一种可降解无纺布及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织
技术领域
，尤其涉及一种可降解无纺布及其制备方法。背景技术
随着社会的发展以及技术的进步，人们的生活水平得到了极大的提高，越来越多的注重生活质量的提升，对环保的重视也达到了全新的高度。据不完全统计，全球每年各种废弃的纺织品高达3000万吨，它们较少作为废旧资源被回收利用，而是直接掩埋或焚烧，由于合成化纤纺织品如涤纶、锦纶和腈纶等不易降解，掩埋后不仅会占用大量土地，而且对土壤环境危害极大；此外，含有合成纤维的纺织品在燃烧过程中会产生大量有毒气体，造成大气污染，对人类生产生活带来极大危害。非耐久性非织造布降解是解决大量废弃非织造布问题最环保最实用的办法。
纺织材料按纤维可分为：天然纤维、合成纤维及新型纤维。其中，天然纤维根据其来源可分为植物来源，包括由细胞壁组成的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、多糖类及碳氢化合物，动物来源主要包括虾和螃蟹等甲壳动物；传统合成纤维有聚丙烯纤维、聚酯纤维等，但这些均不容易降解；新型纤维中的聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、生物聚酯(PHA)、聚乙烯醇(PVA)由于可降解越来越多的应用起来。聚乳酸由于其具有优良的生物相容性和可吸收性，同时，无毒、无刺激性，在自然界中能完全分解为CO2和H2O，对环境无污染，是目前最有前途的可生物降解聚合物之一。聚乳酸可应用纺粘法或熔喷法直接制成非织造布，也可先纺制成单纤维，再经干法或湿法成网制得非织造布。但是这些方法制备的非织造布的功能可控性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可降解无纺布及其制备方法，该方法制备的无纺布具有良好的抗菌性。
本发明提供了一种可降解无纺布的制备方法，包括以下步骤:
将聚乳酸进行熔融纺丝，得到的初生纤维进行拉伸，卷曲和切断，得到聚乳酸短纤维，铺设成网，固定，得到PLA无纺布基层；所述熔融纺丝的速度为500～1000m/min，纺丝的温度低于200℃；
将PLA溶液静电纺丝至所述PLA无纺布基层上，得到可降解无纺布；所述静电纺丝电压为18～22KV，接收距离为14～16cm，流速为0.9～1.1mL/h。
在本发明中，所述熔融纺丝的温度低于200℃，优选低于190℃，以保证纺丝的顺利进行。
在本发明中，所述静电纺丝的温度为15～30℃，静电纺丝的相对湿度为40～45％RH。
在本发明中，所述PLA溶液中溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
N,N-二甲基甲酰胺和PLA的质量比为1.9～2.1:1。
在本发明中，所述聚乳酸短纤维的长度为30～70mm。
在本发明中，所述初生纤维在135～145℃进行4～7倍的拉伸。
在本发明中，静电纺丝采用的接收极板为铝制接收板。
本发明通过控制静电纺丝的参数，能够保证射流在喷出针头时的泰勒锥维持在稳定的状态并且纺丝过程中没有液滴滴落，从而得到平整光滑的纳米纤维膜。具体实施例中，所述静电纺丝的电压为20KV，接收距离为15cm，流速为1mL/h。
本发明优选将得到的可降解无纺布在真空干燥箱中过夜，使其挥发出剩余的有机溶剂。
在本发明中，所述无纺布基层与表层之间主要通过分子之间的范德华力结合，另外由于基层为常规无纺布，具有一定的孔隙率；表层在静电纺丝过程，由于电场作用，部分纳米级PLA纤维会嵌入基层缝隙，加固了表层与基层之间的结合力。
本发明提供了一种可降解无纺布，由上述技术方案所述制备方法制得。
所述可降解无纺布为非织造布，功能可控性较强，能够同事满足产品材质的环保性和服用性能，还具有耐洗涤性、广谱抗菌性和生态安全性，具有良好的市场前景。
本发明提供了一种可降解无纺布的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸进行熔融纺丝，得到的初生纤维进行拉伸，卷曲和切断，得到聚乳酸短纤维，铺设成网，固定，得到PLA无纺布基层；所述熔融纺丝的速度为500～1000m/min，纺丝的温度为低于200℃；将PLA溶液静电纺丝至所述PLA无纺布基层上，得到可降解无纺布；所述静电纺丝电压为18～22KV，接收距离为14～16cm，流速为0.9～1.1mL/h。本发明通过上述工艺制备的无纺布具有良好的广谱抗菌性，且具有耐洗涤性。实验结果表明：洗涤前，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率均在99％以上；50次洗涤后，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率在87％以上。
附图说明
图1为本发明静电纺PLA非织造布的表层制备装置示意图；
图2为本发明提供的可降解无纺布的截面结构示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种可降解无纺布及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)PLA非织造布基层制备：使用螺杆挤出机进行熔融纺丝，基于聚乳酸在高温下容易解聚，因此在纺丝前切片要充分干燥，去除水分。同时纺丝温度为180℃。纺丝速度为500m/min～1000m/min，初生纤维在140℃下通过4倍至7倍的拉伸，然后再经卷曲和切断，制得具有使用和加工性能的聚乳酸短纤维。用于干法成网非织造布的纤维其切断长度为30mm～70mm。
