1.本发明属于卫生材料技术领域，具体涉及一种聚乳酸纤维及其在成人失禁护理垫中的应用。
背景技术：
2.近年来，中国人口老龄化程度不断加剧，全国60岁及以上老年人口超过总人口的16%，老龄人口为我国成人失禁用品市场提供了庞大的潜在消费群体，使成人失禁护理垫的消费量逐年增长，且由于成人失禁护理垫是使用后即抛弃的一次性卫生产品，因而成人失禁护理垫每年的消耗量巨大。巨大消耗的背后是产品的处理问题，由于成人失禁护理垫吸水后体积膨胀，填埋处置会占用很多宝贵资源，而焚烧会造成环境污染，因此开发可降解的成人失禁护理垫，减少对环境资源的污染和浪费非常重要。
3.聚乳酸纤维是一种新型的生态环保型纤维，其是以玉米淀粉为原料，经发酵、缩合、聚合等一系列反应制成的一种合成聚酯。聚乳酸原料来源广泛，可再生，能够完全生物降解，还具有透明度高、抗油性和染色性能好、可燃性低、对人体无毒害等优点，能进行各种成型加工，如挤出、吹膜、注塑、纤维成型等。因此，聚乳酸在成人失禁护理垫中具有广阔的应用前景。尽管聚乳酸具有以上优点，但聚乳酸的结晶速率非常慢，熔体强度低，导致成型加工过程困难；玻璃化转变温度较低，耐热性差；在熔体加工过程中易降解，分子量及分子量分布难于控制；质脆硬，韧性差，缺乏柔性和弹性，抗冲击强度小。这些缺点严重限制了聚乳酸材料的应用。已有现有技术公开了聚乳酸纤维制备成人失禁护理垫，如专利201210576102.9公开了一种可完全降解无纺布材料，具体为将聚乳酸双组分纤维、聚乳酸纤维互相混合、开松、梳理，再通过热风穿透和热轧加固制成可完全降解的无纺材料，具有强力好、不易掉纤维、渗透导湿快、可完全降解等优点，是制作成人失禁护理垫的理想材料，但其强度、韧性、透气性等仍然不够理想。为弥补聚乳酸材料的缺陷，使其能够较好的应用于成人失禁护理垫等卫生材料领域，有必要对其进行进一步的改性。
技术实现要素：
4.本发明为解决上述现有技术存在的缺陷，提供了一种聚乳酸纤维，并将其制备成无纺布材料用作成人失禁护理垫的表层，具有强力高、韧性好、透湿性高、手感柔软、蓬松、透气的优点，且降解率高，减少了对环境的污染。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种壳聚糖衍生物的制备方法，包括下述步骤：s1、二苯甲酰酒石酸与壳聚糖中的氨基发生反应得到n-羧酰化壳聚糖；s2、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚与n-羧酰化壳聚糖中的羟基发生反应得到壳聚糖衍生物。
6.进一步地，所述步骤s1的具体操作步骤为：将壳聚糖加入到二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后加入二苯甲酰酒石酸、缩水剂，通入
n2保护，在100-150℃、600-1500r/min下搅拌反应3-24h，加入丙酮沉淀，醇洗、乙醚清洗数次，干燥得到n-羧酰化壳聚糖。
7.更进一步地，所述壳聚糖的重均分子量为3-10万，优选为5-8万；脱乙酰度≥85%，优选≥90%。
8.更进一步地，所述壳聚糖的添加量为二甲基甲酰胺质量的1-5%。
9.更进一步地，所述二苯甲酰酒石酸的添加量为壳聚糖质量的120-200%。
10.更进一步地，所述缩水剂为1-乙基-3(3-二甲胺丙基)碳二亚胺盐酸盐，缩水剂的添加量为壳聚糖质量的80-150%。
11.进一步地，所述步骤s2的具体操作步骤为：把n-羧酰化壳聚糖加入到二甲基甲酰胺中，加入催化剂，在40-50℃、600-1000r/min下搅拌反应20-50min，然后升温至50-60℃，加入4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚，继续搅拌4-8h，反应结束后，旋转蒸发，除去有机小分子和水，丙酮洗涤数次，干燥得到壳聚糖衍生物。
12.更进一步地，所述n-羧酰化壳聚糖的添加量为二甲基甲酰胺质量的0.5-5%。
13.更进一步地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，催化剂的添加量为n-羧酰化壳聚糖质量的0.5-6%。
