CN113308803B - 一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法，包括如下步骤：S1、制备己内酯‑乳酸无规共聚物；S2、制备共聚改性PLA；S3、纺粘法制备无纺布。本发明首先对聚乳酸(PLA)进行梯度多次改性，然后结合优化后的纺粘法工艺条件来实现一种全降解无纺布的生产制造，且能保证无纺布的各项性能指标优良。

Description

一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法
技术领域
本发明涉及无纺布技术领域，具体是一种一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法。
背景技术
无纺布又称不织布，是由定向的或随机的纤维而构成，其属于新一代环保材料，具有透气轻薄、柔韧性好、不助燃、无毒无刺激性、价格低廉等特点。
纺粘法是将高聚物纺丝、牵伸、铺叠成网，最后经针刺、水刺、热轧或自身粘合等方法加固形成非织造材料工艺的工艺，其难度低于熔喷法。
但目前的纺粘无纺布主要以聚丙烯、聚乙烯、丙纶等为原料，如CN202010511133.0、“一种阻燃、防水的聚丙烯SMS复合无纺布”，其在废弃后不可降解，容易对环境造成污染，由此，提供一种全降解无纺布以及与其配套的纺粘法生产工艺是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法，其首先对聚乳酸(PLA)进行梯度多次改性，然后结合优化后的纺粘法工艺条件来实现一种全降解无纺布的生产制造，且能保证无纺布的各项性能指标优良。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
提供了一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法，其生产包括如下步骤：
S1、制备己内酯-乳酸无规共聚物(P(CL-co-LA))：
称取乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)加入反应容器中，以获得反应体系，且反应体系中乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)的重量比为1：(2-4)，优选的，所述乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)的重量比为1:3；
向所述反应体系中加入反应体系重量0.1-0.2％的催化剂，然后于130-140℃、真空条件下反应18-24h，以获得共聚物粗产物；优选的，所述催化剂包括氮氮供体胍锌催化剂；
对所述粗产物进行提纯，提纯产物置于40-50℃真空干燥箱中干燥，最终获得所述己内酯-乳酸无规共聚物(P(CL-co-LA))；
S2、制备共聚改性PLA：
取PLA进行干燥；所述PLA在210℃下的熔融指数为20-40g/10min；
将干燥后的PLA和P(CL-co-LA)混合均匀，然后置于150-160℃、转速 100-120r/min条件下进行熔融共混，以得到共混物；其中，所述PLA和P (CL-co-LA)的质量比为(10-50)：1，所述共混时间为5-10min(优选为8min)；
将所述共混物置于180-190℃、8-10MPa条件下进行模压成型，最终获取所述共聚改性PLA；
S3、纺粘法制备无纺布：
取共聚改性PLA、PHBV(3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物)、纳米 SiO2、相容剂、扩链剂共混，以获得纺粘共混物；其中，按质量比计，共聚改性PLA：PHBV：纳米SiO2：相容剂：扩链剂＝(70-85)：(1-3)：(0.2-0.3)： (0.005-0.01)：(0.001-0.005)；且共混前，先对共聚改性PLA进行切片，并在60℃条件下干燥24-48h，以将其含水量减少至0.025％以下；
将所述纺粘共混物加入螺杆挤出机中、并于160-200℃条件下熔融挤出造粒，以获得共混粒料；
