CN114540983A - 一种低成本可生物降解复合纤维及制备方法和用途 - Google Patents

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CN114540983A CN202210287621.7A CN202210287621A CN114540983A CN 114540983 A CN114540983 A CN 114540983A CN 202210287621 A CN202210287621 A CN 202210287621A CN 114540983 A CN114540983 A CN 114540983A
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Abstract

本发明公开了一种低成本可生物降解复合纤维及制备方法和用途。复合纤维包括芯层和包覆在芯层外的皮层，所述芯层的材料为聚对苯二甲酸‑共‑丁二酸丁二醇酯，所述皮层的材料为聚乳酸。复合纤维的横截面中，所述芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(30～60)∶(40～70)。制备方法包括：将聚对苯二甲酸‑共‑丁二酸丁二醇酯切片和聚乳酸切片进行熔融挤出复合纺丝，使聚对苯二甲酸‑共‑丁二酸丁二醇酯形成芯层，聚乳酸形成皮层，得到低成本可生物降解复合纤维。本发明的复合纤维具有良好的可纺性和生物可降解性，且成本低，适用于制备一次性产品，另外还提高了纤维的柔软性，手感更好。

Description

一种低成本可生物降解复合纤维及制备方法和用途
技术领域
本发明属于复合纤维技术领域，具体地说，涉及一种低成本可生物降解复合纤维及制备方法和用途。
背景技术
聚乳酸(PLA)，又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。聚乳酸生产过程无污染，而且产品可以生物降解，从而实现其在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸已经实现规模化生产，用途十分广泛，可用于制备纤维、非织造物、包装材料、塑料制品等。聚乳酸纤维在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，是一种可持续发展的生态纤维。目前，聚乳酸纤维主要用于服装(内衣、外衣)等领域。
然而，聚乳酸纤维的成本高，这往往限制了其在其他场合的应用，尤其是一次性使用场合的应用，如一次性窗帘、一次性医用大褂、手术服、一次性比赛服等等。因此如何既能够实现降解，还能够降低成本是拓宽聚乳酸纤维应用场合需要解决的问题。另外，聚乳酸纤维制备的衣物的手感性差一些，而在一次性使用场合需要使其更加柔软一些。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种低成本可生物降解复合纤维及制备方法和用途。本发明的复合纤维具有良好的可纺性和生物可降解性，且成本低，适用于制备一次性产品，另外还提高了纤维的柔软性，手感更好。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
本发明的第一目的是提供一种低成本可生物降解复合纤维，复合纤维包括芯层和包覆在芯层外的皮层，所述芯层的材料为聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯，所述皮层的材料为聚乳酸。
聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)具有优异的可生物降解性，可以满足绿色环保的需要；且目前市场价格比聚乳酸低许多，还比较柔软。
本发明的复合纤维为皮芯型结构，以聚苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)聚合物处于复合纤维的芯层，聚乳酸作为复合纤维的皮层。聚乳酸作为皮层，使复合纤维能够外在表现聚乳酸纤维的丝滑抗皱、亲肤抗敏等特性；柔软的PBST作为芯层，增加了复合纤维整体的柔软性，使复合纤维的手感更好。
与成本价格较贵的聚乳酸纤维相比，聚苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)价格较低，且也具有生物降解性。聚乳酸作为皮层在外，PBST作为芯层在内，本发明的复合纤维不但可以保留聚乳酸纤维的性能，还大大降低生产成本。如此，一方面，复合纤维的生产成本降低，另一方面，复合纤维仍然具有良好的生物降解性，因此，本发明的复合纤维实现了应用场景的拓宽，可以应用于一次性产品场合，例如一次性窗帘，一次性比赛用服装，一次穿着后，可直接丢弃，在大自然环境中可生物降解，不会对环境造成污染的影响。
所述复合纤维的横截面中，所述芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(30～60)∶(40～70)；
优选的，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(40～60)∶(40～60)；
优选的，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(50～60)∶(40～50)；
优选的，所述芯层与所述皮层为同心型结构；更优选同心圆型实心结构。
