石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法
阅读说明：本技术 石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法 (Preparation method of graphene polylactic acid bi-component composite fiber ) 是由 郭松华 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法,属于纺织领域。该方法包括以下步骤：S01,聚乳酸用盐酸处理；S02,S01得到的处理过的聚乳酸用吡啶和a-溴代丙酰溴处理；S03,S02得到的处理过的聚乳酸用CuBr、2,2-联吡啶和乙烯基基吡咯烷酮处理；S04,S02得到的处理过的聚乳酸,干燥,得到组分A；组分A,加入石墨烯,得到组分B；S05,取组分A和组分B,熔融纺丝,得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。本发明的石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法得到的面料,均具有一定的抗菌能力。(The invention discloses a preparation method of graphene polylactic acid bi-component composite fibers, and belongs to the field of textiles. The method comprises the following steps: s01, treating polylactic acid with hydrochloric acid; (ii) the treated polylactic acid obtained in S02, S01 is treated with pyridine and a-bromopropionyl bromide; (ii) the treated polylactic acid obtained in S03, S02 is treated with CuBr, 2-bipyridine and vinyl pyrrolidone; s04, drying the treated polylactic acid obtained in S02 to obtain a component A; adding graphene into the component A to obtain a component B; and S05, taking the component A and the component B, and carrying out melt spinning to obtain the graphene polylactic acid bi-component composite fiber. The fabric prepared by the preparation method of the graphene polylactic acid bi-component composite fiber has certain antibacterial capacity.)
技术领域
本发明属于纺织
技术领域
，具体涉及一种石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法。背景技术
聚乳酸，又称聚丙交酯，是以乳酸为主要原料聚合得到的聚酯类聚合物，是一种新型的生物降解材料。聚乳酸具有优良的生物相容性、亲肤性和柔软性，加工得到的面料温润柔滑、悬垂性好。
石墨烯是自然界中已知的最薄、强度最高、导电导热性能最强的新型纳米材料，已经被广泛应用于半导体、电子、电池能源、航空航天等各种领域。石墨烯纤维还可以使复合材料具有优异的力学、电气、热、抗辐射、抗菌等功能性能，在石墨烯纤维素功能性复合纤维及相应的纺织产品超导导热服装材料、抗菌医用材料、生物医用纺织品、阻燃材料等领域有着广泛的应用。
CN109487352A公开了一种石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法。该方法是将60-75wt％的聚乳酸切片与25-40wt％的石墨烯母粒分别干燥后混合，得到组分A；将聚乳酸切片干燥后作为组分B；将组分A与组分B分别熔融挤出后共同纺丝。
发明内容
本发明研究了聚乳酸改性对石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的抗菌性能的影响，本专利就是基于该研究的发现。
本发明在于公开一种石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
S01，聚乳酸用盐酸处理；
S02，S01得到的处理过的聚乳酸用吡啶和a-溴代丙酰溴处理；
S03，S02得到的处理过的聚乳酸用CuBr、2，2-联吡啶和乙烯基基吡咯烷酮处理；
S04，S02得到的处理过的聚乳酸，干燥，得到组分A；组分A，加入石墨烯，得到组分B；
S05，取组分A和组分B，熔融纺丝，得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。
在本发明的一些优选的实施方式中，S01中，聚乳酸用0.1mol/l的HCl溶液在40-60℃下浸泡12-36h。
在本发明的一些优选的实施方式中，S02中，S01处理过的聚乳酸用吡啶和a-溴代丙酰溴，在25-30℃下处理12-24h。
