CN111286803A - 聚乳酸负离子纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚乳酸负离子纤维及其制备方法，制备方法为：在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中制得聚乳酸负离子纤维，超细负离子粉体浆料是通过将负离子粉体与偶联剂溶液混合后进行砂磨制得的，其中，偶联剂溶液主要由热分解温度大于纺丝温度的偶联剂和沸点低于纺丝温度的溶剂组成；制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在其中的负离子粉体组成，负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度小于等于1μm。本发明通过将负离子粉体分散在添加有偶联剂的溶剂中再通过砂磨工艺有效降低了负离子粉体的粒径，实现了其在PLA熔体中的均匀分散，最终制得了性能优异的聚乳酸负离子纤维。

Description

聚乳酸负离子纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于聚乳酸纤维技术领域，具体涉及一种聚乳酸负离子纤维及其制备方法。
背景技术
空气中的离子由正离子和负离子组成，近代医学界研究证明，正离子多为带正电的矿物离子、大气中的氮、氧等正离子及有机体与水的复合正离子，正离子多的地方人们患病比率较高。而负离子多为氧和水化羟基离子等，是对人体有益的元素，在森林、海滨、瀑布、郊外等污染少的地方，空气中含有大量的负离子，长期生活在这里的人们会感到呼吸舒畅、心旷神怡。因此负离子空气被人们称之为“长寿素”或“空气维生素”。
近年来，随着人们生活水平的提高，用含负离子的纤维可以制作保健服、内衣、窗帘、沙发布、床上用品以及汽车、火车、飞机等的内装饰，以满足人们对健康和环保的需求。
进入21世纪，随着人造有机高分子材料及纤维的大量开发和应用，世界范围的原油消耗在扩大，人类的资源在紧缩，而废料的回收与处理也已成为一个非常重要的课题。聚乳酸(PLA)是目前产业化最成熟、产量最大、应用最广泛以及价格最低的生物基塑料，作为一种可降解的高分子聚合物，其原料可取自自然界，如玉米等谷物，并且含量丰富，属于可再生资源，是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。而由PLA制成的各种制品废弃后，在自然界中的微生物、水、酸和碱等自然介质的作用下，能完全分解成二氧化碳和水，从而实现自然界的物质循环。
将负离子粉体添加到聚乳酸载体中纺聚乳酸纤维具有非常好的发展前景，但是目前市面上的负离子粉体存在一些问题，如添加放射性元素(增加负离子效果)、粒径偏粗无法纺细旦丝且在聚乳酸载体中较难分散等，极大程度地限制了含负离子粉体的聚乳酸纤维的发展。
因此，研究一种能有效降低负离子粉体的粒径的方法，进而通过降低负离子粉体的粒径提高负离子粉体在聚乳酸中的分散性制得性能优异的聚乳酸负离子纤维具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能有效降低负离子粉体的粒径的方法，进而通过降低负离子粉体的粒径提高负离子粉体在聚乳酸中的分散性制得性能优异的聚乳酸负离子纤维。由于目前现有的负离子粉体粒径较粗，因此在纺制75D/48f等较细规格的纤维有一定难度，组件升压过快，而常规纺丝组件一天升压1-2bar是比较理想的，如果一天升压超过10bar，则说明分散不好，或者功能粉体粒径没有达到要求，这样无论后道纺丝如何调整工艺，都会有飘丝和断头等现象，因此，降低负离子粉体的粒径，提高负离子粉体在PLA熔体中的分散性至关重要，本发明通过将负离子粉体与偶联剂溶液混合制成浆料后再进行砂磨有效降低了负离子粉体的粒径，同时提高了负离子粉体在PLA熔体中的分散性，进而提高了聚乳酸负离子纤维的可纺性和综合性能(力学性能和负离子效果)。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
聚乳酸负离子纤维的制备方法，在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中制得聚乳酸负离子纤维，本发明所使用的在线添加系统同现有技术，任何用于在线添加熔体纺丝生产工艺的在线添加系统都适用于本发明；
超细负离子粉体浆料是通过将负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料后进行砂磨制得的，其中，偶联剂溶液主要由偶联剂和溶剂组成，偶联剂的热分解温度大于纺丝温度，溶剂的沸点低于纺丝温度；偶联剂的作用之一是包覆负离子粉体，避免负离子粉体团聚，有利于降低负离子粉体的粒径，作用之二是增加PLA树脂与负离子粉体的亲和性，起到“桥接”作用，有利于提高聚乳酸负离子纤维的性能；溶剂沸点低于纺丝温度，有利于溶剂挥发，使得在纺丝过程中溶剂与聚乳酸负离子纤维分离，降低了溶剂对纤维性能的影响。
由于市售的负离子粉体所采用的气流粉碎等工艺很难降低负离子粉体的粒径，负离子粉体的粒径较大，在PLA熔体中不容易实现均匀分散，容易发生团聚，团聚一方面容易造成喷丝孔堵塞，使得纺丝加工成型困难，另一方面容易造成纤维中负离子粉体分布不匀，纤维一部分含较多负离子粉体，一部分几乎不含负离子粉体，不含负离子粉体的部分力学性能远低于含负离子粉体的部分，纤维上存在大量的弱点，极易发生断裂，因而由其制得的聚乳酸负离子纤维的可纺性较差，力学性能较差，此外，负离子粉体发生团聚后比表面积会降低，不利于其发挥负离子效果；本发明采用了与现有技术不同的方法有效降低了负离子粉体的粒径，具体方法为：将负离子粉体分散在偶联剂溶液中制成浆料后在砂磨机中砂磨，其中，分散在溶剂中的偶联剂能够包覆负离子粉体，有效避免了负离子粉体的团聚，提高了负离子粉体的分散性，同时溶剂不仅用于溶解偶联剂，使偶联剂均匀分散在溶剂中，还能起到预分散负离子粉体的作用，偶联剂和溶剂使得负离子粉体在砂磨之前能达到较高的分散程度，分散程度越高，在砂磨过程粒径降低程度以及效率越高，最终制得的负离子粉体的粒径越小。采用本发明的方法制得的负离子粉体的粒径远低于现有技术，因而将其作为添加剂制备聚乳酸负离子纤维时，可纺性较高，制得的聚乳酸负离子纤维的性能较为优异。
作为优选的技术方案：
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，整体工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕；本发明所涉及的纺丝工艺的各项参数均与现有技术的一致，且本发明制得的超细负离子粉体浆料还可以通过其他方式制备聚乳酸负离子纤维，例如母粒法，即将烘干后的超细负离子粉体浆料与PLA熔融共混制得PLA母粒，再将PLA母粒和PLA切片混合均匀后进行熔融纺丝来制得聚乳酸负离子纤维。