14.更进一步地，所述4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚的添加量为n-羧酰化壳聚糖质量的300-500%。
15.壳聚糖分子中含有大量的活性羟基和氨基，分子间存在很强的氢键作用，结构紧密，导致其溶解性差，限制了壳聚糖的应用，本发明首先利用二苯甲酰酒石酸与壳聚糖中的氨基发生反应制备n-羧酰化壳聚糖，将二苯甲酰酒石酸引入壳聚糖的支链中，破坏了壳聚糖的致密结构，分子间的氢键作用被削弱，改善了壳聚糖在水和有机溶剂中的溶解性；然后利用4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚对壳聚糖进行进一步的改性，4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚与壳聚糖中的羟基发生o-烷基化反应，得到烷基化壳聚糖衍生物，进一步破坏壳聚糖分子间的氢键作用，使得壳聚糖的溶解性进一步提升，改性后的壳聚糖中引入了羧基等强亲水性基团，吸水性提升，二苯甲酰酒石酸中的官能团和壳聚糖骨架结构可以进一步提升材料对水的吸收；将该壳聚糖衍生物对聚乳酸进行共混改性，可弥补聚乳酸材料吸湿性差的缺陷，提升聚乳酸纤维的渗透导湿性，增加透气性，并能够提升聚乳酸材料的强度和韧性，这可能是因为壳聚糖衍生物中引入羧基等极性基团，可与聚乳酸发生反应，形成交联结构，使制得的聚乳酸纤维形成均匀的孔隙结构，提升聚乳酸纤维的强度和韧性，增加透气性，形成的孔隙结构还有助于微生物的进入，从而加快聚乳酸纤维的生物降解，提高降解率。此外，壳聚糖材料具有良好的生物相容性，与聚乳酸共混制得的纤维手感柔软、蓬松，舒适性增强。
16.一种壳聚糖衍生物，经由上述所述方法制备得到。
17.壳聚糖衍生物在制备聚乳酸纤维中的应用。
18.一种聚乳酸纤维的制备方法，包括下述步骤：步骤一、将聚乳酸、聚乙烯醇、壳聚糖衍生物、抗氧剂混合均匀，得到混合物料；步骤二、利用熔融纺丝法制备得到初生纤维；步骤三、初生纤维进行热牵伸和热定型，得到聚乳酸纤维。
19.进一步地，所述聚乳酸的重均分子量为8-20万，优选为10-16万。
20.进一步地，所述聚乙烯醇的聚合度为800-1200，醇解度为98%，聚乙烯醇的添加量
为聚乳酸质量的6-10%。
21.进一步地，所述壳聚糖衍生物的添加量为聚乳酸质量的3-5%。
22.进一步地，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、硫代二丙酸二月桂酯、4,4’甲撑双(2,6-二叔丁基苯酚)中的任一种，抗氧剂的添加量为聚乳酸质量的0.8-2%。
23.进一步地，所述熔融纺丝的温度为180-250℃，优选为200-220℃。
24.进一步地，所述热牵伸的温度为70-130℃，优选为90-100℃；牵伸倍数为1-5倍，优选为3-5倍。
25.进一步地，所述热定型的温度为80-150℃，优选为90-110℃。
26.聚乳酸材料具有良好的透湿性、水扩散性、抑菌性，是制作卫生材料的理想材料，但其吸湿性、韧性和耐热性较差，仅利用聚乳酸很难制成纤维，制备的卫生材料在遇到大量液体时不能快速吸收；本发明以聚乳酸为基体材料，并添加壳聚糖衍生物、聚乙烯醇、抗氧剂制备聚乳酸纤维，不仅保留了聚乳酸材料的性能，且结合了壳聚糖衍生物的优点，弥补了聚乳酸材料吸湿性差的缺陷，提升聚乳酸纤维的透湿性和透气性，提高降解性能，增强聚乳酸纤维的强度和韧性，此外，壳聚糖衍生物具有良好的生物相容性和生物吸附性，与聚乳酸共混制得的纤维手感柔软、蓬松，舒适性增强。
27.上述方法制备得到的聚乳酸纤维。
28.聚乳酸纤维在制备成人失禁护理垫中的应用，包括将聚乳酸纤维作为经混合、开松、喂棉、梳理、直接成网、热轧加固制成无纺布材料，切割成所需大小作为成人失禁护理垫的表层；所述无纺布材料的重量为10-30g/m2，厚度为0.05-0.3mm，热轧温度为110-140℃。
29.进一步地，为进一步增强聚乳酸纤维的力学性能，从而增强成人失禁护理垫的使用寿命和舒适度，在聚乳酸纤维制成无纺布材料前，还以包含5-对茴香基糠醛的混合溶液进行后整理，具体步骤为：将表面活性剂、柠檬酸、5-对茴香基糠醛加入至去离子水混合均匀，50-60℃下超声处理30-50min，然后把聚乳酸纤维放置于混合溶液中，在50-60℃、200-500r/min下搅拌1-5h，滤出后用水清洗数次，干燥即得。
