一种可降解无纺布及其制备方法

技术领域

本发明属于无纺布的技术领域，具体涉及一种可降解无纺布及其制备方法。

背景技术

无纺布又称不织布、非织造布，是由定向的或随机的纤维而构成。因具有布的外观和某些性能而称其为布。在农业、工业、卫生领域以及日常生活中得到广泛的应用。如多采用聚丙烯(pp材质)粒料为原料，经高温熔融、喷丝、铺纲、热压卷取连续一步法生产而成。

经申请人研究发现，现有技术中存在如下问题：

非织造布的主要原料是聚丙烯，然而PP属于线型饱和碳氢化合物，在自然中难以降解，使得开发和生产可降解材料成为世界性环保问题。为此，有待开发新型可生物降解的绿色环保无纺布。减少传统无纺布对环境造成的压力，具有良好的经济和社会意义。

发明内容

本发明的目的是要解决上述的技术问题，提供一种可降解无纺布及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述一种可降解无纺布的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

原料混合：将增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维按质量比5～7：2～3：1的比例放入混合容器中，向混合容器注入去离子水，搅拌至增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维混合均匀，将混合原料捞出并沥干水分；

开松：利用开松机对将所述混合原料进行开松打散作业，制的混合纤维；

预梳理：将混合纤维利用梳理机进行预梳理；

铺网：将预梳理后的混合纤维输送入铺网机，制得复合纤维网；

主梳理：将复合纤维网输送入主梳理机进行二次梳理，得到上层薄网和下层薄网；

热压收卷：将上层薄网和下层薄网输送至热封成型机，经热封作业后制的可降解无纺布，收卷存储。

优选地，所述增韧聚乳酸纤维通过熔融纺丝工艺制的，所述增韧聚乳酸纤维包括以下重量份原料：

聚乳酸切片80～90份、聚丙烯切片20～30份、菠萝叶纳米纤维5～10份和马来酸酐接枝物5～10份。

优选地，所述增韧聚乳酸纤维通过以下制备方法制备：

将聚乳酸切片、聚丙烯切片、菠萝叶纳米纤维和马来酸酐接枝物按比例混合,加热熔融；

通过双螺杆挤压机挤出熔融混合物，经熔体过滤器后输入计量泵中,所述计量泵的转速设置为26r/min，由计量泵分配至喷丝板喷丝，冷却成丝束；

其中，所述增韧聚乳酸纤维的制备方法中的纺丝温度为165℃。

优选地，所述马来酸酐接枝物为马来酸酐枝接聚乳酸或马来酸酐枝接聚丙烯。

优选地，所述菠萝叶纤维通过以下制备方法制备：

预酸：将菠萝叶纤维原料在40℃的硫酸溶液下浸泡1h，浴比为3：10；

煮练：在90℃的氢氧化钠溶液下煮练6h，浴比为1：17；

精练：在40℃的氢氧化钠溶液下精练30min，浴比为1：10；

酸洗：将菠萝叶纤维放入硫酸溶液中，中和菠萝叶纤维原料上残余的碱液，使菠萝叶纤维原料的ph值降至6～7；

水洗脱水：反复水洗3遍后，用抖麻机脱水、抖麻作业，自然风干后制的菠萝叶纤维。

优选地，所述热封成型机的热辊温度设置为65～70℃。

本发明还提供了一种可降解无纺布，通过上述可降解无纺布的制备方法制得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的聚乳酸纤维、天然植物纤维和涤纶纤维进行复合制备无纺布；其中，聚乳酸纤维具有良好生物降解性和生物相容性；天然植物纤维采用菠萝叶纤维，其纤维表面有许多孔状突起，这些突起增加了比表面积，使其具有较好的吸放湿性能及透气性能，菠萝叶纤维除具有一般麻纤维的优良性能外，还具有抗菌除臭的作用，可以有效避免无纺布细菌滋生。通过将聚乳酸纤维、天然植物纤维和涤纶纤维进行复合制备无纺布，赋予无纺布良好的可降解性能和吸放湿性能，环保性腔。另一方面，复合无纺布的力学性能好，强度提高，成品柔软度适中，具舒适感。

具体实施方式

以下结合本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

常规的涤纶无纺布，坚牢耐用、抗皱免烫。但涤纶无纺布在无任何整理下，缺乏亲水性基团，吸湿性差。为此，本发明的聚乳酸纤维、天然植物纤维和涤纶纤维进行复合制备无纺布；其中，聚乳酸纤维具有良好生物降解性和生物相容性；天然植物纤维采用菠萝叶纤维，其纤维表面有许多孔状突起，这些突起增加了比表面积，使其具有较好的吸放湿性能及透气性能，菠萝叶纤维除具有一般麻纤维的优良性能外，还具有抗菌除臭的作用，可以有效避免无纺布细菌滋生。通过将聚乳酸纤维、天然植物纤维和涤纶纤维进行复合制备无纺布，赋予无纺布良好的可降解性能和吸放湿性能，环保性腔。另一方面，复合无纺布的力学性能好，强度提高，成品柔软度适中，具舒适感。

