CN112160038B - 一种带颜色的聚乳酸丝束及其制备方法 - Google Patents

一种带颜色的聚乳酸丝束及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带颜色的聚乳酸丝束，包括材料A、材料B和适量染色剂及功能剂，所述材料A按照丝束总质量百分比计算，包括：45wt％～89wt％结晶性聚乳酸，0.02wt％～0.2wt％成核剂；所述材料B按照丝束总质量百分比计算包括：9.98wt％～54.8wt％非结晶性聚乳酸。还公开了该带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本发明的带色聚乳酸丝束具备良好的耐热性的同时，具有优异的着色性能和色彩保持力。

Description

一种带颜色的聚乳酸丝束及其制备方法
技术领域
本发明属于化学材料技术领域，具体涉及一种带颜色的聚乳酸丝束，还涉及一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一类可生物降解的新型材料，它是由可再生的农作物淀粉(如玉米、木薯、甘蔗等的淀粉)为原料制备而得，聚乳酸具有良好的生物可降解性，使用后经过堆肥等自然降解过程，最终降解产物为二氧化碳和水，因此，不会对环境产生污染、没有高能源的消耗、也不会额外地产生二氧化碳。
目前，聚乳酸在纤维纺织行业也有广泛应用，如用于制造无纺布、保健织物、地毯等。随着人们对产品差异化、功能化和多样化的要求越来越高，带色的聚乳酸纤维丝束也在开发中，目前带色的聚乳酸纤维丝束主要通过颜料共混和染料染色的方法实现。鉴于聚乳酸的材料特性，为平衡材料综合性能，现有的染料及染色方法不易使聚乳酸纤维着色，即使着色后期也容易掉色、褪色，影响产品的稳定性，也会导致消费者在使用过程心理产生不安全感。
发明内容
本发明第一目的在于提供一种带颜色的聚乳酸丝束。
本发明第二目的在于提供上述一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法。
本发明的第一目的是通过以下技术方案来实现的：
一种带颜色的聚乳酸丝束，包括材料A、材料B和适量染色剂及功能剂；
所述材料A按照丝束总质量百分比计算，包括：45wt％～89wt％结晶性聚乳酸，0.02wt％～0.2wt％成核剂；
所述材料B按照丝束总质量百分比计算包括：9.98wt％～54.8wt％非结晶性聚乳酸。
进一步地，所述带颜色的聚乳酸丝束为皮芯结构，所述材料A作为皮芯结构的芯层，所述材料B作为皮芯结构的皮层。
进一步地，所述的皮芯结构丝束的横截面形状包括十字型、X型、H型或类皮芯结构等。
进一步地，所述的结晶性聚乳酸的结晶度为20％～50％，熔融指数20～40g/10min(190℃，2.16kg)，熔融温度170℃～210℃。
进一步地，所述的非结晶性聚乳酸的结晶度为10％～15％，熔融指数15～40g/10min(190℃，2.16kg)，熔融温度125℃～160℃。
所述的结晶性聚乳酸可以选择一种或多种结晶度和/或熔融指数的聚乳酸配合使用。类似地，所述非结晶性聚乳酸也可以选择一种或多种结晶度和/或熔融指数的聚乳酸配合使用。熔融指数高，纺丝温度低，熔融指数低，纺丝温度高，但是熔融指数过高或过低都不利于纺丝成型，本发明通过皮层结构和芯层结构分别选用不同结晶度和熔融指数的聚乳酸材料，制得了耐热性能极好的皮芯结构聚乳酸丝束。
进一步的，所述的成核剂包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管中的至少一种。成核剂能够增加芯层聚乳酸的结晶速度和结晶度，提高耐热性。进一步的，所述功能剂包括苯乙烯-醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸异辛酯-醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸正丁酯-苯乙烯乳液、苯乙烯-丙烯酸异辛酯-醋酸乙烯酯乳液。功能剂具有固色作用，同时能够使得皮层结构材料和染色剂具有良好的亲和力，起到增强染色剂和丝束材料附着力的作用。
进一步的，所述的丝束的单旦数为1.0～15dtex。
进一步的，所述的染色剂包括枸杞红色素(红)、紫薯色素(紫)、柠檬黄色素(黄)、苹果天然色素(绿)中的一种。
