聚乳酸纤维及其纺织品的生产技术.pdf
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1、石油资源作为不可再生能源日渐枯竭,而我国又是石油消费大国,石油消费量逐年递增。据相关部门统计,仅 2019年中国石油表观消费量就高达 6.96亿 t,同比增长 7.4%1。如何应对国内石油日益增长的需求,不仅需要国家从战略层次上深度思考,也需要国内企业积极参与。为了应对石油危机和保护环境,以可再生的农作物或者循环的有机物质为原料,通过生物化工方法可以生产生物质材料、能源以及燃料2。其中,聚乳酸(PLA)是最典型的代表,采用生物发酵技术将玉米淀粉转化为乳酸,再将乳酸单体脱水聚合成聚乳酸,不仅可以替代传统塑料制品,还可以替代纺织行业的合成纤维3。随着环保形式的严峻,聚乳酸产业在国内蓬勃发展,现在主
2、要有安徽丰原生物材料股份有限公司、聚乳酸纤维及其纺织品的生产技术摘要:总结聚乳酸面料的相关生产技术,对现有聚乳酸纤维开发过程中存在的一些问题和不足进行了分析。从纺纱技术、织造技术、染整技术、缝制技术和成品使用等方面,介绍了可以采取的技术和措施。实施效果表明:针对纤维特性的工艺改进和工艺设计,满足了聚乳酸纤维生产和使用的需求,不仅使聚乳酸面料各项指标符合要求,也保留了聚乳酸纤维特性赋予的功能;该工艺为聚乳酸纤维的开发提供了新思路和技术支持,应用前景广阔。关键词:聚乳酸;纺纱;织造;染整;抗菌防螨中图分类号:TS156;S190.5文献标志码:B文章编号:1005-9350(2023)09-002
3、6-04Abstract:The production technology of polylactic acid is summarized,and some problems and deficiencies in thedevelopment process of polylactic acid fibers is analyzed.The technologies and measures that can be taken are introducedfrom the aspects of spinning technology,weaving technology,dyeing a
4、nd finishing technology,sewing technology and application of finished products.The implementation results show that the requirement for the production and use of polylacticacid fiber are met through the process improvement and process design for the fiber characteristics.It not only makes thevarious
5、 indicators of the polylactic acid fabric meet the requirements,but also retains the functions endowed by the characteristics of the polylactic acid fiber.This process provides new ideas and technical support for the development of polylactic acid fiber,and has broad application prospects.Key words:
6、polylactic acid;spinning;weaving;dyeing and finishing;antibacterial and anti-miteProduction technology of polylactic acid fiber and its textiles收稿日期:2022-11-01作者简介:高洪国(1990),男,工程师,硕士,主要从事健康纺织品的研发,邮箱:。通信作者:张磊(1988),男,工程师,硕士,主要从事功能性纺织品的设计和研发,邮箱:。高洪国1,2,张磊1,2,文洪杰1,2,朱子玉2,3,苏风驰1,2(1.愉悦家纺有限公司,山东滨州256623;
7、2.山东省生态纺织技术创新中心,山东滨州256623;3.山东黄河三角洲纺织科技研究院有限公司,山东滨州256623)GAO Hongguo1,2,ZHANG Lei1,2,WEN Hongjie1,2,ZHU Ziyu2,3,SU Fengchi1,2(1.Yuyue Home Textile Co.Ltd.,Binzhou 256623,China;2.Shandong Technology Innovation Center ofEcological Textile,Binzhou 256623,China;3.Shandong Yellow River Delta TextileTec