具体的，本发明提供了上述可降解无纺布的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

原料混合：将增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维按质量比5～7：2～3：1的比例放入混合容器中，向混合容器注入去离子水，搅拌至增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维混合均匀，将混合原料捞出并沥干水分；

开松：利用开松机对将所述混合原料进行开松打散作业，制的混合纤维；

预梳理：将混合纤维利用梳理机进行预梳理；

铺网：将预梳理后的混合纤维输送入铺网机，制得复合纤维网；

主梳理：将复合纤维网输送入主梳理机进行二次梳理，得到上层薄网和下层薄网；

热压收卷：将上层薄网和下层薄网输送至热封成型机，经热封作业后制的可降解无纺布，收卷存储。

其中，所述热封成型机的热辊温度设置为65～70℃。热辊粘合是利用合成纤维的热塑性，在两轧辊钳口形成热轧粘合区，对喂入的上层薄网和下层薄网进行加热加压，在加热加压过程中，会导致纤网中部分纤维熔融、流动和扩散，从而产生粘结，冷却后加固制得无纺布。经申请人生产时发现，当热辊温度低于60℃时，进入热辊的纤维熔融差，导致无纺布的手感粗糙；当温度在65℃时，情况得到改善；待温度提升至70℃时，无纺布的柔软度好。在提升时发现，有轻微粘辊现象。

聚乳酸纤维的物理性能接近涤纶纤维和尼龙纤维，拥有良好的机械性能。但聚乳酸纤维自身固有的脆性、冲击强度较差、断裂伸长率低等缺点，会限制无纺布成品的应用。为此本申请采用增韧聚乳酸纤维，其将复合材料通过熔融纺丝工艺制的，所述增韧聚乳酸纤维包括以下重量份原料：聚乳酸切片80～90份、聚丙烯切片20～30份、菠萝叶纳米纤维5～10份和马来酸酐接枝物5～10份。

其中，菠萝叶纳米纤维是一种强度高、密度小、成本低、可生物降解的天然高分子材料。经申请人研究发现，棒状菠萝叶纳米纤维具有完整的结晶结构，以及较大的长径比，会产生一系列特殊的纳米效应，例如力学性能优异，热稳定性好，加入复合材料中会直接影响高分子材料的热稳定性能与强度。将菠萝叶纳米纤维和马来酸酐接枝物作为增强材料，与聚乳酸和聚丙烯进行共混改性，制得增韧聚乳酸纤维。

经申请人的拉伸试验发现，常规聚乳酸纤维的断裂伸长率在30％-50％；而本申请选用特定比例下的菠萝叶纳米纤维，增韧聚乳酸纤维的断裂伸长率增加至90％，菠萝叶纳米纤维在聚乳酸中更精细分散而改善了柔韧性。

具体的，本发明还提供了增韧聚乳酸纤维的制备方法，包括如下步骤：

将聚乳酸切片、聚丙烯切片、菠萝叶纳米纤维和马来酸酐接枝物按比例混合,加热熔融；

通过双螺杆挤压机挤出熔融混合物，经熔体过滤器后输入计量泵中,所述计量泵的转速设置为26r/min，由计量泵分配至喷丝板喷丝，经气流牵伸成丝束；

其中，所述增韧聚乳酸纤维的制备方法中的纺丝温度为160～170℃。优选地，纺丝温度为165℃。

表1160℃、170℃时增韧聚乳酸纤维的物理性能

在增韧聚乳酸纤维的制备方法中，纺丝温度为165℃，若纺丝温度过低，低于160℃时，复合切片不能在双螺杆挤出机挤压中充分熔融，会存在无法正常输送到计量泵的问题，还会对螺杆造成损伤。当温度为180℃时，喷丝板可出丝，当丝束手拉易断，不能牵伸。当温度超过185℃时，混合物在进入计量泵时已大量降解，漏滴无法出丝。

且仅申请人研究发现，在165℃的纺丝温度下，采用相同的制备原料和工艺参数条件，马来酸酐接枝物的比例，会影响增韧复合纤维的性能。

表2不同马来酸酐接枝物用量的增韧聚乳酸纤维的物理性能

其中，马来酸酐接枝物为马来酸酐枝接聚乳酸或马来酸酐枝接聚丙烯。复合纤维经过牵伸后，结晶度会得到提高，且提高马来酸酐接枝物用量，牵伸作用对结晶度的提升效果更明显。

具体的，本发明还提供了菠萝叶纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

预酸：将菠萝叶纤维原料在40℃的硫酸溶液下浸泡1h，浴比为3：10；硫酸溶液的硫酸浓度为2.0g/l。

煮练前预酸可有效去除纤维中的部分胶质，并有效使纤维松散，提高煮练效果。

煮练：将预酸后的菠萝叶纤维原料，在90℃的氢氧化钠溶液下煮练3h，浴比为1：17，氢氧化纳浓度为22g/L。优选地，在煮练时向氢氧化钠溶液中加入硅酸钠，硅酸钠的浓度为4g/L。