本发明中，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值在(30～60)∶(40～70)范围内时，成纤性好，能够使复合纤维的强度等性能达到与聚乳酸纤维相当的程度，另外还可以提高复合纤维的柔软性。
与纯的聚乳酸纤维相比，本发明的复合纤维的成本大大降低。聚乳酸的市场价格为43000元/吨,PBST的市场价格为17000元/吨，复合纤维中芯层中的聚乳酸纤维被部分PBST所替代，可以有效地降低复合纤维的成本。
所述复合纤维的拉伸强度为4.0CN/dtex～5.5CN/dtex，断裂伸长率为28％～40％，初始模量为40-45cN.dtex-1。。
本发明的复合纤维的拉伸强度可达到与聚乳酸纤维相当的水平，同时断裂伸长率更高，初始模量低于纯聚乳酸纤维的初始模量，纤维的柔软性更好，手感更佳，提高穿着的舒适性。
本发明的第二目的是提供一种上所述的低成本可生物降解复合纤维的制备方法，包括：
分别制备聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片和聚乳酸切片；
将聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片和聚乳酸切片进行熔融挤出复合纺丝，使聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯形成芯层，聚乳酸形成皮层，得到低成本可生物降解复合纤维。
进一步的方案，制备聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片的方法包括：
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合，在160-180℃进行酯化反应，酯化率达到99.2-99.9％，酯化反应结束，冷却，作为中间体1；
优选的，所述丁二酸与丁二醇的摩尔比为1：1.22-1.28；
(2)将对苯二甲酸、丁二醇和催化剂混合，在220-240℃进行酯化反应，酯化率达到99.1-99.8％，酯化反应结束，冷却，作为中间体2；
优选的，所述对苯二甲酸与丁二醇的摩尔比为1：1.30～1：35，更优选，摩尔比为1:1.30～1：1.32；
(3)将中间体2和中间体1按照摩尔比为1：1.4-1.5混合，加入催化剂和消光剂，升温至200℃，搅拌，进行预缩聚反应；
(4)然后抽真空，升温至250-265℃，进行终缩聚反应，特性粘数达到0.78～0.80dL/g时，出料，切粒，真空干燥，得到聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片。
步骤(3)中，催化剂的加入量为中间体1质量的0.02-0.04％；消光剂的加入量为中间体1和中间体2总质量的0.15-0.25％；
优选的，步骤(3)中，搅拌速度为80-100rpm，搅拌时间为20-30分钟，进行预缩聚反应时间为30-40分钟；
优选的，步骤(4)中，抽真空后真空度达到35-70Pa；
优选的，步骤(4)中，真空干燥的温度为95℃～105℃，真空度为35-70Pa，干燥时间为16h～24h；
优选的，所述的消光剂为二氧化钛，纯度为99.0-99.9％，类型为锐钛型，粒度为100-150纳米。
优选的，所述的催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，纯度为99.5-99.9％。
本发明的聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片的制备方法，制备的聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯的特性粘数较高，达到0.78～0.80dL/g，适于作为复合纤维的芯层。
本发明中，聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST共聚物)特性粘数的测定方法包括以下步骤：
将质量比为1∶1的苯酚和四氯乙烷配置成溶剂；
将制备的PBST共聚物加入到所述溶剂中，配置成含量为0.1g/dL的溶液；
在25℃条件下，应用乌氏黏度剂测定所述第二中间产物的特性粘数。
进一步的方案，制备聚乳酸切片的方法包括：
(1)称取原料聚乳酸，加入消光剂，进行搅拌混合；所述消光剂的加入量为聚乳酸质量的0.2-0.4％；
(2)将(1)中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出物料经冷却、风干、切粒、真空干燥后，得到半消光的聚乳酸切片。
步骤(2)中，所述的双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450～550rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155～160℃，二区温度：160～170℃，三区温度：170～180℃，四区温度：190～200℃，五区温度：200～210℃，六区温度：195～200℃，七区温度：190～195℃；
优选的，进行真空干燥的温度为95℃～105℃，时间为16h～24h；
优选的，所述的消光剂为二氧化钛，纯度为99.0-99.9％，类型为锐钛型，粒度为150-300纳米；
