專利名稱：高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維及制備方法
高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維及制備方法 技術(shù)領(lǐng)域-
本發(fā)明涉及一種新型高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維及制備 方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人們生活水平的提高以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)天 然可生物降解纖維的研究越來越重視，世界各國競(jìng)相研究和開發(fā)新的綠 色環(huán)保纖維，其中于九十年代末剛剛實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開發(fā)的聚乳酸纖維(PLA
纖維)最引人注目，聚乳酸(PLA)是一類可完全降解、對(duì)環(huán)境友好的 脂肪族聚酯類高分子材料，具有優(yōu)良的生物相容性，在生物體內(nèi)經(jīng)酶分 解，在體外可在微生物、水、酸、堿等作用下完全分解，最終產(chǎn)物是二 氧化碳和水，而且燃燒時(shí)不會(huì)散發(fā)毒氣，不會(huì)造成污染。
但是，正是由于聚乳酸纖維的天然性，不可避免的存在一些缺點(diǎn)。 聚乳酸纖維具有優(yōu)越的可降解性，導(dǎo)致其抗水解性能較差，在織物的染 色過程中，經(jīng)加壓高溫處理，其織物的強(qiáng)度會(huì)下降，同時(shí)聚乳酸纖維具 有表面摩擦系數(shù)高、耐磨性差的缺點(diǎn)，例如根據(jù)JIS L 0849規(guī)定的摩 擦牢度，服裝面料一般要求為3級(jí)以上，但現(xiàn)在的聚乳酸纖維卻只有1 級(jí)的低水平，影響了聚乳酸纖維的廣泛應(yīng)用。
在PLA纖維中同時(shí)添加抗水解劑和潤(rùn)滑劑的例子極少，例如日本東 麗株式會(huì)社在中國申請(qǐng)的專利(申請(qǐng)?zhí)枮?3820140. 2)中報(bào)道，該技術(shù)
是在聚乳酸纖維中添加相對(duì)于纖維整體0. 1-5%重量的脂肪酸二酰胺和/ 或垸基取代型脂肪酸單酰胺，加入后可以提高聚乳酸的耐摩擦性，但是 對(duì)聚乳酸的耐加水性不能提高。再例如日本日清紡織株式會(huì)社申請(qǐng)的曰
本特開平1卜80522號(hào)中報(bào)道，該技術(shù)是在聚乳酸纖維中添加了聚碳化 二亞胺基團(tuán)，加入后提高了聚乳酸的耐加水性能，但是沒有對(duì)耐摩擦性 進(jìn)行提高。本發(fā)明同時(shí)加入的抗水解劑和潤(rùn)滑劑成分，既可以提高聚乳 酸的耐加水性能，又可以提高聚乳酸的耐摩擦性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗水解性能、耐摩擦性能好的高抗水解 性、高耐摩擦性聚乳酸纖維及制備方法。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維，包括聚乳酸成分，其特 征是在聚乳酸成分中，混合有脂肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂肪酸 單酰胺成分以及聚碳化二亞胺成分。
聚碳化二亞胺含有-N二C二N-基團(tuán)，特征結(jié)構(gòu)式如下圖所示
<formula>formula see original document page 6</formula>
R1、 R2為C1 C10的飽和或不飽和烷基基團(tuán)、C3 C20的直鏈或帶有 支鏈或環(huán)狀的烷基基團(tuán)及C6-C20芳香族基團(tuán)中的一種或幾種 聚碳化二亞胺平均分子量為3000 50000。 聚碳化二亞胺成分為聚乳酸重量的O. 5 10%。 高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維中，脂肪酸二酰胺和/或烷基
取代型脂肪酸單酰胺成分的熔點(diǎn)為8(TC以上。
高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維中，脂肪酸二酰胺和/或烷基 取代型脂肪酸單酰胺成分為聚乳酸重量的0. 1 10%。
末端羧基含量為1 20ecj/ton，平均分子量為50000 300000，經(jīng) 高溫高壓熱水處理后，其強(qiáng)度保持率為60 95%。
