专利名称：采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法
技术领域：
本发明涉及工业化生产纳米竹炭纤维的工艺方法，具体是采用聚乳酸基生产纳米 竹炭纤维的工艺方法。
背景技术：
在现代社会中，研究和生产有益于人类生态和健康的功能性纺织品已经成为一种 潮流。竹炭是一种新型功能材料，具有卓越性能的环保材料，具有“黑钻石”的美誉，在国际 上被誉为“21世纪的环保新卫士”，是竹材资源有效利用的一个全新发展方向。竹炭纤维， 是选用纳米级竹炭粉末(竹炭微粉)，将其通过特殊工艺加入切片或纺丝液中再经近似常 规纺丝工艺纺出的纤维新品种。竹炭纤维及其制成的织物具有吸附除臭、抑菌防霉、发射远红外、负离子等功能和 作用。据测定，竹炭纤维内部有微孔、中孔和大孔，且比表面积大。1cm3竹炭的比表面积可 达350m2，使竹炭纺织品能吸附多种有害气体，消除体臭和空气中的异味。竹炭纤维能够持 续释放负离子，经检测，在测试距离1cm时，释放负离子2000个/cm3，测试距离2cm时，释放 负离子1600个/cm3。竹炭纤维能吸收和再放射4-14 u m的远红外线，而此段波长的远红外 线与生物之生长有极密切的关系，故又称为“生育光线”或“成长光线”。远红外线容易被人 体吸收，能够增加人体表面微血管的血液循环，具有蓄热保暖、促进新陈代谢的功效，对于 预防和治疗关节炎、失眠等有明显作用。除以上优良性能外，竹炭纤维还具有环保、静电屏 蔽、抗菌防霉等特性，而且竹炭纤维都带有的自然的灰色、黑色，使之不需要染色，不含化学 染料的有害物质，因此环保健康。2003年，河南新乡白鹭化纤集团成功开发出了竹炭粘胶纤维。该纤维采用我国南 方优质的山野毛竹制成的竹香炭纳米级微粉为原料，添加入粘胶中，经过特殊工艺制作而 成。同年，华东理工大学上海华力索菲科技有限公司推出了一款竹炭纤维新品种。该纤维 是在纤维表面涂上一种纯天然的超细竹炭添加剂加工而成。2004年以来，中国台湾地区也 陆续报道有新型竹炭纤维问世。台湾地区纺织中心利用纳米技术将竹炭微粉化，再通过熔 融纺丝程序把竹炭均勻地融入聚酯纤维中，从而制成竹炭纤维。2005年，日本自然科学杂志 报道称，日本生产出500目的竹炭纤维，它的加工方法是竹炭加工为第一步，然后将竹纤维 拉长并与化纤、棉线等交织在一起。2006年，浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司成功开发出多 功能环保型竹炭纤维。该竹炭纤维的加工是把5年生以上的竹子通过瞬间纯氧高温和氮气 阻隔新工艺技术处理后，通过物理方法，使其粒径达到微米级，然后与经过特殊聚合工艺技 术处理后的涤纶改性切片一起熔入纺丝熔体之中，再经纺丝制成竹炭纤维。聚乳酸(简称PLA)是以乳酸为主要原料聚合所得到的高分子聚合物。而乳酸的 原料是所有碳水化合物富集的物质，例如玉米、土豆以及有机废弃物等，可以不断再生、因 此取之不尽，用之不竭。聚乳酸纤维是将聚乳酸树脂切片经过融熔纺丝而制成的新型纤维 素纤维。是一种没有添加一切有害化学物质的固有抗菌性和阻燃性、耐气候性的环境友好 型再生纤维素纤维。据炭排放量检测，采用传统粘胶法生产的再生纤维素纤维粘胶丝为14680C02Kg/t、代表合成纤维的聚酯为6443 C02Kg/t，而聚乳酸纤维只不过3650 C02Kg/t, 其环境负荷特性显著。根据前面论述，可知传统竹炭纤维生产所用载体主要为粘胶和聚酯两种，其炭排 放量居高，且石油产品资源紧张，不易降解。聚乳酸纤维可循环再生，资源丰富，固有抗菌性 和阻燃性、耐气候等特性，环保健康。
发明内容
