1.本发明涉及非织造材料领域，具体涉及一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料及其制备方法。
背景技术：2.熔喷非织造成型技术作为应用最广泛的非织造材料成型技术之一，由其制备得到的超细纤维非织造材料具有比表面积大、孔隙致密、质地柔软等特点，且相比于其它超细纤维制备技术，熔喷非织造成型技术具有成本低、可大规模生产、绿色环保等优势。但目前熔喷非织造材料的原料大多为石油基烯烃类材料，由此类材料制备的熔喷非织造材料难以降解，对环境污染严重，采用可降解的聚乳酸熔喷非织造材料替换现有石油基烯烃类熔喷非织造材料成为绿色发展的必然趋势。
3.单一聚乳酸熔喷非织造材料存在柔韧性差、力学性能低等问题，这些缺陷限制了其大规模生产应用，为改善基于聚乳酸熔制备的喷非织造材料的力学性能，目前主要通过添加其它物质或改进工艺来达到增韧的效果。专利cn113293517a公开了一种聚乳酸弹性超细纤维非织造材料及其制备方法与应用，通过添加聚乙二醇/纳米纤维素以及多级热牵伸协同处理增韧聚乳酸，制备过程中先将各种原料共混制备混合颗粒，再将混合颗粒与弹性体原料混合经单螺杆基础装置进行熔喷，但由于相同温度下不同材料的熔融特性存在差异，使制备得到的弹性聚乳酸熔喷非织造材料在弹性和力学性能提升方面受到限制。
技术实现要素：4.本发明要解决的技术问题是提供一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料及其制备方法，本发明采用双螺杆成型技术结合高温高速气流牵伸，制备得到以高弹性co2基聚氨酯为皮层、聚乳酸为芯层的双组分纤维，进而凝聚于成网帘上相互粘合、缠结得到可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料。
5.为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将co2基聚氨酯、聚乳酸分别置于不同螺杆挤出装置，经螺杆熔融后挤出至计量泵中；所述co2基聚氨酯由co2基聚碳酸酯醚多元醇与含芳香基改性的异氰酸酯在助剂存在下反应得到，所述co2基聚氨酯分子链中由co2基聚碳酸酯醚多元醇形成的链段的含量为60wt％-90wt％；
8.(2)经不同流量计量调控将co2基聚氨酯的熔体挤入皮层模头通道、将聚乳酸的熔体挤入芯层模头通道；
9.(3)熔体经由喷丝孔挤出形成具有皮芯结构的双组分熔体，经热气流牵伸后形成具有皮芯结构的纤维，凝聚于成网帘上相互粘合、缠结形成连续状熔喷非织造材料；所述热气流的温度为220～350℃。
10.进一步地，步骤(1)中，所述co2基聚氨酯的数均分子量为1万～5万。
11.进一步地，步骤(1)中，所述co2基聚碳酸酯醚多元醇中co2的质量含量为10％～40％；所述co2基聚碳酸酯醚多元醇的数均分子量为2000～4000。
12.进一步地，所述co2基聚碳酸酯醚多元醇由二氧化碳与环氧化合物共聚得到，所述环氧化合物包括但不限于环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、环氧戊烷、环氧环己烷，优选环氧乙烷或环氧丙烷。
13.进一步地，含芳香基改性的异氰酸酯包括但不限于4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、2,4-乙苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸，优选为4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯；苯基的引入可提高基于co2基聚碳酸酯醚多元醇制备的co2基聚氨酯的韧性、强度等力学性能。
14.进一步地，所述助剂包括扩链剂，所述扩链剂为乙二醇、丙三醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,8-辛二醇、1,4-环己二醇、氢化双酚a中的一种或多种，优选为乙二醇或丙三醇。
15.本发明采用co2与环氧乙烷或环氧丙烷聚合制备获得co2基聚碳酸酯醚多元醇，聚合反应效率高、工艺成品率高；再将其与4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯或对苯二异氰酸酯聚合制成co2基聚氨酯，并控制co2基聚氨酯分子链中由含co2基聚碳酸酯醚多元醇形成的链段的含量，优选为60wt％-90wt％，更优选为70wt％-80wt％，以保证制备的熔喷非织造材料具有良好的力学性能和可降解性。
