CN110144638A - 一种填充用抗水解聚乳酸纤维及其制备方法 - Google Patents

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张辉
韩克清
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Abstract

本发明涉及一种填充用抗水解聚乳酸纤维及其制备方法，按重量份数，原料组分包括聚乳酸90‑100份、热塑性有机硅聚氨酯弹性体5‑15份、聚碳化二亚胺0.1‑2.1份。将热塑性有机硅聚氨酯弹性体和聚碳化二亚胺与聚乳酸预混合，熔融共混挤出造粒，再通过熔融纺丝法，即得。本发明制备的改性聚乳酸纤维具有较好的抗水解性，且韧性也得到有效提高，能广泛应用于纺织工业领域。

Description

一种填充用抗水解聚乳酸纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于抗水解纤维及其制备领域，特别涉及一种填充用抗水解聚乳酸纤维及其制备方法。
背景技术
随着石油资源的短缺和环境的日益恶化，环境保护越来越受到重视。特别是进入21世纪，绿色环保浪潮席卷全球，各类绿色产品纷纷问世。以可再生资源为原料，具有生物可降解特性的高分子材料日益在世界范围内受到广泛关注和应用。PLA以可再生植物资源为原料，经生物制造技术制备而成，摆脱了对石油资源的依赖。PLA具有良好的生物降解性，在环境中降解为二氧化碳和水，避免对环境造成污染。因此PLA材料发展前景广阔，对于纺织行业来说，PLA纤维被认为是一种非常有前景的纤维，被视作未来涤纶的替代者。但是PLA的耐水解性差，极大地限制了其在纺织工业上的应用。由于PLA易水解，特别是在湿热条件下，导致PLA纺织品在加工和使用过程中损伤严重。此外，由于易水解的原因，PLA纤维染色温度不能过高，一般在110℃左右，高温会造成纤维水解，影响纤维的性能，而低温又造成上染率低。所以，由于PLA本身的耐水解性能差的原因，直接影响了PLA纤维的广泛应用。而且聚乳酸质脆、韧性差也影响了其广泛应用。填充用抗水解PLA纤维以PLA、TPSiU和PCDI为原料，TPSiU可以改善PLA纤维的韧性，PCDI可以改善PLA纤维的耐水解性。CN102660797公开的一种抗水解改性聚乳酸纤维的制备方法，但其加工前未对原料进行干燥，由于聚乳酸易吸水，若未对聚乳酸进行干燥，在加工过程中聚乳酸以降解。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种填充用抗水解聚乳酸纤维及其制备方法，克服聚乳酸在加工过程中易降解的缺陷，本发明以聚乳酸(PLA)作为原材料，并用热塑性有机硅聚氨酯弹性体(TPSiU)和聚碳化二亚胺(PCDI)对其改性。
本发明一种填充用抗水解聚乳酸纤维，按重量份数，原料组分包括聚乳酸90-100份、热塑性有机硅聚氨酯弹性体TPSiU(V170，山东美瑞新材料有限公司)和聚碳化二亚胺(昆山鼎发化工有限公司)0.1-2.1份。
所述聚乳酸的重均分子量为8.9×105(Ingeo 6201D，NatureWorks)。
本发明一种填充用抗水解聚乳酸纤维的制备方法，包括：
(1)将聚乳酸、热塑性有机硅聚氨酯弹性体和聚碳化二亚胺进行真空干燥、预混合，然后挤出造粒，得到母粒；
(2)将上述母粒真空干燥后，熔融纺丝，卷绕，牵伸，即得填充用抗水解聚乳酸纤维。
上述制备方法的优选方式如下：
所述步骤(1)中真空干燥为70℃下真空干燥10-12h。
所述步骤(1)中预混合为通过高速搅拌机进行预混合。
所述步骤(1)中挤出造粒为通过双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机各区温度为150-200℃，螺杆转速为100-280rpm。
所述步骤(2)中真空干燥为80℃下真空干燥24-48h。
所述步骤(2)中熔融纺丝为采用单螺杆纺丝机熔融纺丝，纺丝温度为180-260℃。
所述步骤(2)中卷绕速度为600-1500m/min；牵伸为：热盘温度为70-140℃，热板温度为70-150℃，牵伸倍数为2-6倍。
本发明提供一种所述方法制备的填充用抗水解聚乳酸纤维。
本发明提供一种所述填充用抗水解聚乳酸纤维的应用，如纺织工业领域。
有益效果
PLA本身的韧性和耐水解性能差的原因，直接影响了PLA纤维的广泛应用，本发明填充用抗水解PLA纤维以PLA、TPSiU和PCDI为原料，TPSiU可以改善PLA纤维的韧性，PCDI可以改善PLA纤维的耐水解性。
附图说明
图1未改性聚乳酸纤维和抗水解聚酸纤维的表面SEM照片，其中未改性聚乳酸纤维在95℃恒温水浴水解0h(a)、32h(b)的表面SEM照片；和抗水解聚乳酸纤维在95℃恒温水浴水解0h(c)、32h(d)的表面SEM照片。