高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維表面具有至少一種選自脂肪 酸酯、多元醇酯、醚酯、硅氧烷、礦物油的潤(rùn)滑劑。
一種高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維的制備方法，其特征是 包括下列步驟
(1) 將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為30 500ppm;
(2) 將干燥后的聚乳酸切片與聚碳化二亞胺成分及脂肪酸二酰胺 和/或烷基取代型脂肪酸單酰胺成分混合，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、 擠出，制得母粒切片；
(3) 將母粒切片干燥至水分含量為50 400卯m;
(4) 將經(jīng)步驟(3)干燥后的母粒切片和經(jīng)步驟(1)干燥后的聚 乳酸切片進(jìn)行混合，使聚碳化二亞胺成分占聚乳酸重量的0. 5 10%及脂 肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂肪酸單酰胺成分占聚乳酸重量的0. l 10%，通過單成分紡絲機(jī)熔融紡絲，得預(yù)牽伸絲；
(5) 對(duì)預(yù)牽伸絲進(jìn)行延伸，得延伸絲。
步驟(2)中擠出溫度為170 240°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200 400rpm; 步驟(4)中紡絲溫度為200 250°C，巻繞速度為2500 5000m/min; 步驟(5)中延伸倍率為1.3 2.0。
一種高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維的制備方法，其特征是 包括下列步驟
(1) 將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為30 500ppm;
(2) 將干燥后的聚乳酸切片與相當(dāng)于聚乳酸重量的0.5 10%的聚 碳化二亞胺成分及相當(dāng)于聚乳酸重量的0. 1 10%脂肪酸二酰胺和/或 烷基取代型脂肪酸單酰胺成分混合，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出、 造粒；
(3) 將得到的切片干燥至水分含量為50 400ppm;
(4) 將經(jīng)步驟(3)干燥后的切片進(jìn)行熔融紡絲，得預(yù)牽伸絲；
(5) 對(duì)預(yù)牽伸絲進(jìn)行延伸，得延伸絲。
步驟(2)中擠出溫度為170 240°C，螺桿轉(zhuǎn)速為200 400rpm; 步驟(4)中紡絲溫度為200 25(TC，巻繞速度為2500 5000m/min;步 驟(5)中延伸倍率為1.3 2.0。
本發(fā)明高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維，在聚乳酸成分中添加 了高效抗水解劑聚碳化二亞胺成分及脂肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂 肪酸單酰胺成分，抗水解基團(tuán)成分為-N二C二N-?？顾鈩┚厶蓟啺?占聚乳酸重量的O. 5% 10%，可以使聚乳酸纖維的羧基含量達(dá)到1 20eq/ton，經(jīng)120。C的熱水處理30分鐘，其強(qiáng)度保持率為60 95%。脂肪 酸二酰胺和/或垸基取代型脂肪酸單酰胺成分占聚乳酸重量的0. 1% 10%，可以聚乳酸纖維的耐摩擦性得到提高，在織物的評(píng)價(jià)中，染色后 通過摩擦染色堅(jiān)牢度的評(píng)價(jià)，織物的摩擦堅(jiān)牢度達(dá)到4-5級(jí)。上述的織 物的摩擦堅(jiān)牢度評(píng)價(jià)方法，采用JIS L 0849 (摩擦染色堅(jiān)牢度試驗(yàn)方法)
中A- I法。
