改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用。该改性聚乳酸非织造布的制备方法包括：先制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料，再以该具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，与聚乳酸材料混合制得聚乳酸复合材料；再对该聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，以及对该改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理的步骤。将该方法制得的具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，由于其具有较大的自由体积及其能与聚乳酸之间形成物理交联，能够发挥增塑和增韧的效果，提高聚乳酸的熔体强度、熔体流动性、改善纺丝工艺、增大纤维之间的粘接，提高纺丝效率和非织造布的质量。提高纺丝效率和非织造布的质量。提高纺丝效率和非织造布的质量。

【技术实现步骤摘要】
改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子复合材料
，特别是涉及一种改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]生物降解聚合物是高分子材料应用领域的一个主要发展趋势。聚乳酸作为一种由生物基原料得到的乳酸经过聚合而成的半结晶性聚合物，可经多种途径完全降解。经过几十年的发展，已经成为当前应用最为广泛的生物降解聚合物。其中，聚乳酸制成的纤维可作服装面料、家用材料、医用材料、非织造布材料、可生物降解的包装材料等，由聚乳酸或其纤维为原料制成的非织造布在医疗卫生领域得到了广泛应用。然而，聚乳酸具有熔点高、结晶性差、脆性大、极性低等特点，在加工和使用过程中与表现出低熔体流动性、结晶速度慢以及韧性差、耐冲击性能和驻极性能低等缺点。尤其是对聚合物的熔融流动性有较高要求的非织造布制造工艺及其产品性能会受到聚乳酸上述特点的不利影响。
[0003]经研究发现，（1）采用成核剂、增塑剂、增韧剂、增强剂、驻极体等对聚乳酸进行改性是提高聚乳酸非织造布的塑性、韧性、强度和驻极性能的有效途径。
[0004]比如，目前已报道一种将聚酰胺弹性体与烘干的聚乳酸母粒加入螺杆挤出机在160℃~180℃温度下熔融挤出，冷却造粒，得到熔喷专用改性聚乳酸切片，经熔喷，得到的改性聚乳酸熔喷非织造材料的技术方案，最终聚乳酸的强度和韧性有较好改善。或一种将质量分数3%~9%聚乙二醇，1%~3%电气石与聚乳酸共混的方案，能够在提高聚乳酸熔喷材料的强度和韧性的同时增加其静电吸附性能。
[0005]（2）采用生物可降解材料对聚乳酸进行改性，是保持和改善聚乳酸材料的生物降解能力，同时提高其结晶性、塑性、韧性和力学性能的技术趋势。采用生物降解聚合物，如聚ε
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己内酯、聚羟基脂肪酸酯、聚己二酸／对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸丁二醇酯等对聚乳酸进行共混改性可以提高共混物的韧性、结晶性等相应性能。
[0006]比如，目前已报道了一种聚乳酸/聚对苯二甲酸己二酸丁二酯熔喷过滤材料的制备方法，由以下质量份的组分通过熔喷加工工艺制成：90
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100份聚乳酸、1
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10份聚对苯二甲酸己二酸丁二酯和0
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1份增容剂；该方法虽然可以提高共混物的韧性和结晶性，但是，涉及不同化学结构组分之间的共混、引入多组分之间的分散和界面相容问题，需要进行各组分之间的增容改性，增加材料开发难度和制备工艺难度。或一种由聚乳酸、聚已内酯、聚羟基脂肪酸酯和聚己二酸丁二酸丁二醇酯通过复合喷头进行纺丝喷出制备皮芯型聚合物及其可降解复合纤维网织物的方案，利用各不同原料之间的相容性，弥补了单一组分的缺陷，进而制备出具有优良力学性能且可生物降解的环保材料。但该方法中材料的组分复杂，相互之间的混合需要特制的复合喷头，工艺较复杂。
[0007]（3）纤维素纳米材料，如纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶等，是由生物质—纤维素—经过一定的物理化学处理过程，得到的纤维状或者棒状的纳米材料，可用于提高聚合物材料的多种性能。
[0008]比如，目前已报道一种采用具有自组装能力的多酰胺类成核剂对纤维素纳米晶进行改性的方案，得到针状或棒状自组装结构的改性纤维素纳米晶，然后与聚乳酸进行复合得到具有串晶形态的聚乳酸/纤维素界面结构。其中多酰胺类成核剂不具有生物降解性能，且对纳米纤维素的改性过程中使用到有机溶剂，不利于过程的环保和绿色化。或一种聚乳酸/纳米纤维素可降解材料，采用微晶纤维素、聚乙二醇、硫酸、氢氧化钠，改善聚乳酸的强度的方案；或一种改性纳米纤维素增强聚乳酸的复合材料，用聚乙二醇改性的纳米纤维素和聚乳酸熔融制备复合材料的方案；或利用羟基磷灰石上的活性基团改性纳米纤维素，制成羟基磷灰石/纳米纤维素材料，然后采用双螺杆挤出机熔融共混的方法，制备聚乳酸复合材料的方案。上述方案采用纳米纤维素或改性纳米纤维素对聚乳酸进行改性的方法，工艺较复杂，增加材料开发和制备的难度。