16.进一步地，co2基聚氨酯对应的螺杆挤出装置内的温度为150～250℃，co2基聚氨酯在200℃的熔融指数为50～500g/10min。
17.进一步地，聚乳酸对应的螺杆挤出装置内的温度为160～300℃，聚乳酸在200℃的熔融指数为20～100g/10min。
18.将上述co2基聚氨酯与聚乳酸各自对应的螺杆挤出装置内的温度控制在合适的区间，以保证连续进料的同时避免因熔融不充分而影响纤维的均匀性、力学性能。
19.本发明采用双螺杆挤出技术，将上述具有不同热力学特性的材料分别置于不同的螺杆挤出装置中加热处理，使材料可在各自合适的温度范围内进行熔融处理，避免现有技术中采用单一螺杆挤出装置存在的熔融不均或温度过高影响材料力学性能的问题。
20.进一步地，步骤(2)中，挤入皮层模头通道的熔体与挤入芯层模头通道的熔体的质量比为3:7～7:3。
21.进一步地，步骤(3)中，所述牵伸为侧吹风风压牵伸，所述风压为0.1～0.4mpa。
22.本发明通过双螺杆挤出技术将聚氨酯与聚乳酸熔体同时挤出形成皮芯结构，皮层为高弹性的聚氨酯，芯层为低弹性聚乳酸，高温侧吹气流对该皮芯熔体进行牵伸时，皮层聚氨酯能够承受高倍牵伸、芯层聚乳酸能够承受低倍牵伸，使不同性质的材料能够充分且均匀牵伸，以提高纤维的均匀度和力学性能；同时为保证在高温侧吹风气流牵伸过程中，皮芯熔体都能够获得有效牵伸并形成连续状纤维，需控制皮层及芯层熔体的质量比，例如皮层与芯层的质量比为3:7～7:3；若皮芯层的质量比过大或过小，易导致在高温侧吹风气流牵伸过程中造成皮层或芯层的不完全牵伸，易致使双组分纤维断裂。
23.进一步地，步骤(3)中，所述具有皮芯结构的纤维的直径为2～20μm；所述纤维的皮层的厚度为0.5～5μm，芯层的直径为1～10μm。
24.进一步地，所述制备方法还包括co2基聚氨酯加入螺杆挤出装置前的预处理过程，
具体为：将co2基聚氨酯置于60～100℃烘干处理3～10h。
25.co2基聚氨酯通过预处理去除材料中的水分，保证聚氨酯在热气流牵伸过程中不断裂。
26.本发明第二方面提供了一种第一方面所述制备方法制备得到的可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料。
27.进一步地，所述可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料的面密度为10～200g/m2。
28.本发明的有益效果在于：
29.1.为解决了现有技术弹性聚乳酸熔喷非织造材料原料比重受限、熔融不均、牵伸不均等问题，本发明采用可降解的co2基聚氨酯、聚乳酸为原料，利用双螺杆成型技术结合高温高速气流牵伸，制备得到以高弹性co2基聚氨酯为皮层、聚乳酸为芯层的双组分纤维，纤维在高温气流作用下凝聚于成网帘上相互粘合、缠结得到可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料；本发明提供的制备方法可根据性能需求调控不同组分的比例，根据材料力学性能的差异构筑具有皮芯结构的纤维，充分发挥各材料的优势，获得纤维均匀度高、力学性能优良的双组分可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料。
30.2.本发明制备的一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料，其横向弹性回复率大于45％，纵向弹性回复率大于60％，横向强力不低于10n/5cm、纵向强力大于30n/5cm，具有优良的力学性能、高弹且可降解的熔喷非织造材料，符合医疗卫生用品的性能需求，具有广泛的生产、应用前景。
附图说明
31.图1为可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料制备工艺流程图。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.实施例1
35.本实施例涉及一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料的制备，工艺流程如图1所示，采用数均分子量～35000的co2基聚氨酯(具有～30wt％co2、数均分子量为～2500的聚碳酸酯醚多元醇、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇聚合得到)，聚乳酸(natureworks ingeo
