TWI810864B - 生質複合纖維及其製法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種可生物分解之生質複合纖維，包括：至少一生質（Bio-mass）原料及至少一有機互容劑。該至少一生質材料例如包括聚琥珀酸丁二醇酯（Bio-Polybutylene succinate, Bio-PBS）、聚乳酸（Polylactic acid, PLA）、聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯（Poly(butylene adipate-co-terephthalate), PBAT）至少其中一者；該至少一有機互容劑包括甘油（Glycerol）、蒙旦蠟（Montan wax）、聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol, PVA）、檸檬酸丁三酯（Tributyl citrate, TBC）及環氧大豆油（Epoxidized soybean oil, ESO）至少其中一者。本發明另提供一種如上所述之生質複合纖維之製法，藉由預取向絲（Pre-Oriented Yarn, POY）或熔噴（Melt Blown）法紡絲工藝製造的該生質複合纖維可應用於各式各樣的紡織品，以取代由石化產物製出的合成纖維。

Description

生質複合纖維及其製法
本發明係與複合纖維有關，特別是有關於一種可微生物分解的生質複合纖維及其製法。
自從石化品產生的人工合成化纖製出，日常生活中的紡織物、用品充斥著方方面面，如今這些化纖已對環境污染造成嚴重的衝擊與生態破壞，如何改善此狀況以讓人類環境永續發展已是最優先的重大議題之一。
聚乳酸（Polylactic acid, PLA）在本世紀初被抽絲利用於紡織品，已引起全球的注意，此生質（Bio-mass）材料可取代傳統石化業生產的大宗化纖製品，如：五塑、聚酯混紡品…等。
近來，生質原物料抽絲配方及製造工藝隨大眾的環保意識提高，已獲矚目與大力開發新產品，唯常用有機溶劑熱熔抽長絲、高溫熔噴短絲或連續長絲對節能減碳的趨勢背道而馳。
因此，有必要提供一種低熔點、無溶劑、多功能的綠色生質複合纖維及其製法，以解決上述之問題。
本發明之主要目的在於提供一種生質複合纖維及其製法，該生質複合纖維為完全可生物分解。
為達成上述目的，本發明提供一種生質複合纖維，包括：至少一生質聚合物及至少一有機互容劑。該至少一生質聚合物包括聚琥珀酸丁二醇酯（Bio-Polybutylene succinate, Bio-PBS）、聚乳酸（Polylactic acid, PLA）及聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯（Poly(butylene adipate-co-terephthalate), PBAT）至少其中一者。該至少一有機互容劑包括甘油（Glycerol）、蒙旦蠟（Montan wax）、聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol, PVA）、檸檬酸丁三酯（Tributyl citrate, TBC）及環氧大豆油（Epoxidized soybean oil, ESO）至少其中一者。其中，於該生質複合纖維中，該至少一生質聚合物之重量百分比不小於80wt.％，該至少一有機互容劑之重量百分比介於1wt.％至10wt.％。
為達成上述目的，本發明另提供一種生質複合纖維之製法，包括下列步驟：備一預混物，該預混物包括不小於80wt.％之至少一生質聚合物及1wt.％至10wt.％之至少一有機互容劑；加熱熔融該預混物形成一熔體；及將該熔體紡絲形成一生質複合纖維。其中，該至少一生質聚合物包括選自聚琥珀酸丁二醇酯、聚乳酸及聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯至少其中一者之一材料；該至少一有機互容劑包括選自甘油、蒙旦蠟、聚乙烯醇、檸檬酸丁三酯及環氧大豆油至少其中一者之一材料。
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。