对于作为食品级用途的聚乳酸丝束时，所述染色剂为食品级染料，所述功能剂也选择食品级别的材料。
本发明的第二目的是通过以下技术方案来实现的：
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
S1)按照原料配比取材，制备聚乳酸初生丝束；
S2)对S1)获得的初生丝束进行水浴牵伸着色后，获得带颜色的聚乳酸丝束。
进一步地，所述制备聚乳酸初生丝束具体过程包括：将材料A、材料B组分按比例混合，置于螺杆挤出机中挤出；然后上油、卷绕、收集初生丝束。
进一步地，S1所述制备聚乳酸初生丝束具体过程包括：将作为芯层的材料A按照既定比例混合，将作为皮层的材料B组分按照既定比例混合，分别将混合后的材料A、材料B置于不同的螺杆挤出机中进行挤出具有皮芯结构的半成品；然后上油、卷绕、收集初生丝束。
进一步地，所述螺杆挤出机的挤出条件设置为：螺杆温度170℃～235℃梯度设置，过滤器温度235℃～245℃，喷丝板230℃～250℃，冷却温度10℃～40℃，牵引速度500m/min～1200m/min。
进一步地，还包括对材料A和/或材料B进行干燥的步骤。
作为优选的，所述干燥过程为材料A置于80℃真空转鼓干燥器中转动干燥12h，然后冷却到45℃以下，再置于螺杆挤出机中挤出；材料B置于60℃真空转鼓干燥器中转动干燥24h，冷却到45℃以下，再置于螺杆挤出机中挤出。
进一步地，S2中所述对初生丝束进行水浴牵伸着色，为采用含0.5wt％～5wt％染色剂和5wt％～10wt％的功能剂的水溶液进行着色。
进一步地，S2中所述初生丝束进行着色，包括对初生丝束进行集束，水浴牵伸车速100m/min～250m/min，加热介质为含染色剂、功能剂的水溶液，第一道水浴温度68℃～72℃，第二道水浴温度72℃～76℃，牵伸总倍数为2.5倍～4倍，然后采用水蒸气预定型，再水冷卷曲，丝束干燥后获得带颜色的聚乳酸丝束。
优选的，丝束卷曲个数23～30个/25mm。
优选的，丝束在58～70℃条件下进行干燥。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的带色聚乳酸丝束具备良好的耐热性的同时，具有优异的着色性能和色彩保持力，于50℃～80℃热水浸泡12h～24h，不褪色，不掉色，且纤维丝束收缩率小于等于1.0％。
(2)本发明的聚乳酸丝束可广泛应用于服装、无纺布、烟草等行业，能够有效提升产品的差异化、功能化和多样化。
附图说明
图1是本发明一种带颜色聚乳酸十字型皮芯结构丝束；
图2是本发明一种带颜色聚乳酸十字型皮芯结构丝束；
图3是本发明一种带颜色聚乳酸H字型皮芯结构丝束；
图4是本发明一种带颜色聚乳酸H字型皮芯结构丝束；
图中附图标记如下：1-皮层结构，2-芯层结构。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
实施例1
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
1)初生丝的制备：将芯层组成60份聚乳酸(结晶度40％，熔融指数30g/10min)、0.1份纳米二氧化硅混合置于80℃真空转鼓干燥器中转动干燥12h，冷却到45℃以下放料至单螺杆挤出机料斗中；将皮层组成39.9份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数20g/10min)置于60℃真空转鼓干燥器中转动干燥24h，冷却到45℃以下放料至另一单螺杆挤出机料斗中；螺杆温度185-195-205-215-225℃梯度设置，过滤器温度240℃，喷丝板240℃，喷丝孔为十字型喷丝孔，冷却温度28℃，牵引速度850m/min，上油、卷绕、落桶收集初生丝束。
2)后纺牵伸彩色丝束的制备：根据要求对初生丝束进行合理集束，水浴牵伸车速180m/min，加热介质为0.5wt％枸杞红色素、5wt％食品级苯乙烯-醋酸乙烯酯乳液的水溶液，第一道水浴温度70℃，第二道水浴温度74℃，牵伸总倍数3.5倍，水蒸气预定型，水冷卷曲，卷曲个数28个/25mm，65℃干燥后获得皮芯结构带色聚乳酸丝束，如图1所示，包括皮层结构1和芯层结构2。
对比例1
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例1不同之处在于：
