CN110983469A - 一种聚乳酸bcf膨体纱、其制备方法以及应用 - Google Patents

一种聚乳酸bcf膨体纱、其制备方法以及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚乳酸BCF膨体纱及其制备方法和应用，采用一步法生产工艺制备聚乳酸膨体纱，包括干燥结晶、熔融、纺丝、脱挥、冷却上油、牵伸、变形、冷却、网络和卷绕过程。聚乳酸膨体纱用于地毯安全环保，可替代传统羊毛和化纤。

Description

一种聚乳酸BCF膨体纱、其制备方法以及应用
技术领域
本发明属于膨体纱技术领域，具体涉及一种聚乳酸BCF膨体纱、其制备方法以及应用。
背景技术
地毯是以棉、麻、毛、丝、草等天然纤维或化学合成纤维类原料，经手工或机械工艺进行编结、栽绒或纺织而成的地面铺敷物，主要起到安全防滑、吸音减噪、防尘环保、隔热保温、以及装饰的作用，地毯原料主要有羊毛、锦纶、丙纶和腈纶。
羊毛纤维的优点是手感柔和、弹性好、色泽鲜艳、质地厚实，抗静电性能好、不易老化、磨损、褪色，吸音能力好；缺点是易虫蛀、耐菌性和耐潮湿性较差、批次稳定性差。化纤地毯的优点是价格适中、防污、不易脱毛、便于清洗、易干燥、不起皱，不易褪色；化纤地毯的缺点是其回弹性、保温性、耐光性、染色性都较羊毛地毯较差，易燃，易产生静电和吸附灰尘，化纤地毯不亲肤，对皮肤有过敏反应。
不管是羊毛还是现用的石化纤维共同的缺点是阻燃性能差，其中羊毛的极限氧指数为24-25％、锦纶21-24％、丙纶18％、腈纶18％，易滋生细菌和螨虫，羊毛尤其严重，有一定的过敏反应；同时羊毛来源有局限性，只适用于高端场所，石化纤维来源于石油，大量使用影响全球生态环境。
聚乳酸纤维是以非粮农作物(如木薯、甘蔗、玉米等)或秸秆经生物发酵生成的乳酸产物为原料，通过脱水工艺和熔融纺丝工艺制备得到的新纤维，聚乳酸纤维性能近似传统石化纤维和天然纤维，具备替代传统纤维的潜质；环保性好，原料年可再生、废弃可降解，不增加温室气体排放；近乎绝对的人体安全性：中间体乳酸是人体中含有的成分，PLA可被人体代谢吸收；优异的健康舒适性：抑菌、抑螨、亲肤、不过敏、透气导湿；聚乳酸的应用可缓解石油进口、白色污染、全球变暖及三农问题。
然而目前市场上还没有用于地毯产品的聚乳酸纤维，因此，急需研发一种聚乳酸膨体纱，以提高地毯产品的安全性和环保型。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚乳酸BCF膨体纱、其制备方法以及应用，将其应用于地毯行业，部分替代传统材料，为消费者提供高品质的安全环保材料。
本发明提供了如下的技术方案：
一种聚乳酸膨体纱的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)干燥结晶：将聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为12-20h，干空气露点≤-80℃，干空气温度80-120℃，输送采用罗茨风机，目标聚乳酸中含水量低于30ppm；
2)熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为50-100，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶或三角中空；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区210-220℃，螺杆2区220-230℃，螺杆3区230-240℃，螺杆4区235-250℃，螺杆5区240-250℃；箱体温度为235-245℃；纺丝压力8-15MPa，纺丝速率800-1600m/min；
3)脱挥：聚乳酸在高温熔融状态下存在单体丙交酯，在纺丝箱体组件正下方配置一套真空抽吸装置脱去丙交酯，真空***抽气量1-4L/s；
4)冷却上油：从喷丝板出来的纤维通过侧吹风冷却，侧吹风温度17-25℃，湿度50-85％，风速0.4-0.8m/min；
5)牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，牵伸分为两步，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度800-1600m/min，导入辊温度75-85℃；预牵伸辊速度800-1600m/min，预牵伸辊温度80-90℃；主牵伸辊速度1600-4800m/min，主牵伸辊温度90-115℃；牵伸比为2.0-3.0；
6)变形：使用罗拉型变形器，变形器压力0.5-1.0MPa，变形介质热空气或热蒸汽，变形器温度为110-150℃；
7)冷却：冷却鼓速度50-60RPM，冷却停留时间0.5-2.5s；
8)网络：网络器压力0.4-0.8MPa，网络器前张力100-150cN；
9)卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度1580-4750m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.01-1.02倍。
优选的，聚乳酸原料可选用聚乳酸或者改性聚乳酸。
优选的，聚乳酸原料为阻燃型改性聚乳酸。
优选的，步骤4)中，油剂选择美国Goulston的11823型号，含油率控制在0.5-1.5％。
