一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纺织复合材料领域，具体是一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济水平的不断提高，人们更加注重周围环境和自身的健康，而生物可降解材料由于其具有优良的生物相容性和生物可降解性而引起人们的重视，同时生物可降解高分子材料的研究也日趋活跃。

聚乳酸纤维由于其在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，在自然界中能迅速循环消长，而备受瞩目。另外，其织物面料手感、悬垂性好，抗紫外线，具有较低的可燃性和优良的加工性能，适用于各种时装、休闲装、体育用品和卫生用品等，具有广阔的应用前景。

而现有的聚乳酸纤维通常都不具备抗菌效果，为了使聚乳酸纤维具备抗菌效果，通常需要对聚乳酸纤维进行改性，在聚乳酸纤维中或表面上添加抗菌剂。抗菌处理剂分为无机和有机抗菌剂，无机抗菌剂的添加量往往较大，容易影响纤维的纤维手感及机械性能，而有机抗菌剂具有添加量较少，抗菌效果好的优点，百里酚作为有机抗菌剂，具有突出的抑菌作用且抗菌谱较广，与聚乳酸具有良好的相容性。

现有的抗菌纤维纺丝方法主要有共混纺丝、复合纺丝和后整理法，复合纺丝所用抗菌剂较少、具有优异的耐水洗性能，但是其织造工艺较复杂、生产成本偏高。后整理法加工简单、抗菌效果好，但其耐摩擦和耐洗涤性能较差，抗菌效果持久性一般。共混纺丝是将抗菌组分和其它一些助剂与目标性高分子树脂充分混合后通过熔融纺丝方式制备出具有抗菌效果的纤维，该方法制备的抗菌纤维，不仅其表面含有抗菌组分，而且抗菌剂均匀分布在纤维内部，可通过缓慢向外渗透达到长效、持久、稳定的抗菌效果，是一种较为优异的抗菌纤维制备方法。

目前，尚无采用熔融纺丝法将聚乳酸与百里酚共混制备抗菌纤维的报道，有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法，通过选用百里酚作为抗菌剂，聚乳酸作为基体树脂，采用共混纺丝法，得到不仅在使用过程中具有较强且更持久抗菌性，使用完成后还能生物降解的抗菌纤维。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法，包括以下步骤：

S1，干燥称量：聚乳酸颗粒置于鼓风干燥箱中按温度梯度干燥12～48h，百里酚粉体置于真空干燥箱中干燥12～48h，按比例称取聚乳酸颗粒和百里酚粉体；

S2，混合挤出：将称取好的树脂颗粒与抗菌剂分别喂入双螺杆挤出机中熔融共混，经水浴冷却后固化成丝条；

S3，造粒：将固化后的丝条喂入造粒机，切成母粒，并将母粒置于鼓风干燥箱中按温度梯度干燥12～24h；

S4，纺丝：将干燥好的母粒喂入单螺杆挤出机中，从喷丝头喷出后经一定高度的空气浴，经一对热牵伸辊牵伸后卷绕，获得拉伸变形的聚乳酸抗菌纤维。

优选的是，所述聚乳酸和百里酚的质量分数分别为82～98wt％和2～18wt％，各组分之和为100wt％。

优选的是，步骤S1中，所述聚乳酸颗粒的干燥温度梯度为第一阶段为60～80℃，时间为4～8h；第二阶段为80～110℃，时间为5～8h；第三阶段为70～90℃，时间为3～32h；百里酚粉体干燥温度为40～50℃，时间为12～48h。

步骤S2中所述双螺杆挤出机有九个温区，各温控区及对应温度为：一区50～80℃，二区80～120℃，三区120～180℃，四区180～210℃，五区180～210℃，六区180～210℃，七区180～210℃，八区200～220℃，喷丝头温度为200～220℃。

优选的是，步骤S2中所述水浴长为3～5m，步骤S4中所述空气浴的高度为0.5～1m。

优选的是，步骤S4中所述单螺杆挤出机有六个温控区，各温控区及对应温度为：一区70～100℃，二区100～150℃，三区150～190℃，四区150～190℃，计量区温度150～190℃，喷丝头温度为150～190℃。

优选的是，步骤S4中所述热牵伸辊的温度低于70℃。步骤S4中牵伸的倍数为1.5～4倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为30～70m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为60～130m/min。

