一种带颜色的聚乳酸丝束及其制备方法与流程

2021-01-21 04:01:58|

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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。

技术实现要素：

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；

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：7wt％～45wt％非结晶性聚乳酸，3.8wt％～9.98wt％固色材料。

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。通过这样的设置，可以实现皮层结构带有颜色，而芯层结构不具有颜色，从而给聚乳酸丝束带来特别的外观和视觉感受。

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25％～55％，熔融指数15～35g/10min(210℃，2.16kg)，熔融温度180℃～220℃。

进一步地，所述的非结晶性聚乳酸的结晶度为5％～15％，熔融指数15～35g/10min(210℃，2.16kg)，熔融温度135℃～170℃。

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。

进一步地，所述的固色材料包括甲基丙烯酸酯类聚合物。

进一步地，所述的甲基丙烯酸酯类聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-马来酸酐三元共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸-2-羟乙基酯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸羟丙酯共聚物中的至少一种。所述固色材料能够增加染色剂与聚乳酸树脂的结合牢度，并起到调节颜色鲜亮度的作用。

进一步地，所述的成核剂包括纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、石墨烯、氧化石墨烯或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。

进一步地，所述的丝束的单旦数为1.0～15dtex。

进一步的，所述的染色剂为耐高温染料，包括红曲红天然色素(红色)、栀子蓝天然色素(蓝色)、叶绿素铜钠盐天然色素(绿色)、葡萄皮红天然色素(紫色)、高粱红天然色素(棕色)、植物炭黑天然色素(黑色)、姜黄天然色素(黄色)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。

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，为采用染色剂含量为0.5wt％～5wt％的水溶液进行水浴牵伸着色。

进一步地，所述水浴牵伸着色过程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)本发明的带颜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0.6％。

(2)本发明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35份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数20g/10min)、4.9份聚甲基丙烯酸甲酯混合置于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235℃，喷丝孔为十字型喷丝孔，冷却温度25℃，牵引速度800m/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0.5wt％曲红天然色素的水溶液，第一道水浴温度70℃，第二道水浴温度74℃，牵伸总倍数3.2倍，水蒸气预定型，水冷卷曲，卷曲个数26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5％，熔融指数20g/10min)；

加热介质：0.5wt％曲红天然色素水溶液。

实施例2

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本实施例与实施例1不同之处在于：

芯层组成：85份聚乳酸(结晶度25％，熔融指数25g/10min)，0.08份纳米二氧化钛；

皮层组成：10份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)，4.92份甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物；

加热介质：1.0wt％栀子蓝天然色素水溶液。

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：85份聚乳酸(结晶度25％，熔融指数25g/10min)；

皮层组成：15份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)；

加热介质：1.0wt％栀子蓝天然色素水溶液。

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55％，熔融指数35g/10min)，0.15份石墨烯混合置于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45份聚乳酸(结晶度15％，熔融指数25g/10min)，9.85份甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物混合置于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236℃，喷丝板231℃，喷丝孔为十字型喷丝孔，冷却温度15℃，牵引速度600m/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1.5wt％叶绿素铜盐天然色素水溶液，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23个/25mm，60℃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：55份聚乳酸(结晶度55％，熔融指数35g/10min)；

皮层组成：45份聚乳酸(结晶度15％，熔融指数25g/10min)；

加热介质：1.5wt％叶绿素铜盐天然色素水溶液。

实施例4

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本实施与实施例3不同之处在于：

芯层组成：50份聚乳酸(结晶度30％，熔融指数35g/10min),0.2份纳米氧化铝；

皮层组成：40份聚乳酸(结晶度12％，熔融指数30g/10min)，9.8份甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物；

加热介质：2.0wt％葡萄皮红天然色素水溶液。

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：60份聚乳酸(结晶度30％，熔融指数35g/10min),0.2份纳米氧化铝；

皮层组成：40份聚乳酸(结晶度12％，熔融指数30g/10min)，9.8份甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物；

加热介质：2.0wt％葡萄皮红天然色素水溶液。

实施例5

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50份聚乳酸(结晶度30％，熔融指数35g/10min)，20份聚乳酸(结晶度55％，熔融指数30g/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25份聚乳酸(结晶度12％，熔融指数30g/10min)，4.85份甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-马来酸酐三元共聚物混合置于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h字型喷丝孔，冷却温度35℃，牵引速度1000m/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200m/min，加热介质为3.0wt％高粱红天然色素水溶液，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，68℃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5

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例5不同之处在于：

芯层组成：50份聚乳酸(结晶度30％，熔融指数35g/10min)25份聚乳酸(结晶度55％，熔融指数30g/10min)；

皮层组成：25份聚乳酸(结晶度12％，熔融指数30g/10min)；

加热介质：3.0wt％高粱红天然色素水溶液。

实施例6

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本实施例与实施例5不同之处在于：

芯层组成：40份聚乳酸(结晶度30％，熔融指数15g/10min)30份聚乳酸(结晶度55％，熔融指数35g/10min)，0.02份氧化石墨烯；

皮层组成：20份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数35g/10min)，9.98份甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸-2-羟乙基酯共聚物；

加热介质：4.0wt％植物炭黑天然色素水溶液。

对比例6

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例6不同之处在于：

芯层组成：40份聚乳酸(结晶度30％，熔融指数15g/10min)30份聚乳酸(结晶度55％，熔融指数35g/10min)；

皮层组成：30份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数35g/10min)；

加热介质：4.0wt％植物炭黑天然色素水溶液。

实施例7

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55％，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10份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数35g/10min),15份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)，4.95份甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸羟丙酯共聚物混合置于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239℃，喷丝板245℃，喷丝孔为h字型喷丝孔，冷却温度33℃，牵引速度900m/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5.0wt％姜黄天然色素水溶液，第一道水浴温度70℃，第二道水浴温度73℃，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，64℃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7

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例7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55％，熔融指数30g/10min)；

皮层组成：15份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数35g/10min),15份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数30g/10min)；

加热介质：5.0wt％姜黄天然色素水溶液。

实施例8

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本实施与实施例1不同之处在于：

芯层组成：45份聚乳酸(结晶度55％，熔融指数30g/10min)，0.1份纳米二氧化硅；

皮层组成：10份聚乳酸(结晶度5％，熔融指数15g/10min),35份聚乳酸(结晶度10％，熔融指数35g/10min)，9.9份甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯共聚物；

加热介质：3.5wt％曲红天然色素水溶液。

对比例8

一种带颜色的聚乳酸丝束的制备方法，本对比例与实施例8不同之处在于：