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用于限制本发明的范围。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作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
聚乳酸的重均分子量为8.9×105(Ingeo 6201D，NatureWorks)，
热塑性有机硅聚氨酯弹性体TPSiU，型号为V170，购于山东美瑞新材料有限公司，
聚碳化二亚胺来源于昆山鼎发化工有限公司。
实施例1
步骤1：TPSiU/PCDI/PLA复合母粒的制备
预先将90份聚乳酸、5份热塑性有机硅聚氨酯弹性体和0.1份聚碳化二亚胺在70℃下真空干燥12h，然后在高速搅拌机中将其预混合，经双螺杆挤出机造粒得到母粒。其中，双螺杆挤出机各区温度为150℃，螺杆转速为100rpm。
步骤2：抗水解聚乳酸纤维的制备
所得到的母粒在80℃下真空干燥48h后，经单螺杆纺丝机熔融纺丝，其中，纺丝温度为180℃，卷绕速度为600m/min，得到预牵伸丝。利用热盘热板对初生纤维进行后牵伸，热盘温度为70℃，热板温度为70℃，牵伸倍数为2倍，最终得到抗水解聚乳酸纤维。
实施例2
步骤1：TPSiU/PCDI/PLA复合母粒的制备
预先将92份聚乳酸、10份热塑性有机硅聚氨酯弹性体和0.5份聚碳化二亚胺在70℃下真空干燥12h，然后在高速搅拌机中将其预混合，经双螺杆挤出机造粒得到母粒。其中，双螺杆挤出机各区温度为160℃，螺杆转速为150rpm。
步骤2：抗水解聚乳酸纤维的制备
将所得到的母粒在80℃下真空干燥48h后，经单螺杆纺丝机熔融纺丝，其中，纺丝温度为200℃，卷绕速度为750m/min，得到预牵伸丝。利用热盘热板对初生纤维进行后牵伸，热盘温度为90℃，热板温度为90℃，牵伸倍数为2.2倍，最终得到抗水解聚乳酸纤维。
实施例3
步骤1：TPSiU/PCDI/PLA复合母粒的制备
预先将96份聚乳酸和1份、12份热塑性有机硅聚氨酯弹性体和聚碳化二亚胺在70℃下真空干燥12h，然后在高速搅拌机中将其预混合，经双螺杆挤出机造粒得到母粒。其中，双螺杆挤出机各区温度为180℃，螺杆转速为190rpm。
步骤2：抗水解聚乳酸纤维的制备
将所得到的母粒在80℃下真空干燥48h后，经单螺杆纺丝机熔融纺丝，其中，纺丝温度为200℃，卷绕速度为800m/min，得到预牵伸丝。利用热盘热板对初生纤维进行后牵伸，热盘温度为80℃，热板温度为100℃，牵伸倍数为2.6倍，最终得到抗水解聚乳酸纤维。
实施例4
步骤1：TPSiU/PCDI/PLA复合母粒的制备
预先将98份聚乳酸、15份热塑性有机硅聚氨酯弹性体和2.1份聚碳化二亚胺在70℃下真空干燥12h，然后在高速搅拌机中将其预混合，经双螺杆挤出机造粒得到母粒。其中，双螺杆挤出机各区温度为185℃，螺杆转速为250rpm。
步骤2：抗水解聚乳酸纤维的制备
将所得到的母粒在80℃下真空干燥48h后，经单螺杆纺丝机熔融纺丝，其中，纺丝温度为210℃，卷绕速度为1000m/min，得到预牵伸丝。利用热盘热板对初生纤维进行后牵伸，热盘温度为100℃，热板温度为120℃，牵伸倍数为3倍，最终得到抗水解聚乳酸纤维。
为了充分证明根据本发明的制备方法得到的抗水解聚乳酸纤维具有优良的性能，选取了实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备得到的材料，进行了冲击性能测试和抗水解性能测试。
测试一：
悬臂梁缺口冲击强度：采用摆锤式冲击试验机(JUD-50)进行测试，测试标准参照GB/T1477，加载速度为5mm/min。
具体测试结果如下表1所示：
项目 空白 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
冲击强度/KJ·m<sup>-2</sup> 9.7 11.7 13.9 12.5 12.0
根据上表1数据可以看出，TPSiU/PCDI/PLA复合材料的冲击强度增加，表明TPSiU/PCDI/PLA复合材料的韧性相对于纯聚乳酸得到改善。
测试二：
将纤维在95℃恒温水浴中加速水解，通过扫描电子显微镜(Quanta250型，捷克FEI)观察对比未改性聚乳酸纤维与抗水解聚乳酸纤维的表面形貌。
图1 95℃恒温水浴水解0h、32h的聚乳酸纤维表面SEM照片(左:0h，右:32h)
由图可看出水解前聚乳酸纤维表面光滑，呈规则圆柱状，经过32h加速水解后，纤维侧边发生严重凹陷，表明聚乳酸纤维开始发生严重水解，纤维的变形将大大降低其力学性能。而抗水解改性聚乳酸纤维经过32h加速水解后，纤维表面有轻微变形但仍保持一定的纤维形貌。这说明相比未改性的聚乳酸纤维，经过抗水解改性的聚乳酸纤维具有良好的水解稳定性。