精练：在40℃的氢氧化钠溶液下精练30min，浴比为1：10；精练用的氢氧化钠溶液的浓度为80g/L。

酸洗：将菠萝叶纤维放入硫酸溶液中，中和菠萝叶纤维原料上残余的碱液，使菠萝叶纤维原料的ph值降至6～7；酸洗用的硫酸浓度为8g/L。

水洗脱水：反复水洗3遍后，用抖麻机脱水、抖麻作业，自然风干后制的菠萝叶纤维。

具体的，本发明提供以下制备实施例，以及相关实施例的产品检测。

实施例1

本发明实施例1的可降解无纺布，通过以下方法制备：

原料混合：将增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维按质量比5：2：1的比例放入混合容器中，向混合容器注入去离子水，搅拌至增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维混合均匀，将混合原料捞出并沥干水分；

开松：利用开松机对将所述混合原料进行开松打散作业，制的混合纤维；

预梳理：将混合纤维利用梳理机进行预梳理；

铺网：将预梳理后的混合纤维输送入铺网机，制得复合纤维网；

主梳理：将复合纤维网输送入主梳理机进行二次梳理，得到上层薄网和下层薄网；

热压收卷：将上层薄网和下层薄网输送至热封成型机，所述热封成型机的热辊温度设置为65℃，经热封作业后制的可降解无纺布，收卷存储。

其中，本实施例的增韧聚乳酸纤维通过熔融纺丝工艺制的，其制备方法包括如下步骤：

将聚乳酸切片80份、聚丙烯切片20份、菠萝叶纳米纤维5份和马来酸酐接枝物5份按比例混合,加热熔融；所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚乳酸。

通过双螺杆挤压机挤出熔融混合物，经熔体过滤器后输入计量泵中,所述计量泵的转速设置为26r/min，由计量泵分配至喷丝板喷丝，经气流牵伸成丝束；

其中，所述增韧聚乳酸纤维的制备方法中的纺丝温度为165℃。

实施例2

本发明实施例2的可降解无纺布，通过以下方法制备：

原料混合：将增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维按质量比6：3：1的比例放入混合容器中，向混合容器注入去离子水，搅拌至增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维混合均匀，将混合原料捞出并沥干水分；

开松：利用开松机对将所述混合原料进行开松打散作业，制的混合纤维；

预梳理：将混合纤维利用梳理机进行预梳理；

铺网：将预梳理后的混合纤维输送入铺网机，制得复合纤维网；

主梳理：将复合纤维网输送入主梳理机进行二次梳理，得到上层薄网和下层薄网；

热压收卷：将上层薄网和下层薄网输送至热封成型机，所述热封成型机的热辊温度设置为68℃，经热封作业后制的可降解无纺布，收卷存储。

其中，本实施例的增韧聚乳酸纤维通过熔融纺丝工艺制的，其制备方法包括如下步骤：

将聚乳酸切片85份、聚丙烯切片25份、菠萝叶纳米纤维8份和马来酸酐接枝物8份按比例混合,加热熔融；所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚乳酸。

通过双螺杆挤压机挤出熔融混合物，经熔体过滤器后输入计量泵中,所述计量泵的转速设置为26r/min，由计量泵分配至喷丝板喷丝，经气流牵伸成丝束；

其中，所述增韧聚乳酸纤维的制备方法中的纺丝温度为165℃。

实施例3

本发明实施例3的可降解无纺布，通过以下方法制备：

原料混合：将增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维按质量比7：3：1的比例放入混合容器中，向混合容器注入去离子水，搅拌至增韧聚乳酸纤维、涤纶纤维和菠萝叶纤维混合均匀，将混合原料捞出并沥干水分；

开松：利用开松机对将所述混合原料进行开松打散作业，制的混合纤维；

预梳理：将混合纤维利用梳理机进行预梳理；

铺网：将预梳理后的混合纤维输送入铺网机，制得复合纤维网；

主梳理：将复合纤维网输送入主梳理机进行二次梳理，得到上层薄网和下层薄网；

热压收卷：将上层薄网和下层薄网输送至热封成型机，所述热封成型机的热辊温度设置为70℃，经热封作业后制的可降解无纺布，收卷存储。

其中，本实施例的增韧聚乳酸纤维通过熔融纺丝工艺制的，其制备方法包括如下步骤：

将聚乳酸切片90份、聚丙烯切片30份、菠萝叶纳米纤维10份和马来酸酐接枝物10份按比例混合,加热熔融；所述马来酸酐接枝物为马来酸酐接枝聚乳酸。

通过双螺杆挤压机挤出熔融混合物，经熔体过滤器后输入计量泵中,所述计量泵的转速设置为26r/min，由计量泵分配至喷丝板喷丝，经气流牵伸成丝束；

其中，所述增韧聚乳酸纤维的制备方法中的纺丝温度为165℃。

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，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。