本發(fā)明的高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維由于具有很高的抗 水解性和很好的耐磨擦性，可以提高聚乳酸纖維在織物加工中的耐摩擦 性以及在高溫、加壓下染色的性能，并且本身聚乳酸就具有生物可降解 性，可提高聚乳酸纖維的廣泛應(yīng)用。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為lOO卯m，將干燥后的聚乳 酸切片與相當(dāng)于聚乳酸重量的10%聚碳化二亞胺化合物Stabaxol P200(德國萊茵公司產(chǎn)品)及相當(dāng)于聚乳酸重量的7.5X EBS (乙撐雙硬 脂酰胺，其熔點(diǎn)為144°0混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出 造粒，擠出溫度為20(TC，螺桿轉(zhuǎn)速為250rpm，制得母粒切片。然后對(duì) 母粒切片進(jìn)行干燥，使母粒切片水分達(dá)到120ppm，再將干燥后的聚乳酸 切片60%重量和40%重量的母粒切片經(jīng)熔融紡絲制備，通過上油導(dǎo)絲器 將濃度為15%的紡絲油劑乳液涂布到纖維上，紡絲油劑乳液是由含有40% 重量脂肪酸酯系潤(rùn)滑劑(20%重量的硬脂酸異十三烷基酯+20%重量的 棕櫚酸辛酯)的紡絲油劑與水混合而成，使得纖維的最終含油率為1%。 紡絲溫度為210°C，巻繞速度為2800m/min，最后進(jìn)行延伸，延伸倍率 為1.5，得產(chǎn)品。其纖維的羧基含量為7eq/ton，經(jīng)12(TC熱水處理30 分鐘強(qiáng)度保持率為75%。做成織物經(jīng)染色后，摩擦堅(jiān)牢度達(dá)到4級(jí)。
實(shí)施例2:
將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為80ppm,將十燥后的聚乳 酸切片與相當(dāng)于聚乳酸重量的12%聚碳化二亞胺化合物Stabaxol P200(德國萊茵公司產(chǎn)品)及相當(dāng)于聚乳酸重量的10%EBS (乙撐雙硬脂 酰胺，其熔點(diǎn)為144。C)混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出造 粒，擠出溫度為190°C，螺桿轉(zhuǎn)速為300rpm，制得母粒切片。然后對(duì)母 粒切片進(jìn)行干燥，使母粒切片水分達(dá)到100ppm，再將干燥后的聚乳酸切 片65%重量和35%重量的母粒切片經(jīng)熔融紡絲制備，通過上油導(dǎo)絲器將 濃度為15%的紡絲油劑乳液涂布到纖維上，紡絲油劑乳液是由含有40% 重量脂肪酸酯系潤(rùn)滑劑(20%重量的硬脂酸異十三垸基酯+20%重量的 棕櫚酸辛酯)的紡絲油劑與水混合而成，使得纖維的最終含油率為0.7 %。紡絲溫度為215'C，巻繞速度為3600m/min，最后進(jìn)行延伸，延伸倍 率為1.3，得產(chǎn)品。其纖維的羧基含量為4eq/ton，經(jīng)12(TC熱水處理 30分鐘強(qiáng)度保持率為80%。做成織物經(jīng)染色后，摩擦堅(jiān)牢度達(dá)到5級(jí)。
實(shí)施例3:
將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為120ppm，將干燥后的聚乳 酸切片與相當(dāng)于聚乳酸重量的2%聚碳化二亞胺化合物Stabaxol P200(德國萊茵公司產(chǎn)品)及相當(dāng)于聚乳酸重量的0. 5XEBS(乙撐雙硬脂 酰胺，其熔點(diǎn)為144'C)成分混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠 出、造粒，擠出溫度為200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為250rpm。然后對(duì)得到的切片 進(jìn)行干燥，使切片水分達(dá)到150ppm，經(jīng)熔融紡絲制備，通過上油導(dǎo)絲器 將濃度為15%的紡絲油劑乳液涂布到纖維上，紡絲油劑乳液是由含有40% 重量脂肪酸酯系潤(rùn)滑劑(20%重量的硬脂酸異十三烷基酯+20%重量的
棕櫚酸辛酯)的紡絲油劑與水混合而成，使得纖維的最終含油率為0.8
%。紡絲溫度為220。C，巻繞速度為3000m/min，最后進(jìn)行延伸，延伸倍 率為1.4，得產(chǎn)品。其纖維的羧基含量為5eq/ton，經(jīng)12(TC熱水處理 30分鐘強(qiáng)度保持率為80%。做成織物經(jīng)染色后，摩擦堅(jiān)牢度達(dá)到4級(jí)。 實(shí)施例4:
將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為100ppm，將干燥后的聚乳 酸切片與相當(dāng)于聚乳酸重量的1%聚碳化二亞胺化合物Stabaxol P200(德國萊茵公司產(chǎn)品)及相當(dāng)于聚乳酸重量的0. 7XEBS(乙撐雙硬脂 酰胺，其熔點(diǎn)為144"C)成分混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠 出、造粒，擠出溫度為210°C，螺桿轉(zhuǎn)速為280rpm。然后對(duì)得到的切片 進(jìn)行干燥，使切片水分達(dá)到120ppm，經(jīng)熔融紡絲制備，通過上油導(dǎo)絲器 將濃度為15%的紡絲油劑乳液涂布到纖維上，紡絲油劑乳液是由含有40% 重量脂肪酸酯系潤(rùn)滑劑(20%重量的硬脂酸異十三烷基酯+20%重量的 棕櫚酸辛酯)的紡絲油劑與水混合而成，使得纖維的最終含油率為0.5 %。紡絲溫度為225。C，巻繞速度為2800m/min，最后進(jìn)行延伸，延伸倍 率為1.5，得產(chǎn)品。其纖維的羧基含量為8eq/tori，經(jīng)12(TC熱水處理 30分鐘強(qiáng)度保持率為70%。做成織物經(jīng)染色后，摩擦堅(jiān)牢度達(dá)到5級(jí)。
本發(fā)明可以有其他實(shí)施例，其聚碳化二亞胺含有-N二C:N-基團(tuán)，特 征結(jié)構(gòu)式如下圖所示
<formula>formula see original document page 11</formula>
其Rh憶具體可以為
Ri、 R2為C1 C10的飽和或不飽和烷基基團(tuán)、C3 C20的直鏈或帶有 支鏈或環(huán)狀的烷基基團(tuán)及C6-C20芳香族基團(tuán)中的一種或幾種，例R, 為亞甲基基團(tuán)，R2為2， 6-二甲基對(duì)亞苯基基團(tuán)；或R,為亞辛基基團(tuán)， 尺2為3-甲基間亞苯基基團(tuán)；或R,為亞丙烯基基團(tuán)，R2為2-乙烯基-6-甲基 對(duì)亞苯基基團(tuán)；或R,為環(huán)己基基團(tuán)，R^為亞甲苯基基團(tuán)；或R,為2， 3-二甲基-亞丁基基團(tuán)，R2為2， 6-二甲基亞甲苯基基團(tuán)；或R,為2， 6-二甲 基對(duì)亞苯基基團(tuán)，R2為亞甲基基團(tuán)；或R,為3-甲基間亞苯基基團(tuán)，尺2為 亞辛基基團(tuán)；或&為2-乙烯基-6-甲基對(duì)亞苯基基團(tuán)，R2為亞丙烯基基團(tuán)； 或R,為亞甲苯基基團(tuán)，R2為環(huán)己基基團(tuán)；或R,為2， 6-二甲基亞甲苯基基 團(tuán)，&為2， 3-二甲基-亞丁基基團(tuán)；或R,為2， 6-二甲基對(duì)亞苯基基團(tuán)， R2為2， 3-二甲基-亞丁基基團(tuán)；或仏為亞辛基基團(tuán)，R2為環(huán)己基基團(tuán)。
權(quán)利要求
1.一種高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維，包括聚乳酸成分，其特征是在聚乳酸成分中，混合有脂肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂肪酸單酰胺成分以及聚碳化二亞胺成分。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維，其 特征是聚碳化二亞胺含有-N=C=N-基團(tuán)，特征結(jié)構(gòu)式如下圖所示<formula>formula see original document page 2</formula>Ri、 R2為C1 C10的飽和或不飽和烷基基團(tuán)、C3 C20的直鏈或帶有 支鏈或環(huán)狀的烷基基團(tuán)及C6-C20芳香族基團(tuán)中的一種或幾種；聚碳化二 亞胺平均分子量為3000 50000。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維， 其特征是聚碳化二亞胺成分為聚乳酸重量的0.5 10%，脂肪酸二酰 胺和/或垸基取代型脂肪酸單酰胺成分為聚乳酸重量的0. 1 10%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維，其特征是其中脂肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂肪酸單酰胺成分的熔 點(diǎn)為80。C以上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖 維，其特征是末端羧基含量為1 20eq/ton，平均分子量為50000 300000，經(jīng)高溫高壓熱水處理后，其強(qiáng)度保持率為60 95%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高抗水解性、高耐摩擦性纖維，其特征是在纖維表面具有至少一種選自脂肪酸酯、多元醇酯、醚酯、硅氧烷、礦物油的潤(rùn)滑劑。