将所述共混粒料加入螺杆挤出机中进行挤压熔融，形成热熔体，再通过计量泵准确计量并输送至喷丝组件，并从喷丝组件的模头喷丝孔中喷出，以完成纺丝，纺丝获得的丝条经冷却吹风、气流牵伸后再经铺网、热轧粘合加固，以获得非织造材料，最后采用卷绕机将非织造材料进行卷曲，即获得一种全降解无纺布。
优选的，步骤S1中，对所述粗产物进行提纯的步骤包括：
S11、对所述粗产物进行超声波处理和/或微波处理，所得产物用体积分数 90％的乙醇进行沉淀；
S12、重复步骤S111-2次，最终得到所述提纯产物。
优选的，所述超声波处理的条件为：超声功率250-350W，处理时间1.5-2.5h；
所述微波处理的条件为：微波功率250-350W，处理时间1.5-2.5h。
优选的，步骤S3中，所述相容剂由马来酸酐、丁酸酐、硬脂酸酐、单宁酸中的一种或几种组成。
优选的，所述相容剂由马来酸酐、丁酸酐、硬脂酸酐、单宁酸组成，且按质量比计，马来酸酐：丁酸酐：硬脂酸酐：单宁酸＝1:2:2:1。
优选的，步骤S3中，所述扩链剂为ADR扩链剂(即多元环氧扩链剂)。
优选的，步骤S3中，纺丝时的纺丝温度为160-180℃；冷却吹风时的空气气流温度为20-24℃，流速0.8-1m/s；气流牵伸时的速度控制在4500-5000m/min；热轧粘合时，热压辊温度为135-145℃(优选为140℃)、热压辊压力6-10MPa (优选为8-9Mpa)、轧机速度31-33rpm(优选为32rpm)；计量泵频率为24-28Hz，网帘频率为6-8Hz。
本发明的有益效果是：
本申请中的无纺布通过PLA等全降解原料制成，使用完毕废弃后不会污染环境，且该无纺布适合采用优化后的纺粘法工艺进行制备；同时，对PLA进行共混改性、共混改性和扩链改性，使得PLA聚乳酸结构改变，从而改变聚合物性能，由此使得最终获得的无纺布的各项性能优良。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1：
本实施例提供了一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法，其生产包括如下步骤：
S1、制备己内酯-乳酸无规共聚物(P(CL-co-LA))：
称取乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)加入反应容器中，以获得反应体系，且反应体系中乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)的重量比为1：(2-4)，优选的，所述乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)的重量比为1:3；
向所述反应体系中加入反应体系重量0.1-0.2％的催化剂，然后于 130-140℃、真空条件下反应18-24h，以获得共聚物粗产物；优选的，所述催化剂包括氮氮供体胍锌催化剂，其具有无毒性、合成方法简单等优点，且相对于目前聚乳酸生产中常见的催化剂--辛酸亚锡而言，其拥有更好的超高分子活性和更快的催化反应速率，产出的聚合物具有更好的材料稳定性及高分子量；
对所述共聚物粗产物进行提纯，提纯产物置于40-50℃(优选45℃)真空干燥箱中干燥，最终获得所述己内酯-乳酸无规共聚物(P(CL-co-LA))；其中，对所述粗产物进行提纯的步骤包括：S11、对所述粗产物进行超声波处理和/或微波处理，所得产物用体积分数90％的乙醇进行沉淀；S12、重复步骤S111-2次，最终得到所述提纯产物，进一步的，所述超声波处理的条件为：超声功率 250-350W，处理时间1.5-2.5h；所述微波处理的条件为：微波功率250-350W，处理时间1.5-2.5h；由此，通过步骤S1的共聚改性作用提高聚乳酸(PLA)的熔体流动能力。
S2、制备共聚改性PLA：
取PLA进行干燥；
将干燥后的PLA和P(CL-co-LA)混合均匀，然后置于150-160℃、转速 100-120r/min条件下进行熔融共混，以得到共混物；其中，所述PLA和P (CL-co-LA)的质量比为(10-50)：1，所述共混时间为5-10min；
