一种聚乳酸复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乳酸复合纤维及其制备方法，该复合纤维具有皮芯结构，皮芯结构的芯层材料为聚丙烯，皮层材料为聚乳酸/聚己内酯共混物；制备方法为：将干燥后的聚乳酸、聚己内酯切片与马来酸酐、引发剂放入螺杆挤出机中熔融共混，挤出得到皮层材料熔体，将聚丙烯放入另一螺杆挤出机中熔融，挤出得到芯层材料熔体，然后各自计量后进入复合纺丝箱，通过皮芯复合喷丝组件进行纺丝，牵伸。与现有技术相比，本发明专利技术的聚乳酸复合纤维增加了聚乳酸纤维的柔韧性与拉伸强度，并在一定程度上增加了聚乳酸纤维的疏水性，使其具有更广泛的用途。

A poly (lactic acid) composite fiber and its preparation method

The invention relates to a polylactic acid composite fiber and a preparation method thereof. The composite fiber has skin core structure, the core layer of skin core structure material is polypropylene for the cladding material of polylactic acid / polycaprolactone blends; the preparation method is as follows: the dried polylactic acid, polycaprolactone and maleic anhydride, slice the initiator into the screw extruder extrusion melt blending, get skin material melt, polypropylene into another screw extruder melt extrusion, extruding the core material melt, then each measurement into the composite spinning box, through the skin core composite spinneret assembly for spinning, drafting. Compared with the existing technology, the polylactic acid composite fiber of this invention increases the flexibility and tensile strength of polylactic acid fiber, and increases the hydrophobicity of PLA fiber to a certain extent, making it more widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸复合纤维及其制备方法
本专利技术高分子材料
，涉及一种聚乳酸复合纤维及其制备方法。
技术介绍
聚乳酸(PLA)纤维主要以天然可再生资源为原料，减小了对不可再生资源如石油的依赖性，同时兼具优异的力学性能和可降解性。随着人们对环境的日益重视和PLA合成的规模化和成本下降，及其应用领域的不断扩展，PLA纤维必将成为重要的纤维品种之一，有望在很多领域代替丙纶、涤纶和锦纶等传统化纤材料。从上世纪六、七十年代开始，多种纺丝方法包括湿法、干法、干湿法和熔纺被陆续用于制备PLA纤维。其中，熔纺具有不使用溶剂、污染小和生产效率高等优点，为工业生产所普遍采用。但是，用常规熔纺工艺生产的PLA纤维往往力学性能较差，较容易断裂，并且这种不稳定性在高温情况下更容易发生。公开号为CN1400343A的中国专利技术专利报道了一种在较高温度(90℃)下的强度在0.8cN/dtex以上的聚乳酸纤维，其中的L异构体或D异构体的聚乳酸分子链单独地形成31螺旋结构，因此具有比传统聚乳酸纤维优越得多的高温力学特性。但这种聚乳酸纤维的制备需要达到较复杂的热牵伸条件，设备和工艺成本较高。公开号为CN102634866A的中国专利技术专利报道了一种自增强聚乳酸纤维，将PLLA与PDLA共混并进行纺丝，其中L异构体的占比远大于D异构体的占比，意图在不增加成本的前提下利用PLA异构体的立构复合作用来增强纤维的力学性能以及高温稳定性。但是这种聚乳酸纤维因为其发生立构复合的结构在总的结构中占比不高，其力学性能增加的幅度不够大，效果不明显。众所周知，PLA的左旋(PLLA)和右旋(PDLA)光学异构体可通过共混结晶形成立构复合晶，具有比普通PLLA高40～70℃的熔点，因此很多研究者设想通过形成立构复合晶来提高PLA纤维的强度和力学性能。Takasaki等(J.Macromol.Sci.,2003,42:403-420)用熔纺方法制备了PLLA和PDLA等量混合纤维，虽然在1000～7500m/min的纺丝速度范围内均形成了立构复合晶，但PLA纤维的强度较低(<2.5cN/dtex)，而且当纺丝速度低于4000m/min时，在100℃的收缩率均大于10％，说明生产的PLA纤维的高温尺寸稳定性仍较差。同时，公知技术中形成立构复合晶都需要PLLA和PDLA的含量相同或接近，即PDLA的含量占原料的50％左右，而PDLA的成本远高于PLLA，所以造成原料成本大幅上升，是很不经济的。因此，有必要开发新的PLA纤维及其制备方法以满足大规模应用对其提出的在力学性能方面的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种聚乳酸复合纤维及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种聚乳酸复合纤维，其具有皮芯结构，皮芯结构的芯层材料为聚丙烯，皮层材料为聚乳酸/聚己内酯共混物，芯层材料与皮层材料的质量比为5-20:80-95。