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，负离子粉体占PLA熔体质量的2-3.2wt％，本发明负离子粉体的添加量并不限于此，可根据实际情况进行进行调整，但调整幅度不宜过大，负离子粉体添加量过低，对纤维性能提高效果不明显，添加量过大，一方面会达到饱和，影响负离子粉体对纤维性能的效果，另一方面，提高了生产成本。
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，所述粗浆料由30-45wt％的负离子粉体、4-6wt％的偶联剂和49-66wt％的溶剂组成；本发明粗浆料的上述各组分含量的保护范围不限于此，可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，负离子粉体含量过低，会使浆料中溶剂增多，影响纤维可纺性，过高，分散困难，不利于浆料的长期储存稳定性；偶联剂含量过低，导致对负离子粉体的包覆不充分，过高，增加生产成本；溶剂含量过低，导致浆料流动性不好，不利于纺丝，过高，影响可纺性。
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，所述负离子粉体为不含放射性元素的负离子粉体，现有技术添加的负离子粉体会含放射性元素，造成一定的健康隐患，本发明通过元素分析等手段筛除了含放射性元素的负离子粉体，消除了健康隐患；所述粗浆料中的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为5-20μm，所述超细负离子粉体浆料中的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度(Dv90)小于等于1μm，对比可以看出砂磨前后负离子粉体的粒径发生了明显地降低；
所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，本发明偶联剂的具体种类并不限于此，只要使得所使用的偶联剂满足耐高温的要求，且对PLA树脂和负离子粉体等有一定的亲和性均在本发明的保护范围内；
所述溶剂为白油、异丙醇、甲苯或二甲苯，本发明溶剂的具体种类不限于此，只要能实现负离子粉体的分散均匀均在本发明的保护范围内。
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、PN-130、PN-101或PN-102，本发明偶联剂的具体种类不限于此，其它耐高温且能够有效包覆负离子粉体的偶联剂均适用于本发明。
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，所述粗浆料的制备过程为：先将偶联剂加入到溶剂中，在高速搅拌机内以2000-2500rpm的搅拌速度搅拌5-10min，再加入负离子粉体，保持搅拌速度不变，继续搅拌20-30min；搅拌速度和搅拌时间设置在此范围的目的是为了保证砂磨前负离子粉已经得到充分的预分散，再经砂磨机研磨，达到进一步分散降低粒径的目的，本发明搅拌速度和搅拌时间的保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，搅拌速度和搅拌时间过低，粒径的降低效果不明显，搅拌速度和搅拌时间过高，增加能耗且对降低负离子粉体的粒径影响不大。
如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，所述砂磨的过程为：先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.6-0.8mm的锆珠粗磨0.5-2h，再使用直径为0.3-0.4mm的锆珠精磨2-4h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2000-2500rpm。本发明通过先粗磨后精磨的方式可有效降低负离子粉体的粒径。本发明粗磨和精磨的次数不限于一次，也可以是两次或两次以上的粗磨后再进行两次或两次以上的精磨。
本发明将负离子粉体分散在偶联剂溶液中后再在砂磨机中砂磨，且采用先粗磨后精磨的方式，这样做有两个好处：(1)砂磨能够通过调节锆珠量、锆珠粒径、砂磨转速以及砂磨时间等方法降低粉体的粒径，以达到本发明所需要的纳米级粉体；(2)在砂磨物料中加入偶联剂(硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂等)能够有效包覆负离子粉体，这样在后续纺丝工艺的应用中，螺杆加工时较小粒径的负离子粉体能更好地分散在PLA熔体中，提高负离子粉体在PLA熔体中的分散性，有利于纺丝。
本发明还提供一种采用如上所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法制得的聚乳酸负离子纤维，主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度(Dv90，即样品中小于该粒径的颗粒占所有颗粒的90％)小于等于1μm，现有技术的分散在聚乳酸纤维基体中的负离子粉体的粒度一般为20-100μm。
作为优选的技术方案：
如上所述的聚乳酸负离子纤维，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.10-2.35cN/dtex，断裂伸长率为40.10-45.00％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为1000-3000个/cm3。现有技术制得的聚乳酸负离子纤维的断裂强度远低于本发明，断裂伸长率远高于本发明，负离子发生量远低于本发明，本发明通过降低负离子粉体的粒径显著提高了聚乳酸负离子纤维的性能。
发明机理：
本发明通过将粒径较小的负离子粉体分散在聚乳酸基体中制得了性能优异的聚乳酸负离子纤维，负离子粉体的粒径与聚乳酸负离子纤维的性能密切相关，当负离子粉体的粒径较大时，一方面容易直接造成喷丝孔堵塞或团聚后造成喷丝孔堵塞，使得纺丝成型加工困难，纤维的可纺性较差，另一方面即使负离子粉体分散均匀，也会因为粒径较大而导致纤维中存在大量的弱点，力学性能较差，负离子粉体比表面积较低，负离子效果较弱，本发明通过降低负离子粉体的粒径有效避免了上述问题，使得最终制得的聚乳酸负离子纤维兼具优良的力学性能和负离子效果。此外，本发明将负离子粉体加入到聚乳酸之前，还采用偶联剂对其包覆，根据相似相容原理，偶联剂与聚乳酸的相容性远高于负离子粉体与聚乳酸的相容性，偶联剂包覆极大地提高了负离子粉体在聚乳酸中的分散性，提高了聚乳酸负离子纤维的综合性能。