在本发明的一些优选的实施方式中，S02中，S01处理过的聚乳酸中，加入的吡啶和a-溴代丙酰溴的量，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1:(0.5-1)：(2-4)。
在本发明的一些进一步优选的实施方式中，S02中，S01处理过的聚乳酸中，加入的吡啶和a-溴代丙酰溴的量，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1:0.5：(2.5-3.5)。
在本发明的一些优选的实施方式中，S03中，S02处理过的聚乳酸用CuBr、2，2-联吡啶和乙烯基基吡咯烷酮在25-30℃下处理36-48h。
在本发明的一些优选的实施方式中，S03中，S02处理过的聚乳酸中，加入CuBr、2，2-联吡啶和乙烯基基吡咯烷酮的量，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶1∶(0.5-1):(35-60)。
在本发明的一些进一步优选的实施方式中，S03中，S02处理过的聚乳酸中，加入CuBr、2，2-联吡啶和乙烯基基吡咯烷酮的量，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶1∶0.5:(45-55)。
在本发明的一些优选的实施方式中，S04中，组分A，按(1.8-2.2):1的重量比，加入石墨烯，得到组分B。
在本发明的一些优选的实施方式中，S05中，所述熔融纺丝，组分A和组分B为1:(0.5-1.5)重量比，200-220℃条件下熔融挤出造粒，得到共混物，于纺丝温度180-210℃，卷绕速率80-120m/min，热牵伸温度90-110℃，牵伸比为1.5-2.5倍的条件下熔融纺丝，得到的双组分复合纤维单丝线密度为8-12dtex。
在本发明的一些优选的实施方式中，还包括组分A和组分B的熔融造粒的均一性评价的步骤：
S11，确定初始熔融温度，取5个样品，测定单位体积的重量，记为向量X1；
S12，升高熔融温度10℃，取5个样品，测定单位体积的重量，记为向量X2；
S13，通过下式计算X1和X2的均一度：
如果，t1和t2均大于-1.39则按照初始温度进行熔融造粒，进行混合，否则按照重复S11和S12直至t1和t2均大于-1.39。
本发明中，所述室温为25±1℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明的石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法得到的面料，均具有一定的抗菌能力；
(2)本发明的石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法研究中，发现对盐酸的处理过的聚乳酸用吡啶和a-溴代丙酰溴处理和用CuBr、2，2-联吡啶和乙烯基基吡咯烷酮处理两个步骤的对聚乳酸的改性，能够显著提高抗菌性能，并且发现二者具有相互支持的作用。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
所述熔融纺丝，组分A和组分B为1:1重量比，200℃条件下熔融挤出造粒，得到共混物，于纺丝温度190℃，卷绕速率100m/min，热牵伸温度100℃，牵伸比为2倍的条件下熔融纺丝，得到的双组分复合纤维单丝线密度为8-10dtex。
若非特别指出，实施例和对比例为组分、组分含量、制备步骤、制备参数相同的平行试验。
实施例1
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚乳酸，用0.1mol/l的HCl溶液，在50℃下，浸泡24h，离心，水洗，干燥；
(2)取(1)处理的1g聚乳酸，加入吡啶、a-溴代丙酰溴和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理24h，离心，水洗，干燥；
其中，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1∶1∶2；
(3)取(2)处理的聚乳酸，加入CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理48h，离心，乙醇洗，干燥；
其中，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶1∶1:40；
(4)取(3)处理的聚乳酸，干燥，得到组分A；组分A，按2:1的重量比，加入石墨烯，得到组分B；
(5)组分A和组分B，熔融纺丝，得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。
实施例2
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚乳酸，用0.1mol/l的HCl溶液，在60℃下，浸泡12h，离心，水洗，干燥；
(2)取(1)处理的1g聚乳酸，加入吡啶、a-溴代丙酰溴和100ml乙酸，氮气气氛下，30℃处理12h，离心，水洗，干燥；
其中，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1∶1∶2.5；
(3)取(2)处理的聚乳酸，加入CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮和100ml乙酸，氮气气氛下，30℃处理36h，离心，乙醇洗，干燥；
其中，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶1∶1:40；
(4)取(3)处理的聚乳酸，干燥，得到组分A；组分A，按2.2:1的重量比，加入石墨烯，得到组分B；
(5)组分A和组分B，熔融纺丝，得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。