以上制备方法制备得到的聚乳酸膨体纱，单丝纤度3.0-20dtex，纱线规格600-4000dtex/100-200F，断裂强度2.2-3.5cN/dtex,断裂伸长率28-40％，热卷曲伸长率35-52％，网络度20-28个/米。
本发明的有益效果是：使用本发明的方法制备得到的聚乳酸膨体纱应用于地毯上具有如下优点：
1、阻燃性能优异，极限氧指数为26-27％、发烟量53Sq.m/kg，优于传统地毯用羊毛和化纤；
2、抑菌抑螨，三大有害菌的抑制率超过90％，抑螨率超过70％，很好解决了地毯中细菌螨虫滋生问题；
3、生态环保安全，来源可再生、废弃可降解；亲肤性能极佳，乳酸是人体内源性物质，无过敏反应；
4、使用聚乳酸膨体纱制备的地毯在抗污性能、干燥时间等指标上都优于传统材料。
具体实施方式
实施例1
1、聚乳酸膨体纱按如下方法制备：
干燥结晶：将聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为20h，干空气露点-80℃(常压下)，干空气温度105±1℃，目标聚乳酸中含水量25ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为100，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶形；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区210℃，螺杆2区225℃，螺杆3区238℃，螺杆4区243℃，螺杆5区240℃；箱体温度为240℃；纺丝压力12MPa，纺丝速率1100m/min。
脱挥：真空抽吸装置为多孔结构，外形尺寸与纺丝组件相同，真空***抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度18℃，湿度65％，风速0.5m/min；油剂选择美国Goulston的11823型号，含油率控制在0.9％。
牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度1100m/min，导入辊温度80℃；预牵伸辊速度1100m/min，预牵伸辊温度82℃；主牵伸辊速度2750m/min，主牵伸辊温度105℃；牵伸比为2.5。
变形：选用纽马格公司的STM罗拉型变形器对丝束变形，变形器压力0.7MPa，变形介质热空气，变形器温度为130℃。
冷却：冷却鼓速度55RPM，冷却停留时间2.5s。
网络：网络器压力0.4MPa，网络器前张力100cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度2750m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.01倍。
2、聚乳酸膨体纱指标如下：单丝纤度5.0dtex，纱线规格1000dtex/200F，断裂强度2.9cN/dtex，断裂伸长率32％，热卷曲伸长率45％，网络度25±1个/米；极限氧指数为27％，发烟量53Sq.m/kg。
实施例2：
1、聚乳酸膨体纱的制备：
干燥结晶：将聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为15h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度102±1℃，目标聚乳酸中含水量20ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为90，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶形；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区220℃，螺杆2区235℃，螺杆3区238℃，螺杆4区245℃，螺杆5区240℃；箱体温度为242℃；纺丝压力15MPa，纺丝速率1500m/min。
脱挥：真空抽吸装置为多孔结构(外形尺寸同纺丝组件)，真空***抽气量3L/s。
冷却上油：侧吹风温度18℃，湿度78％，风速0.8m/min；油剂选择美国Goulston的11823型号，含油率控制在1.5％。
牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度1500m/min，导入辊温度82℃；预牵伸辊速度1500m/min，预牵伸辊温度85℃；主牵伸辊速度4000m/min，主牵伸辊温度115℃；牵伸比为2.67。
变形：使用纽马格公司的STM罗拉型变形器，变形器压力1.0MPa，变形介质热空气，变形器温度为138℃。
冷却：冷却鼓速度60RPM，冷却停留时间1.8s。
网络：网络器压力0.8MPa，网络器前张力150cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度4000m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.02倍。
2、聚乳酸膨体纱指标如下：单丝纤度15.0dtex，纱线规格2700dtex/180F，断裂强度2.6cN/dtex，断裂伸长率40％，热卷曲伸长率52％，网络度21±1个/米；极限氧指数为27％，发烟量53Sq.m/kg。