优选的，得到的聚乳酸切片为白色颗粒，重均分子量为90000-120000，优选10000-120000。
优选的，所述的双螺杆挤出机的长径比为40：1-52：1。
进一步的方案，采用纺丝-拉伸一步法进行复合纺丝，复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa～12MPa，
针对所述皮层：组分的温度为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa～10.0MPa，
优选的，纺丝速度为1000m/min～2000m/min；拉伸倍数为3.5倍～4.5倍；
优选的，复合纺丝过程中冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率为3m/min～5m/min。
本发明的第三目的是提供一种如上所述的低成本可生物降解复合纤维在制备一次性产品中的用途；
优选的，在制备一次性医用产品中的用途，更优选在制备一次性医用服装中的用途。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明的复合纤维为皮芯型结构，以聚苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST)聚合物作为复合纤维的芯层，聚乳酸作为复合纤维的皮层。聚乳酸作为皮层，使复合纤维能够外在表现聚乳酸纤维的丝滑抗皱、亲肤抗敏等特性；柔软的PBST作为芯层，增加了复合纤维整体的柔软性，使复合纤维的手感更好。
2、与成本价格较贵的聚乳酸纤维相比，PBST价格较低，本发明的复合纤维不但可以保留聚乳酸纤维的性能，还大大降低生产成本。如此，一方面，复合纤维的生产成本降低，另一方面，复合纤维仍然具有良好的生物降解性，因此，本发明的复合纤维实现了应用场景的拓宽，可以应用于一次性产品场合，例如一次性窗帘，一次性比赛用服装，一次穿着后，可直接丢弃，在大自然环境中可生物降解，不会对环境造成污染的影响。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明的低成本可生物降解复合纤维的横截面结构示意图；
其中，1为PBST制成的芯层，2为聚乳酸制成的皮层。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例和对比例中，拉伸强度，断裂伸长率及初始模量的测试标准为：ISO11566-1996；降解速率测试标准为ISO14855-1：2005。
本发明中，聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯(PBST共聚物)特性粘数的测定方法包括以下步骤：将质量比为1∶1的苯酚和四氯乙烷配置成溶剂；将制备的PBST共聚物加入到所述溶剂中，配置成含量为0.1g/dL的溶液；在25℃条件下，应用乌氏黏度剂测定特性粘数。
实施例1
1.1半消光聚乳酸切片的制备
(1)称取重均分子量为90000的聚乳酸(白色颗粒)，放入高速搅拌机中，加入纯度为99.9％的二氧化钛(类型为锐钛型，粒度300纳米)，二氧化钛的加入量为聚乳酸质量的0.5％，80rpm低速搅拌3分钟，取出，待用。
(2)将上述混合好的物料置于长径比为52：1双螺杆挤出机的主喂料口，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155℃，二区温度：160℃，三区温度：170℃，四区温度：190℃，五区温度：200℃，六区温度：195℃，七区温度：190℃；
挤出的物料经冷却、风干、切粒、95℃真空干燥16h后，得到半消光聚乳酸。
1.2复合纤维用PBST共聚物切片的制备
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合后(催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，其加量为丁二酸质量的0.02％；丁二酸、丁二醇的摩尔比为1：1.22)加入聚合反应釜中，在160℃进行酯化反应，酯化率达到99.2％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体1待用；
(2)将摩尔比为1：1.30的对苯二甲酸和丁二醇与催化剂混合后，加入聚合反应釜中，在220℃进行酯化反应，酯化率达到99.8％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体2待用；
(3)将中间体2与中间体1按配比1：1.4配比(摩尔比)加入反应釜中，加0.02％(占中间体1的质量份数)的催化剂，加入0.15％(为占中间体1和中间体2重量和的重量百分比)的二氧化钛(纯度99.9％，类型为锐钛型，粒度150纳米)，升温到200℃，开启搅拌，搅拌速度为80RPM，搅拌20分钟，进行预缩聚反应30分钟；
(4)然后缓慢抽真空，30分钟真空度达到35Pa，升温250℃，进行终缩聚反应，特性粘数为0.78dL/g时，进行出料，经过切粒，95℃，35Pa条件下真空干燥16h，得到纺丝用PBST共聚物切片。
1.3利用制备的聚乳酸切片和PBST切片进行复合纺丝
复合纺丝过程采用纺丝-拉伸一步法实现，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为40∶60，拉伸倍数为3.5倍；