本發明之生質複合纖維包括至少一生質聚合物及至少一有機互容劑。該至少一生質聚合物包括聚琥珀酸丁二醇酯（Bio-Polybutylene succinate, Bio-PBS）、聚乳酸（Polylactic acid, PLA）及聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯（Poly(butylene adipate-co-terephthalate), PBAT）至少其中一者。該至少一有機互容劑包括甘油（Glycerol）、蒙旦蠟（Montan wax）、聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol, PVA）、檸檬酸丁三酯（Tributyl citrate, TBC）及環氧大豆油（Epoxidized soybean oil, ESO）至少其中一者。其中，於該生質複合纖維中，該至少一生質聚合物之重量百分比不小於80wt.％，該至少一有機互容劑之重量百分比介於1wt.％至10wt.％。藉此，該生質複合纖維可應用於各式各樣的紡織品，例如但不限包括衣服、尿布、衛生棉、床單、被套、濕紙巾…等，且在一般環境下就可分解且溶入土壤中而消彌殆盡，完全屬於環境友善、無毒的優質新材料，符合當今綠色環保之要求，有助於維持自然生態及永續發展的世界潮流。
較佳地，該生質複合纖維另包括複數填充顆粒，例如但不顯為粉末、微粒、不規則顆粒…等，該複數填充顆粒於該生質複合纖維中之重量百分比介於0.5wt.％至5wt.％；該複數填充顆粒包括奈米碳酸鈣及氧化鈣至少其中一者，質輕且可增加該生質複合纖維之強度。
另一較佳地，該生質複合纖維另包括一抑菌劑，該抑菌劑於該生質複合纖維中之重量百分比介於1wt.％至10wt.％，提供防蟲、除臭效果。該抑菌劑包括精餾木醋液（Distilled pyroligneous acid）、精餾竹醋液（Distilled bamboo vinegar）、木醋粉（Vinegar powder）、苦茶籽粉（Camellia washing powder）至少其中一者以作為一活性成分，成分天然且於分解後對環境友善。該抑菌劑另包括甘油、Triton X-100及檸檬酸三丁酯至少其中一者以作為一助劑，使該抑菌劑與該至少一生質材料之間具有較佳的相容性而可均勻分布。該助劑亦可例如但不限包括Tween系列、Span系列…等界面活性劑，可依材料需求組合、選用。
詳細說，於該生質複合纖維中，該至少一生質聚合物之重量百分比介於90wt.％至97wt.％，該至少一有機互容劑之重量百分比介於1.5wt.％至7wt.％，該複數填充顆粒之重量百分比介於0.5wt.％至2.5wt.％，該抑菌劑之重量百分比介於1wt.％至6wt.％，藉此該生質複合纖維整體皆為生物可分解材料，對環境友善且強度佳、亦具有防蟲、除臭之效果。
本發明另提供一種生質複合纖維之製法，用於製造如前所述之該生質複合纖維，包括下列步驟：
備一預混物，該預混物包括不小於80wt.％之該至少一生質聚合物及1wt.％至10wt.％之該至少一有機互容劑。進一步說，係藉由混合該至少一生質聚合物及該至少一有機互容劑，並選擇性加入該抑菌劑與該複數填充顆粒至少其中一者以形成該預混物；另混合不小於60wt.％之該活性成分與一助劑並於一加熱溫度下加熱至少3小時形成該抑菌劑，該加熱溫度介於62°C至74°C之間，藉以提升該抑菌劑與該至少一生質聚合物之相容性，同時避免其有效成分之破壞。
加熱熔融該預混物形成一熔體。較佳地，該熔體於190°C下之熔融指數（Melt Flow Index, MI）控制於30gm/10min至55gm/10min（2.16kg之負荷）之間，以具有適當之流動性，利於後續形成長絲、短絲等而不易斷裂。
將該熔體紡絲形成該生質複合纖維。該熔體可例如藉由拉絲、預取向絲（Pre-Oriented Yarn, POY）、熔噴（Melt Blown）等紡絲工藝形成該生質複合纖維。此外，該熔體亦可藉由造粒機成形為初始料粒，以便於存放、運送等，後續再進行紡絲，亦無不可。
以下依據實施例對本發明進一步說明。
實施例1：
