1、 （ 2013 届） 题 目 聚乳酸无纺布亲水处理及其性能测试和分析 学生姓名 学 号 200939995118 学 院 材料与纺织工程学院 专 业 纺织工程 班 级 纺织 091 导师姓名 导师学科 纺织工程 导师职称 教授 嘉兴学院教务处制 2013 年 5 月 10 日 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） I 诚 信 声 明 我声明，所呈交的论文 （ 设计 ） 是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 （ 设计 ） 中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 嘉兴学院 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺
2、，论文 （ 设计 ） 中的所有内容均真实、可信。 论文 （ 设计 ） 作者签名： 签名日期： 2013 年 5 月 10 日 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） II 授 权 声 明 学校有权保留送交论文（设计）的原件，允许论文（设计）被查阅和借阅，学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计），学校必须严格按照授权对论文 （ 设计 ） 进行处理，不得超越授权对论文（设计）进行任意处置。 论文 （ 设计 ） 作者 签名： 签名日期： 2013 年 5 月 10 日 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） III 聚乳酸无纺布亲水处理及其性能测试和分析 摘要 ： 本文
3、概述了聚乳酸纤维的性能和特点，阐述聚乳酸水刺无纺布和纺粘无纺布的加工流程，同时介绍了聚乳酸在医疗卫生材料领域的应用状况。 聚乳酸非织造材料的力学性能和加工性能好，可加工成各色各样的制品，应用在用即弃卫生用品中也将是世界可持续发展的必然要求。但是由于聚乳酸亲水性能差，限制了聚乳酸材料的大规模生产。 采用工厂生产的二种不同的 PLA无纺布进行亲水处理，对亲水剂种类、用量、亲水处理工艺进行实验性筛选 ，同时与没有经过亲水处理相同克重的 PLA 水刺和纺粘无纺布性能测试结果进行对比和分析，进而得出最优的亲水处理试剂和工艺。 关键词： 聚乳酸；无纺布；亲水性；性能 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） IV
4、Polylactic acid non-woven hydrophilic treatment and its performance testing and analysis Abstract: This article outlines the performance and features of the polylactic acid fiber ,manufacturing processes of spunlace polylactic acid non-woven and spunbond nonwoven , and applications of polylactic aci
5、d in the field of health materials. Polylactic acid non-woven materials have good mechanical properties and processing performance. It can be processed into different kinds of products ,which be used in disposable hygiene products will also be the inevitable requirement for a sustainable world. Howe
6、ver, due to poor hydrophilic properties of polylactic acid, which limits the large-scale production of a polylactic acid material. On this basis, using the factory production of two different types of PLA nonwoven fabric,we make them hydrophilic treatment. We make experimental screening for hydrophi
