聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法及聚乳酸超細(xì)纖維的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法及聚乳酸超細(xì)纖維。本發(fā)明的制備方法是將30～60重量份的纖維級(jí)聚乳酸與40～70重量份的聚烯烴混合均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中進(jìn)行共混熔融并擠出紡絲，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚烯烴共混海島纖維；然后將得到的纖維級(jí)聚乳酸/聚烯烴共混海島纖維置于有機(jī)溶劑中，使所述的聚烯烴溶解在所述的有機(jī)溶劑中以除去共混海島纖維中的聚烯烴。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單高效，不需添加第三組分相容劑，就可制備出島相分布均勻且直徑細(xì)的共混海島纖維，且能完全剝離。按照本發(fā)明的制備方法制備出的聚乳酸超細(xì)纖維的直徑為10～500nm，該超細(xì)纖維具有良好的手感、柔軟、吸濕透氣、生物相容性等。
【專利說(shuō)明】聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法及聚乳酸超細(xì)纖維
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超細(xì)纖維，特別涉及采用纖維級(jí)聚乳酸和聚烯烴共混熔融紡絲進(jìn)行制備聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法，以及由該制備方法得到的聚乳酸超細(xì)纖維。
【背景技術(shù)】
[0002]超細(xì)纖維的定義目前國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常，將單根纖維的直徑小于5微米的纖維統(tǒng)稱為超細(xì)纖維。由于超細(xì)纖維具有直徑小、比表面積大、良好的機(jī)械和電磁學(xué)性能，因此在國(guó)防軍工、航空航天、安全防護(hù)、生物醫(yī)用、信息技術(shù)、電子工程等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中已知的超細(xì)纖維的制造方法有很多種，包括直接紡絲法、復(fù)合紡絲法、共混海島法、拉拔法、模板合成法、界面聚合法、相分離法、生物法以及閃蒸紡絲法等，其中已工業(yè)化的技術(shù)有直接紡絲法、復(fù)合紡絲法和共混紡絲法。在這幾種方法中，共混紡絲法因?yàn)閷?duì)設(shè)備和技術(shù)相對(duì)要求低，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，所制備出的超細(xì)纖維的細(xì)度小等優(yōu)點(diǎn)而日益發(fā)展。其原理是將部分相容或非相容的聚合物共混物熔融紡絲，得到基體-微纖(海-島)型共混纖維，然后溶解除去基體相，就可以得到分散相的聚合物超細(xì)纖維。由于纖維成形過(guò)程中的取向和結(jié)晶作用，該方法所得的超細(xì)纖維具有較好的物理機(jī)械性能。
[0004]聚乳酸是一種可生物降解的脂肪族聚酯，可以由可再生作物合成，最終降解成CO2, H2O等，對(duì)環(huán)境污染小，其纖維兼有天然纖維和合成纖維的優(yōu)點(diǎn)。如果使聚乳酸纖維的直徑降低至I微米甚至500nm以下，使聚乳酸纖維織物具有良好的手感、柔軟、吸濕透氣、t匕表面積大、良好的生物相容性，可促使其在生物醫(yī)用材料、高檔服裝面料、紡織材料等方面的應(yīng)用，推動(dòng)綠色環(huán)保型材料的開(kāi)發(fā)和相關(guān)領(lǐng)域的科技進(jìn)步。目前關(guān)于共混紡絲法制備聚乳酸超細(xì)纖維已有專利報(bào)道。
[0005]如東華大學(xué)在CN201010195490.7中公開(kāi)了聚乳酸微納米纖維及其制備方法。采用聚乳酸和水溶性聚酯共混物進(jìn)行熔融紡絲，得到共混纖維，而后以溶劑水除掉水溶性聚酯得到聚乳酸微納米纖維。纖維的直徑范圍為50?500nm，共混纖維中聚乳酸的最高重量比例為50%。在共混紡絲法制備聚乳酸超細(xì)纖維技術(shù)中，聚乳酸是被保留的超細(xì)纖維的組份，與其共混的組份最終要被除出，因此，盡可能提高聚乳酸在共混組成物中的比例，可提高生產(chǎn)效率，同時(shí)減少基體相和溶劑的回收量，使生產(chǎn)成本降低。在CN201010195490.7的制備方法中，聚乳酸的最高含量只能達(dá)到50%，限制了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。另一方面，該技術(shù)的基體相是水溶性聚酯，在熱水溶除過(guò)程中水溶性聚酯可降解生成分子量低的化合物，不利于基體相的回收和利用。
[0006]為了降低成本，需要提高聚乳酸在共混物中的比例。但是聚乳酸含量增加，尤其是超過(guò)50wt%，不易形成分散相。即使形成分散相，聚乳酸所占的比例越高，則分散相聚乳酸的島相直徑也會(huì)增大，影響了產(chǎn)品的最終性能。
[0007]本案發(fā)明人通過(guò)研究，選取了與聚乳酸非相容的聚烯烴為共混組份，通過(guò)選擇合適的共混組份的熔體粘度比和加工條件，開(kāi)發(fā)出高組成比的聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法。本發(fā)明的制備方法的生產(chǎn)效率高，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種采用聚乳酸和聚烯烴共混熔融紡絲進(jìn)行制備聚乳酸超細(xì)纖維的方法。
[0009]本發(fā)明的再一目的是提供采用聚乳酸和聚烯烴共混熔融紡絲制備得到的聚乳酸超細(xì)纖維。
[0010]本發(fā)明的聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法包括以下步驟:
[0011](I)以纖維級(jí)聚乳酸的重量份為基準(zhǔn)，將30?60重量份(優(yōu)選為50?60重量份)的纖維級(jí)聚乳酸與40?70重量份(優(yōu)選為40?50重量份)的聚烯烴混合均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中進(jìn)行共混熔融并擠出紡絲，經(jīng)拉伸熱定型，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚烯烴共混海島纖維:
[0012](2)將步驟(I)得到的纖維級(jí)聚乳酸/聚烯烴共混海島纖維置于有機(jī)溶劑中，使所述的聚烯烴溶解在所述的有機(jī)溶劑中以除去共混纖維中的聚烯烴，得到聚乳酸超細(xì)纖維。
[0013]所述的纖維級(jí)聚乳酸的熔融指數(shù)為10?25g/10min。
[0014]所述的纖維級(jí)聚乳酸可以是聚乳酸及其共聚物或者它們的共混物。
[0015]所述的聚烯烴的熔融指數(shù)為25?50g/10min。
[0016]所述的聚烯烴是聚乙烯或聚丙烯，優(yōu)選為低密度聚乙烯。
[0017]步驟(I)中所述的共混熔融并擠出紡絲的溫度為190?210°C。
[0018]步驟(2)中所述的有機(jī)溶劑為可溶解所述的聚烯烴的烴類溶劑，優(yōu)選為二甲苯。溶解所述的聚烯烴時(shí)，最好在加熱狀態(tài)下進(jìn)行，一般溶解溫度控制在80?95°C，溶解的時(shí)間為0.5?4小時(shí)，較佳的溶解的時(shí)間為I?3小時(shí)。
[0019]由本發(fā)明的制備方法得到的聚乳酸超細(xì)纖維的組分為100%聚乳酸；聚乳酸超細(xì)纖維的單纖維的直徑為10?500nm，較佳的所述的聚乳酸超細(xì)纖維的單纖維的直徑為30?200nmo
[0020]在本發(fā)明的方法中，通過(guò)選擇不同熔融指數(shù)的纖維級(jí)聚乳酸與聚烯烴以控制共混組份的粘度比，可提高共混組份中的聚乳酸的比例，在纖維級(jí)聚乳酸與聚烯烴的高比例的條件下仍然能成為分散相。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單高效，不需添加第三組分相容劑，就可制備出島相分布均勻且直徑細(xì)的共混海島纖維，且能完全剝離。本發(fā)明的方法得到的基體相和溶劑回收技術(shù)可利用現(xiàn)有的聚酰胺超細(xì)纖維生產(chǎn)裝置中的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。按照本發(fā)明的制備方法制備出的聚乳酸超細(xì)纖維的直徑為10?500nm，該超細(xì)纖維由于具有良好的手感、柔軟、吸濕透氣、生物相容性等，可應(yīng)用于生物醫(yī)用材料、高檔服裝面料以及紡織材料等方面。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1.本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的聚乳酸超細(xì)纖維的掃描電鏡照片。
[0022]圖2.本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的聚乳酸超細(xì)纖維的掃描電鏡照片。
[0023]圖3.本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的聚乳酸超細(xì)纖維的掃描電鏡照片。
[0024]圖4.本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的聚乳酸超細(xì)纖維的掃描電鏡照片。[0025]圖5.本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的聚乳酸超細(xì)纖維的掃描電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但所述的實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。
[0027]實(shí)施例1.[0028]將熔融指數(shù)為15g/10min的纖維級(jí)聚乳酸切片在70°C下干燥12小時(shí)后，與熔融指數(shù)為25g/10min的聚乙烯樹(shù)脂按照共混重量比為30/70共混均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中，于190°C紡絲溫度下熔融并擠出紡絲，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維，經(jīng)80°C拉伸所得纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維的長(zhǎng)度2倍并定型，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品。 [0029]將纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品置于二甲苯中，纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維中的基體相成分聚乙烯在80°C的二甲苯中溶解4小時(shí)被除去，即得聚乳酸超細(xì)纖維。經(jīng)掃描電鏡觀察聚乳酸超細(xì)纖維的直徑范圍為10~270nm，平均直徑在67nm左右(見(jiàn)圖1)。
[0030]實(shí)施例2.[0031]將熔融指數(shù)為15g/10min的纖維級(jí)聚乳酸切片在70°C下干燥12小時(shí)后，與熔融指數(shù)為35g/10min的聚乙烯樹(shù)脂按照共混重量比為40/60共混均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中，于200°C紡絲溫度下熔融并擠出紡絲，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維，經(jīng)80°C拉伸所得纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維的長(zhǎng)度2倍并定型，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品。
[0032]將纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品置于二甲苯中，纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維中的基體相成分聚乙烯在95°C的二甲苯中溶解0.5小時(shí)被除去，即得聚乳酸超細(xì)纖維。經(jīng)掃描電鏡觀察聚乳酸超細(xì)纖維的直徑范圍為36~272nm，平均直徑在88nm左右(見(jiàn)圖2)。