将所述共混物置于180-190℃、8-10MPa条件下进行模压成型，最终获取所述共聚改性PLA；
S3、熔喷法制备无纺布：
取共聚改性PLA、PHBV(3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物)、纳米 SiO2、相容剂、扩链剂共混，以获得熔喷共混物；其中，按质量份数计，共聚改性PLA：PHBV：纳米SiO2：相容剂：扩链剂＝(70-85)：(1-3)：(0.2-0.3)： (0.005-0.01)：(0.001-0.005)；且共混前，先对共聚改性PLA进行切片，并在60℃条件下干燥24-48h，以将其含水量减少至0.025％以下；其中，所述相容剂由马来酸酐、丁酸酐、硬脂酸酐、单宁酸中的一种或多种组成，优选的，所述相容剂由马来酸酐、丁酸酐、硬脂酸酐、单宁酸组成，且按质量比计，马来酸酐：丁酸酐：硬脂酸酐：单宁酸＝1:2:2:1，所述扩链剂为ADR扩链剂(即多元环氧扩链剂)；
将所述熔喷共混物加入螺杆挤出机中、并于160-200℃条件下熔融挤出造粒，以获得共混粒料；
将所述共混粒料加入螺杆挤出机中进行挤压熔融，形成热熔体，再通过计量泵准确计量并输送至喷丝组件，并从喷丝组件的模头喷丝孔中喷出，以完成纺丝，纺丝获得的丝条经冷却吹风、气流牵伸后再经铺网、热轧粘合加固，以获得非织造材料，最后采用卷绕机将非织造材料进行卷曲，即获得一种全降解无纺布；且其中，纺丝时的纺丝温度为160-180℃左右；冷却吹风时的空气气流温度为 20-24℃，流速0.8-1m/s；气流牵伸时的速度控制在4500-5000m/min；热轧粘合时，热压辊温度为135-145℃(优选为140℃)、热压辊压力6-10MPa(优选为 8-9Mpa)、轧机速度31-33rpm(优选为32rpm)；计量泵频率为24-28Hz，网帘频率为6-8Hz。
本实施例的步骤S1中，可通过对所述粗产物进行超声波处理和/或微波处理来进行辅助提纯，由此提高共聚改性产物，即P(CL-co-LA)的得率。以下通过设置不同的粗产物提纯方式以及条件来对粗产物进行辅助提纯步骤进行优化，其具体设置如表1所示。
表1不同辅助提纯条件对P(CL-co-LA)得率的影响
辅助提纯条件 P(CL-co-LA)平均得率(％)
- 81％
超声波处理(功率分别为280W，处理时间1.5h) 93％
微波处理(功率分别为280W，处理时间1.5h) 87％
超声波处理+微波处理 96％
注：“-”表示对粗产物不进行任何辅助提纯处理，直接将粗产物作为P (CL-co-LA)。
由表1可以看出，当不使用任何辅助提纯方式时，己内酯-乳酸无规共聚物P(CL-co-LA)平均得率仅为81％左右，超声波处理+微波处理可以显著提高产物得率最高，因此，步骤S11中，优选对所述粗产物进行超声波处理和微波处理，且超声波处理条件为：超声功率分别为280W，处理时间1.5h；微波处理条件为：微波功率为280W，处理时间1.5h。
进一步的，本实施例还对步骤S2中PLA和P(CL-co-LA)的质量比(即 PLA/P(CL-co-LA))进行优化，由此探讨其对于共聚改性PLA拉伸强度和玻璃化转变温度的影响，以获得最佳性能的共聚改性PLA，优化设置方式参见表2。其中，对于共聚改性PLA拉伸强度的测试按GB/T 1040—2006测试拉伸强度的方式进行，拉伸速率为10mm/min，对于共聚改性PLA玻璃化转变温度的测试采用DMA测试法，即采用薄膜拉伸模式，频率1Hz，升温速率3℃/min，振幅为15μm。
表2PLA/P(CL-co-LA)对共聚改性PLA的影响
PLA/P(CL-coLA) 拉伸强度(MPa) 玻璃化转变温度(℃)
100/0 59 81
98/2 69 72
96/4 62 73
92/8 56 79