稱取已烘乾至小於100ppm水分之聚已二酸對苯二甲酸丁二醇酯原料粒97wt.％、聚乙烯醇2.5wt.％及環氧大豆油0.5wt.％，一齊放入一攪拌機充分混合均勻為該預混物後倒入一抽絲押出機之一進料漏斗內，啟動該抽絲押出機開始升溫。
當該抽絲押出機之一加熱段達一設定溫度時，啟動該抽絲押出機之一螺桿將熔融之該預混物擠過兩片共72孔之噴絲板，藉以押出連續的複數長細絲，該複數長細絲經過一氣冷通道固化後，收捏按入一撚絲油座成單一絲束，即構成該生質複合纖維，該生質複合纖維抽繞於一捲收輪組上再纏定於一紗筒；其中，調控紡絲速度約為340m/min。藉此，即可以預取向絲法紡得該生質複合纖維，該生質複合纖維為亮銀白色長絲，細度約為13.2dpf（Denier per Filament）之紗捲。
實施例2：
稱取已烘乾之聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯80wt.％、聚乳酸12wt.％、聚乙烯醇4wt.％、蒙旦蠟0.5wt.％、大豆環氧油1.5wt.％及奈米碳酸鈣2wt.％，依序放入一高速攪拌機內以均勻混合為該預混物。
將上述之該預混物倒入一雙螺桿造粒機之一進料漏斗中並開始加熱。當該雙螺桿造粒機之一加熱段達一設定溫度時，開始將該預混物依序進行拉條、冷卻及切割處理，以產出複數初始料粒。其中，該預混物於190°C、2.16kg之負荷下的熔融指數約為39.2gm/10min。
將該複數初始料粒放入一抽絲機之一進料漏斗內，當該抽絲機之一加熱段達一設定溫度時，將熔融之該預混物押出連續的複數長絲，該複數長絲固化形成該生質複合纖維，該複數長絲經捲收輪而纏定於一紗筒；其中，調控紡絲速度約為300m/min至400m/min。該生質複合纖維為白色紗捲，其細度約為10dpf。
實施例3：
以一量筒量取精餾過之木醋液75wt.％，另量取無水甘油25wt.％，二者一齊置入一1L燒杯中開始加熱、攪拌以形成一混合物，控制該混合物於62°C至68°C下蒸煮4小時，直到其重量減少至原來的80wt.％左右再停止攪拌及加熱，待冷卻後即為天然生物性的該抑菌劑。
稱取已烘乾之聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯75wt.％、聚乳酸15wt.％、聚乙烯醇4.5wt.％、蒙旦蠟0.5wt.％、環氧大豆油1.8wt.％、奈米碳酸鈣1.2wt.％及前述之該抑菌劑2wt.％，依序將前述之材料放入一高速攪拌機內混合均勻以形成該預混物。
將前述之該預混物倒入一雙螺桿造粒機之一進料漏斗中，當該雙螺桿造粒機之一加熱段達一設定溫度時，開始將該預混物依序進行拉條、冷卻及切割處理，以產出複數初始料粒。其中，該預混物於190°C、2.16kg之負荷下的四個熔融指數之平均值約為49gm/10min。
將該複數初始料粒放入一抽絲機之一進料漏斗內，當該抽絲機之一加熱段達一設定溫度時，將熔融之該預混物擠過一噴絲板以押出連續細密垂漂的複數長絲，該複數長絲收束置入一撚絲油座成單一絲束而形成該生質複合纖維，該生質複合纖維抽繞過定轉速的三至四對捲收輪組再纏定於一紗筒；其中，該生質複合纖維為細度約為5.5dpf且呈淡蜜茶色、具木醋味的紗捲。
實施例4：
稱取精餾過之木醋液60wt.％、界面活性劑1.5wt.％及檸檬酸三丁酯38.5wt.％，一齊置入一1L燒杯中開始加熱、攪拌以形成一混合物，控制該混合物於69°C至74°C下蒸煮4小時，直到其重量減少至原來的50wt.％左右再停止攪拌及加熱，待冷卻後即為天然生物性的該抑菌劑。
稱取已烘乾之聚琥珀酸丁二醇酯30wt.％、聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯40wt.％、聚乳酸22wt.％、聚乙烯醇3wt.％及前述之該抑菌劑5wt.％，依序將前述之材料放入一高速攪拌機內混合均勻以形成該預混物。
將前述之該預混物倒入一雙螺桿造粒機之一進料漏斗中，當該雙螺桿造粒機之一加熱段達一設定溫度時，開始將該預混物依序進行拉條、冷卻及切割處理，以產出複數初始料粒。其中，該預混物於190°C、2.16kg之負荷下的四個熔融指數之平均值約為47.3gm/10min。
將該複數初始料粒放入一熔噴機之一進料漏斗中，當該熔噴機之一加熱段達一設定溫度時，轉動螺桿調整該熔噴機之噴氣壓力以讓熔融之該複數初始料粒擠過一T型熔噴模頭，吹斷噴出之短絲流附著於一定速負吸輸送帶上，再經一輾壓輥筒組捲繞成不織布絲餅。
