CN107099872A - 一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保新材料技术领域，公开了一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，提取原料，在生物催化剂的作用下，加入纯乳酸和碳酸钙进行发酵，获得发酵液；向发酵液中加入硫酸，充分搅拌后过滤，对滤液进行蒸发浓缩，并再次过滤，获得乳酸；乳酸经过精制、脱水低聚、高温裂解，生成环状二聚体丙交酯，再开环缩聚合成聚乳酸;聚乳酸干燥处理，添加助剂和保护气体，温度控制在40‑45度，聚乳酸处于熔融状态下连续纺丝。生产聚乳酸纤维成本低，纺丝速度快，且质量稳定，对环境污染小，适合大规模连续生产。

Description

一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法
技术领域
本发明涉及环保新材料技术领域，更具体地涉及一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法。
背景技术
聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)纤维俗称玉米纤维，可以完全生物降解，是一种可持续发展的绿色环保纤维。聚乳酸纤维以植物为原料制取，其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解成二氧化碳和水，燃烧时不会散发毒气而造成污染。
聚乳酸纤维充分体现了天然纤维和合成纤维的优点，克服了天然纤维和合成纤维的一些缺点，如它具有天然纤维的降解性、吸湿透气性和舒适性，又克服了天然纤维强度低、服装面料易变形等缺点；它天生阻燃，同时也不像棉、粘胶那样容易滋生细菌。因此，被广泛应用于家纺、服装、填充料以及无纺布等领域。
我国对聚乳酸纤维的研究起步较晚，2002年，仪征化纤股份有限公司技术中心利用美国Natureworks公司提供的聚乳酸树脂，借鉴和利用聚酯纤维纺丝工艺进行纺丝、拉伸、加弹等，制备出了聚乳酸纤维。
现有的纤维制造方法有多种，包括直接纺丝法、复合纺丝法、共混海岛法、拉拔法、模板合成法、界面聚合法、相分离法、生物法以及闪蒸纺丝法等，其中已工业化的技术有直接纺丝法、复合纺丝法和共混纺丝法。其中，共混纺丝法因为对设备和技术相对要求低，工艺简单，成本较低，所制备出的纤维细度小等优点而日益发展。其原理是将部分相容或非相容的聚合物共混物熔融纺丝，得到基体-微纤（海-岛）型共混纤维，然后溶解除去基体相，就可以得到分散相的聚合物纤维。由于纤维成形过程中的取向和结晶作用，该方法所得的纤维物理机械性能较好。
在现有的研究成果和公开文献中，尚未发现一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，原材料容易获得，生产过程安全环保。
发明内容
发明目的
本发明提出了一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，以玉米、小麦、木薯等农作物为原料，适合工业化连续生产，且成本低，速度快，质量稳定，对环境污染小。
本发明所采用的技术方案
本发明提出的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，包括如下步骤：
（1）提取原料，在生物催化剂的作用下，加入纯乳酸和碳酸钙进行发酵，获得发酵液；
（2）向发酵液中加入硫酸，充分搅拌后过滤，对滤液进行蒸发浓缩，并再次过滤，获得乳酸；
（3）乳酸经过精制、脱水低聚、高温裂解，生成环状二聚体丙交酯，再开环缩聚合成聚乳酸;
（4）聚乳酸干燥处理，添加助剂和保护气体，合理控制温度，聚乳酸处于熔融状态下连续纺丝。
进一步的，所述步骤（1）中提取原料为玉米、小麦、木薯中的一种，所述生物催化剂为麦芽酶、糖化酶中的一种。
进一步的，所述步骤（2）中硫酸的体积百分数为40-50%
进一步的，所述步骤（3）中将乳酸以特殊的浓缩制程，转变成丙交酯，即中间型产物减水乳酸。
进一步的，所述步骤（4）中助剂为亚磷酸三壬基苯酯，其质量为干燥聚乳酸的0.3%-2%。
进一步的，所述步骤（4）中保护气体为氮气，从而有效减少聚乳酸热降解。
进一步的，所述步骤（4）中温度范围40-45度。
进一步的，所述步骤（4）中纺丝速度选择1000m/min，提高纺丝速度，缩短熔体与空气的接触时间，可抑制热降解和水解，稳定相对分子质量。
本发明所产生的技术效果
本发明提出的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，原材料容易获得，生产聚乳酸纤维成本低，纺丝速度快，且质量稳定，对环境污染小，适合大规模连续生产。
附图说明
图1聚乳酸纤维制备方法。
图2制备聚乳酸纤维放大。
具体实施方式
实施例
（1）提取玉米原料，在生物催化剂麦芽酶的作用下，加入纯乳酸和碳酸钙进行发酵，获得发酵液；
（2）向发酵液中加入硫酸，硫酸的体积百分数为50%，充分搅拌后过滤，对滤液进行蒸发浓缩，并再次过滤，获得乳酸；
（3）乳酸经过精制、脱水低聚、高温裂解，生成环状二聚体丙交酯，将乳酸以特殊的浓缩制程，转变成丙交酯，即中间型产物减水乳酸，再开环缩聚合成聚乳酸;
（4）聚乳酸干燥处理，添加助剂亚磷酸三壬基苯酯，其质量为干燥聚乳酸的0.3%-2%，添加保护气体氮气，温度控制在40-45度，纺丝速度选择1000m/min，聚乳酸处于熔融状态下连续纺丝。
聚乳酸熔点35-40度，聚乳酸降解会随着加工温度的上升而加剧，聚合物的熔体黏度下降，影响纺丝正常进行。提高纺丝速度，缩短熔体与空气的接触时间，从而有效减少聚乳酸热降解。所制备的聚乳酸纤维，相对分子质量温度，大于5000，放大如图2所示。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）提取原料，在生物催化剂的作用下，加入纯乳酸和碳酸钙进行发酵，获得发酵液；
（2）向发酵液中加入硫酸，充分搅拌后过滤，对滤液进行蒸发浓缩，并再次过滤，获得乳酸；
（3）乳酸经过精制、脱水低聚、高温裂解，生成环状二聚体丙交酯，再开环缩聚合成聚乳酸;
（4）聚乳酸干燥处理，添加助剂和保护气体，温度控制在40-45度，聚乳酸处于熔融状态下连续纺丝。
2.根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中提取原料为玉米、小麦、木薯中的一种，所述生物催化剂为麦芽酶、糖化酶中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中硫酸的体积百分数为40-50%；
根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中将乳酸以特殊的浓缩制程，转变成丙交酯，即中间型产物减水乳酸。
4.根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中其中所述助剂为亚磷酸三壬基苯酯，其质量为干燥聚乳酸的0.3%-2%。
5.根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中其中所述保护气体为氮气，从而有效减少聚乳酸热降解。
6.根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中温度范围40-45度，刚刚超出聚乳酸熔点。
7.根据权利要求1所述的一种环保型新材料聚乳酸纤维制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中纺丝速度选择1000m/min，提高纺丝速度，缩短熔体与空气的接触时间，可抑制热降解和水解，稳定相对分子质量。
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