一种可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无纺布切片及其制备方法，特别涉及一种可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片及其制备方法，属于无纺布制造技术领域。

背景技术

无纺布即非织造布是通过物理或化学的方法对高分子聚合物、纤维集合体进行固结而形成的新型柔性材料。无纺布作为一种新型纺织品，以其低廉的生产成本和优异的性能而备受关注，在众多应用领域，它完全可以取代甚至超越传统的机织物和针织面料。无纺布工业被誉为纺织工业中的"朝阳工业"。

世界各地无纺布的需求和消费增长迅速。全球无纺布的生产主要集中在亚洲、北美和欧洲。我国是亚洲最大生产国，占亚洲地区无纺布总产量的60％左右，已经成为全球最大的无纺布生产国和消费国。根据中国产业用纺织品行业协会的统计数据显示，2012至2016年，中国无纺布产量保持在11.7％的年均复合增长率快速增长；2016年，中国无纺布产量约为526.3万t，同比增长8.5％；2017年，中国无纺布产量达到548.5万t，占全球无纺布产量比重超过40％；2019年，我国无纺布产量突破621万吨，同比增长4.7％；2020年1-9 月我国无纺布产量达到427.59万吨，同比增长14.03％，出口96.9万吨，同比增长26.2％。

随着无纺布的广泛应用，无纺布废弃物成为我们不得不面临的问题。目前，无纺布的主要原料为不可降解的聚丙烯(PP)，其废弃后若焚烧将产生有害气体，掩埋或抛弃到土壤中难以发生被微生物降解，给环境保护带来了巨大的压力。

聚乳酸(PLA)是一种可全生物降解聚合物。PLA大致的生命周期如图1所示，玉米、马铃薯等可再生资源发酵得到乳酸，乳酸合成丙交酯，丙交酯进一步反应得到PLA，PLA经过各种加工处理技术得到无纺布、衣物、汽车装饰等各种制品。PLA制品及其废弃物可通过堆肥、焚烧、填埋等方式处置，且最终形成CO

发明内容

为拓宽可降解无纺布在医疗等中高端行业的应用，本发明的目的在于提供一种可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片及其制备方法。本发明以聚乳酸和改性壳聚糖及增容剂熔融共混，制备出具有优良性能的可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片，以解决制品抗菌性、相容性等方面的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片，所述无纺布切片由下述质量份的原料组合制成：聚乳酸 80～99份、改性壳聚糖1～10份、增容剂0～10份，以使本发明所提供的可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片性能更加优良。

进一步地，在上述技术方案中，其中所述聚乳酸为左旋聚乳酸和右旋聚乳酸中的至少一种，聚乳酸的数均分子量为100～500kDa，玻璃化转变温度为45～65℃，熔点为150～220℃，拉伸强度为20～ 50MPa，熔融指数(190℃，2.16kg)为20～100g/10min。

进一步地，在上述技术方案中，增容剂优选1-8份。

进一步地，在上述技术方案中，所述改性壳聚糖通过以下方法制备，先将壳聚糖溶解到溶剂中，然后加入可降解水溶性聚酯和甘油搅拌混合，反应完后除去溶剂，制得改性壳聚糖；所述溶剂选自盐酸、甲酸、乙酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸等许多稀的无机酸或某共有机酸中；所述甘油可替换为丙二醇、乙二醇。

进一步地，在上述技术方案中，所述壳聚糖的分子量20～300kDa，脱乙酰度50～99％。

进一步地，在上述技术方案中，壳聚糖与可降解水溶性聚酯与甘油的用量质量比为1:1～10:0.2～1；所述可降解水溶性聚酯重均分子量为8000～50000。

进一步地，在上述技术方案中，其中所述的增容剂为下述物质中的至少一种：马来酸酐接枝聚乳酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯-苯乙烯接枝聚乳酸、马来酸酐-苯乙烯接枝聚乳酸。

本发明还提供一种上述可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片的制备方法，其过程如下：将权利40～80℃的条件下干燥8～24h后，按上述比例在通过混炼设备挤出造粒，挤出机温度140～230℃，转速为15～80r/min，得到所述可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片。

进一步地，在上述技术方案中，其中所述混炼设备为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

进一步地，在上述技术方案中，其中当所述熔融共混在单、双螺杆挤出机中进行时，所述熔融共混的过程如下：将混合后的所述各组分自单、双螺杆挤出机的料斗下料，粒料经过一、二、三区输送、熔融、密炼后，到模头挤出造粒。

进一步地，在上述技术方案中，其中当所述熔融共混在双螺杆挤出机中进行时，所述双螺杆挤出机的各段温度和模头温度设定如下：第一区温度范围在140℃～160℃，第二区温度范围在165～200℃，第三区温度范围在170～230℃，模头温度范围在130～160℃，转速20～50 r/min。

进一步地，在上述技术方案中，当所述熔融共混在单螺杆挤出机中进行时，所述单螺杆挤出机的各段温度和模头温度设定如下：第一区温度范围在140℃～160℃，第二区温度范围在165～200℃，第三区温度范围在170～230℃，模头温度范围在130～160℃，转速为15～80 r/min。

本发明具有以下有益效果：

本发明方法采用改性壳聚糖与聚乳酸熔融共混，获得具有良好抗菌性能和柔韧性，同时力学性能和热学性能良好的可生物降解抗菌聚乳酸无纺布切片。本发明制备方法所得的可生物降解抗菌纺粘无纺布切片对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率达到99.9％，断裂伸长率可达83.42％。