从表2中可以看出，随着P(CL-co-LA)含量的提高，共混物的拉伸强度先升高后降低。当P(CL-co-LA)质量分数较少(例如其占比仅为2％)时，P (CL-co-LA)均匀分散在PLA的分子链间，占据了PLA分子链间的空隙，分子链堆积更加紧密，因此提高了共聚改性PLA的拉伸强度；当P(CL-co-LA) 添加量继续增大时，P(CL-co-LA)发生聚并，此时增塑作用起主导作用，因此共聚改性PLA的拉伸强度随P(CL-co-LA)添加量的增大而减小。利用DMA 测试共聚PLA后，得出其玻璃化转变温度出现先降低后升高的趋势，在PLA /P(CL-coLA)质量比为98/2(即49:1)时，玻璃化转变温度最低，说明少量P (CL-co-LA)的添加可以起到内润滑的作用，降低了玻璃化转变温度，该结果与拉伸结果相一致。综上，步骤S2中，PLA和P(CL-co-LA)按照质量比49： 1混合均匀。
进一步的，步骤S3中，由于PLA分子中含有亲水的酯基其含水率为0.4％ -0.6％，熔融的PLA在有水的条件下降解速度非常快，进一步导致PLA的分子量降低、分子量分布变宽，由此产生不适合纺丝要求的分子量及其分布。另一方面，在熔融纺丝过程中聚合物流体通道是封闭的，当聚合物受热融熔时，水分的存在不但会影响聚合物熔融后的黏度和流体的挤出状态，同时还可能在聚合物中形成许多微小的气泡，在拉伸过程中这些气泡可能造成断丝，同时对产品的力学性能以及纤维直径等产生极为不利的影响。
切片含水率、干燥时间、干燥温度是影响PLA热降解的主要因素，切片含水率越高，则降解程度越大、降解速度越快；干燥时间越长降解程度越大；干燥温度越高，则降解速度越快、降解程度越大。因此，步骤S3中，共混前，要先对共聚改性PLA进行干燥，以减少其含水量，表3示出了干燥温度为60℃时，对共聚改性PLA进行切片、干燥的条件优化设置方式。
表3 60℃下不同干燥时间对共聚改性PLA切片含水量的影响
干燥时间(h) 共聚改性PLA切片平均含水量
12 0.136％
24 0.074％
36 0.058％
48 0.017％
由此，步骤S3中，优选在60℃条件下对共聚改性PLA切片干燥48h，以将其含水量减少至0.025％，同时避免热降解。控制PLA切片中杂质和水分的含量能够保证纺丝的顺利进行。
同时，步骤S3中，将共聚改性PLA、PHBV(3-羟基丁酸酯和3-羟基戊酸酯的共聚物)、纳米SiO2、相容剂、扩链剂共混，以进行共混改性和扩链改性，进一步获得纺粘共混物的过程中，本实施例也对上述各组分的配比进行优化，以考察其对于最终获得的全降解无纺布性能有何影响，其中，表4示出了共聚改性 PLA、PHBV的质量比对全降解无纺布性能的影响。
表4共聚改性PLA/PHBV/相容剂/扩链剂/SiO2质量配比
编号 共聚改性PLA PHBV 相容剂 扩链剂 纳米SiO<sub>2</sub>
1 100 - - - -
2 85 3 0.008 0.003 0.3
3 80 2 0.008 0.003 0.3
4 75 2 0.008 0.003 0.3
5 70 1 0.008 0.003 0.3
在此基础上，采用YG028-500型强力仪对最终获得的全降解无纺布进行力学性能测试，结果如表5所示。
表5共聚改性PLA、PHBV的质量比对全降解无纺布力学性能的影响
Figure BDA0003136121010000071
Figure BDA0003136121010000081
在混炼、挤出、注塑、抽丝等加工工序中，由于热、水气和杂质的作用，PLA 的大分子链会发生断裂，致使材料的性能下降，在PLA分子链的断裂处产生活性基团(端羧基和端羟基)。扩链剂依靠自身的活性环氧基团能够与分子链断裂处产生的活性端基产生偶合、支化反应，从而增加分子链长度，获得较多的长支链，增加PLA的加工稳定性。
从表5中可以看出，随着PHBV的加入，全降解无纺布的横向强力和纵向强力略有降低趋势，但纵向伸长率和横向伸长率却大大提高，说明PHBV与共聚改性PLA共混能够发挥各自的性能优势。同时加入少量分散性良好的纳米 SiO2可以起到良好的增强增韧作用。从微观力学的角度来看，其可以将刚性纳米粒子均匀地分散在聚合物中，当聚合物受到外力时，由于刚性无机粒子的存在产生应力集中效应，易激发周围聚合物产生微裂纹(或银纹)，吸收一定形变功，同时粒子之间的聚合物也产生屈服和塑性变形，吸收冲击能，此外，刚性粒子的存在使聚合物裂纹扩展受阻和钝化，最终停止，不至于发展为破坏性开裂，从而产生增强增韧效果。综上，步骤S3的纺粘共混物中，共聚改性PLA、PHBV的质量比优选为75:2。