芯层组成：60份聚乳酸(结晶度40％，熔融指数30g/10min)；
皮层组成：40份聚乳酸(结晶度15％，熔融指数25g/10min)；
加热介质：0.5wt％枸杞红色素。
实施例2
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
1)初生丝的制备：将芯层组成80份聚乳酸(结晶度25％，熔融指数25g/10min)，0.08份纳米二氧化钛混合置于80℃真空转鼓干燥器中转动干燥12h，冷却到45℃以下放料至单螺杆挤出机料斗中；将皮层组成19.98份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)置于60℃真空转鼓干燥器中转动干燥24h，冷却到45℃以下放料至另一单螺杆挤出机料斗中；螺杆温度185-195-205-215-225℃梯度设置，过滤器温度244℃，喷丝板248℃，喷丝孔为十字型喷丝孔，冷却温度37℃，牵引速度1100m/min，上油、卷绕、落桶收集初生丝束。
2)后纺牵伸彩色丝束的制备：根据要求对初生丝束进行合理集束，水浴牵伸车速230m/min，加热介质为1.0wt％紫薯色素，6wt％食品级丙烯酸异辛酯-醋酸乙烯酯乳液水溶液的水溶液，第一道水浴温度72℃，第二道水浴温度76℃，牵伸总倍数4倍，水蒸气预定型，水冷卷曲，卷曲个数30个/25mm，70℃干燥后获得皮芯结构带色聚乳酸丝束，如图2所示，包括皮层结构1和芯层结构2。
对比例2
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例2不同之处在于：
芯层组成：80份聚乳酸(结晶度25％，熔融指数25g/10min)；
皮层组成：20份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)；
加热介质：1.0wt％紫薯色素。
实施例3
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
1)初生丝的制备：将芯层组成45份聚乳酸(结晶度50％，熔融指数35g/10min)，0.15份碳纳米管混合置于80℃真空转鼓干燥器中转动干燥12h，冷却到45℃以下放料至单螺杆挤出机料斗中；将皮层组成54.85份聚乳酸(结晶度15％，熔融指数25g/10min)置于60℃真空转鼓干燥器中转动干燥24h，冷却到45℃以下放料至另一单螺杆挤出机料斗中；螺杆温度185-195-205-215-225℃梯度设置，过滤器温度237℃，喷丝板233℃，喷丝孔为H字型喷丝孔，冷却温度15℃，牵引速度650m/min，上油、卷绕、落桶收集初生丝束。
2)后纺牵伸彩色丝束的制备：根据要求对初生丝束进行合理集束，水浴牵伸车速150m/min，加热介质为1.5wt％柠檬黄色素、7wt％食品级丙烯酸正丁酯-苯乙烯乳液的水溶液，第一道水浴温度68℃，第二道水浴温度72℃，牵伸总倍数2.5倍，水蒸气预定型，水冷卷曲，卷曲个数24个/25mm，60℃干燥后获得皮芯结构带色聚乳酸丝束，如图3所示，包括皮层结构1和芯层结构2。
对比例3
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例3不同之处在于：
芯层组成：45份聚乳酸(结晶度50％，熔融指数35g/10min)；
皮层组成：55份聚乳酸(结晶度15％，熔融指数25g/10min)
加热介质：1.5wt％柠檬黄色素。
实施例4
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
1)初生丝的制备：将芯层组成20份聚乳酸(结晶度35％，熔融指数15g/10min)50份聚乳酸(结晶度50％，熔融指数30g/10min)，0.05份碳纳米管混合置于80℃真空转鼓干燥器中转动干燥12h，冷却到45℃以下放料至单螺杆挤出机料斗中；将皮层组成19.95份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数35g/10min),10份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)置于60℃真空转鼓干燥器中转动干燥24h，冷却到45℃以下放料至另一单螺杆挤出机料斗中；螺杆温度185-195-205-215-225℃梯度设置，过滤器温度238℃，喷丝板236℃，喷丝孔为H字型喷丝孔，冷却温度32℃，牵引速度700m/min，上油、卷绕、落桶收集初生丝束。