[0033]實(shí)施例3.[0034]將熔融指數(shù)為15g/10min的纖維級(jí)聚乳酸切片在70°C下干燥12小時(shí)后，與熔融指數(shù)為50g/10min的聚乙烯樹(shù)脂按照共混重量比為50/50共混均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中，于200°C紡絲溫度下熔融并擠出紡絲，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維，經(jīng)80°C拉伸所得纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維的長(zhǎng)度1.5倍并定型，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品。
[0035]將纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品置于二甲苯中，纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維中的基體相成分聚乙烯在85°C的二甲苯中溶解2小時(shí)被除去，即得聚乳酸超細(xì)纖維。經(jīng)掃描電鏡觀察聚乳酸超細(xì)纖維的直徑范圍為40~500nm，平均直徑在143nm左右(見(jiàn)圖3)。
[0036]實(shí)施例4.[0037]將熔融指數(shù)為25g/10min的纖維級(jí)聚乳酸切片在70°C下干燥12小時(shí)后，與熔融指數(shù)為50g/10min的聚乙烯樹(shù)脂按照共混重量比為50/50共混均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中，于210°C紡絲溫度下熔融并擠出紡絲，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維，經(jīng)80°C拉伸所得纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維的長(zhǎng)度2倍并定型，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品。
[0038]將纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品置于二甲苯中，纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維中的基體相成分聚乙烯在85°C的二甲苯中溶解3小時(shí)被除去，即得聚乳酸超細(xì)纖維。經(jīng)掃描電鏡觀察聚乳酸超細(xì)纖維的直徑范圍為35~173nm，平均直徑在83nm左右(見(jiàn)圖4)。[0039]實(shí)施例5.[0040]將熔融指數(shù)為10g/10min的纖維級(jí)聚乳酸切片在70°C下干燥12小時(shí)后，與熔融指數(shù)為35g/10min的聚乙烯樹(shù)脂按照共混重量比為60/40共混均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中，于210°C紡絲溫度下熔融并擠出紡絲，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維，經(jīng)80°C拉伸所得纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯初生纖維的長(zhǎng)度1.5倍并定型，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品。
[0041]將纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維成品置于二甲苯中，纖維級(jí)聚乳酸/聚乙烯共混海島纖維中的基體相成分聚乙烯在95°C的二甲苯中溶解I小時(shí)被除去，即得聚乳酸超細(xì)纖維。經(jīng)掃描電鏡觀察聚乳酸超細(xì)纖維的直徑范圍為38~361nm，平均直徑在114nm左右(見(jiàn)圖5)。
【權(quán)利要求】
1.一種聚乳酸超細(xì)纖維的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟: (1)以纖維級(jí)聚乳酸的重量份為基準(zhǔn)，將30?60重量份的纖維級(jí)聚乳酸與40?70重量份的聚烯烴混合均勻，然后加入到螺桿紡絲機(jī)中進(jìn)行共混熔融并擠出紡絲，經(jīng)拉伸熱定型，制備得到纖維級(jí)聚乳酸/聚烯烴共混海島纖維； (2)將步驟(I)得到的纖維級(jí)聚乳酸/聚烯烴共混海島纖維置于有機(jī)溶劑中，使所述的聚烯烴溶解在所述的有機(jī)溶劑中以除去共混纖維中的聚烯烴，得到聚乳酸超細(xì)纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的纖維級(jí)聚乳酸的重量份為50?60重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征是:所述的纖維級(jí)聚乳酸的熔融指數(shù)為 10 ?25g/10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的聚烯烴的重量份為40?50重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的溶解聚烯烴時(shí)的溶解溫度為80?95°C，溶解的時(shí)間為0.5?4小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4或5所述的制備方法，其特征是:所述的聚烯烴是聚乙烯或聚丙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是:所述的聚烯烴的熔融指數(shù)為25?50g/10mino
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的共混熔融并擠出紡絲的溫度為190 ?210°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是:所述的有機(jī)溶劑為二甲苯。
10.一種由權(quán)利要求1?9任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的聚乳酸超細(xì)纖維，其特征是:所述的聚乳酸超細(xì)纖維的單纖維的直徑為10?500nm。
【文檔編號(hào)】D01F11/04GK103541040SQ201210237360
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】張秀芹, 王銳, 靳高嶺, 熊祖江, 朱志國(guó), 王篤金 申請(qǐng)人:北京服裝學(xué)院