进一步的，在共聚改性PLA：PHBV：纳米SiO2：扩链剂＝75：2：0.3：0.003 的前提下，考察不同相容剂组成对全降解无纺布力学性能的影响，对全降解无纺布力学性能的测试过程同上，其结果如表6所示。
表6不同相容剂组成对全降解无纺布力学性能的影响
Figure BDA0003136121010000082
相容剂中大部分含有极性基团，能够与填料中的极性基团发生酯化反应或形成氢键，从而降低填料的极性和吸湿性。并且相容剂中还含有与聚合物相容性较好的非极性链段，起着类似“桥梁”的作用，以将填料和聚合物有效地黏结在一起，提高两者的界面黏结性能。由上表6可以看出，最优相容剂配比为，按质量比计，马来酸酐：丁酸酐：硬脂酸酐：单宁酸＝1:2:2:1，在此条件下，全降解无纺布的纵向强力、横向强力、纵向伸长率、横向伸长率均为最大值。
从表4-6可以分析出，PHBV的拉伸强度和模量偏低，PLA具有高强度、高模量的特性，但由于其固有的脆性、低断裂伸长率、冲击强度低、极易弯曲变形等，因此，将PHBV与共聚改性PLA共混后，可在保持材料降解性能的同时提高了无纺布的韧性。同时，为进一步增加共聚改性PLA和PHBV共混物的两相结构，通过在PLA/PHBV共混体系中添加相容剂(马来酸酐、丁酸酐、硬脂酸酐、单宁酸中的一种或多种)，以使两者能够更好地共混，发挥各自性能优势。此外，PLA属于结晶型聚合物，分子链中长支链少，支化度也很低，且PLA熔体对温度敏感，加工过程中易发生热氧化降解或水解，造成分子链断裂，所有这些因素都导致PLA的熔体粘度和熔体强度较低，熔体粘弹性较差，应变硬化不足，造成PLA的加工工艺受到限制，由此，通过添加扩链剂一方面可提高PLA 相对分子质量，另一方面在PLA分子中引入长支链结构，从而提高PLA的熔体强度，进而改善了PLA的吹膜、吹塑、发泡等加工性能。
此外，在共聚改性PLA：PHBV：纳米SiO2：相容剂：扩链剂＝75：2：0.3： 0.008：0.003的前提下，本实施例还对纺粘相关工艺参数包括纺丝温度、冷却吹风时的空气气流(即骤冷空气)温度和流速、气流牵伸速度、热压辊温度、热压辊压力、轧机速度、计量泵频率、网帘频率等因素的影响。其中，计量泵频率和网帘频率分别是指计量泵和控制网帘移动的发动机转速。
参照FZ/T 60005—1991《织物力学性能测试标准》，制作5cm×20cm的试样，使用电子织物拉伸强力仪进行织物拉伸断裂强力测试，试样的夹持长度为 10cm，最终获得的全降解无纺布进行力学性能测试结果如表7所示。
(1)纺丝温度
表7纺丝温度对于纺丝现象的影响
Figure BDA0003136121010000091
Figure BDA0003136121010000101
由表表7可知，当纺丝温度为180℃时，纺丝过程可以顺利进行且制备的纤维性能较好，因此纺丝温度优选为180℃。
(2)骤冷空气温度和流速
对从喷丝板挤出的聚乳酸初生长丝进行冷却冷却速度要进行控制。若冷却不足拉伸后的结晶体不能再充分稳定地保存下来，使长丝纤维的强度降低；但冷却过强大分子链段趋向结晶困难，形成的长丝强度小、韧性差、拉伸易断丝，因此冷却条件要适当。故骤冷空气温度优选20℃，流速优选为0.9m/s。
(3)气流牵伸速度
在适当冷却后对高聚物初生长丝进行高速气流牵伸以提高纤维分子取向度和结晶体的稳定性。牵伸速度越高，其纤维分子取向度也越高单丝强力越高产品质量越好。但牵伸速度太高将造成纤维断裂。因此，气流牵伸时的速度优选 4500m/min。
(4)热轧辊温度
非织造布抗拉强力随热压辊温度的提高而提高，近似线性关系，但超过一定温度后，纤维受高温，易产生解取向，纤维结构遭到破坏，导致布强力下降，应在纤维熔点与软化点之间设置。试验工艺范围内，温度的提高使纤维表面熔融效果改善，增加了纤维间的粘结牢度；温度过高会使纤维结构发生改变，成为结晶度和取向度很差的薄膜，导致非织造布强力显著下降；若轧辊温度偏低，则纤网的粘合不充分，制得的非织造布手感较柔软并且易弯曲，但其强力降低，同时出现表面起毛现象。
由此，为提高全降解无纺布的力学性能，本申请还在热压辊压力9MPa、轧机速度32rpm条件下对热轧时的热轧温度进行优化，其优化设置参见表8。
表8热轧辊温度对于全降解无纺布强力的影响