30.所述表面活性剂为月桂酰胺丙基甜菜碱，表面活性剂的添加量为去离子水质量的2-4%。
31.柠檬酸添加量为去离子水质量的1-2.5%。
32.5-对茴香基糠醛的添加量为去离子水质量的0.05-0.2%。
33.本发明利用包含5-对茴香基糠醛的混合溶液对聚乳酸纤维进行后整理，5-对茴香基糠醛中的醛基与壳聚糖衍生物中的氨基发生席夫碱反应，有助于增加纤维之间的粘结牢度，提升材料的拉伸性能，并使成人失禁护理垫使用过程中，减少纤维的脱落，增加舒适度。
34.本发明由于采用壳聚糖衍生物与聚乳酸混合制备聚乳酸纤维，并将该聚乳酸纤维制备成无纺布材料用作成人失禁护理垫的表层，因此具有以下有益效果：壳聚糖经二苯甲酰酒石酸、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚改性后，溶解性和吸湿性提升，将该壳聚糖衍生物对聚乳酸进行共混改性，可弥补聚乳酸材料吸湿性差的缺陷，提升聚乳酸纤维的渗透导湿性和透气性，降解性能提高，并能够增强聚乳酸材料的强度和韧性；所得聚乳酸纤维手感柔软、蓬松、舒适性强，在制备成人失禁护理垫等卫生材料的表层时，液体接触表层被快速吸收，
不会产生堆积、侧漏等，适用性强。
35.因此，本发明提供了一种聚乳酸纤维，并将该聚乳酸纤维制成无纺布材料用作成人失禁护理垫的表层，所得无纺布材料的拉伸强度高于3.7n/5cm、断裂伸长率高于41%，强度高、韧性好，透湿率高于9600g/m2/d，透湿性高，透气率不低于6000mm/s，透气性好，降解率达98.8%，舒适性强，综合性能优异。
附图说明
36.图1是实施例1中所得壳聚糖衍生物的ftir图；图2是无纺布材料的拉伸性能测试结果示意图；图3是无纺布材料的透湿率测试结果示意图；图4是无纺布材料的透气率测试结果示意图；图5无纺布材料的降解率测试结果示意图。
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
38.实施例1：本实施例提供了一种聚乳酸纤维，所述聚乳酸纤维经由下述方法制备得到：步骤一、100重量份的聚乳酸(重均分子量为15万)、8重量份的聚乙烯醇(聚合度为1000，醇解度为98%)、4.2重量份的壳聚糖衍生物、1重量份的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚混合均匀，得到混合物料；步骤二、利用熔融纺丝法，将步骤一所得混合物料制备成初生纤维，熔融温度为210℃；步骤三、将步骤二所得初生纤维进行热牵伸和热定型，得到聚乳酸纤维，热牵伸的温度为95℃，牵伸倍数为3倍，热定型的温度为100℃。
39.所述壳聚糖衍生物经由下述方法制备得到：s1、将3重量份壳聚糖(脱乙酰度为90%，重均分子量为6万)加入到100重量份二甲基甲酰胺中，加入5.4重量份二苯甲酰酒石酸、3.6重量份1-乙基-3(3-二甲胺丙基)碳二亚胺盐酸盐，通入n2保护，120℃、1000r/min下搅拌反应12h，加入过量丙酮沉淀，醇洗、乙醚清洗5次，40℃下干燥得到n-羧酰化壳聚糖；s2、将3重量份n-羧酰化壳聚糖加入到100重量份二甲基甲酰胺中，加入0.1重量份二月桂酸二丁基锡，45℃、800r/min下搅拌反应30min，然后升温至55℃，加入12.6重量份4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚，继续搅拌6h，反应结束后，旋转蒸发，除去有机小分子和水，丙酮洗涤3次，40℃下干燥得到壳聚糖衍生物。
40.将所得壳聚糖衍生物利用红外光谱仪进行测试，测得ftir图如图1所示：从图中可以看出，在壳聚糖图谱中，在3400cm-1
附近为-oh的吸收峰，1648cm-1
、1556cm-1
、1315cm-1
附近为氨基的特征吸收峰，1150cm-1
附近为醚氧键的伸缩振动峰，1070cm-1
附近为c-o的伸缩振动，以上吸收峰是壳聚糖的特征峰；在壳聚糖衍生物图谱中，3400cm-1
附近的强吸收峰是由于环氧反应后-oh的引入，1450cm-1
、1240cm-1