7、 一種高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維的制備方法，其特征 是包括下列步驟(1) 將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為30 500卯m;(2) 將干燥后的聚乳酸切片與聚碳化二亞胺成分及脂肪酸二酰胺 和/或垸基取代型脂肪酸單酰胺成分混合，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、 擠出，制得母粒切片；(3) 將母粒切片干燥至水分含量為50 400ppm;(4) 將經(jīng)步驟(3)干燥后的母粒切片和經(jīng)步驟(1)干燥后的聚 乳酸切片進(jìn)行混合，使聚碳化二亞胺成分占聚乳酸重量的0. 5 10%及脂 肪酸二酰胺和/或垸基取代型脂肪酸單酰胺成分占聚乳酸重量的0. l 10%，通過單成分紡絲機(jī)熔融紡絲，得預(yù)牽伸絲；(5) 對(duì)預(yù)牽伸絲進(jìn)行延伸，得延伸絲。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維的 制備方法，其特征是步驟(2)中擠出溫度為170 240°C，螺桿轉(zhuǎn) 速為200 400rpm;步驟(4)中紡絲溫度為200 250°C，巻繞速度為 2500 5000m/min;步驟(5)中延伸倍率為1. 3 2. 0。
9、 一種高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維的制備方法，其特征是包括下列步驟(1) 將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥，至水分含量為30 500ppm;(2) 將干燥后的聚乳酸切片與相當(dāng)于聚乳酸重量的0.5 10%的聚 碳化二亞胺成分及相當(dāng)于聚乳酸重量的0. 1 10%脂肪酸二酰胺和/或 烷基取代型脂肪酸單酰胺成分混合，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出、 造粒；(3) 將得到的切片干燥至水分含量為50 400ppm;(4) 將經(jīng)步驟(3)干燥后的切片進(jìn)行熔融紡絲，得預(yù)牽伸絲；(5) 對(duì)預(yù)牽伸絲進(jìn)行延伸，得延伸絲。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的高抗水解性、高耐摩擦性聚乳酸纖維 的制備方法，其特征是步驟(2)中擠出溫度為170 240°C，螺桿 轉(zhuǎn)速為200 400rpm;步驟(4)中紡絲溫度為200 250°C，巻繞速度 為2500 5000m/min;步驟(5)中延伸倍率為1. 3 2. 0。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高抗水解性及高耐摩擦性聚乳酸纖維及制備方法，它是在聚乳酸(PLA)中加入聚碳化二亞胺成分和脂肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂肪酸單酰胺(EBS)成分。制備方法包括將聚乳酸切片經(jīng)真空干燥、將干燥后的聚乳酸切片與聚碳化二亞胺成分、脂肪酸二酰胺和/或烷基取代型脂肪酸單酰胺(EBS)成分混合，用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出制得母粒切片、將聚乳酸和母粒切片混合進(jìn)一步進(jìn)行熔融紡絲，得預(yù)牽伸絲，對(duì)預(yù)牽伸絲進(jìn)行延伸，得延伸絲。本發(fā)明的高抗水解性及高耐摩擦性纖維由于具有很高的抗水解性和高耐摩擦性，可以提高聚乳酸纖維在高溫、加壓下染色性能以及織物的摩擦堅(jiān)牢度，并且本身聚乳酸就具有生物可降解性，可提高聚乳酸纖維的廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C08L79/02GK101368297SQ200710026050
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月15日
發(fā)明者佐藤正幸, 戴家欣, 施澤順 申請(qǐng)人:東麗纖維研究所(中國)有限公司