本发明降低负离子粉体粒径采用的方法为：先将负离子粉体分散在偶联剂溶剂中制得粗浆料，再将粗浆料在砂磨机中砂磨，其中，溶剂不仅仅是用来溶解偶联剂的，使偶联剂均匀分散在溶剂中，还用于预分散负离子粉体，避免负离子粉体发生团聚，有利于砂磨降低负离子粉体的粒径；偶联剂分子结构中带有亲负离子粉体的基团，当负离子粉加入到分散有偶联剂的溶剂中时能够快速有效地实现包覆，包覆能够有效降低负离子粉体分散后再团聚的可能性，且增加了空间位阻能力，更有利于砂磨降低负离子粉体的粒径；本发明在添加有偶联剂的溶剂中高速搅拌分散负离子粉体是一个预混、预分布的过程，先预混使负离子粉体在溶剂中有了一定的分散度，再进砂磨，砂磨机中有细小的锆珠，通过转子的高速搅拌带动锆珠之间激烈碰撞，把其中的负离子粉体砂磨的更细，从而大大提高了纤维的纺丝性能，同时，粒径较小的负离子粉体不容易堵塞砂磨机滤网，也提高了砂磨效率。
有益效果：
(1)本发明的聚乳酸负离子纤维的制备方法，工艺简单，成本低廉，通过砂磨的方式，有效降低了负离子的粒径，为后续提高纺丝质量奠定了基础；
(2)本发明的聚乳酸负离子纤维的制备方法，将负离子粉体分散在添加有偶联剂的溶剂中，偶联剂实现了对负离子粉体的有效包覆，降低了负离子粉体在溶剂中分散后的再团聚，有利于降低砂磨后负离子粉体的粒径；
(3)本发明制备的聚乳酸负离子纤维，负离子粉体粒径大大降低，分布在聚乳酸纤维基体内的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度小于等于1μm，有效解决了现有的负离子粉体由于粒径大而无法在PLA熔体中分散均匀进而影响纺丝质量的问题，极具应用前景；
(4)由本发明制备的聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为1000-3000个/cm3，负离子效果明显，做成各种纺织品有益于人的身体健康。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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。
实施例1
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将KH-550加入到白油中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2100rpm的搅拌速度搅拌5min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌25min，其中，制成的粗浆料由30wt％的不含放射性元素的负离子粉体、6wt％的KH-550和64wt％的白油组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为10μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.7mm的锆珠粗磨1h，再使用直径为0.4mm的锆珠精磨2.5h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2300rpm，所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为1μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，负离子粉体占PLA熔体质量的3wt％，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为200℃，卷绕速度为1100m/min，牵伸温度为78℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.10cN/dtex，断裂伸长率为45％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为1000个/cm3。
对比例1
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤与实施例1基本一致，区别仅在于粗浆料中无偶联剂，即由30wt％的不含放射性元素的负离子粉体和70wt％的白油组成，最终制得的聚乳酸负离子纤维中的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为5μm，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为1.2cN/dtex，断裂伸长率为105％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为200个/cm3。
将实施例1与对比例1对比，本发明将负离子粉体分散在添加有偶联剂的溶剂中，偶联剂实现了对负离子粉体的有效包覆，降低了负离子粉体在溶剂中分散后的再团聚，有利于降低砂磨后负离子粉体的粒径，同时有利于提高负离子粉体与聚乳酸的相容性，最终制得的聚乳酸负离子纤维的力学性能较好，且负离子效果更为明显。
实施例2
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将KH-560加入到异丙醇中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2000rpm的搅拌速度搅拌8min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌30min，其中，制成的粗浆料由35wt％的不含放射性元素的负离子粉体、7wt％的KH-560和58wt％的异丙醇组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为15μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.8mm的锆珠粗磨0.5h，再使用直径为0.3mm的锆珠精磨2h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2500rpm，所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为0.8μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，负离子粉体占PLA熔体质量的3.2wt％，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为215℃，卷绕速度为1000m/min，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.15cN/dtex，断裂伸长率为42.00％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为1200个/cm3。