聚乳酸切片皮层和PBST共聚物切片芯层进行复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa，
针对所述皮层：组分的温度为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa，
纺丝速度的取值范围为1000m/min；
冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率的取值范围为3m/min；纺丝规格为75D/36f。
本实施例制备的复合纤维的性能参数见表1。
实施例2
1.1半消光聚乳酸切片的制备
(1)称取重均分子量为90000的聚乳酸(白色颗粒)，放入高速搅拌机中，加入纯度为99.9％的二氧化钛(类型为锐钛型，粒度300纳米)，二氧化钛的加入量为聚乳酸质量的0.5％，80rpm低速搅拌3分钟，取出，待用。
(2)将上述混合好的物料置于长径比为52：1双螺杆挤出机的主喂料口，熔融挤出造粒，
双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155℃，二区温度：160℃，三区温度：170℃，四区温度：190℃，五区温度：200℃，六区温度：195℃，七区温度：190℃；
挤出的物料经冷却、风干、切粒、95℃真空干燥16h后，得到半消光聚乳酸。
1.2复合纤维用PBST共聚物切片的制备
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合后(催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，其加量为丁二酸质量的0.03％；丁二酸、丁二醇的摩尔比为1：1.24)，加入聚合反应釜中，在160℃进行酯化反应，酯化率达到99.2％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体1待用。
(2)将摩尔比为1：1.30的对苯二甲酸和丁二醇与催化剂混合后，加入聚合反应釜中，在220℃进行酯化反应，酯化率达到99.8％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体2待用。
将中间体2与中间体1按配比1：1.4配比(摩尔比)加入反应釜中，加0.02％(占中间体1的质量份数)的催化剂，加入0.15％(为占中间体1和中间体2重量和的重量百分比)的二氧化钛(纯度99.9％，类型为锐钛型，粒度150纳米)，升温到200℃，开启搅拌，搅拌速度为80RPM，搅拌20分钟，进行预缩聚反应30分钟；
(4)然后缓慢抽真空，30分钟真空度达到35Pa，升温250℃，进行终缩聚反应，特性粘数为0.78dL/g时，进行出料，经过切粒，95℃，35Pa条件下真空干燥16h，得到纺丝用PBST共聚物切片。
1.3利用制备的聚乳酸切片和PBST切片进行复合纺丝
复合纺丝过程采用纺丝-拉伸一步法实现，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为45∶55，拉伸倍数的取值范围为3.5倍；
聚乳酸切片皮层和PBST共聚物切片芯层进行复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa，
针对所述皮层：组分的温度取值范围为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa，
纺丝速度的取值范围为1000m/min；
冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率的取值范围为3m/min；纺丝规格为75D/36f。
本实施例制备的复合纤维的性能参数见表1。
实施例3
3.1半消光聚乳酸切片的制备
(1)称取重均分子量为90000的聚乳酸(白色颗粒)，放入高速搅拌机中，加入纯度为99.9％的二氧化钛(类型为锐钛型，粒度300纳米)，二氧化钛的加入量为聚乳酸质量的0.5％，80rpm低速搅拌3分钟，取出，待用。
(2)将上述混合好的物料置于长径比为52：1双螺杆挤出机的主喂料口，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155℃，二区温度：160℃，三区温度：170℃，四区温度：190℃，五区温度：200℃，六区温度：195℃，七区温度：190℃；
挤出的物料经冷却、风干、切粒、95℃真空干燥16h后，得到半消光聚乳酸。
3.2复合纤维用PBST共聚物切片的制备
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合后(催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，其加量为丁二酸质量的0.02％；丁二酸、丁二醇的摩尔比为1：1.26)加入聚合反应釜中，在160℃进行酯化反应，酯化率达到99.2％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体1待用；
(2)将摩尔比为1：1.30的对苯二甲酸和丁二醇与催化剂混合后，加入聚合反应釜中，在220℃进行酯化反应，酯化率达到99.8％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体2待用；
