本發(fā)明屬于功能材料和功能纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能聚乳酸纖維的制備方法。

背景技術(shù)：

目前聚乳酸纖維功能化品種越來(lái)越多，根據(jù)不同的功能實(shí)現(xiàn)方法有所不同，例如為了實(shí)現(xiàn)聚乳酸纖維的功能化，常用方法為表面改性技術(shù)和共混改性技術(shù)。然而隨著社會(huì)的發(fā)展，單一的功能越來(lái)越難以滿足多領(lǐng)域、多功能的要求。

專(zhuān)利CN101942759A是將纖維加入到含有硝酸銀的溶液中吸附溶液中的硝酸銀，再通過(guò)對(duì)吸附硝酸銀后的纖維進(jìn)行還原得到表面附著銀的抗菌纖維或織物。該方法不能形成均一穩(wěn)定的抗菌涂層，且抗菌時(shí)間有限，不能達(dá)到持久抗菌。整個(gè)過(guò)程過(guò)于復(fù)雜極易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。后者則是將抗菌組分直接或改性后加入到聚合物中，通過(guò)螺桿擠出制備抗菌母粒，再經(jīng)過(guò)熔融紡絲技術(shù)制備抗菌纖維。專(zhuān)利CN103038403A是通過(guò)在延伸處理后進(jìn)行特定范圍內(nèi)的松弛熱處理制備了具有耐磨性功能聚酯纖維。專(zhuān)利CN103710963A通過(guò)添加高含量的多種無(wú)機(jī)納米粉體為聚酯基體提供多功能，該方法添加量高不易分散，效果較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，所述的多功能聚乳酸纖維中抗菌客體組分的添加量少、分散均勻，功能持久，操作簡(jiǎn)便。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，包括以下步驟：

第一步：將功能性金屬離子通過(guò)離子交換進(jìn)入α-ZrP形成功能性的α-ZrP，然后利用KH550改性功能性的α-ZrP，將碳材料酸化處理，得到酸化處理的碳材料，利用E51環(huán)氧改性劑對(duì)酸化處理后的碳材料改性，得到改性的碳材料，將KH550改性的功能性的α-ZrP加入到所述改性的碳材料中形成多功能納米團(tuán)簇；

第二步：將所述多功能納米團(tuán)簇和聚乳酸基體在180~230℃下共混造粒，并干燥，最后經(jīng)熔融紡絲法紡制成多功能聚乳酸纖維。

優(yōu)選地，所述的功能性金屬離子為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、硝酸銀和氯化鍺中的至少一種。

優(yōu)選地，所述的碳材料為碳納米管、納米碳黑和納米石墨中的至少一種。

優(yōu)選地，所述的KH550改性的功能性的α-ZrP和改性的碳材料的質(zhì)量比為1:1-10。

優(yōu)選地，所述的多功能納米團(tuán)簇的尺寸在300~700 nm。

優(yōu)選地，所述的多功能納米團(tuán)簇與聚乳酸基體的質(zhì)量比0.5 -3 :99.5- 97。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

（1）將功能性金屬離子通過(guò)離子交換進(jìn)入α-ZrP，實(shí)現(xiàn)了α-ZrP對(duì)功能性金屬離子的負(fù)載；并通過(guò)KH550改性增加了α-ZrP與聚合物基體的相容性，同時(shí)為α-ZrP表面引入了大量的氨基；

（2）采用E51對(duì)酸化處理的納米碳材料改性，增加了碳材料與基體的相容性，并為碳材料表面提供了大量的環(huán)氧基團(tuán)；

（3）得到的多功能納米團(tuán)簇可實(shí)現(xiàn)一次添加多種功能且添加量少，功能持久，并且不影響聚合物納米材料的成型；

（4）方法操作簡(jiǎn)單、高效，成本低，效用持久，應(yīng)用前景廣闊；

（5）制備的多功能性聚乳酸纖維可有效應(yīng)用在家用紡織品、服裝、大飛機(jī)、高鐵等內(nèi)飾，航天員服飾，軍用作戰(zhàn)服飾等。通過(guò)對(duì)本發(fā)明多功能聚乳酸纖維的產(chǎn)業(yè)化可以有效填補(bǔ)國(guó)內(nèi)的多功能纖維制備技術(shù)空白。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

本發(fā)明各實(shí)施例中的磷酸鋯納米粉體為市售產(chǎn)品，粒徑為100-700 nm，納米碳粉體為市售產(chǎn)品碳納米管長(zhǎng)度為200-700 nm，納米碳黑粒徑為100-500 nm，納米石墨的粒徑為200-700 nm。

實(shí)施例1：

一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：

第一步：將19.5g α-ZrP加入到100 ml四氫呋喃中，超聲并機(jī)械攪拌，超聲功率為50W，時(shí)間為20min；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為200r/min，時(shí)間為20min；1.7g氯化銅加入溶液中，反應(yīng)6h；滴加硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)反應(yīng)，KH550的滴加量與α-ZrP的質(zhì)量比為0.5:1；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的硝酸處理多壁碳納米管；反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)的時(shí)間為12 h。添加E51改性酸化的多壁碳納米管；酸化碳材料與環(huán)氧改性劑E51摩爾比為1:5，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為12 h。環(huán)氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續(xù)反應(yīng)16h；利用丙酮洗滌3次，過(guò)濾真空烘箱60℃烘干12h；

