一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维及其制备方法与流程

本发明涉及化学纤维，具体为一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维及其制备方法。

背景技术：

1、绿色纺织品、可生物降解材料已成为目前全世界所关注的热点；聚乳酸作为一种具有良好生物相容性和生物可降解性的高分子聚合物，以玉米、小麦、土豆等含淀粉的农产品为原料，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，更不会造成污染，是一种可持续发展的生态材料。

2、但将聚乳酸制成纤维材料，在储存和使用过程中，很容易水解，特别是夏季高湿环境下，严重影响纤维的使用寿命，易分解、耐磨性差和拉伸能力低等特性更限制了其应用范围，即使正常洗涤会有一定的损害；因此，发明一种耐磨强韧的聚乳酸纤维可实现聚乳酸材料的高性能化，有望在保持材料可再生及可生物降解性的基础上最大化发挥出聚乳酸的应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，包括以下制备步骤：

3、（1）将17wt%硅酸钠水溶液、97wt%甲基-（3-异氰酸丙基）二甲基硅烷-甲苯溶液、干燥细菌纤维素膜、乙醇混合，升温至45~65℃，搅拌80~100min，加入15wt%盐酸水溶液至溶液ph为2.5~4，45~65℃下继续搅拌3.5~5h，加入氨水至溶液ph为7.5~9，接着，置于真空度为3pa的环境中，通入氨气至气压为1.0×105pa，加入聚乳酸，进行球磨，然后用乙醇离心洗涤2~4次，再用去离子水离心洗涤1次，得改性聚乳酸；

4、（2）将改性聚乳酸、n，n-二甲基乙酰胺-丙酮溶液按质量比6:30~11:55混合，升温至75~85℃，70~100rpm搅拌1.5~3h，采用三叶异形喷丝板进行熔融纺丝，得三叶型聚乳酸纤维；

5、（3）将三叶型聚乳酸纤维于100~110℃干燥20~50min后，以1l/min通入氩气，进行等离子体处理，得耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维。

6、进一步的，步骤（1）所述干燥细菌纤维素膜的处理方法为：将细菌纤维素膜裁剪成1~3cm2，浸于去离子水中1~2h，加入细菌纤维素膜质量25~35倍的5wt%氢氧化钠水溶液，静置2~3h，过滤，取固体，用去离子水洗涤4~8次，上述整个制备过程均在60℃的环境下进行；随后用液氮预冷冻，置-40~-60℃冷冻干燥12~20h。

7、进一步的，步骤（1）所述球磨的工艺参数为：球料比10:1、转速600rpm、时间12~24h。

8、进一步的，步骤（1）所述离心洗涤的工艺参数为：转速8000rpm、时间5min。

9、进一步的，步骤（1）所述17wt%硅酸钠水溶液、97wt%甲基-（3-异氰酸丙基）二甲基硅烷-甲苯溶液、干燥细菌纤维素膜、乙醇、聚乳酸的质量比为1:1:0.1:10:60~1.5:1.5:0.3:20:100。

10、进一步的，步骤（1）所述搅拌速度为70~100rpm。

11、进一步的，步骤（1）所述聚乳酸的分子量为80000。

12、进一步的，步骤（2）所述熔融纺丝的工艺参数为：纺丝箱体温度为235℃、纺丝速度1550m/min，于66℃的油浴中采用三组拉伸辊进行两级拉伸，拉伸倍数为3.2倍。

13、进一步的，步骤（2）所述n，n-二甲基乙酰胺-丙酮溶液中n，n-二甲基乙酰胺与丙酮的质量比为1:2。

14、进一步的，步骤（3）所述等离子体的工艺参数为：电压200v、功率40w、时间4min。

15、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

16、本发明的聚乳酸纤维是由双硅源交联细菌纤维素膜改性聚乳酸，进行熔融纺丝后，经等离子体处理制得，以实现疏水、耐磨、强韧的效果。

17、首先，利用甲基-（3-异氰酸丙基）二甲基硅烷和硅酸钠作为双硅源与细菌纤维素发生化学交联，细菌纤维素通过羟基吸附硅-聚合物颗粒，从而削弱了颗粒本身堆积形成珍珠链状结构的通病，引入的甲基，使聚合链具备一定的柔性，增强颗粒之间的颈部区，间接实现基体耐磨、强韧的性能；接着，在氨气条件下，加入聚乳酸进行研磨化学改性，其羟基与残余的硅羟基键合，另外，异氰酸酯基在氨气分子辅助下，与聚乳酸中的羧基发生反应，使得产物分子链支化，形成交联网络结构，并且细菌纤维素可在一定程度上限制聚乳酸大分子链的运动，增加形变难度，其精密的网络结也构起到骨架增强作用，可以承受高强度应力，从而使纤维实现较强的耐磨性和疏水性。

18、其次，采用三叶异形喷丝板熔融纺丝制得纤维，接着，进行等离子体处理，在氩气的辅助下，可加强含氧基团在聚乳酸的固定，从而改善纤维的柔韧性，随着处理时间的延长等离子体的刻蚀作用加剧，使纤维表面的凸起结构被剥离掉，从而变得光滑，进一步增强纤维耐磨、强韧、疏水的性能。

技术特征：

1.一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述干燥细菌纤维素膜的处理方法为：将细菌纤维素膜裁剪成1~3cm2，浸于去离子水中1~2h，加入细菌纤维素膜质量25~35倍的5wt%氢氧化钠水溶液，静置2~3h，过滤，取固体，用去离子水洗涤4~8次，上述整个制备过程均在60℃的环境下进行；随后用液氮预冷冻，置-40~-60℃冷冻干燥12~20h。

3.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述球磨的工艺参数为：球料比10:1、转速600rpm、时间12~24h。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述离心洗涤的工艺参数为：转速8000rpm、时间5min。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述17wt%硅酸钠水溶液、97wt%甲基-（3-异氰酸丙基）二甲基硅烷-甲苯溶液、干燥细菌纤维素膜、乙醇、聚乳酸的质量比为1:1:0.1:10:60~1.5:1.5:0.3:20:100。

6.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述搅拌速度为70~100rpm。

7.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述聚乳酸的分子量为80000。

8.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述熔融纺丝的工艺参数为：纺丝箱体温度为235℃、纺丝速度1550m/min，于66℃的油浴中采用三组拉伸辊进行两级拉伸，拉伸倍数为3.2倍。

9.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述n，n-二甲基乙酰胺-丙酮溶液中n，n-二甲基乙酰胺与丙酮的质量比为1:2。

10.根据权利要求1所述的一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述等离子体的工艺参数为：电压200v、功率40w、时间4min。

技术总结本发明公开了一种耐磨强韧三叶型聚乳酸纤维及其制备方法，涉及化学纤维技术领域。本发明利用甲基‑（3‑异氰酸丙基）二甲基硅烷和硅酸钠作为双硅源与细菌纤维素膜发生化学交联，细菌纤维素膜通过羟基吸附硅‑聚合物颗粒，使基体间接实现耐磨、强韧的性能；接着，加入聚乳酸进行研磨化学改性，使得产物分子链支化，形成交联网络结构，并且能够限制聚乳酸大分子链的运动，实现较强的耐磨性和疏水性；然后将通过三叶异形喷丝板熔融纺丝的纤维进行等离子体处理，在氩气的辅助下，使纤维的柔韧性得到改善，并且随着处理时间的延长，纤维表面的凸起结构被剥离掉，从而变得光滑，进一步增强纤维耐磨、强韧、疏水的性能。技术研发人员：张石广,何洪才,单正进受保护的技术使用者：江苏中石纤维股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12