本发明提供了一种采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，是采用聚乳酸为 载体，添加纳米竹炭粉，利用干法纺丝技术生产出绿色环保，易回收、易降解、生产低炭排放 的纳米竹炭纤维工艺方法。发明的技术方案为下采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，包括以下步骤(1)、将聚乳酸切片和纳米竹炭粉按95-97% 的质量百分比进行混合得混合 原料，混合原料进行加热真空干燥，干燥的工艺条件为在103-107°C下预干燥100-140分 钟，然后升温到118-122°C干燥6. 5-7. 5小时；(2)、将干燥后的混合原料输送到六箱螺杆挤压机中依次经一至六箱进行加 热熔融得熔体，一至六箱的温度依次分别设置为158-162 °C、180-190°C、170-18(TC、 165-175°C、165-175°C、170-180°C，然后将熔体输送进入纺丝组件法兰中在170-180°C继续 加热，将继续加热后得到的熔体进行纺丝、出丝得长丝，纺丝温度为170-180°C ；(3)、将长丝经冷却成型，成型的长丝经导丝、上油、落筒，然后落筒后的长丝经集 束浸油、55-65°C下水浴牵伸、物理拉伸得到长丝的纤维牵伸3. 5-4倍，然后经调节丝宽、卷 绕、热定型、冷却、切断、打包，得成品。所述的聚乳酸切片的分子量为33. 5万，熔点为155-165°C，结晶度为74_78%，玻 璃化转变温度为58-59°C，切片分子的L-异构体含量99%以上；所述的纳米竹炭粉的粒径 为90-100nm，筛分粒径为15000-18000目。所述的纺丝、出丝是将熔体经温度为165_175°C的过滤器输送入纺丝箱后纺丝， 然后经过压力为10-20Mpa的压力泵、频率为40-50HZ的计量泵，均勻的供给喷丝组件， 由喷嘴喷出丝；所述的冷却成型采用低温环吹风进行冷却成型，温度19-21°C、风速为 0. 22-0. 27m/s ；所述的集束浸油的油剂加入量为5_7kg/T ；所述的物理拉伸是经导辊和卷 绕辊进行物理拉伸，导辊频率为20-30HZ，卷绕辊频率为20-25HZ ；所述的调节丝宽是将牵 伸后的长丝在张力架上调成100mm宽的丝带；所述的卷绕是以800-1200m/min速度进行卷 绕；所述的热定型是将卷绕后的丝排在松弛的热定型机上，利用热蒸汽依次经烘箱1和烘 箱2对长丝进行干燥定型，烘箱1的温度为75-85°C，烘箱2的温度为80-90°C;所述的切断 是以90-110m/min的速度经切断机切断。本发明所述的六箱螺杆挤压机是由安徽南澳地毯有限公司出品，型号为JLG120。本发明所述的聚乳酸切片是由安徽和胜科技有限公司生产；所述的纳米竹炭粉是 由上海克瑞森环保科技有限公司市售。本发明有如下优点1、原料来源广，聚乳酸属于再生纤维素纤维，是再生资源，生产过程绿色化，无属石油化；2、聚乳酸生产能耗低，炭排放量仅为3650 C02Kg/t，不到粘胶的1/3，约聚酯的 1/2，其环境负荷特性显著；3、生物降解性好，不污染环境，且本发明的纳米竹炭粉使用后可以回收再造粒，实 现2次回收纺丝，节约资源；4、纳米竹炭的纤维及其制成的织物具有吸附除臭、抑菌防霉、发射远红外、负离子 等功能和作用，属于绿色功能性新材料。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，包括以下工艺步骤(1)、原料的选配本发明使用的聚乳酸切片来安徽和胜科技有限公司自制，分子量为33. 5万，熔点 162°C，结晶度约76%，玻璃化转变温度58. 5°C，切片分子的L-异构体含量99%以上；纳米 竹炭粉为上海克瑞森环保科技有限公司市售黑色18000目，lOOnm的规格；本发明中聚乳酸 切片和纳米竹炭粉的质量比为聚乳酸切片95%、纳米竹炭粉5%。(2)、原料混合烘干将聚乳酸切片和纳米竹炭粉按照步聚(1)的比例进行混合，然后投放到真空干燥 机进行加热干燥。干燥的工艺为，预干燥温度为106°C，干燥时间为2. 5小时；然后伸温到 120°C，干燥7小时。干燥后的聚乳酸切片含水率保持在30ppm以下。(3)、熔融纺丝将步聚(2)中干燥的混合原料输送到六箱螺杆挤压机中进行加热熔融，控制的温 度从一到六每个箱的温度分别为160°C、185°C、175°C、170°C、170°C、175°C。经过螺杆挤压 机加热后的原料熔融成熔体，再将熔体输送进入纺丝组件法兰(法兰分三个区域大法兰、 法兰1、法兰2)中继续加热，是熔体受热熔融更加均勻。其控制温度均为175°C。