-氯-2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)苯并三唑和2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑中的一种或多种；
所述的多功能PLA纤维，其制备方法包括如下步骤：
(1)称取一定量的抗紫外纳米粒子(0.01～0.2g/mL)加入到体积浓度为60～95％的乙醇溶液中搅拌并超声振荡10～60分钟，加热至75～95℃，加入硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂(体积浓度为1～10％)，搅拌恒温反应3～5小时，然后过滤、洗涤、烘干，得硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂处理的抗紫外纳米粒子；
(2)预先将PLA在真空烘箱中于50～120℃干燥8～48h；
(3)取PLA87～98.5份，偶联剂修饰后的抗紫外无机纳米粒子0.5～3.0份，有机紫外线吸收剂0.5～5份，防蚊虫剂二氯二苯三氯乙烷0.5～5份投入到高速混合器中干混3～5分钟，然后在双螺杆共混机中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒温度为160～220℃，转速为50～150rmp，熔融共混时间为3～8分钟；
(4)将功能母粒在熔融纺丝机上经异形喷丝孔纺丝，得多功能PLA初生纤维，纺丝温度为180～220℃，卷绕速度为1500～3000m/min；
(5)对初生纤维进行牵伸，得多功能PLA纤维，牵伸温度为100～125℃，牵伸倍数为1～6倍；
所述的多功能PLA纤维的制备方法，其特征在于所述的异形喷丝孔的形状为三角形、三叶形、四叶形、多叶形、中空形、异形中空形、菱形、T字形或十字形截面等。
有益效果：
本发明的多功能PLA纤维具有抗紫外、防蚊虫和导湿功能，且其力学性能与普通PLA纤维比几乎无差异；
本发明的制备方法简单，成本低，可规模化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权力要求书所限定的范围。
实施例1
(1)称取10克二氧化硅(0.05g/mL，粒径为30nm)加入到体积浓度为60％的乙醇溶液中搅拌并超声振荡30分钟，加热至80℃，加入KH560(体积浓度为2％)，恒温反应4小时，然后过滤、洗涤、烘干，得KH560修饰的二氧化硅；
(2)将PLA在真空烘箱中于70℃干燥24小时，称取干燥的PLA 90份，KH560修饰后的二氧化硅1.0份，2-羟基-4-正锌氧基二苯甲酮5份，防蚊虫剂二氯二苯三氯乙烷4份投入到高速混合器中干混3分钟，然后在双螺杆共混机中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒温度为170℃，转速为75rmp，熔融共混时间为5分钟；
(3)将功能母粒在熔融纺丝机上经四叶形喷丝孔纺丝，得多功能PLA初生纤维，纺丝温度为190℃，卷绕速度为2000m/min；
(4)对初生纤维进行牵伸，牵伸温度为110℃，牵伸倍数为3倍，得具有抗紫外、防蚊虫和导湿功能的PLA纤维，所得单根纤维的线密度为1.53旦尼尔，日光紫外线(UVA)透射比为0.503，日光紫外线(UVB)透射比为0.172，紫外线防护系数UPF为62。
实施例2
(1)称取10克二氧化铈(0.06g/mL，粒径为50nm)加入到体积浓度为80％的乙醇溶液搅拌并超声振荡45分钟，加热搅拌至85℃，加入KH560(体积浓度为3％)，恒温反应5小时，然后过滤、洗涤、烘干，得KH560修饰的二氧化铈；
(2)将PLA在真空烘箱中于75℃在真空干燥15小时，称取干燥的PLA 88份，KH560修饰的二氧化铈2份，2-(2’-羟基-3’，5’-叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑5份，防蚊虫剂二氯二苯三氯乙烷5份投入到高速混合器中干混3分钟，然后在双螺杆共混机中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒温度为175℃，转速为100rmp，熔融共混时间为4分钟；
(3)将功能母粒在熔融纺丝机上经三叶形喷丝孔纺丝，得多功能PLA初生纤维，纺丝温度为195℃，卷绕速度为2500m/min；
(4)对初生纤维进行牵伸，牵伸温度为110℃，牵伸倍数为5倍，得具有抗紫外、防蚊虫和导湿功能的PLA纤维，所得单根纤维的线密度为1.18旦尼尔，日光紫外线(UVA)透射比为0.305，日光紫外线(UVB)透射比为0.105，紫外线防护系数UPF为86。
Claims (2)
1.一种多功能聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)称取0.01～0.2g/mL的抗紫外纳米粒子加入到体积浓度为60～95％的乙醇溶液中搅拌并超声振荡10～60分钟，加热至75～95℃，加入体积浓度为1～10％的硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，搅拌恒温反应3～5小时，然后过滤、洗涤、烘干，得硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂处理的抗紫外纳米粒子；
(2)预先将PLA在真空烘箱中于50～120℃干燥8～48h；
(3)取PLA87～98.5份，偶联剂修饰后的抗紫外无机纳米粒子0.5～3.0份，有机紫外线吸收剂0.5～5份，防蚊虫剂二氯二苯三氯乙烷0.5～5份投入到高速混合器中干混3～5分钟，然后在双螺杆共混机中共混造粒，得PLA功能母粒，造粒温度为160～220℃，转速为50～150rmp，熔融共混时间为3～8分钟；
(4)将功能母粒在熔融纺丝机上经异形喷丝孔纺丝，得多功能PLA初生纤维，纺丝温度为180～220℃，卷绕速度为1500～3000m/min；
(5)对初生纤维进行牵伸，得多功能PLA纤维，牵伸温度为100～125℃，牵伸倍数为1～6倍。
2.根据权利要求1中所述的多功能聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于所述的异形喷丝孔的形状为三角形、三叶形、四叶形、多叶形、中空形、异形中空形、菱形、T字形或十字形截面。
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