(3)将中间体2与中间体1按配比1：1.4配比(摩尔比)加入反应釜中，加0.02％(占中间体1的质量份数)的催化剂，加入0.15％(为占中间体1和中间体2重量和的重量百分比)的二氧化钛(纯度99.9％，类型为锐钛型，粒度150纳米)，升温到200℃，开启搅拌，搅拌速度为80RPM，搅拌20分钟，进行预缩聚反应30分钟；
(4)然后缓慢抽真空，30分钟真空度达到35Pa，升温250℃，进行终缩聚反应，特性粘数为0.78dL/g时，进行出料，经过切粒，95℃，35Pa条件下真空干燥16h，得到纺丝用PBST共聚物切片。
3.3利用制备的聚乳酸切片和PBST切片进行复合纺丝
复合纺丝过程采用纺丝-拉伸一步法实现，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为50∶50，拉伸倍数为3.8倍；
聚乳酸切片皮层和PBST共聚物切片芯层进行复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa，
针对所述皮层：组分的温度为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa，
纺丝速度的取值范围为1000m/min；
冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率的取值范围为3m/min；纺丝规格为75D/36f。
本实施例制备的复合纤维的性能参数见表1。
实施例4
4.1半消光聚乳酸切片的制备
(1)称取重均分子量为90000的聚乳酸(白色颗粒)，放入高速搅拌机中，加入纯度为99.9％的二氧化钛(类型为锐钛型，粒度300纳米)，二氧化钛的加入量为聚乳酸质量的0.5％，80rpm低速搅拌3分钟，取出，待用。
(2)将上述混合好的物料置于长径比为52：1双螺杆挤出机的主喂料口，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155℃，二区温度：160℃，三区温度：170℃，四区温度：190℃，五区温度：200℃，六区温度：195℃，七区温度：190℃；
挤出的物料经冷却、风干、切粒、95℃真空干燥16h后，得到半消光聚乳酸。
4.2复合纤维用PBST共聚物切片的制备
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合后(催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，其加量为丁二酸质量的0.02％；丁二酸、丁二醇的摩尔比为1：1.28)加入聚合反应釜中，在160℃进行酯化反应，酯化率达到99.2％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体1待用；
(2)将摩尔比为1：1.30的对苯二甲酸和丁二醇与催化剂混合后，加入聚合反应釜中，在220℃进行酯化反应，酯化率达到99.8％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体2待用；
(3)将中间体2与中间体1按配比1：1.4配比(摩尔比)加入反应釜中，加0.02％(占中间体1的质量份数)的催化剂，加入0.15％(为占中间体1和中间体2重量和的重量百分比)的二氧化钛(纯度99.9％，类型为锐钛型，粒度150纳米)，升温到200℃，开启搅拌，搅拌速度为80RPM，搅拌20分钟，进行预缩聚反应30分钟；
(4)然后缓慢抽真空，30分钟真空度达到35Pa，升温250℃，进行终缩聚反应，特性粘数为0.78dL/g时，进行出料，经过切粒，95℃，35Pa条件下真空干燥16h，得到纺丝用PBST共聚物切片。
4.3利用制备的聚乳酸切片和PBST切片进行复合纺丝
复合纺丝过程采用纺丝-拉伸一步法实现，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为60∶40，拉伸倍数为4.0倍；
聚乳酸切片皮层和PBST共聚物切片芯层进行复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa，
针对所述皮层：组分的温度为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa，
纺丝速度的取值范围为1000m/min；
冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率的取值范围为3m/min；纺丝规格为75D/36f。
本实施例制备的复合纤维的性能参数见表1。
对比例1聚乳酸纤维
1.1半消光聚乳酸切片的制备
(1)称取重均分子量为90000的聚乳酸(白色颗粒)，放入高速搅拌机中，加入纯度为99.9％的二氧化钛(类型为锐钛型，粒度300纳米)，二氧化钛的加入量为聚乳酸质量的0.5％，低速搅拌3分钟，取出，待用。
(2)将上述混合好的物料置于长径比为52：1双螺杆挤出机的主喂料口，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155℃，二区温度：160℃，三区温度：170℃，四区温度：190℃，五区温度：200℃，六区温度：195℃，七区温度：190℃；
挤出的物料经冷却、风干、切粒、95℃真空干燥16h后，得到半消光聚乳酸。