8、hnology Research Institute Co.Ltd.,Binzhou 256623,China)染整技术Textile Dyeing and Finishing JournalVol.45 No.9Sep.2023第45卷第9期2023年9月9期浙江海正生物材料股份有限公司和吉林中粮生物材料有限公司等17家企业生产聚乳酸,总计已投产约18.1万t/a,规划投产约141万t/a4。伴随着聚乳酸产业的高速发展,其大规模产业化应用和商业化运作已经迫在眉睫。聚乳酸纤维是一种芳香族聚酯纤维,分子链中不存在强极性基,碳链中含有较多的酯基和等距排列的甲基,因此该纤维具有类似合成纤维的特性。聚
9、乳酸纤维的化学结构式如下所示:聚乳酸纤维与涤纶、棉的物理性能比较见表1。由表1可知,聚乳酸纤维具有强度高、延伸度大、悬垂性优良、回弹性好、防紫外线性能好、产烟量少和可燃性低等诸多优点,却存在回潮率低、吸湿性差、导电性差、抱合性差、玻璃化温度和熔点较低以及不耐强碱等不足6-7。为了发挥聚乳酸纤维的优良特性,针对其特点在纺纱、织造、印染和缝制等方面对工艺进行改进和调整,以满足新型纤维生产的需要。1主要技术瓶颈及难点分析1.1纺纱关键技术要求根据聚乳酸纤维长度整齐度较好、短绒含量少、含杂较少、表面光滑和回潮率低等特性,聚乳酸纤维纺纱时需要注意以下几点:(1)在清花过程中,由于聚乳酸纤维抱合力小以及纤
10、维蓬松,易发生“粘卷”问题;(2)在梳棉过程中,由于聚乳酸纤维刚性小、抗弯能力小和导电性差,存在梳棉成条困难、堵斜管和“三绕”难题;(3)在并条工序中,由于纤维弹性及弹性恢复性好、导电性较差以及纤维蓬松等特点,常出现缠绕罗拉胶辊和堵塞的情况;(4)在粗纱工序中,由于聚乳酸纤维表面较光滑,不仅需要增大纤维间抱合力,还要消除抱合力过大造成的粗纱“硬头”;(5)在细纱工序中,由于聚乳酸纤维良好的弹性和弹性恢复性,需要考虑成纱后的“回缩”现象。1.2织造关键技术要求聚乳酸纤维表面光滑、纤维间抱合性差、纤维蓬松和导电性差,会导致织造过程中易产生静电,且成纱后毛羽较多。在织造过程中需注意以下几点:(1)因
11、为聚乳酸纤维良好的弹性恢复性,在络筒过程中需要保护纱线的弹性和强力,减少伸长的同时减少毛羽;(2)聚乳酸纤维的回潮率小、玻璃化温度低和耐热性差,导致自身受热易收缩,并且湿热收缩大于干热收缩,若上浆过程控制不当则易出现边撑疵、浆斑、断疵和经纱“塑化”等疵病;(3)聚乳酸纤维良好的弹性恢复性赋予了纱线较强的变形能力,导致下机后出现纬向幅宽缩率较大、吸湿性较差,容易产生静电,造成纱线粘连。1.3染整关键技术要求聚乳酸纤维玻璃化温度和熔点较低,不耐强碱,染整处理时需要防止以下问题:(1)低熔点的聚乳酸纤维分子在烧毛过程中发生高温重新聚合的现象,导致织物手感较硬。(2)由于聚乳酸纤维对碱敏感,在退浆过程
12、中强碱的使用会使纤维降解,对强力造成严重影响。(3)聚乳酸纤维的玻璃化温度为 5862,熔点为175,热定形过程中过高的定形温度会对织物强力、染色性能和手感等造成不良影响。(4)聚乳酸纤维对高温的耐受性差,染色温度对染料上染产生影响的同时也对断裂强力、表面光滑度和手感等造成影响。过高的染色温度会消除织物表面的光泽和光滑手感,甚至导致局部产生熔融体;过低的染色温度会降低上染率和色牢度。在高温湿热环境下,聚乳酸纤维的结晶随着时间的延长而增长,使纤维的染色性发生变化,降低织物的最高上染量和上染速率。聚乳酸纤维玻璃化转变温度(Tg)低,染色温度降低过快则使织物产生折皱,同时导致手感发硬,染色过程中织物
13、张力过大则易出现布面擦伤和变形。聚乳酸纤维内部结构较为松弛,使得染料有较纤维涤纶PLA棉纤维密度/(gm-3)1.381.391.2711.291.541.55回潮率/%0.40.50.40.67.08.0断裂强度/(cNdtex-1)干3.86.23.24.91.93.1湿3.66.03.04.62.63.0断裂伸长率/%干20.032.030.035.07.09.0湿22.035.035.040.012.014.1初始模量/(cNdtex-1)短224420426082长801408212452弹性回复率(伸度5%)/%6593熔点/255175燃烧燃烧性多烟少烟1720极限氧指数/%20
14、2226+中等偏差防紫外线性能中等好表1聚乳酸纤维、涤纶和棉的性能比较5n O CH C CH3高洪国,等:聚乳酸纤维及其纺织品的生产技术27染整技术45卷高的上染速率,导致“花布”问题。聚乳酸纤维的上染时间是影响染色的一个重要因素,当染色时间过短时染料不能充分上染,导致上染率低,进而对色牢度和颜色深度造成影响;染色时间过长会加剧聚乳酸纤维的水解,降低纤维强度。聚乳酸纤维属于脂肪族聚合物,对酸、碱的耐受性均较差,极易在碱液中发生水解进而出现损伤,也会在酸性溶液中发生水解产生损伤,均会降低纤维的延伸性和强力。(5)虽然还原清洗可以通过洗除纤维表面浮色的方法来提高聚乳酸纤维的染色牢度,但聚乳酸纤维
15、对碱敏感,在55 以上的碱性环境中就出现水解,从而引起纤维损伤造成染料变色和褪色。(6)还原清洗后的聚乳酸面料缺乏平滑感且聚乳酸纤维的回潮率仅为 0.40.6,需要进行柔软整理,但整理不当则会引起织物起毛起球。1.4缝制关键技术要求聚乳酸面料不耐高温,成品缝制后需要注意熨烫温度,温度过高会使面料表面手感变硬,甚至“塑化”;温度过低则难以熨平产品。1.5成品使用聚乳酸成品不耐高温和强碱,因此在湿热条件下长期使用会出现掉毛和局部降解等问题,而碱性洗涤剂则会对产品性能造成不利影响。2关键技术及可以采取的措施2.1纺纱技术针对因聚乳酸纤维特性造成的纺纱过程中的诸多问题有以下解决方案:(1)针对粘卷问题
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