Figure BDA0003136121010000102
Figure BDA0003136121010000111
从表8中可以看出，当热压辊温度为140℃，全降解无纺布的强力指标最优，由此，热压辊温度优选为140℃。
(5)热轧辊压力
产品的纵横向强力随线压力的提高而提高，但超过一定值后，由于加热和热压效果过度，反而使热粘纤维物理特性破坏，造成强力下降。本申请还在热压辊温度140℃、轧机速度32rpm条件下对热轧时的热轧温度进行优化，其优化设置参见表9。
表9热轧辊压力对于全降解无纺布强力的影响
热轧辊压力(MPa) 纵向拉伸强力(N) 横向拉伸强力(N)
6 14.97 11.67
7 15.64 11.98
9 15.73 12.65
从表9中可以看出，当热轧辊压力为8-9MPa时，全降解无纺布均具有良好的强力指标，由此，压辊压力优选为8-9Mpa。
(6)轧机速度
轧机速度与热轧辊接触时间密切相关。本申请还在热压辊温度140℃、压辊压力为9Mpa条件下对热轧时的轧机速度进行优化，其优化设置参见表10。
表10轧辊线速度对于全降解无纺布强力的影响
轧机速度(rpm) 纵向拉伸强力(N) 横向拉伸强力(N)
31 14.98 11.96
32 15.73 12.65
33 15.34 12.01
从表10中可以看出，当轧机速度为32rpm时，全降解无纺布均具有良好的强力指标，由此，轧机速度优选为32rpm。
制得的纺粘非织造布经过热轧工序后表面有轧点，存在凹凸不平的结构，主要是因为该处纤维融化将周围纤维黏合，未黏合处保持纤维原有的性状，这种结构使织物具有很好的柔软性、透气性和弹性。
厚度和面密度测试：厚度测试参考FZ/T 60004—1991《非织造布厚度的测定》，选用YG141N数字式厚度测试仪测试；面密度测试参考GB/T 4669—2008 《纺织品机织物单位长度质量和单位面积质量的测定》，选用XY系列电子天平测试。
纤维直径测试：纤维直径的大小及其分布直接影响非织造布孔径大小和孔径分布，从而影响材料的过滤性能(过滤效率和过滤阻力)。纤维直径很难直接测量，本申请采用Smile-view软件对非织造布扫描电镜拍摄的纤维进行直径测量，得到纤维直径的大小及其分布。首先对每个试样中50个不同位置处的纤维直径进行测量，取平均值以减小测试误差。
透气性测试：非织造材料的透气性能取决于很多因素，包括孔隙结构和流体特性等，一般来说，孔径尺寸越大，孔隙率越高，透气性越好。本申请参考GB /T 13764—1992《土工布透气性的测试方法》，采用YG461E-III全自动透气量仪测定织物的透气性。对每个试样均进行10次测试，取平均值以减小实验误差。
在以上内容基础上，本申请还对计量泵频率和网帘频率进行优化，其优化设置参见表11。
表11计量泵频率和网帘频率对于全降解无纺布厚度和面密度的影响
计量泵频率(Hz) 网帘频率(Hz) 厚度(mm) 面密度(g·mm<sup>-2</sup>)
24 6 0.42 81
24 7 0.39 72
24 8 0.36 68
26 6 0.45 83
26 7 0.41 75
26 8 0.39 71
28 6 0.48 89
28 7 0.43 79
28 8 0.40 76
从表11中可以看出，当计量泵频率一定时，网帘频率增加，织物厚度和面密度减小。当网帘频率一定时，计量泵频率增加，织物厚度和面密度呈变大的趋势。因为当计量泵频率一定时，随网帘频率增加，纤维铺叠层数减小，所以厚度、面密度减小。而当网帘频率一定时，随着计量泵频率的增加，单位时间内熔体挤出量增加，纤维铺叠层数增加，所以厚度和面密度变大。
纤维直径的大小直接影响织物孔径的大小与分布，纤维直径越大，织物孔径分布越不均匀，过滤效率相应降低。当网帘频率一定(6Hz)时，计量泵频率与纤维直径之间的关系如表12所示。
表12计量泵频率对于纤维直径和透气性能的影响
计量泵频率(Hz) 纤维直径(μm) 透气性能(mm·s<sup>-1</sup>)
24 11.34 918
26 10.89 908
28 11.04 914