实施例3：
1、聚乳酸膨体纱的制备：
干燥结晶：将聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为18h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度103±1℃，目标聚乳酸中含水量19ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为80，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为单孔三角形；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区215℃，螺杆2区230℃，螺杆3区240℃，螺杆4区250℃，螺杆5区242℃；箱体温度为245℃；纺丝压力10MPa，纺丝速率1300m/min。
脱挥：真空抽吸装置为多孔结构，外形尺寸同纺丝组件，真空***抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度18℃，湿度70％，风速0.5m/min；油剂选择美国Goulston的11823型号，含油率控制在0.8％。
牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度1300m/min，导入辊温度75℃；预牵伸辊速度1300m/min，预牵伸辊温度82℃；主牵伸辊速度3900m/min，主牵伸辊温度112℃；牵伸比为3.0。
变形：使用纽马格公司的STM罗拉型变形器，变形器压力0.7MPa，变形介质热空气，变形器温度为140℃。
冷却：冷却鼓速度50RPM，冷却停留时间2.0s。
网络：网络器压力0.6MPa，网络器前张力120cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度3900m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.01倍。
2、聚乳酸膨体纱指标如下：单丝纤度20.0dtex，纱线规格3200dtex/160F，断裂强度2.2cN/dtex，断裂伸长率33％，热卷曲伸长率45％，网络度27±1个/米；极限氧指数为26％，发烟量53Sq.m/kg。
实施例4：
1、聚乳酸膨体纱的制备：
干燥结晶：将聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为14h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度103±1℃，目标聚乳酸中含水量21ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为50，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三孔三角形；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区215℃，螺杆2区230℃，螺杆3区237℃，螺杆4区242℃，螺杆5区240℃；箱体温度为242℃；纺丝压力11MPa，纺丝速率800m/min。
脱挥：真空抽吸装置为多孔结构，外形尺寸同纺丝组件，真空***抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度17℃，湿度50％，风速0.4m/min；油剂选择美国Goulston的11823型号，含油率控制在0.5％。
牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度800m/min，导入辊温度78℃；预牵伸辊速度800m/min，预牵伸辊温度83℃；主牵伸辊速度2000m/min，主牵伸辊温度92℃；牵伸比为2.5。
变形：使用纽马格公司的STM罗拉型变形器，变形器压力0.5MPa，变形介质热空气，变形器温度为120℃。
冷却：冷却鼓速度52RPM，冷却停留时间0.9s。
网络：网络器压力0.5MPa，网络器前张力110cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度2000m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.01倍。
2、聚乳酸膨体纱指标如下：单丝纤度6.0dtex，纱线规格600dtex/100F，断裂强度2.3cN/dtex，断裂伸长率35％，热卷曲伸长率42％，网络度23±1个/米；极限氧指数为27％，发烟量53Sq.m/kg。
实施例5：
1、聚乳酸膨体纱的制备：
干燥结晶：将阻燃型改性聚乳酸切片(极限氧指数为29％)连续干燥结晶，时间为16h，干空气露点-85℃(常压下)，干空气温度100±1℃，目标聚乳酸中含水量27ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为70，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶形；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区220℃，螺杆2区225℃，螺杆3区233℃，螺杆4区242℃，螺杆5区238℃；箱体温度为238℃；纺丝压力8MPa，纺丝速率900m/min。