本发明所提供的可生物降解抗菌无纺布切片可广泛应用于制备医用口罩、医用防护服等材料。

附图说明

图1为PLA的生命周期图。

具体实施方式

下述实施例中所述的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本发明实施例中所用的聚乳酸购于安徽丰原集团有限公司，数均分子量为250kDa，拉伸强度为30～40MPa，断裂伸长率为10～70％，玻璃化温度为55～60℃，熔点为155～170℃。

本发明实施例中所用的壳聚糖购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，分子量为50kDa，脱乙酰度为≥95％。

本发明实施例中所用的可降解水溶性聚酯购于山东巨业精细化工有限公司，是一种以对苯二甲酸和乙二醇为原料，引入亲水基及改性剂制成的新型水溶性高分子聚合物，具有优良的可降解性。粘度： 8～18mPa.s，pH值6～7。

以下通过具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

先将1份壳聚糖分散到乳酸溶剂中，然后加入1份可降解水溶性聚酯和1份丙二醇搅拌混合，充分混合后干燥除去乳酸溶剂，制得改性壳聚糖。

按下列质量份数称取各组分：

左旋聚乳酸99份；改性壳聚糖1份。

制备工艺如下：

将上述各组分在烘箱中60℃干燥12小时，干燥后的各组分按比例置于双螺杆挤出机中熔融共混造粒；挤出机转速为20r/min，得到可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片1。

温度设置如下:

一区：140℃

二区：165℃

三区：170℃

模头：130℃

实施例2

先将1份壳聚糖分散到乙酸溶剂中，然后加入10份可降解水溶性聚酯和0.2份乙二醇搅拌混合，充分混合后干燥除去乙酸溶剂，制得改性壳聚糖。

按下列质量份数称取各组分：

右旋聚乳酸90份；改性壳聚糖10份。

制备工艺如下：

将上述各组分在烘箱中60℃干燥12小时，干燥后的各组分按比例置于双螺杆挤出机中熔融共混造粒；挤出机转速为40r/min，得到可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片2。

温度设置如下:

一区：140℃

二区：165℃

三区：170℃

模头：130℃

实施例3

先将1份壳聚糖分散到乙酸溶剂中，然后加入10份可降解水溶性聚酯和0.2份甘油搅拌混合，充分混合后干燥除去乙酸溶剂，制得改性壳聚糖。

按下列质量份数称取各组分：

右旋聚乳酸80份；改性壳聚糖10份；马来酸酐接枝聚乳酸10 份。

制备工艺如下：

将上述各组分在烘箱中60℃干燥12小时，干燥后的各组分按比例置于双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机转速为40r/min，得到可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片3。

温度设置如下：

一区：160℃

二区：185℃

三区：190℃

模头：145℃

实施例4

先将1份壳聚糖分散到乙酸溶剂中，然后加入10份可降解水溶性聚酯和0.2份甘油搅拌混合，充分混合后干燥除去乙酸溶剂，制得改性壳聚糖。

按下列质量份数称取各组分：

右旋聚乳酸80份；改性壳聚糖10份；马来酸酐接枝聚乳酸10 份。

制备工艺如下：

将上述各组分在烘箱中60℃干燥12小时，干燥后各组分按比例在单螺杆挤出机挤出造粒；挤出机转速为80r/min，得到可生物降解抗菌聚乳酸纺粘无纺布切片4。

温度设置如下：

一区：160℃

二区：200℃

三区：210℃

模头：160℃

参照例

将右旋聚乳酸100份在烘箱中60℃干燥12小时，干燥后置于密炼机中挤出造粒，密炼机转速为40r/min，得到可生物降解聚乳酸纺粘无纺布切片。

温度设置如下：

一区：160℃

二区：185℃

三区：190℃

模头：145℃

在室温下，控制60～70％的相对湿度，将裁好的上述实施例1～4 和参照例所制备的可生物降解无纺布切片小薄板(50×50mm)，以 GB/T 31402-2015为标准，采用琼脂平板扩散法测定材料的抗菌性能，并评价其对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538P)和大肠杆菌(ATCC8739) 的抑制作用。数据见表1。

上述实施例1～4和参照例所制备的可生物降解无纺布切片的力学性能采用WDW-1微机控制电子万能试验机测试，试样尺寸如下：标准哑铃型样条(4mm×75mm)，试验速度15mm/min，实验重复3～5 次，取平均值，即得所述可生物降解无纺布切片的拉伸强度，断裂伸长率，数据见表1。

上述实施例1～4和参照例所制备的可生物降解无纺布切片取约 5mg装进氧化铝坩埚放入STA449 F5同步热分析仪样品池，测试条件为50mL/min高纯N

上述实施例1～4和参照例所制备的可生物降解无纺布切片取约 5mg装入氧化铝坩埚放入STA449 F5同步热分析仪样品池中，测试条件为50mL/min高纯N

表1可生物降解无纺布切片实施案例1～4和参照例的性能

由表1可知，改性壳聚糖的加入，使可生物降解无纺布切片的抗菌性和柔韧性得到不同程度的提高，本发明所提供的可生物降解纺粘无纺布切片对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率达到99.9％，断裂伸长率最高可达83.42％。

以上仅为本发明所列举的较佳实施例，并非用以限制本发明的保护范围，所属技术领域中的普通技术人员运用本发明所作的等效修饰或变化(以本发明可生物降解的熔喷无纺布切片制备医用口罩、医用防护服等材料)，均同理应属于本发明的专利保护范围。