7、lic agent type and amount of the hydrophilic treatment .At the same time ,we compared it with no hydrophilic treatment of PLA spunlace and spunbond nonwoven， s performance test results and analysis, and then come to the best hydrophilic treatment reagents and processes. Keywords: polylactic acid; no
8、n-woven; hydrophilic; performance 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） V 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 前言 . 1 1.2 聚乳酸 纤维 . 1 1.2.1 聚乳酸纤维简介 .1 1.2.2 聚乳酸纤维性能 . 2 1.3 聚乳酸非织造布工艺和应用 . 3 1.3.1 纺粘法聚乳酸非织造布 . 3 1.3.2 聚乳酸水刺无纺布 . 3 1.3.3 医疗卫生领域的应用 . 4 1.4 本课题研究的意义 . 4 2 实验部分 . 5 2.1 回潮率 .5 2.1.1 实验原理 .5 2.1.2 实验准备 . 5 2.1.3 实验步骤 . 5 2.2 接触角性能
9、测试 . 5 2.2.1 实验原理 . 5 2.2.2 试样准备 . 5 2.2.3 实验 步骤 . 5 2.3 毛细效应 . 6 2.3.1 实验原理 . 6 2.3.2 试样准备 . 6 2.3.3 实验步骤 . 6 2.4 织物刚柔性测试 . 6 2.4.1 实验原理 . 6 2.4.2 实验准备 . 6 2.4.3 实验步骤 . 6 2.5 织物透气性实验 . 6 2.5.1 测试原理 . 6 2.5.2 试样准备 . 6 2.5.3 实验步骤 . 7 2.6 透湿性测定 . 7 2.6.1 实验原理 . 7 2.6.2 实验准备 . 7 2.6.3 实验步骤 . 7 2.7 拉伸强力
10、测定 . 7 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） VI 2.7.1 实验原理 . 7 2.7.2 实验准备 . 7 2.7.3 实验步骤 . 7 3 实验结果分析 . 8 3.1 回潮率 . 8 3.2 接触角结果分析 . 8 3.3 芯吸高度结果分析 . 9 3.4 刚柔性测试结果分析 . 10 3.5 透气性测试结果分析 . 11 3.6 透湿性测试分析 . 12 3.7 拉伸强力测试分析 . 12 4 分析总结 . 14 参考文献 . 15 致谢 . 16 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1 前言 随着石油 资源的匮乏， 人们环保意识的提高 ,天然生物降解高分子材料 引起
11、了全世界的关注。聚乳酸作为一种可降解的新型材料，具有良好的生物降解性、生物相容性、和生物可吸收性 1。使用后，在土壤和水中能被微生物完全降解成水和二氧化碳，对人体无毒无害，对环境无污染。聚乳酸纤维是 由 可再生的玉米、小麦等淀粉原料发酵 而 转 变 成乳酸， 再 经 过 聚合、溶液或熔融纺丝而制成的纤维，是第一个完全可再生的人造纤维， 具 有天然纤维 与 合成纤维的 双重 特点。聚乳酸纤维是实现工业化生产的一种新型环保纤维 ,具有来源丰富 、 可生物降解 、 物理机械性能和加工性能优良等优 点 。由 聚乳酸纤维 制成 的布料 具有 手感 柔软 、 光泽亮丽 、悬垂性、吸水性 和 抗皱性好， 穿
12、着舒适 ,并具 有 抗紫外线和导湿 的 作用 ,且 能释放人体气味等特性 ， 是 一种非常 理想的面料。聚乳酸纤维性能优越 , 有极好的悬垂性、滑爽性、吸湿透气性、良好的耐热性及抗紫外线功能 , 并富有光泽和弹性 , 可作服装面料、家用装饰材料、医用材料、非织造布材料、可生物降解的包装材料等 2-4 。 然而 , PLA的均聚物存在不少缺陷。 PLA属聚酯 ,亲水性差 ,降低了其生物相容性 。本文选用五种亲水剂，如 HS-DM-1、 SF-608AA、 TF-629、 TF-629C、 TF-629B，对两种聚乳酸无纺布进行亲水处理，以改善其亲水性。通过芯吸高度、伸长长度、抗弯长度、抗弯刚度、
13、透气率等评价指标衡量其亲水性的大小。 1.2 聚乳酸纤维 1.2.1 聚乳酸纤维简介 聚乳酸纤维 (PolylacLic Acid Fiber.简称 PLA)是 由 玉米 、 小麦 、马铃薯 等淀粉原料经发酵转变 成乳酸 ， 乳酸经缩合反应合成低分子量聚乳酸 , 再利用耦合剂将低分子量的聚乳酸聚合成具有良好机械物性的较高分子量聚乳酸 ,再通过化学改性将其物理性质提高并使其纤维化。 再 经 过 溶液或熔融纺丝制成的纤维 5。 熔融纺丝时 ,采用分子量比较高的聚乳酸 ,先将 PLA切片进行真空干燥后 ,然后在氮气保护下通过螺杆挤压机喷丝制得 ,成丝后以 118 210km/min的速度进行卷绕 ,