由上表可以看出，随着计量泵频率的增大，纤维直径和透气性能出现先降低后增加的趋势，基于纺粘非织造布工艺参数及透气率的关系，为了在一定程度上改变纺粘非织造布产品的透气性能，可以尝试改变工艺参数来实现。
综上所述，本申请中的无纺布制作原料，如PLA、PHBV、纳米SiO2、相容剂、扩链剂等，均为全降解原料，由此最终获得的无纺布可全降解，将其制作医用口罩、手术床单等医用耗材，使用完毕废弃后不会污染环境；同时，本申请对PLA进行梯度多次改性，即先与ε-己内酯进行共聚改性，所得产物再进行共混改性和扩链改性，使得PLA聚乳酸结构改变，从而改变聚合物性能，以及对各项纺粘参数(纺丝温度、热压辊温度、热压辊压力、轧机速度、计量泵频率、网帘频率)进行优化设置，由此使得最终获得的无纺布的各项性能指标得以改善，如改善力学性能，纤维直径、提高透气率、纤维强度等。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种纺粘法生产的全降解无纺布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备己内酯-乳酸无规共聚物(P(CL-co-LA))：
称取乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)加入反应容器中，以获得反应体系，且反应体系中乳酸(L-LA)和ε-己内酯(ε-CL)的重量比为1：(2-4)；
向所述反应体系中加入反应体系重量0.1-0.2％的催化剂，然后于130-140℃、真空条件下反应18-24h，以获得共聚物粗产物；
对所述共聚物粗产物进行提纯，最终获得所述己内酯-乳酸无规共聚物(P(CL-co-LA))；
S2、制备共聚改性PLA：
取聚乳酸(PLA)进行干燥；且所述PLA在210℃下的熔融指数为20-40g/10min；
将干燥后的PLA和(P(CL-co-LA))混合均匀，然后置于150-160℃、转速100-120r/min条件下进行熔融共混，以得到共混物；其中，所述PLA和(P(CL-co-LA))的质量比为(10-50)：1，所述共混时间为5-10min；
将所述共混物置于180-190℃、8-10MPa条件下进行模压成型，最终获取所述共聚改性PLA；
S3、纺粘法制备无纺布：
取共聚改性PLA、PHBV、纳米SiO2、相容剂、扩链剂共混，以获得熔喷共混物；其中，按质量比计，共聚改性PLA：PHBV：纳米SiO2：相容剂：扩链剂＝(70-85)：(1-3)：(0.2-0.3)：(0.005-0.01)：(0.001-0.005)；
将所述熔喷共混物加入螺杆挤出机中、并于160-200℃条件下熔融挤出造粒，以获得共混粒料；
将所述共混粒料加入螺杆挤出机中进行挤压熔融，形成热熔体，再通过计量泵准确计量并输送至喷丝组件，并从喷丝组件的模头喷丝孔中喷出，以完成纺丝，纺丝获得的丝条经冷却吹风、气流牵伸后再经铺网、热轧粘合加固，以获得非织造材料，最后采用卷绕机将非织造材料进行卷曲，即获得一种全降解无纺布；喷纺丝时的纺丝温度为160-180℃，冷却吹风时的空气气流温度为20-24℃，流速0.8-1m/s；所述相容剂由马来酸酐、丁酸酐、硬脂酸酐、单宁酸组成，且按质量比计，马来酸酐：丁酸酐：硬脂酸酐：单宁酸＝1:2:2:1；
气流牵伸时的速度控制在4500-5000m/min；热轧粘合时，热压辊温度为135-145℃、热压辊压力6-10MPa、轧机速度31-33rpm，计量泵频率为24-28Hz，网帘频率为6-8Hz。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，对所述粗产物进行提纯的步骤包括：
S11、对所述粗产物进行超声波处理和/或微波处理，所得产物用体积分数90％的乙醇进行沉淀；
S12、重复步骤S111-2次，最终得到提纯产物。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超声波处理的条件为：250-350W，处理时间1.5-2.5h；所述微波处理的条件为：微波功率250-350W，处理时间1.5-2.5h。
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