附近出现两个较强的吸收峰，这是羧基中的c=o和-oh的弯曲振动引起的，760cm-1
为苯环c-h面外变形振动，以上结果表明，4-(2,3-环氧丙
氧基)吲哚、二苯甲酰酒石酸成功接枝到壳聚糖上。
41.实施例2：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物制备过程中，n-羧酰化壳聚糖、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚的添加量分别为3重量份、7.5重量份。
42.实施例3：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物制备过程中，n-羧酰化壳聚糖、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚的添加量分别为3重量份、9重量份。
43.实施例4：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物制备过程中，n-羧酰化壳聚糖、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚的添加量分别为3重量份、15重量份。
44.实施例5：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物制备过程中，n-羧酰化壳聚糖、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚的添加量分别为3重量份、16.5重量份。
45.实施例6：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物经由下述方法制备得到：将3重量份壳聚糖(脱乙酰度为90%，重均分子量为6万)加入到100重量份二甲基甲酰胺中，加入5.4重量份二苯甲酰酒石酸、3.6重量份1-乙基-3(3-二甲胺丙基)碳二亚胺盐酸盐，n2保护下，120℃、1000r/min下搅拌反应12h，加入过量丙酮沉淀，醇洗、乙醚清洗5次，40℃下干燥即得。
46.实施例7：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物经由下述方法制备得到：将3重量份壳聚糖(脱乙酰度为90%，重均分子量为6万)加入到100重量份二甲基甲酰胺中，加入0.25重量份二月桂酸二丁基锡，45℃、800r/min下搅拌反应30min，然后升温至55℃，加入12.6重量份4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚，继续搅拌6h，反应结束后，旋转蒸发，除去有机小分子和水，丙酮洗涤3次，40℃下干燥即得。
47.实施例8：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，壳聚糖衍生物用未改性的壳聚糖代替，壳聚糖的脱乙酰度为90%，重均分子量为6万。
48.实施例9：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于，步骤一中未添加壳聚糖衍生物。
49.实施例10：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例1基本相同，不同之处仅
在于，还包括下述步骤：将3重量份的月桂酰胺丙基甜菜碱、1.5重量份的柠檬酸、0.12重量份的5-对茴香基糠醛、100重量份的去离子水的进行混合，55℃下超声处理40min得混合溶液，超声频率为20kw，功率密度为0.4w/cm2，把实施例1所得聚乳酸纤维放置于混合溶液中，在60℃、500r/min下搅拌3.5h，用水清洗5次，40℃下干燥即得。
50.实施例11：本实施例提供了另一种聚乳酸纤维，其制备方法与实施例10基本相同，不同之处仅在于，所述混合溶液中不包含5-对茴香基糠醛。
51.为验证本发明的技术效果，本发明将实施例1-11所得聚乳酸纤维经混合、开松、喂棉、梳理、直接成网、120℃下热轧加固制成无纺布材料作为样品，无纺布材料的克重为20g/m2，厚度为0.2mm，进行以下测试。