本发明还提供一种由上述制备方法制备的熔纺聚乳酸抗菌纤维，所述纤维的纤度为600～800D/24F，断裂强度为4～10N/dtex，断裂伸长率为200～500％，抑菌率为80.0％～99.9％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.采用熔融共混纺丝法制备出的聚乳酸抗菌纤维，不仅其表面包覆有抗菌剂，其纤维内部也具有分布均匀的抗菌组分，在使用过程中，纤维内部的抗菌剂可缓慢向外渗透来达到长效、持久、稳定的抗菌效果。

2.本发明对百里酚的含量进行了限定，在能够保证纤维的制成和抗菌效果的基础上，同时兼顾纤维的制成率及制备成本。

3.本发明探索出了聚乳酸抗菌纤维稳定的、复现性高的熔融纺丝条件，为聚乳酸纤维的稳定纺丝提供了参考。

4.本发明的制备工艺简单高效，绿色制备，工业应用前景广阔。

5.本发明制备出的聚乳酸抗菌纤维在自然堆肥环境下可自然降解，对人体无害且对环境无污染。

6.本发明制备的生物可降解抗菌纤维在土埋降解8周后便出现了明显的降解状态，且加入有机抗菌剂的生物可降解抗菌纤维的降解性优于生物可降解纯纤的降解性，为生物可降解纤维的降解研究提供了参考。

7.本发明制备的生物可降解抗菌纤维断裂伸长率明显优于生物可降解纯纤的断裂伸长率，为生物可降解材料力学性能的改善提供了新思路。

附图说明

图1是本发明实施例2所得熔纺聚乳酸抗菌纤维表面的电镜图；

图2是本发明实施例2所得熔纺聚乳酸抗菌纤维截面的电镜图；

图3是本发明实施例2所得熔纺聚乳酸抗菌纤维的实物照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的熔纺聚乳酸抗菌纤维的制备方法进行详细说明，具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

实施例1

一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1、干燥称量：聚乳酸颗粒置于鼓风干燥箱中先在60℃干燥4h，再于80℃干燥5h，最后于70℃干燥3h，百里酚粉体直接于40℃干燥12h，按质量称取聚乳酸颗粒和百里酚粉体，其中质量分数组成为：聚乳酸80wt％，百里酚20wt％。

步骤2、混合挤出：称量好的聚乳酸颗粒与百里酚粉体分别喂入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机有九个温区，各温控区及对应温度为：一区60℃，二区100℃，三区150℃，四区170℃，五区190℃，六区200℃，七区200℃，八区210℃，喷丝头温度为210℃，经3m水浴冷却后固化成丝；

步骤3、造粒：将固化后的丝条喂入造粒机，切成母粒，并将母粒置于鼓风干燥箱中按温度梯度干燥12h；

步骤4、纺丝：将干燥好的母粒喂入单螺杆挤出机中，各温控区及对应温度为：一区70℃，二区130℃，三区170℃，四区180℃，计量区温度180℃，喷丝头温度为180℃，从喷丝头喷出后经0.6m的空气浴，经一对70℃的热牵伸辊牵伸，牵伸倍数为1.5倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为40m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为60m/min，再以60m/min的卷绕速度进行卷绕，获得拉伸变形的聚乳酸抗菌纤维。

实施例2

一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1、干燥称量：聚乳酸颗粒置于鼓风干燥箱中先于70℃干燥5h，再于90℃干燥6h，最后于80℃干燥6h，百里酚粉体直接于40℃干燥17h，按质量称取聚乳酸颗粒和百里酚粉体，其中质量分数组成为：聚乳酸85wt％，百里酚15wt％；

步骤2、混合挤出：将称量好的聚乳酸颗粒与百里酚粉体分别喂入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机有九个温区，各温控区及对应温度为：一区70℃，二区110℃，三区160℃，四区180℃，五区200℃，六区210℃，七区210℃，八区210℃，喷丝头温度为210℃，经4m水浴冷却后固化成丝；

步骤3、造粒：将固化后的丝条喂入造粒机，切成母粒，并将母粒置于鼓风干燥箱中按温度梯度干燥16h；

步骤4、纺丝：将干燥好的母粒喂入单螺杆挤出机中，各温控区及对应温度为：一区80℃，二区130℃，三区170℃，四区190℃，计量区温度190℃，喷丝头温度为190℃，从喷丝头喷出后经0.7m的空气浴，经一对70℃的热牵伸辊牵伸，牵伸倍数为2倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为35m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为70m/min，再以70m/min的卷绕速度进行卷绕，获得拉伸变形的聚乳酸抗菌纤维，其表面和截面表观形貌见图1和图2，可以看到，抗菌剂均匀地分布在纤维的表面和截面，因此可以实现长久且持续地抗菌性能释放。图3为抗菌纤维的成品图，可见纤维粗细均匀，光泽柔和。