脱挥：真空抽吸装置为多孔结构，外形尺寸同纺丝组件，真空***抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度18℃，湿度72％，风速0.4m/min；油剂选择美国Goulston的11823型号，含油率控制在1.2％。
牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度900m/min，导入辊温度80℃；预牵伸辊速度900m/min，预牵伸辊温度81℃；主牵伸辊速度1800m/min，主牵伸辊温度110℃；牵伸比为2.0。
变形：使用纽马格公司的STM罗拉型变形器，变形器压力0.6MPa，变形介质热空气，变形器温度为130℃。
冷却：冷却鼓速度52RPM，冷却停留时间1.2s。
网络：网络器压力0.5MPa，网络器前张力110cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度1800m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.01倍。
2、聚乳酸膨体纱指标如下：单丝纤度10.0dtex，纱线规格1400dtex/140F，断裂强度2.5cN/dtex，断裂伸长率32％，热卷曲伸长率45％，网络度24±1个/米；极限氧指数为26％，发烟量53Sq.m/kg。
下面以一种规格的地毯(圈绒，600克，1/10针距，绒高0.5mm)进行对比分析：
Figure BDA0002330026330000101
上表中的上标标记含义为：
1.GB/T 14252-2008标准测试；
2.玷污测试，美国AATCC，175-2008；
3.彻底干燥时间；
4.GB/T 20944.3-2008标准测试；
5.GB/T 24253-2009标准测试；
6.ISO10993-2010标准测试。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种聚乳酸膨体纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
干燥结晶：将聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为12-20h，干空气露点≤-80℃，干空气温度80-120℃，输送采用罗茨风机，目标聚乳酸中含水量低于30ppm；
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝，喷丝板的孔数为50-100，喷丝板直径100mm；纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区210-220℃，螺杆2区220-230℃，螺杆3区230-240℃，螺杆4区235-250℃，螺杆5区240-250℃；箱体温度为235-245℃；纺丝压力8-15MPa，纺丝速率800-1600m/min；
脱挥：聚乳酸在高温熔融状态下存在单体丙交酯，在纺丝箱体的组件正下方配置一套真空抽吸装置脱去丙交酯，真空抽吸装置的抽气量1-4L/s；
冷却上油：从喷丝板出来的纤维通过侧吹风冷却，侧吹风温度17-25℃，湿度50-85％，风速0.4-0.8m/min；
牵伸：牵伸辊采用辊内置加热的方式，牵伸分为两步，导入辊与预牵伸辊之间是第一步牵伸，预牵伸辊和主牵伸辊之间是第二步牵伸；导入辊速度800-1600m/min，导入辊温度75-85℃；预牵伸辊速度800-1600m/min，预牵伸辊温度80-90℃；主牵伸辊速度1600-4800m/min，主牵伸辊温度90-115℃；牵伸比为2.0-3.0；
变形：使用罗拉型变形器，变形器压力0.5-1.0MPa，变形介质热空气或热蒸汽，变形器温度为110-150℃；
冷却：冷却鼓速度50-60RPM，冷却停留时间0.5-2.5s；
网络：网络器压力0.4-0.8MPa，网络器前张力100-150cN；
卷绕：卷绕张力150cN，导丝一辊速度1580-4750m/min，导丝二辊速度是导丝一辊速度的1.01-1.02倍。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸膨体纱的制备方法，其特征在于，聚乳酸原料选用聚乳酸或者改性聚乳酸。
3.根据权利要求2所述的聚乳酸膨体纱的制备方法，其特征在于，聚乳酸原料选用阻燃型改性聚乳酸。
4.根据权利要求2所述的聚乳酸膨体纱的制备方法，其特征在于，冷却上油步骤中，油剂的含油率控制在0.5-1.5％。
5.根据权利要求1所述的聚乳酸膨体纱的制备方法，其特征在于，熔融纺丝步骤中的喷丝孔截面为三叶或三角中空形状。
6.权利要求1所述的制备方法制备得到的聚乳酸膨体纱，其特征在于，单丝纤度3.0-20dtex，纱线规格600-4000dtex/100-200F，断裂强度2.2-3.5cN/dtex,断裂伸长率28-40％，热卷曲伸长率35-52％，网络度20-28个/米。
7.权利要求1所述的制备方法制备得到的聚乳酸膨体纱在地毯中的应用。
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