一种可降解抗菌聚乳酸弹性纤维及其制备方法

本发明涉及聚乳酸纤维制备，尤其涉及一种可降解抗菌聚乳酸弹性纤维及其制备方法。

背景技术：

1、聚乳酸纤维是一种生物可降解的合成纤维，通常用于制造环保型的纺织品和材料，这种纤维通常由聚乳酸(pla)聚合而成，是一种从植物源头(如玉米淀粉或甘蔗)提取的可再生资源，聚乳酸纤维常被用于制造健康内衣、无纺布、医疗用品和一次性餐具等产品。

2、尽管聚乳酸纤维在可持续发展和环保领域有着广泛的应用前景，但也需要注意其生产过程中对资源的消耗和环境影响，以及在现实应用中可能面临的一些技术挑战，虽然目前聚乳酸纤维具有一些独特的特性，包括良好的生物降解性、抗菌性和透气性，使得其在一些特定应用中备受青睐，但仍然存在改进的空间，如下：

3、1.降解方面，通过促进剂或其他各种方式，改变分子结构或提高表面活性，促进微生物的附着和降解；

4、2.抗菌方面，引入具有抗菌功能的添加剂，如纳米银、抗菌酶等，或表面改性技术对聚乳酸纤维进行表面改性，可以改善聚乳酸纤维的抗菌性能；

5、3.弹性方面，弹性体块、弹性纤维进行复合，可以改善聚乳酸纤维的弹性性能，利用拉伸等工艺调控聚乳酸的结晶形态，可以提高纤维的弹性模量和延展性。

6、更快的生物降解速度意味着纤维可以更快地重新回收为生物质，有助于提高资源的循环利用效率，更好的抗菌性可以有效抑制细菌、霉菌和其他病原体的生长，有助于提高产品的卫生安全性，而更高的弹性的纤维能够经受频繁的拉伸和变形而不容易变形或磨损，使服装更贴合身体，增加活动自如性。因此本发明提出了一种可降解抗菌聚乳酸弹性纤维及其制备方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可降解抗菌聚乳酸弹性纤维及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种可降解抗菌聚乳酸弹性纤维及其制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1.改性聚乳酸，选择高纯度的可再生资源，包括玉米淀粉或甘蔗，作为聚乳酸的原料，通过乳酸的聚合反应，制备聚乳酸单体，在聚合反应中引入纳米级填料以及生物降解助剂；

5、步骤2.抗菌改造，将所述步骤1中制得聚乳酸聚合物通过纺丝或溶液旋转等方法制备成纤维，选择一种或多种具有抗菌活性的天然或人工合成抗菌剂，包括银离子或抗菌草药提取物等，将抗菌剂与聚乳酸纤维进行复合浸渍处理，使其表面和内部具有抗菌性能；

6、步骤3.弹性改性，选择一种或多种适合与聚乳酸相容的弹性剂，包括聚酯弹性体或聚氨酯等，将弹性剂与所述步骤2中聚乳酸纤维进行交联处理，增强其弹性和柔软性；

7、步骤4.纤维成型，将所述步骤3中聚乳酸纤维进行破碎粉碎处理，并溶解在适量溶剂中，直至形成均一的聚乳酸溶液，将经过抗菌处理和弹性改性的聚乳酸溶液通过纺丝或溶液旋转工艺成型成纤维，对纤维进行拉伸处理，以增强其机械性能和稳定性；

8、步骤5.最终处理，将所述步骤4中制得的聚乳酸纤维进行热固化处理，使其形成最终的弹性聚乳酸纤维，对制备得到的纤维进行抗菌性能、弹性性能等方面的测试和验证，确保其满足预期的性能要求。

9、优选地，所述步骤1中乳酸单体聚合反应还包括：

10、控制聚合条件，优化聚合反应的条件，包括温度、搅拌速率以及催化剂的选择，以提高聚乳酸的分子量分布和结晶度，从而增强其降解能力；

11、无溶剂聚合，采用无溶剂或低溶剂的聚合方法，减少有机溶剂的使用量，降低环境污染和能耗，同时有利于后续纤维形成时的降解性能。

12、优选地，所述聚合反应控制温度在150℃～250℃之间，控制搅拌速率在50rpm-500rpm，其中催化剂的选择包括锌盐或锂盐或锡催化剂等。

13、优选地，所述步骤2中将银离子合成为纳米级粒子，增加其比表面积，提高抗菌效果，提取抗菌草药中的活性成分，将抗菌草药提取物与功能化银材料复合，将聚乳酸纤维浸泡于含有复合抗菌剂的溶液中，使其充分吸收抗菌剂，控制浸润时间在30min～300min，浸渍后通过干燥将抗菌剂固定在纤维表面。