优选地，制备皮层材料的原料包括以下重量份含量的组分：优选地，所述的聚乳酸为PLLA型聚乳酸，重均分子量为110000-130000；所述的聚己内酯重均分子量为75000-90000。优选地，所述的引发剂为过氧化二异丙苯、过氢化苯甲酰、偶氮二异丁腈和2,5-二甲基-2,5-二叔丁基-过氧基乙烷中的任意一种或者几种混合物。所述的聚乳酸复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚丙烯、聚乳酸和聚己内酯干燥；(2)将包括聚乳酸和聚己内酯在内的制备皮层材料的原料放入螺杆挤出机中熔融共混，挤出得到皮层材料熔体；(3)将聚丙烯放入另一螺杆挤出螺杆挤出机中，熔融，挤出得到芯层材料熔体；(4)将皮层材料熔体和芯层材料熔体各自计量后按配比进入复合纺丝箱，然后通过皮芯复合喷丝组件进行纺丝，得到初生纤维；(5)将初生纤维进行牵伸，得到所述的聚乳酸复合纤维。优选地，步骤(1)中，将聚丙烯、聚乳酸和聚己内酯在70℃下真空干燥至含水率小于0.005％。优选地，步骤(2)中，螺杆挤出机的工作条件为：螺杆第一段温度为180-185℃，第二段温度为195-200℃，第三段温度为185-190℃；螺杆转速为60r/min，螺杆挤出压力控制在25-30MPa。优选地，步骤(3)中，螺杆挤出机的工作条件为：螺杆第一段温度为190-195℃，第二段温度为205-210℃，第三段温度为195-200℃；螺杆转速为60r/min，螺杆挤出压力控制在25-30MPa。优选地，步骤(4)中，纺丝速度为3000-3500m/min。优选地，步骤(5)中，牵伸温度为85-95℃，牵伸倍数为3-4倍。与现有技术相比，本专利技术通过马来酸酐与其相应的引发剂来提高聚乳酸与聚己内酯的相容性，形成聚乳酸/聚己内酯共混体系。在上述优选的原料组分和特定的工艺参数等条件下，聚己内酯能够增加聚乳酸的韧性，并且不改变纯聚乳酸的拉伸性能；通过马来酸酐和引发剂，极大地改善了聚乳酸与聚丙烯纤维的相容性，芯层放置的聚丙烯能够有效提高该体系的结晶性能，从而显著增强该复合纤维的强度与耐热性。同时该复合纤维在此原料配比下也不失去其生物降解性，从而也具有环境友好性能，具有大好前景。附图说明图1为本专利技术的聚乳酸复合纤维的横截面示意图。图中，1为芯层材料，2为皮层材料。具体实施方式参选以下本专利技术的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本专利技术的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。本文中所用的术语“包含”或“为”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。说明书与权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本专利技术并不限定于该具体数值，还包括与该数值接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本专利技术不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精确度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明，这些范围包括其间所含有的所有子范围。此外，本专利技术要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。对比例1一种聚乳酸复合纤维及其制备方法，包括以下步骤：(1)将原材料聚丙烯、聚乳酸、聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乳酸复合纤维，其特征在于，其具有皮芯结构，皮芯结构的芯层材料为聚丙烯，皮层材料为聚乳酸/聚己内酯共混物，芯层材料与皮层材料的质量比为5‑20:80‑95。

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸复合纤维，其特征在于，其具有皮芯结构，皮芯结构的芯层材料为聚丙烯，皮层材料为聚乳酸/聚己内酯共混物，芯层材料与皮层材料的质量比为5-20:80-95。2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合纤维，其特征在于，制备皮层材料的原料包括以下重量份含量的组分：3.根据权利要求2所述的一种聚乳酸复合纤维，其特征在于，所述的聚乳酸为PLLA型聚乳酸，重均分子量为110000-130000；所述的聚己内酯重均分子量为75000-90000。4.根据权利要求2所述的一种聚乳酸复合纤维，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二异丙苯、过氢化苯甲酰、偶氮二异丁腈和2,5-二甲基-2,5-二叔丁基-过氧基乙烷中的任意一种或者几种混合物。5.如权利要求1～4任一所述的聚乳酸复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚丙烯、聚乳酸和聚己内酯干燥；(2)将包括聚乳酸和聚己内酯在内的制备皮层材料的原料放入螺杆挤出机中熔融共混，挤出得到皮层材料熔体；(3)将聚丙烯放入另一螺杆挤出螺杆挤出机中，熔融，挤出得到芯层材料熔体；(4)将皮层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建波，谢鹏飞，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31