2)后纺牵伸彩色丝束的制备：根据要求对初生丝束进行合理集束，水浴牵伸车速150m/min，加热介质为5.0wt％苹果天然色素、10wt％食品级苯乙烯-丙烯酸异辛酯-醋酸乙烯酯乳液的水溶液，第一道水浴温度69℃，第二道水浴温度73℃，牵伸总倍数3倍，水蒸气预定型，水冷卷曲，卷曲个数25个/25mm，63℃干燥后获得皮芯结构带色聚乳酸丝束，如图4所示，包括皮层结构1和芯层结构2。
对比例4
一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例4不同之处在于：
芯层组成：20份聚乳酸(结晶度35％，熔融指数15g/10min)50份聚乳酸(结晶度50％，熔融指数30g/10min)；
皮层组成：20份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数35g/10min),10份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)；
加热介质：5.0wt％苹果天然色素。
性能测试
耐热性测试：将丝束样品完全开松后截取一定长度L1样品，放置于65℃环境中30min后再次量取长度L2，收缩率L计算如下：
Figure BDA0002675386150000081
收缩率L越小说明耐热性越高。
着色牢度测试：选取部分丝束样品完全开松后放置于50℃和80℃热水浸泡24h后，取出丝束观察水溶液颜色变化，水溶液有颜色则表明着色牢度差，水溶液没有颜色表明着色牢度优异。
检测实施例1-4、对比例1-4不同工艺制得的聚乳酸丝束的收缩率情况以及色牢度情况，结果见表1。
表1不同工艺制备的聚乳酸丝束的收缩率和色牢度测试情况
收缩率％ 50℃水溶液颜色 80℃水溶液颜色
实施例1 0.2 无 无
对比例1 1.5 有 有
实施例2 0.3 无 无
对比例2 0.9 有 有
实施例3 1.0 无 无
对比例3 5.2 有 有
实施例4 0.8 无 无
对比例4 3.3 有 有
以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，但是本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。

Claims (2)

1.一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)按照原料配比取材，制备聚乳酸初生丝束；
S2)对S1)获得的初生丝束进行水浴牵伸着色后，获得带颜色的聚乳酸丝束；
S2中所述对初生丝束进行水浴牵伸着色，为采用含0.5wt％～5wt％染色剂和5wt％～10wt％的功能剂的水溶液进行着色；
其中，所述带颜色的聚乳酸丝束，包括材料A、材料B和适量染色剂及功能剂；所述材料A按照丝束总质量百分比计算，包括：45wt％～89wt％结晶性聚乳酸，0.02wt％～0.2wt％成核剂；所述材料B按照丝束总质量百分比计算包括：9.98wt％～54.8wt％非结晶性聚乳酸；
所述带颜色的聚乳酸丝束为皮芯结构，所述材料A作为皮芯结构的芯层，所述材料B作为皮芯结构的皮层；所述功能剂包括丙烯酸酯-苯乙烯、丙烯酸酯-醋酸乙烯酯；所述的染色剂包括枸杞红色素、紫薯色素、柠檬黄色素、苹果天然色素中的一种；
所述的结晶性聚乳酸的结晶度为20％～50％，熔融指数20～40g/10min，熔融温度170℃～210℃；所述的非结晶性聚乳酸的结晶度为10％～15％，熔融指数15～40g/10min，熔融温度125℃～160℃；
所述的成核剂包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、碳纳米管中的至少一种。
2.根据权利要求1所述带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，所述的聚乳酸丝束的横截面形状包括十字型、X型、H型或类皮芯结构。
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