無
無

Claims (8)

  1. 一種生質複合纖維，包括：至少一生質聚合物，包括聚琥珀酸丁二醇酯(Bio-Polybutylene succinate,Bio-PBS)、聚乳酸(Polylactic acid,PLA)及聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯(Poly(butylene adipate-co-terephthalate),PBAT)至少其中一者；至少一有機互容劑，包括甘油(Glycerol)、蒙旦蠟(Montan wax)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)、檸檬酸丁三酯(Tributyl citrate,TBC)及環氧大豆油(Epoxidized soybean oil,ESO)至少其中一者；及複數填充顆粒；其中，於該生質複合纖維中，該至少一生質聚合物之重量百分比不小於80wt.%，該至少一有機互容劑之重量百分比介於1wt.%至10wt.%，該複數填充顆粒之重量百分比介於0.5wt.%至5wt.%。
  2. 如請求項1所述的生質複合纖維，另包括一抑菌劑，其中該抑菌劑於該生質複合纖維中之重量百分比介於1wt.%至10wt.%。
  3. 如請求項2所述的生質複合纖維，其中該抑菌劑包括精餾木醋液(Distilled pyroligneous acid)、精餾竹醋液(Distilled bamboo vinegar)、木醋粉(Vinegar powder)、苦茶籽粉(Camellia washing powder)至少其中一者。
  4. 如請求項3所述的生質複合纖維，其中該抑菌劑另包括甘油、Triton X-100及檸檬酸三丁酯至少其中一者。
  5. 如請求項3所述的生質複合纖維，另包括複數填充顆粒，其中於該生質複合纖維中，該至少一生質聚合物之重量百分比介於90wt.%至97wt.%，該至少一有機互容劑之重量百分比介於1.5wt.%至7wt.%，該複數填充顆粒之重 量百分比介於0.5wt.%至2.5wt.%，該抑菌劑之重量百分比介於1wt.%至6wt.%；該複數填充顆粒包括奈米碳酸鈣及氧化鈣至少其中一者；及該抑菌劑包括木醋液。
  6. 一種生質複合纖維之製法，包括以下步驟：備一預混物，該預混物包括不小於80wt.%之至少一生質聚合物及1wt.%至10wt.%之至少一有機互容劑；加熱熔融該預混物形成一熔體，且該熔體於190℃下之熔融指數(Melt Flow Index,MI)控制於30gm/10min至55gm/10min之間；及將該熔體紡絲形成一生質複合纖維；其中，該至少一生質聚合物包括選自聚琥珀酸丁二醇酯、聚乳酸及聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯至少其中一者之一材料；該至少一有機互容劑包括選自甘油、蒙旦蠟、聚乙烯醇、檸檬酸丁三酯及環氧大豆油至少其中一者之一材料。
  7. 一種生質複合纖維之製法，包括以下步驟：備一預混物，該預混物包括不小於80wt.%之至少一生質聚合物及1wt.%至10wt.%之至少一有機互容劑，並選擇性加入一抑菌劑與複數填充顆粒至少其中一者；加熱熔融該預混物形成一熔體；及將該熔體紡絲形成一生質複合纖維；其中，該至少一生質聚合物包括選自聚琥珀酸丁二醇酯、聚乳酸及聚己二酸-對苯二甲醇丁二醇酯至少其中一者之一材料；該至少一有機互容劑包括選自甘油、蒙旦蠟、聚乙烯醇、檸檬酸丁三酯及環氧大豆油至少其中一者之一材料；該抑菌劑包括選自精餾木醋液、精餾竹醋液、木醋粉、苦茶籽粉至少其中一者之一活性成分；該複數填充顆粒選自奈米碳酸鈣及氧化鈣至少其中一者。
  8. 如請求項7所述的生質複合纖維之製法，其中另混合不小於60wt.%之該活性成分與一助劑並於一加熱溫度下加熱至少3小時形成該抑菌劑，該加熱溫度介於62℃至74℃之間，該助劑選自甘油、Triton X-100及檸檬酸三丁酯至少其中一者。
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