Claims (10)

1.一种填充用抗水解聚乳酸纤维，其特征在于，按重量份数，原料组分包括聚乳酸90-100份、热塑性有机硅聚氨酯弹性体5-15份和聚碳化二亚胺0.1-2.1份。
2.根据权利要求1所述聚乳酸纤维，其特征在于，所述聚乳酸的重均分子量为8.9×105。
3.一种填充用抗水解聚乳酸纤维的制备方法，包括：
(1)将聚乳酸、热塑性有机硅聚氨酯弹性体和聚碳化二亚胺进行真空干燥以减少聚乳酸在加工过程中的降解、预混合，然后挤出造粒，得到母粒；
(2)将上述母粒真空干燥后，熔融纺丝，卷绕，牵伸，即得填充用抗水解聚乳酸纤维。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中真空干燥为70℃下真空干燥10-12h。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中挤出造粒为通过双螺杆挤出机造粒，双螺杆挤出机各区温度为150-200℃，螺杆转速为100-280rpm。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中真空干燥为80℃下真空干燥24-48h。
7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中熔融纺丝为采用单螺杆纺丝机熔融纺丝，纺丝温度为180-260℃。
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中卷绕速度为600-1500m/min；牵伸为：热盘温度为70-140℃，热板温度为70-150℃，牵伸倍数为2-6倍。
9.一种权利要求3所述方法制备的填充用抗水解聚乳酸纤维。
10.一种权利要求1所述填充用抗水解聚乳酸纤维的应用。
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