实施例3

一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1、干燥称量：聚乳酸颗粒置于鼓风干燥箱中先80℃干燥6h，再100℃干燥8h，最后90℃干燥8h，百里酚粉体直接40℃干燥22h，按质量称取聚乳酸颗粒和百里酚粉体，其中质量分数组成为：聚乳酸90wt％，百里酚10wt％；

步骤2、混合挤出：称量好的聚乳酸颗粒与百里酚粉体分别喂入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机有九个温区，各温控区及对应温度为：一区80℃，二区120℃，三区170℃，四区190℃，五区200℃，六区210℃，七区210℃，八区215℃，喷丝头温度为215℃，经5m水浴冷却后固化成丝；

步骤3、造粒：将固化后的丝条喂入造粒机，切成母粒，并将母粒置于鼓风干燥箱中按温度梯度干燥20h；

步骤4、纺丝：将干燥好的母粒喂入单螺杆挤出机中，各温控区及对应温度为：一区80℃，二区130℃，三区170℃，四区190℃，计量区温度190℃，喷丝头温度为185℃，从喷丝头喷出后经0.8m的空气浴，经一对70℃的热牵伸辊牵伸，牵伸倍数为2.5倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为40m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为100m/min，再以100m/min的卷绕速度进行卷绕，获得拉伸变形的聚乳酸抗菌纤维。

实施例4

一种熔纺聚乳酸抗菌纤维及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1、干燥称量：聚乳酸颗粒置于鼓风干燥箱中先80℃干燥6h，再100℃干燥10h，最后80℃干燥8h，百里酚粉体直接40℃干燥22h，按质量称取聚乳酸颗粒和百里酚粉体，其中质量分数组成为：聚乳酸95wt％，百里酚5wt％；

步骤2、混合挤出：称量好的聚乳酸颗粒与百里酚粉体分别喂入双螺杆挤出机中熔融共混，双螺杆挤出机有九个温区，各温控区及对应温度为：一区80℃，二区120℃，三区170℃，四区190℃，五区205℃，六区215℃，七区215℃，八区220℃，喷丝头温度为220℃，经5m水浴冷却后固化成丝；

步骤3、造粒：将固化后的丝条喂入造粒机，切成母粒，并将母粒置于鼓风干燥箱中按温度梯度干燥24h；

步骤4、纺丝：将干燥好的母粒喂入单螺杆挤出机中，各温控区及对应温度为：一区80℃，二区130℃，三区170℃，四区185℃，计量区温度185℃，喷丝头温度为185℃，从喷丝头喷出后经0.9m的空气浴，经一对70℃的热牵伸辊牵伸，牵伸倍数为3倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为35m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为105m/min，再以105m/min的卷绕速度进行卷绕，获得拉伸变形的聚乳酸抗菌纤维。

对比例1

参照实施例4的实施方案，只改变干燥条件，聚乳酸颗粒和母粒在70℃条件下干燥22h，百里酚在40℃条件下干燥22h，其它条件不变，得到对比例1。

对比例2

参照实施例4的实施方案，只改变聚乳酸和百里酚的质量分数组成：聚乳酸90wt％，百里酚10wt％，其它条件不变，得到对比例2。

对比例3

参照实施例4的实施方案，只改变热牵伸辊的牵伸倍数，牵伸倍数为2倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为35m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为70m/min其它条件不变，得到对比例3。

对比例4

参照实施例4的实施方案，只改变热牵伸辊的牵伸速率，牵伸倍数为3倍，第一个热牵伸辊的牵伸速率为50m/min，第二个热牵伸辊的牵伸速率为150m/min其它条件不变，得到对比例4。

测试性能

对实施例1-4和对比例1-4制备的抗菌纤维性能进行测试，测试结果如表1所示：

从表1的测试结果可知，本发明熔纺抗菌纤维对干燥条件的要求较为严格，未经干燥的母粒所得纤维力学性能较差，成丝性不好，恒温干燥的母粒在相同的温度下强度和断裂伸长率都会迅速下降，这是因为聚乳酸本身含有的一些水分子需要在高温下才能够挥发出去，但是过高的温度干燥太久会使其相对分子量下降，成纤性下降，因此采取温度梯度干燥法来对聚乳酸进行干燥。另外，抗菌剂百里酚的含量越高，抗菌纤维的抑菌率和拉伸应变越高，拉伸强度越低，但是随着牵伸倍数的增大，抗菌纤维的拉伸强度越高、应变越小，当百里酚含量高于20wt％时，已较难成纤。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。