经过法 兰组件后的熔体输送经过过滤器(温度为172°C )进入纺丝箱(温度为175°C )进行纺丝。 熔体进入纺丝箱后经过压力泵(压力为17Mpa)、计量泵(频率为45HZ)均勻的供给喷丝组 件，由喷嘴喷出丝。(4)、冷热成型由喷丝嘴喷出的长丝，采用低温环吹风进行冷却(温度20°C、风速为0. 25m/s)成 型。成型的长丝经过导辊导丝时，利用导辊进行上油，然后给丝落筒。落筒后的长丝再经集 束架集束(30筒)浸油，经水浴、油浴两道工序，经导辊和卷绕辊将纤维拉伸3. 6倍。其中 水浴温度为604°C，油剂加入量为6kg/T，导辊频率25HZ，卷绕辊频率25HZ。将牵伸后的 丝在张力架上调成100mm宽的丝带，以lOOOm/min速度卷绕。将卷绕的丝排在松弛的热定 型机上，利用热蒸汽经烘箱1和2(温度分别为80°C、85°C)让长丝干燥定型。再经烘箱3 冷却后，以lOOm/min的速度经切断机切断，风送打包。
权利要求
采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，其特征在于包括以下步骤(1)、将聚乳酸切片和纳米竹炭粉按95-97％∶3-5％的质量百分比进行混合得混合原料，混合原料进行加热真空干燥，干燥的工艺条件为在103-107℃下预干燥100-140分钟，然后升温到118-122℃干燥6.5-7.5小时；(2)、将干燥后的混合原料输送到六箱螺杆挤压机中依次经一至六箱进行加热熔融得熔体，一至六箱的温度依次分别设置为158-162℃、180-190℃、170-180℃、165-175℃、165-175℃、170-180℃，然后将熔体输送进入纺丝组件法兰中在170-180℃继续加热，将继续加热后得到的熔体进行纺丝、出丝得长丝，纺丝温度为170-180℃；(3)、将长丝经冷却成型，成型的长丝经导丝、上油、落筒，然后落筒后的长丝经集束浸油、55-65℃下水浴牵伸、物理拉伸得到长丝的纤维牵伸3.5-4倍，然后经调节丝宽、卷绕、热定型、冷却、切断、打包，得成品。
2.根据权利要求1所述的采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，其特征在 于所述的聚乳酸切片的分子量为33. 5万，熔点为155-165°C，结晶度为74_78%，玻璃化 转变温度为58-59°C，切片分子的L-异构体含量99%以上；所述的纳米竹炭粉的粒径为 90-100nm，筛分粒径为 15000-18000 目。
3.根据权利要求1所述的采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，其特征在于 所述的纺丝、出丝是将熔体经温度为165-175°C的过滤器输送入纺丝箱后纺丝，然后经过压 力为10-20Mpa的压力泵、频率为40-50HZ的计量泵，均勻的供给喷丝组件，由喷嘴喷出丝； 所述的冷却成型采用低温环吹风进行冷却成型，温度19-21°C、风速为0. 22-0. 27m/s ；所述 的集束浸油的油剂加入量为5-7kg/T ；所述的物理拉伸是经导辊和卷绕辊进行物理拉伸， 导辊频率为20-30HZ，卷绕辊频率为20-25HZ ；所述的调节丝宽是将牵伸后的长丝在张力架 上调成100mm宽的丝带；所述的卷绕是以800-1200m/min速度进行卷绕；所述的热定型是 将卷绕后的丝排在松弛的热定型机上，利用热蒸汽依次经烘箱1和烘箱2对长丝进行干燥 定型，烘箱1的温度为75-85°C，烘箱2的温度为80-90°C;所述的切断是以90-110m/min的 速度经切断机切断。
全文摘要
本发明公开了一种采用聚乳酸基生产纳米竹炭纤维的工艺方法，是采用聚乳酸为载体，添加纳米竹炭粉，利用干法纺丝技术生产纳米竹炭纤维。本发明所生产的纳米竹炭纤维绿色环保，易回收、易降解、生产低炭排放，且生产工艺简单、易操作，成本低。
文档编号D01F6/92GK101857981SQ20101015176
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者李涛, 程贤生, 谈杰 申请人:安徽省和胜新材料科技有限公司