第二步：將上述多功能納米團(tuán)簇和聚乳酸按質(zhì)量比3:97在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經(jīng)熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在300-700 nm。該纖維對(duì)大腸桿菌的抗菌率＞90%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率＞85%，對(duì)白色念珠菌的抗菌率＞60%。織物耐水洗次數(shù)＞80次。該纖維的體積電阻率小于108Ω·cm。

實(shí)施例2：

一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：

第一步：將19.5g α-ZrP加入到100 ml DMF中，超聲并機(jī)械攪拌，超聲功率為35W，時(shí)間為60 min；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min，時(shí)間為15min；1.6g硫酸銅加入溶液中，反應(yīng) 12 h；滴加硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)反應(yīng)，KH550的滴加量與α-ZrP的質(zhì)量比為1:1；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的硝酸處理多壁碳納米管；反應(yīng)溫度為75℃，反應(yīng)的時(shí)間為24 h。添加E51改性酸化的多壁碳納米管；酸化碳材料與環(huán)氧改性劑E51摩爾比為1:5，反應(yīng)溫度為75℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h。環(huán)氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續(xù)反應(yīng)16h；利用丙酮洗滌3次，過(guò)濾真空烘箱60℃烘干12h；

第二步：將上述多功能納米團(tuán)簇和聚乳酸按質(zhì)量比2:98在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經(jīng)熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在500-700 nm。該纖維對(duì)大腸桿菌的抗菌率＞85%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率＞80%，對(duì)白色念珠菌的抗菌率＞60%。織物耐水洗次數(shù)＞80次。該纖維的體積電阻率小于108Ω·cm。

實(shí)施例3：

一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：

第一步：將19.5g α-ZrP加入到100 ml四氫呋喃中，超聲并機(jī)械攪拌，超聲功率為50W，時(shí)間為30min；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min，時(shí)間為30min；0.85g硝酸銀加入溶液中，反應(yīng)18 h；滴加硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)反應(yīng)，KH550的滴加量與α-ZrP的質(zhì)量比為1:1；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的硝酸處理納米碳黑；反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)的時(shí)間為12 h。添加E51改性酸化的納米碳黑；酸化碳材料與環(huán)氧改性劑E51摩爾比為1:5，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h。環(huán)氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續(xù)反應(yīng)16h；利用丙酮洗滌3次，過(guò)濾真空烘箱60℃烘干12 h；

第二步：將上述多功能納米團(tuán)簇和聚乳酸按質(zhì)量比3:97在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經(jīng)熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在200-500 nm。該纖維對(duì)大腸桿菌的抗菌率＞90%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率＞90%，對(duì)白色念珠菌的抗菌率＞70%。織物耐水洗次數(shù)＞80次。該纖維的體積電阻率小于109Ω·cm。

實(shí)施例4：

一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：

第一步：將39g α-ZrP加入到100 ml DMF中，超聲并機(jī)械攪拌，超聲功率為35 W，時(shí)間為60min；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min，時(shí)間為60 min；1.35g氯化銅和0.11g氯化鍺加入溶液中，反應(yīng)12 h；滴加硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)反應(yīng)，KH550的滴加量與α-ZrP的質(zhì)量比為1:1；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的硝酸處理多壁碳納米管；反應(yīng)溫度為75℃，反應(yīng)的時(shí)間為18 h。添加E51改性酸化的多壁碳納米管；酸化碳材料與環(huán)氧改性劑E51摩爾比為1:10，反應(yīng)溫度為75℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h。環(huán)氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續(xù)反應(yīng)16h；利用丙酮洗滌3次，過(guò)濾真空烘箱60℃烘干12h；

第二步：將上述多功能納米團(tuán)簇和聚乳酸按質(zhì)量比2:98在250℃~275℃下共混造粒，并干燥，最后經(jīng)熔融紡絲法（紡絲溫度為270~290℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在300-700 nm。該纖維對(duì)大腸桿菌的抗菌率＞90%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率＞85%，對(duì)白色念珠菌的抗菌率＞60%?？椢锬退创螖?shù)＞80次。該纖維的體積電阻率小于10⁸ Ω·cm。摩擦法測(cè)量負(fù)離子產(chǎn)生量每立方厘米400 ~1000個(gè)。

實(shí)施例5：

一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：

第一步：將39 g α-ZrP加入到100 ml四氫呋喃中，超聲并機(jī)械攪拌，超聲功率為50W，時(shí)間為30min；機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為300r/min，時(shí)間為30min；1.7g硝酸銀和0.2 g氯化鍺加入溶液中，反應(yīng)12 h；滴加硅烷偶聯(lián)劑KH550繼續(xù)反應(yīng)，KH550的滴加量與α-ZrP的質(zhì)量比為0.5:1；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的硝酸處理納米石墨；反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)的時(shí)間為24 h。添加E51改性酸化的納米石墨；酸化碳材料與環(huán)氧改性劑E51摩爾比為1:10，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為18 h。環(huán)氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續(xù)反應(yīng)16h；利用丙酮洗滌3次，過(guò)濾真空烘箱60℃烘干12h；

第二步：將上述多功能納米團(tuán)簇和聚乳酸按質(zhì)量比0.5:99.5在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經(jīng)熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在500-700 nm。該纖維對(duì)大腸桿菌的抗菌率＞95%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率＞90%，對(duì)白色念珠菌的抗菌率＞70%?？椢锬退创螖?shù)＞80次。該纖維的體積電阻率小于10¹⁰ Ω·cm。摩擦法測(cè)量負(fù)離子產(chǎn)生量每立方厘米400 ~1000個(gè)。