tm pla 6260d)，具体如下：
36.(1)将co2基聚氨酯置于70℃烘干处理8h，然后置于螺杆挤出装置a中，螺杆a的挤出温度为170℃；将聚乳酸置于螺杆挤出装置b中，螺杆b的挤出温度为190℃；将上述经螺杆高温熔融后的熔体挤出至计量泵中；
37.(2)以皮层、芯层熔体质量比1:1，将co2基聚氨酯熔体挤入皮层模头通道、聚乳酸的熔体挤入芯层模头通道；
ingeo
tm
pla 6260d)，具体如下：
54.(1)将co2基聚氨酯置于90℃烘干处理5h，然后置于螺杆挤出装置a中，螺杆a的挤出温度为260℃；将聚乳酸置于螺杆挤出装置b中，螺杆b的挤出温度为260℃；将上述经螺杆高温熔融后的熔体挤出至计量泵中；
55.(2)以皮层、芯层熔体质量比1:4，将co2基聚氨酯熔体挤入皮层模头通道、聚乳酸的熔体挤入芯层模头通道；
56.(3)熔体经由喷丝孔挤出形成具有皮芯结构的双组分熔体，在温度为240℃、压力为0.2mpa的高温侧吹风气流的牵伸作用下，形成具有皮芯结构的纤维，纤维凝聚于成网帘上相互粘合、缠结形成连续状熔喷非织造材料。
57.上述双组分具有皮芯结构的纤维的平均直径约为16μm，制备得到的熔喷非织造材料的面密度为～25g/m2。
58.对比例2
59.本实施例涉及一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料的制备，工艺流程如图1所示，采用数均分子量～75000的co2基聚氨酯(具有～25wt％co2、数均分子量为～4000的聚碳酸酯醚多元醇、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇聚合得到)，聚乳酸(natureworks ingeo
tm
pla 6260d)，具体如下：
60.(1)将co2基聚氨酯置于40℃烘干处理5h，然后置于螺杆挤出装置a中，螺杆a的挤出温度为150℃；将聚乳酸置于螺杆挤出装置b中，螺杆b的挤出温度为150℃；将上述经螺杆高温熔融后的熔体挤出至计量泵中；
61.(2)以皮层、芯层熔体质量比4:1，将co2基聚氨酯熔体挤入皮层模头通道、聚乳酸的熔体挤入芯层模头通道；
62.(3)熔体经由喷丝孔挤出形成具有皮芯结构的双组分熔体，在温度为260℃、压力为0.2mpa的高温侧吹风气流的牵伸作用下，形成具有皮芯结构的纤维，纤维凝聚于成网帘上相互粘合、缠结形成连续状熔喷非织造材料。
63.上述双组分具有皮芯结构的纤维的平均直径约为18μm，制备得到的熔喷非织造材料的面密度为～25g/m2。
64.对比例3
65.本对比例尝试采用单螺杆挤出工艺制备可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料，采用数均分子量～20000的co2基聚氨酯(具有～25wt％co2、数均分子量为～3000的聚碳酸酯醚多元醇、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、乙二醇聚合得到)，聚乳酸(natureworks ingeo
tm
pla 6260d)，具体如下：
66.(1)将co2基聚氨酯置于40℃烘干处理5h，然后与聚乳酸以质量比1:1置于同一螺杆挤出装置，在200℃下熔融挤出；
67.(2)在温度为240℃、压力为0.2mpa的高温侧吹风气流的牵伸作用下，熔体无法成纤。
68.性能测试
69.对上述实施例1～3及对比例1、2制备的熔喷非织造材料的力学性能进行测试，其中试样的断裂强力及断裂伸长率根据标准fz/t 60005-91中所述方法测定，对测试样品在沿着横向或纵向两次拉伸100％后测其弹性回复率，柔软度根据标准gb/t18318-2001《纺织
品织物弯曲长度的测定》中所述的方法测定。
70.测试结果如表1所示：
71.表1实施例及对比例制备的熔喷非织造材料的相关性能参数
72.样品实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2横向强力(n/5cm)11.412.514.66.88.5纵向强力(n/5cm)32.63540.819.625.4横向弹性回复率45％50.7％52.1％25.9％40.6％纵向弹性回复率63.2％70.1％75％45.1％50.1％柔软度(cm)11.512.112.511.210.3