14、然后将初生纤维 在 热板上双区拉伸进行拉伸热定形 , 最后根据产品要求制成长纤、短纤 6。 聚乳酸纤维 是第一个完全可再生的人造纤维，兼有天然纤维和合成纤维的特点。商业化生产的 PLA纤维是以玉米淀粉发酵制成乳酸，经脱水聚合反应制得聚乳酸酯溶液进行纺丝加工而成，所以 PLA纤维又被称为玉米纤维 7,8。 聚乳酸纤维的优良特性使其开发和深加工产品具有更加广 阔的前景，聚乳酸非织造布的生产过程干净环保无污染，对全世界的环保事业具有深远影响。 聚乳酸纤维具有优良的降解性能。它的 降解不同于天然纤维 的 微生物酶解，聚乳酸 的降解 是由于 聚合物链上酯键的水解 ， 降解后产生二氧化碳和水 。最后 在植
15、物 的 光合作用下，又会 生成 淀粉的起始原料 9，这个循环过程见图 10。 嘉兴学院本科生毕业设计（论文） 2 图 1-1聚乳酸纤维生态循环图 1.2.2 聚乳酸纤维性能 PLA纤维 具有良好的物理机械性能，是 高结晶性、高取向性和高强度的纤维 。跟 聚酯和聚酰胺纤维相 对比 ， 聚乳酸 纤 维 的手感和悬垂性 更好， 抗紫外线 (uv)性能好，比重低 ， 可燃性差，发烟量小，卷曲性和保型性 更好 。聚乳酸纤维吸湿吸水性小，水扩散性及渗水性佳， 而且透湿性亦好，这 些特性与衣料用途的吸汗速干性有关。聚乳酸纤维与聚酯、棉纤维 的性能对比如下 11： 项目 PLA纤维 涤纶纤维 棉纤维 密度（
16、g/cm-3） 1.27 1.38 1.54 熔点（） 175 260 / 玻璃化温度（） 57 70 / 标准状态吸湿率（ %） 0.6 0.4 8.5 燃烧热（ KJ*g-1） 18.84 23.03 / 断裂强度（ CN/dtex） 4.0-4.9 4.0-4.9 3.0-4.9 伸长度（ %） 30 30 / 染料种类 分散染料 分散染料 活性染料 染色温度（） 100 130 80 聚乳酸纤 维具有的突出优点如下 12-15： (1)能耗低：它的原材料十分丰富，都是可再生的资源，而且资源和能耗少：聚乳酸纤维是当嘉兴学院本科生毕业设计（论文） 3 今最绿色和环保的有机高分子化合物。其综
17、合能源消耗是化学纤维生产中最低的。 (2)可生物降解无污染：聚乳酸纤维具有良好的生物降解性，将其与其他废物同时埋入地下，较短时间内就可分成水和二氧化碳。它对环境无污染，天然环保。聚乳酸所用的原材 料没有毒性，发酵污水处理不存在难题。且其生产过程中都是无污染的，是最简洁干净的生产。 (3)物理机械性能和加工性能好：聚乳酸纤维的强度、伸长等与涤纶和锦纶相差不大，但熔点和模量较低，具有良好的手感，弹性回复率高，玻璃化温度适宜。 (5)舒适性好： 聚乳酸的产品亲肤性好，与皮肤接触会感到十分舒适，且有天然的抗菌性。 (6)有一定的阻燃性：聚乳酸纤维的极限氧指数是常用纤维中最高的 。 它的难燃性与毛相似
18、,优于涤纶。限氧指数 : PLA: 26 27; 羊毛 : 24 25; 涤纶 :23 2416;， 且其燃烧时散发 的热量低，容易熄灭 ， 火灾危险小。 (7)环境可持续性： PLA 纤维 的原料是 谷物等农产品 ，属于可重复使用的再生能源， 取之不尽 ,用之不竭 。 1.3 聚乳酸非织造布工艺和应用 1.3.1 纺粘法聚乳酸非织造布 纺粘法 聚乳酸非织造布是以聚乳酸切片为原料 ,经过熔融纺丝、牵伸铺网 ,然后用热轧或针刺及水刺等方法固结而成 的 一种新型的长丝非织造布 ,。 纺粘法聚乳酸非织造布可以制作复合类产品，能够满足不同领域的需要。纺粘法是一种既经济、快速又环保的生产方法。 由于 聚
19、乳酸在高温下容易解聚 ,所以 切片要充分干燥 ,去除水 分。同时纺丝温度 不能太高，要控制适当 ,才能 保证纺丝的顺利进行。聚乳酸纺粘法采用空气冷却并通过开纤装置将纺出的丝条杂乱散落堆积在网帘上 ,铺置成网 ,然后再经热轧辊加压热粘合 ,即可得到 PLA纺热轧非织造布 17。聚乳酸纺粘法非织造布的工艺流程为 :聚乳酸切片螺杆挤压机熔体过滤器计量泵喷丝板冷却吹风气流牵伸铺网热轧成布 (或水刺、针刺成布 ) 卷取成品 18。 由于聚乳酸的优良性能 ,使得用纺粘法制得的聚乳酸纺粘法非织造布在常温下具有良好的耐气候性、强度保持性 ;在土壤、海水、污泥等自然环境下经历一定 时间后可完全分解为水和二氧化碳
20、 ,对环境不造成污染 ,并且其分解产生的二氧化碳又通过植物的光合作用被重新合成淀粉等生产聚乳酸的原料 ,所以聚乳酸纺粘法非织造布是新型环保型的非织造布产品 19。 1.3.2、聚乳酸水刺无纺布 聚乳酸 具有中等的强力，比天然纤维要高， 但 是其 吸湿率 不如其他的天然纤维 ,表现出较好的疏水性。因此 可以选择水刺固结。水刺法聚乳酸非织造布的基本工艺过程为 :聚乳酸短纤维开松气流成网水刺固结后处理 (烘干 ) 成品卷绕。聚乳酸水刺非织造布具有 良 好的透气性、悬垂性 ，且 手感柔软、外观光滑、不起毛 ，良好的 亲肤性 、 降解性及生物相容性等 20。 聚乳酸纤维的优良特性使其开发和深加工产品具有更加广阔的前景，聚乳酸水刺非织造布的生产过程干净环保无污染，对全世界的环保事业具有深远影响。现在 中国 的 新丽无纺 和 美国农业