实施例3
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将PN-130加入到二甲苯中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2400rpm的搅拌速度搅拌10min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌28min，其中，制成的粗浆料由40wt％的不含放射性元素的负离子粉体、8.5wt％的PN-130和51.5wt％的二甲苯组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为15μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.75mm的锆珠粗磨1.5h，再使用直径为0.35mm的锆珠精磨2h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2200rpm。所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为1μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，超细负离子粉体占PLA熔体质量的3wt％，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为220℃，卷绕速度为1000m/min，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.22cN/dtex，断裂伸长率为42.80％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为1800个/cm3。
实施例4
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将KH-570加入到甲苯中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2500rpm的搅拌速度搅拌10min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌20min，其中，制成的粗浆料由45wt％的不含放射性元素的负离子粉体、4wt％的KH-570和51wt％的甲苯组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为5μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.6mm的锆珠粗磨2h，再使用直径为0.35mm的锆珠精磨4h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2100rpm。所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为0.9μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，负离子粉体占PLA熔体质量的2wt％，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为235℃，卷绕速度为1100m/min，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.35cN/dtex，断裂伸长率为40.59％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为2000个/cm3。
实施例5
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将PN-101加入到二甲苯中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2400rpm的搅拌速度搅拌8min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌25min，其中，制成的粗浆料由40wt％的不含放射性元素的负离子粉体、4wt％的PN-101和66wt％的二甲苯组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为5μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.75mm的锆珠粗磨1.5h，再使用直径为0.35mm的锆珠精磨4h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2300rpm。所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为0.8μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，超细负离子粉体占PLA熔体质量的2wt％。纺丝的工艺参数为：纺丝温度为220℃，卷绕速度为1080m/min，牵伸温度为81℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.30cN/dtex，断裂伸长率为40.10％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为3000个/cm3。
实施例6
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将PN-102加入到二甲苯中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2350rpm的搅拌速度搅拌8min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌25min，其中，制成的粗浆料由45wt％的不含放射性元素的负离子粉体、6wt％的PN-101和49wt％的二甲苯组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为12μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.7mm的锆珠粗磨1.5h，再使用直径为0.3mm的锆珠精磨2h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2300rpm。所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为0.9μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，超细负离子粉体占PLA熔体质量的2.6wt％，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为210℃，卷绕速度为1000m/min，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.30cN/dtex，断裂伸长率为41.00％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为2600个/cm3。