1.2聚乳酸纤维纺丝
聚乳酸纤维纺丝的过程采用纺丝-拉伸一步法实现，拉伸倍数的取值范围为3.5倍；
纺丝的工艺条件包括：
组分的温度取值范围为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa，
纺丝速度的取值范围为1000m/min；
冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率的取值范围为3m/min；纺丝规格为75D/36f。
本对比例制备的复合纤维的性能参数见表1。
对比例2
2.1半消光聚乳酸切片的制备
(1)称取重均分子量为90000的聚乳酸(白色颗粒)，放入高速搅拌机中，加入纯度为99.9％的二氧化钛(类型为锐钛型，粒度300纳米)，二氧化钛的加入量为聚乳酸质量的0.5％，80rpm低速搅拌3分钟，取出，待用。
(2)将上述混合好的物料置于长径比为52：1双螺杆挤出机的主喂料口，熔融挤出造粒，双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155℃，二区温度：160℃，三区温度：170℃，四区温度：190℃，五区温度：200℃，六区温度：195℃，七区温度：190℃；
挤出的物料经冷却、风干、切粒、95℃真空干燥16h后，得到半消光聚乳酸。
2.2复合纤维用PBST共聚物切片的制备
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合后(催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，其加量为丁二酸质量的0.02％；丁二酸、丁二醇的摩尔比为1：1.28)加入聚合反应釜中，在160℃进行酯化反应，酯化率达到99.2％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体1待用；
(2)将摩尔比为1：1.30的对苯二甲酸和丁二醇与催化剂混合后，加入聚合反应釜中，在220℃进行酯化反应，酯化率达到99.8％；酯化反应结束，放出来，冷却，粉碎，作为中间体2待用；
(3)将中间体2与中间体1按配比1：1.4配比(摩尔比)加入反应釜中，加0.02％(占中间体1的质量份数)的催化剂，加入0.15％(为占中间体1和中间体2重量和的重量百分比)的二氧化钛(纯度99.9％，类型为锐钛型，粒度150纳米)，升温到200℃，开启搅拌，搅拌速度为80RPM，搅拌20分钟，进行预缩聚反应30分钟；
(4)然后缓慢抽真空，30分钟真空度达到35Pa，升温250℃，进行终缩聚反应，特性粘数为0.78dL/g时，进行出料，经过切粒，95℃，35Pa条件下真空干燥16h，得到纺丝用PBST共聚物切片。
2.3利用制备的聚乳酸切片和PBST切片进行复合纺丝
复合纺丝过程采用纺丝-拉伸一步法实现，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为25∶75，拉伸倍数为4.0倍；
聚乳酸切片皮层和PBST共聚物切片芯层进行复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa，
针对所述皮层：组分的温度为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa，
纺丝速度的取值范围为1000m/min；
冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率的取值范围为3m/min；纺丝规格为75D/36f。
本实施例制备的复合纤维的性能参数见表1。
表1制备的纤维的性能指标表
Figure BDA0003558911190000131
注：初始模量可表示柔软度，初始模量越低，纤维越柔软。
由表1中可以看出：
本发明的实施例1-4制备的复合纤维与对比例1-2制备的聚乳酸纤维均具有良好的生物降解性。
与对比例1制备的纯聚乳酸纤维相比，本发明实施例1-4制备的复合纤维的拉伸强度相当，而断裂伸长率更高，初始模量更低，说明柔软性更好，手感更好。
因此，本发明所制得的低成本可生物降解复合纤维力学性能高，初始模量低，手感好，可生物降解，成本低，能更好的满足制备一次性服装场合的要求。
对比例2中，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为25∶75，其断裂伸长率和初始模量与对比例1相当，断裂伸长率低于实施例1-4，初始模量远高于实施例1-4。
说明本发明的芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值在(30～60)∶(40～70)范围内时，可以提高复合纤维的柔软性，低于该范围时柔软性改善不大。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种低成本可生物降解复合纤维，其特征在于，复合纤维包括芯层和包覆在芯层外的皮层，所述芯层的材料为聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯，所述皮层的材料为聚乳酸。
2.根据权利要求1所述的低成本可生物降解复合纤维，其特征在于，所述复合纤维的横截面中，所述芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(30～60)∶(40～70)；