技术实现思路

[0009]基于此，本专利技术的目的在于提供一种能够提高聚乳酸的熔体强度、熔体流动性、改善纺丝工艺、增大纤维之间的粘接，提高纺丝效率和非织造布的质量改性聚乳酸非织造布的制备方法。
[0010]技术方案如下：一种改性聚乳酸非织造布的制备方法，包括如下步骤：将改性纳米纤维素与乳酸在水中混合，得到混合分散液，所述改性纳米纤维素具有磺酸基团和羟基；将所述混合分散液加热搅拌至所述混合分散液的固含量为80%~95%，然后在140℃~180℃且压力为2kPa~6kPa的条件下进行1h~12h的原位催化熔融缩合聚合反应，所述反应过程中将析出的水分从反应体系中去除，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末；将所述粉末在70℃~120℃条件下保持0.1h~5h，然后在120℃~160℃且压力≤2kPa的条件下进行0.1h~20h的固相缩合聚合反应，制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料；以所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料混合，制得聚乳酸复合材料；对所述聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，再对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理。
[0011]在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素与具有多臂星形结构的聚乳酸材料的质量比为1:（0.5~5）。具有多臂星形结构的聚乳酸材料的分子量为1000~100000道尔顿。
[0012]在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素与所述乳酸的质量比为(0.5~5.0):100。
[0013]在一些实施方式中，含有磺酸基的所述改性纳米纤维素与含有羟基的所述改性纳米纤维素的质量比为(0.1~10):1。
[0014]在一些实施方式中，所述加热搅拌在60℃~80℃的真空条件下进行。
[0015]在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素的制备方法包括：用酸对纳米纤维素进行酸解或者用含磺酸基化合物对纳米纤维素进行改性。
[0016]在一些实施方式中，所述混合分散液中还包括具有其他纳米材料，所述其他纳米材料具有羟基和/或羧基，所述其他纳米材料选自纳米二氧化硅、蒙脱土、云母片、羟基磷灰
石、改性碳纳米管及改性石墨烯中的任意一种或多种。
[0017]在一些实施方式中，所述其他纳米材料与所述改性纳米纤维素的质量比为(0.1~10):1。
[0018]在一些实施方式中，所述粉末的粒径＜150μm。
[0019]在一些实施方式中，所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料与所述聚乳酸的质量比为1：（1~19）。
[0020]在一些实施方式中，所述聚乳酸的重均分子量＞130000 g/mol。
[0021]在一些实施方式中，混合所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料的方法为溶液共混或熔融共混。
[0022]在一些实施方式中，溶液共混所采用的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将改性纳米纤维素与乳酸在水中混合，得到混合分散液，所述改性纳米纤维素具有磺酸基团和羟基；将所述混合分散液加热搅拌至所述混合分散液的固含量为80%~95%，然后在140℃~180℃且压力为2kPa~6kPa的条件下进行1h~12h的原位催化熔融缩合聚合反应，所述反应过程中将析出的水分从反应体系中去除，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末；将所述粉末在70℃~120℃条件下保持0.1h~5h，然后在120℃~160℃且压力≤2kPa的条件下进行0.1h~20h的固相缩合聚合反应，制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料；以所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料混合，制得聚乳酸复合材料；对所述聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，再对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理。2.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述改性纳米纤维素与所述乳酸的质量比为(0.5~5.0):100；和/或所述加热搅拌在60℃~80℃的真空条件下进行。3.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述改性纳米纤维素的制备方法包括：用酸对纳米纤维素进行酸解或者用含磺酸基化合物对纳米纤维素进行改性。4.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述混合分散液中还包括具有其他纳米材料，所述其他纳米材料具有羟基和/或羧基，所述其他纳米材料选自纳米二氧化硅、蒙脱土、云母片、羟基磷灰石、改性碳纳米管及改性石墨烯中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述粉末的粒径＜150μm；和/或所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料与所述聚乳酸的质量比为1：（1~19）；和/或所述聚乳酸的重均分子量＞130000g/mol；和/或混合所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料的方法为溶液共混或熔融共混。6.根据权利要求5所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，溶液共混所采用的有机溶剂为二氯甲烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：田俊鹏，和玉光，郝思嘉，许婧，杨程，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：