52.试验例1：拉伸性能：利用instron3365万能材料测试机(美国instron公司)对无纺布材料进行拉伸性能测试，拉伸速度为100mm/min，加持隔距为200mm，预张力为2n，每个样品测试5次，取平均值。
53.图2是无纺布材料的拉伸性能测试结果，可以看出，优选实施例1、3和4所得无纺布材料的断裂强度高于3.7cn/dtex，断裂伸长率高于41%，拉伸性能优异；对比实施例1-9，实施例2和5所得无纺布材料的拉伸性能低于实施例1，说明当以一定量的4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚对壳聚糖改性后，更有利于提升无纺布材料的拉伸性能，实施例6、7所得无纺布材料的拉伸性能与实施例1差距显著，且低于实施例2和5，说明相比未完全改性的壳聚糖，经二苯甲酰酒石酸和4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚改性后的壳聚糖更有助于提升无纺布材料的拉伸性能，实施例8和9所得无纺布材料的拉伸性能低于实施例6和7，且实施例8所得无纺布材料的拉伸性能略高于实施例9，但差距较小，说明是否添加未经改性的壳聚糖对无纺布材料的拉伸性能影响较小；对比实施例10、11，实施例10所得无纺布材料的拉伸性能高于实施例1，而实施例11所得无纺布材料的拉伸性能与实施例1相比差距较小，说明聚乳酸纤维经包含5-对茴香基糠醛的混合溶液处理后，有助于进一步增强无纺布材料的拉伸性能。
54.试验例2：透湿性能测试：参考标准gb/t12704所述的倒杯法，采用透湿试验箱测试透湿率，试验时间24h，每个样品测试5次，取平均值。
55.图3是无纺布材料的透湿率测试结果，可以看出，本发明所得无纺布材料的透湿率最高达9872.5g/m2/d，透湿性高，对比实施例1-9，实施例2和5所得无纺布材料的透湿率低于实施例1，透湿性比实施例1差，实施例6、7所得无纺布材料的透湿率与实施例1之间具有较大的差距，说明壳聚糖的改性处理对无纺布材料的透湿性影响较大，实施例8和9所得无纺布材料的透湿率明显低于实施例1，且实施例8和9所得无纺布材料的透湿率相当，说明是否添加未经改性的壳聚糖对无纺布材料的透湿性几乎无影响。
56.试验例3：透气性能测试：
利用yg461型织物透气性试验仪，参考纺织品-织物透气性的测定方法进行透气率测试，测试压力为60pa，喷嘴直径为5mm，每个样品测试5次，取平均值。
57.图4是无纺布材料的透气率测试结果，可以看出，实施例1所得无纺布材料的透气率高达6180.5mm/s，透气性能优异，对比实施例1-5可以看出，壳聚糖衍生物制备过程中，随着4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚添加量的增加，所得无纺布材料的透气率增加；对比实施例6、7可以看出，相比仅利用二苯甲酰酒石酸或4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚添改性的壳聚糖，经两种化合物共同改性后的壳聚糖更有利于提升无纺布材料的透气性；对比实施例8、9可以看出，未添加壳聚糖与添加未改性的壳聚糖所得的无纺布材料的透气率相当，且均低于实施例1，说明壳聚糖的添加对无纺布材料的透气性无明显影响。
58.试验例4：降解性能：参考标准gb/t19277.1-2011测试无纺布材料的降解率，每个样品测试5次，取平均值。
59.图5是无纺布材料的降解率测试结果，可以看出，优选实施例1、3和4所得无纺布材料的降解率高达97%以上，降解性能优异，而实施例2和5-7所得无纺布材料的降解率明显低于实施例1，说明壳聚糖经二苯甲酰酒石酸、4-(2,3-环氧丙氧基)吲哚改性后，能够大幅度提升无纺布材料的降解性能，实施例8、9所得无纺布材料的降解率相差较小，而明显低于实施例1所得无纺布材料的降解率，说明壳聚糖未经改性即添加到聚乳酸纤维中，对无纺布材料的降解性能无明显影响。
60.虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
61.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。