实施例3
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚乳酸，用0.1mol/l的HCl溶液，在40℃下，浸泡36h，离心，水洗，干燥；
(2)取(1)处理的1g聚乳酸，加入吡啶、a-溴代丙酰溴和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理20h，离心，水洗，干燥；
其中，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1∶1∶2；
(3)取(2)处理的聚乳酸，加入CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理46h，离心，乙醇洗，干燥；
其中，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶1∶1:35；
(4)取(3)处理的聚乳酸，干燥，得到组分A；组分A，按1.8:1的重量比，加入石墨烯，得到组分B；
(5)组分A和组分B，熔融纺丝，得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。
实施例4
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚乳酸，用0.1mol/l的HCl溶液，在50℃下，浸泡24h，离心，水洗，干燥；
(2)取(1)处理的1g聚乳酸，加入吡啶、a-溴代丙酰溴和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理24h，离心，水洗，干燥；
其中，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1∶0.5∶3；
(3)取(2)处理的聚乳酸，加入CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理48h，离心，乙醇洗，干燥；
其中，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶0.5∶1:50；
(4)取(3)处理的聚乳酸，干燥，得到组分A；组分A，按2:1的重量比，加入石墨烯，得到组分B；
(5)组分A和组分B，熔融纺丝，得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。
实施例5
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚乳酸，用0.1mol/l的HCl溶液，在50℃下，浸泡24h，离心，水洗，干燥；
(2)取(1)处理的1g聚乳酸，加入吡啶、a-溴代丙酰溴和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理24h，离心，水洗，干燥；
其中，以聚乳酸羟基计，聚乳酸羟基与吡啶和a-溴代丙酰溴的摩尔比为1∶0.5∶4；
(3)取(2)处理的聚乳酸，加入CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮和100ml乙酸，氮气气氛下，室温处理48h，离心，乙醇洗，干燥；
其中，以聚乳酸溴基计，聚乳酸溴基与CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮的摩尔比为1∶0.5∶1:60；
(4)取(3)处理的聚乳酸，干燥，得到组分A；组分A，按2:1的重量比，加入石墨烯，得到组分B；
(5)组分A和组分B，熔融纺丝，得到石墨烯聚乳酸双组分复合纤维。
实施例6
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，与实施例1的区别在于，还包括组分A和组分B的熔融造粒的均一性评价的步骤：
S11，确定初始熔融温度，取5个样品，测定单位体积的重量，记为向量X1；
S12，升高熔融温度10℃，取5个样品，测定单位体积的重量，记为向量X2；
S13，通过下式计算X1和X2的均一度：
如果，t1和t2均大于-1.39则按照初始温度进行熔融造粒，进行混合，否则按照重复S11和S12直至t1和t2均大于-1.39。
采用本实施例的方法，可以快速的确定组分A和组分B的熔融造粒中充分熔融的温度。
对比例1
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，与实施例1的区别在于，没有步骤(3)。
对比例2
石墨烯聚乳酸双组分复合纤维的制备方法，与实施例1的区别在于，没有步骤(2)。步骤(3)中，按照实施例1中的同样重量的量，加入CuBr、2，2-联吡啶、乙烯基基吡咯烷酮。
性能考察
取实施例和对比例的石墨烯聚乳酸双组分复合纤维，同样的方式纺纱，织成面料，反复水洗30次后，每次水洗先在自来水中浸泡10min，然后洗衣机洗10min，再在60℃干燥10min。按照《纺织品抗菌性能的评价(第3部分):振荡法(GB/T 20944.3-2008)》的方法测试面料的抑菌率。
表1石墨烯聚乳酸双组分复合纤维面料的抑菌情况
同一列数据中，标注不同的小写字母表示显著差异，P＜0.05
结果表明，实施例1-5得到的石墨烯聚乳酸双组分复合纤维织成的面料的均具有一定的抗菌能力，抗菌能力显著优于对比例1和对比例2,；实施例1-5中，实施例4的抗菌能力显著优于实施例1-3和5。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
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