(2)静电纺制备PLA非织造布表层制备：将步骤(1)中制备好的基层非织造布固定在特定铝制金属板上，该金属板将作为静电纺的接收极板。由溶剂DMF(N,N-二甲基甲酰胺)与PLA粉末按质量比2:1配制得到PLA溶液，将PLA溶液吸入到5ml的标准注射器中，接上内径为0.84mm的平口不锈钢针头，将注射器固定在注射泵上。静电纺丝的过程参数选择如下：注射器的流速为1mL/h，纺丝电压为30KV，接收距离为15cm。在这个参数条件下，保证射流在喷出针头时的泰勒锥维持在稳定的状态并且在纺丝过程中没有液滴滴落，得到平整光滑的纳米纤维膜，即可降解无纺布；在真空干燥箱中过夜，使其挥发完剩余的有机溶剂后用于后期的表征。静电纺丝在室温条件下进行，相对湿度由除湿机控制在40～45％RH。
实施例2
(1)PLA非织造布基层制备：使用螺杆挤出机进行熔融纺丝，基于聚乳酸在高温下容易解聚，因此在纺丝前切片要充分干燥，去除水分；同时纺丝的温度为185℃。纺丝速度为500m/min～1000m/min。得到的初生纤维在140℃下通过4倍至7倍的拉伸，然后再经卷曲和切断，便可制得具有使用和加工性能的聚乳酸短纤维。用于干法成网非织造布的纤维其切断长度为30mm～70mm。
(2)静电纺制备PLA非织造布表层制备：将(1)中制备好的基层非织造布固定在铝金属板上，该金属板将作为静电纺的接收极板。由溶剂DMF(N,N-二甲基甲酰胺)与PLA粉末按质量比2:1配制得到PLA溶液，将配置好的PLA溶液吸入到5ml的标准注射器中，接上内径为0.84mm的平口不锈钢针头，将注射器固定在注射泵上。静电纺丝的过程参数选择如下：注射器的流速为1ml/h，纺丝电压为20KV，接收距离为25cm。在这个参数条件下，可以保证射流在喷出针头时的泰勒锥维持在稳定的状态并且在纺丝过程中没有液滴滴落，从而得到平整光滑的纳米纤维膜，即可降解无纺布。在真空干燥箱中过夜，使其挥发完剩余的有机溶剂后用于后期的表征。静电纺丝在室温条件下进行，相对湿度由除湿机控制在40～45％RH。
实施例3
(1)PLA非织造布基层制备：使用螺杆挤出机进行熔融纺丝，基于聚乳酸在高温下容易解聚，因此在纺丝前切片要充分干燥，去除水分；同时纺丝的温度为190℃，纺丝速度为500m/min～1000m/min，初生纤维在140℃下通过4倍至7倍的拉伸，然后再经卷曲和切断，制得具有使用和加工性能的聚乳酸短纤维，用于干法成网非织造布的纤维其切断长度为30mm～70mm。
(2)静电纺制备PLA非织造布表层制备：将(1)中制备好的基层非织造布固定在铝金属板上，该金属板将作为静电纺的接收极板。由溶剂DMF(N,N-二甲基甲酰胺)与PLA粉末按质量比2:1配制得到PLA溶液，将配置好的PLA溶液吸入到5ml的标准注射器中，接上内径为0.84mm的平口不锈钢针头，将注射器固定在注射泵上。静电纺丝的过程参数选择如下：注射器的流速为1ml/h，纺丝电压为30KV，接收距离为25cm，在这个参数条件下，保证射流在喷出针头时的泰勒锥维持在稳定的状态并且在纺丝过程中没有液滴滴落，从而得到平整光滑的纳米纤维膜，即可降解无纺布。在真空干燥箱中过夜，使其挥发完剩余的有机溶剂后用于后期的表征。静电纺丝在室温条件下进行，相对湿度由除湿机控制在40～45％RH。
本发明对制备的可降解无纺布进行抗菌性测试，根据GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，测试对大肠杆菌(AATCC 8099)和金黄色葡萄球菌(AATCC 6538)、白色念珠菌(AATCC10231)的抑菌率，洗涤之前，对对大肠杆菌(AATCC 8099)和金黄色葡萄球菌(AATCC 6538)、白色念珠菌(AATCC10231)的抑菌率均达到99.99％。
洗涤50次后抑菌性测试：参照GB/T8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》将实施例中得到的里布用2g/L洗衣粉在40℃洗涤5min，洗涤之后用清水漂洗2遍，脱水，干燥，这是一次洗涤，将试样重复洗涤50次，放在温度为(20±2)℃、相对湿度为65％±2％的环境中调湿24小时，测试洗涤之后的抑菌性。
实施例1～3制备的可降解无纺布的具体测试结果见表1：
表1实施例1～3制备的可降解无纺布的性能测试结果。
表2行业标准FZ/T 73023-2006《抗菌针织品》的抑菌指标要求
从表1的检测结果可以看出：采用本发明所述方法得到的无纺布具有良好的广谱抗菌性，且具有耐洗涤性。
由以上实施例可知，本发明提供了一种可降解无纺布的制备方法，包括以下步骤：将聚乳酸进行熔融纺丝，得到的初生纤维进行拉伸，卷曲和切断，得到聚乳酸短纤维，铺设成网，固定，得到PLA无纺布基层；所述熔融纺丝的速度为500～1000m/min，纺丝的温度为低于200℃；将PLA溶液静电纺丝至所述PLA无纺布基层上，得到可降解无纺布；所述静电纺丝电压为18～22KV，接收距离为14～16cm，流速为0.9～1.1mL/h。本发明通过上述工艺制备的无纺布具有良好的广谱抗菌性，且具有耐洗涤性。实验结果表明：洗涤前，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率均在99％以上；50次洗涤后，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率在87％以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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