14、优选地，选择所述步骤3中聚酯弹性体或聚氨酯中的至少一种作为弹性剂的主体基质，以确保在聚乳酸纤维中形成更好的弹性网络结构，通过接枝共聚反应，在弹性剂的分子结构上引入含有特性官能团的侧链，增加与聚乳酸的相互作用能力，通过后续的修饰反应，进一步引入特性功能基团，实现弹性剂的功能性修饰；

15、采用物理交联方法将弹性剂与聚乳酸纤维进行交联处理，选择包括环氧乙烷或葡萄糖醛酸或聚丙烯酸等作为交联剂，能够与聚乳酸纤维上的官能团形成多点交联，确保形成共聚或交联网络结构，控制交联时间在8h～24h之间，交联温度在26℃～80℃之间，提高纤维的弹性和柔软性。

16、优选地，所述步骤4中还包括对聚乳酸溶液的过滤和离心：

17、过滤，准备过滤设备，设置溶液过滤速度在5ml/h～20ml/h之间，过滤半径在0.2μm～1μm之间，过滤压力在0.1bar～0.5bar之间，溶液通过设备进行过滤，溶液中的固体颗粒或大分子物质被截留在过滤介质上，得到相对清澈的聚乳酸溶液；

18、离心，准备离心设备，设置过滤后溶液离心转速在1000rpm～15000rpm之间，离心时间在10min～30min之间，将装有样品的离心管或离心杯放入离心机中，按设定条件进行离心操作，形成上清液和沉淀物两部分，收集上清液，沉淀物则留在离心管或离心杯中；对聚乳酸溶液进行过滤和离心处理，去除存在的杂质或未溶解的颗粒，确保溶液的纯度和均一性。

19、优选地，所述步骤5中聚乳酸纤维的热固化还包括预热工艺以及气氛控制，在较低温度下进行，将纤维暴露在逐渐升温的热源条件下，以减少热应力对纤维结构的影响，逐步激活聚乳酸分子，有助于形成更稳定的结晶和交联；

20、在热固化过程中引入特定气氛，包括氮气或惰性气体等，气氛控制可以在一定程度上保护纤维的化学结构，提高其热稳定性，以减少氧化反应对纤维的影响，防止纤维的热降解和劣化。

21、优选地，所述预热工艺在50℃～100℃范围内进行逐渐升温，并在15min内达到最高温度，引入特定气氛浓度范围在95％～100％之间。

22、一种可降解抗菌聚乳酸弹性纤维，采用上述的制备方法制得。

23、相比现有技术，本发明的有益效果为：

24、1、本发明通过改造得到的新品聚乳酸纤维，对聚合反应进行优化，合理选择催化剂，提高聚乳酸的分子量分布和结晶度，从而增强其降解能力，其降解性能得到提升，可以更快地分解为环境友好的物质，降低了对环境的负面影响，有利于减少塑料污染，符合可持续发展的要求；

25、2、本发明制备的聚乳酸纤维具有良好抗菌性能的纤维，提取抗菌草药中的活性成分，将抗菌草药提取物与功能化银材料复合，通过添加抗菌剂和改变纤维表面结构方式实现，可用于医疗用品、个人防护用品等，有助于预防细菌传播和感染；

26、3、本发明改造后的纤维可能具有更好的弹性性能，聚酯弹性体或聚氨酯中的至少一种作为弹性剂的主体基质，以确保在聚乳酸纤维中形成更好的弹性网络结构，通过接枝共聚反应，在弹性剂的分子结构上引入含有特性官能团的侧链，增加与聚乳酸的相互作用能力，可以在纺织品、医疗材料等领域提供更优异的性能表现，提高产品的竞争力和用户体验。