实施例7
聚乳酸负离子纤维的制备方法，步骤如下：
(1)将不含放射性元素的负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料；
先将KH-560加入到白油中制成偶联剂溶液后，在高速搅拌机内以2400rpm的搅拌速度搅拌6min，再加入不含放射性元素的负离子粉体(具体型号为BT100)，保持搅拌速度不变，继续搅拌25min，其中，制成的粗浆料由35wt％的不含放射性元素的负离子粉体、5wt％的KH-550和60wt％的白油组成，粗浆料中不含放射性元素的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为14μm；
(2)砂磨制得超细负离子粉体浆料；
先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.7mm的锆珠粗磨1.5h，再使用直径为0.35mm的锆珠精磨3h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2400rpm，所制得的超细负离子粉体浆料中的超细负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为1μm；
(3)在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将所制得的超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中，其中，熔融纺丝的工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕，负离子粉体占PLA熔体质量的3wt％，纺丝的工艺参数为：纺丝温度为225℃，卷绕速度为1000m/min，牵伸温度为80℃，牵伸倍数为2.5倍。
最终制得的聚乳酸负离子纤维主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.25cN/dtex，断裂伸长率为42.50％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为2300个/cm3。

Claims (10)

1.聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征是：在PLA的熔融纺丝过程中，采用在线添加系统将超细负离子粉体浆料注入PLA熔体中制得聚乳酸负离子纤维；
超细负离子粉体浆料是通过将负离子粉体与偶联剂溶液混合制成粗浆料后进行砂磨制得的，其中，偶联剂溶液主要由偶联剂和溶剂组成，偶联剂的热分解温度大于纺丝温度，溶剂的沸点低于纺丝温度。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，整体工艺流程为：PLA切片-螺杆熔融-在线添加超细负离子粉体浆料-动态混合器混合-计量泵计量-喷丝孔挤出-冷却-卷绕。
3.根据权利要求1所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，负离子粉体占PLA熔体质量的2-3.2wt％。
4.根据权利要求1所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，所述粗浆料由30-45wt％的负离子粉体、4-6wt％的偶联剂和49-66wt％的溶剂组成。
5.根据权利要求4所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，所述负离子粉体为不含放射性元素的负离子粉体；
所述粗浆料中的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度为5-20μm，所述超细负离子粉体浆料中的负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度小于等于1μm；
所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；
所述溶剂为白油、异丙醇、甲苯或二甲苯。
6.根据权利要求5所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、PN-130、PN-101或PN-102。
7.根据权利要求4所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，所述粗浆料的制备过程为：先将偶联剂加入到溶剂中，在高速搅拌机内以2000-2500rpm的搅拌速度搅拌5-10min，再加入负离子粉体，保持搅拌速度不变，继续搅拌20-30min。
8.根据权利要求1所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法，其特征在于，所述砂磨的过程为：先将粗浆料加入卧式砂磨机中，使用直径为0.6-0.8mm的锆珠粗磨0.5-2h，再使用直径为0.3-0.4mm的锆珠精磨2-4h，粗磨和精磨时卧式砂磨机内部转子的转速都为2000-2500rpm。
9.采用如权利要求1～8任一项所述的聚乳酸负离子纤维的制备方法制得的聚乳酸负离子纤维，其特征是：主要由聚乳酸纤维基体以及分布在聚乳酸纤维基体内的负离子粉体组成，负离子粉体体积分布中90％所对应的粒度小于等于1μm。
10.根据权利要求9所述的聚乳酸负离子纤维，其特征在于，聚乳酸负离子纤维的断裂强度为2.10-2.35cN/dtex，断裂伸长率为40.10-45.00％，由聚乳酸负离子纤维制得的织物按GB/T30128-2013测得的负离子发生量为1000-3000个/cm3。
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