优选的，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(40～60)∶(40～60)；
优选的，芯层的横截面积与所述皮层的横截面积的比值为(50～60)∶(40～50)；
优选的，所述芯层与所述皮层为同心型结构；更优选同心圆型实心结构。
3.根据权利要求1所述的低成本可生物降解复合纤维，其特征在于，所述复合纤维的拉伸强度为4.0CN/dtex～5.5CN/dtex，断裂伸长率为28％～40％，初始模量为40-45cN.dtex-1。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的低成本可生物降解复合纤维的制备方法，其特征在于，包括：
分别制备聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片和聚乳酸切片；
将聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片和聚乳酸切片进行熔融挤出复合纺丝，使聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯形成芯层，聚乳酸形成皮层，得到低成本可生物降解复合纤维。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片的方法包括：
(1)将丁二酸、丁二醇和催化剂混合，在160-180℃进行酯化反应，酯化率达到99.2-99.9％，酯化反应结束，冷却，作为中间体1；
优选的，所述丁二酸与丁二醇的摩尔比为1：1.22-1.28
(2)将对苯二甲酸、丁二醇和催化剂混合，在220-240℃进行酯化反应，酯化率达到99.1-99.8％，酯化反应结束，冷却，作为中间体2；
优选的，所述对苯二甲酸与丁二醇的摩尔比为1：1.30～1：35，更优选，摩尔比为1:1.30～1：1.32；
(3)将中间体2和中间体1按照摩尔比为1：1.4-1.5混合，加入催化剂和消光剂，升温至200℃，搅拌，进行预缩聚反应；
(4)然后抽真空，升温至250-265℃，进行终缩聚反应，特性粘数达到0.78～0.80dL/g时，出料，切粒，真空干燥，得到聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯切片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，催化剂的加入量为中间体1质量的0.02-0.04％；消光剂的加入量为中间体1和中间体2总质量的0.15-0.25％；
优选的，步骤(3)中，搅拌速度为80-100rpm，搅拌时间为20-30分钟，进行预缩聚反应时间为30-40分钟；
优选的，步骤(4)中，抽真空后真空度达到35-70Pa；
优选的，步骤(4)中，真空干燥的温度为95℃～105℃，真空度为35-70Pa，干燥时间为16h～24h；
优选的，所述的消光剂为二氧化钛，纯度为99.0-99.9％，类型为锐钛型，粒度为100-150纳米；
优选的，所述的催化剂为摩尔比为1：1的钛酸四丁酯与醋酸镁的混合物，纯度为99.5-99.9％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备聚乳酸切片的方法包括：
(1)称取聚乳酸，加入消光剂，进行搅拌混合；所述消光剂的加入量为聚乳酸质量的0.2-0.4％；
(2)将(1)中混合好的物料加入双螺杆挤出机中，熔融挤出造粒，挤出物料经冷却、风干、切粒、真空干燥后，得到聚乳酸切片。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的双螺杆挤出机的温度设定范围为155～200℃，螺杆转速为450～550rpm，双螺杆挤出机的各区的温度为：一区温度：155～160℃，二区温度：160～170℃，三区温度：170～180℃，四区温度：190～200℃，五区温度：200～210℃，六区温度：195～200℃，七区温度：190～195℃；
优选的，进行真空干燥的温度为95℃～105℃，时间为16h～24h；
优选的，所述的消光剂为二氧化钛，纯度为99.0-99.9％，类型为锐钛型，粒度为150-300纳米；
优选的，作为原料的聚乳酸的重均分子量为90000-120000，优选10000-120000。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用纺丝-拉伸一步法进行复合纺丝，复合纺丝的工艺条件包括：
针对所述芯层：组分的温度为170℃～190℃，螺杆压力为10MPa～12MPa，
针对所述皮层：组分的温度为200℃～220℃，螺杆压力为8.0MPa～10.0MPa，
优选的，纺丝速度为1000m/min～2000m/min；
优选的，拉伸倍数为3.5倍～4.5倍；
优选的，复合纺丝过程中冷却方式为空气冷却，吹风方式采用侧吹风，吹风速率为3m/min～5m/min。
10.一种如权利要求1-3任意一项所述的低成本可生物降解复合纤维在制备一次性产品中的用途；
优选的，在制备一次性医用产品中的用途，更优选在制备一次性医用服装中的用途。
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