73.由上述测试结果可知，本发明通过双螺杆技术使不同材料在各自适宜温度下熔融，制备得到的可降解熔喷非织造材料具有良好的力学强度、弹性回复率以及柔软度，有效避免了熔融不均或温度过高影响材料力学性能。
74.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
技术特征：1.一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将co2基聚氨酯、聚乳酸分别置于不同螺杆挤出装置，经螺杆熔融后挤出至计量泵中；所述co2基聚氨酯由co2基聚碳酸酯醚多元醇与含芳香基改性的异氰酸酯在助剂存在下反应得到，所述co2基聚氨酯分子链中由co2基聚碳酸酯醚多元醇形成的链段的含量为60wt％-90wt％；(2)经不同流量计量调控将co2基聚氨酯的熔体挤入皮层模头通道、将聚乳酸的熔体挤入芯层模头通道；(3)熔体经由喷丝孔挤出形成具有皮芯结构的双组分熔体，经热气流牵伸后形成具有皮芯结构的双组分纤维，凝聚于成网帘上相互粘合、缠结形成连续状熔喷非织造材料；所述热气流的温度为220～350℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述co2基聚氨酯的数均分子量为1万～5万。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述co2基聚碳酸酯醚多元醇中co2的质量含量为10％～40％；所述co2基聚碳酸酯醚多元醇的数均分子量为2000～4000。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，co2基聚氨酯对应的螺杆挤出装置内的温度为150～250℃，co2基聚氨酯在200℃的熔融指数为50～500g/10min；聚乳酸对应的螺杆挤出装置内的温度为160～300℃，聚乳酸在200℃的熔融指数为20～100g/10min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，挤入皮层模头通道的熔体与挤入芯层模头通道的熔体的质量比为3:7～7:3。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述牵伸为侧吹风风压牵伸，所述风压为0.1～0.4mpa。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述具有皮芯结构的纤维的直径为2～20μm；所述纤维的皮层的厚度为0.5～5μm，芯层的直径为1～10μm。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括co2基聚氨酯加入螺杆挤出装置前的预处理过程，具体为：将co2基聚氨酯置于60～100℃烘干处理3～10h。9.一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料，其特征在于，所述可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料由权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到。10.根据权利要求9所述的一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料，其特征在于，所述可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料的面密度为10～200g/m2。
技术总结本发明公开了一种可降解弹性聚乳酸熔喷非织造材料及其制备方法，所述熔喷非织造材料的制备方法包括以下步骤：(1)将CO2基聚氨酯、聚乳酸分别置于不同螺杆挤出装置中，经高温熔融后挤出至计量泵中；(2)经不同流量计量调控将不同熔体分别挤入皮、芯层模头通道；(3)熔体经由喷丝孔挤出形成具有皮芯结构的双组分熔体，经高温高速气流牵伸后形成纤维，凝聚于成网帘上相互粘合、缠结形成连续状熔喷非织造材料。本发明采用可降解的CO2基聚氨酯以及聚乳酸，根据原料的熔融特性以及力学性能的差异，采用双螺杆挤出装置制备得到具有皮芯结构的双组分纤维，由其粘结形成的熔喷非织造材料具有良好的可降解性、力学强度以及高弹性回复率。率。率。
技术研发人员：刘金鑫 董伊航 徐玉康 周宁 张克勤
受保护的技术使用者：苏州贝彩纳米科技有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
