改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用。该改性聚乳酸非织造布的制备方法包括：先制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料，再以该具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，与聚乳酸材料混合制得聚乳酸复合材料；再对该聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，以及对该改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理的步骤。将该方法制得的具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，由于其具有较大的自由体积及其能与聚乳酸之间形成物理交联，能够发挥增塑和增韧的效果，提高聚乳酸的熔体强度、熔体流动性、改善纺丝工艺、增大纤维之间的粘接，提高纺丝效率和非织造布的质量。

权利要求

1.一种改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将改性纳米纤维素与乳酸按照质量比（0.5 5.0）:100在水中混合，得到混合分散液，所~

述改性纳米纤维素具有磺酸基团和羟基；

在60℃ 80℃的真空条件下，将所述混合分散液加热搅拌至所述混合分散液的固含量~

为80% 95%，然后在140℃ 180℃且压力为2kPa 6kPa的条件下进行1h 12h的原位催化熔融~ ~ ~ ~

缩合聚合反应，所述反应过程中将析出的水分从反应体系中去除，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末；

将所述粉末在70℃ 120℃条件下保持0.1h 5h，然后在120℃ 160℃且压力≤2kPa的条~ ~ ~

件下进行0.1h 20h的固相缩合聚合反应，制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料，所述改性~

纳米纤维素与具有多臂星形结构的聚乳酸材料的质量比为1:（0.5 5）；

~

以所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料按照质量比1：（1 19）混合，制得聚乳酸复合材料；

~

对所述聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，再对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理。

2.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于， 所述加热搅拌在60℃条件下进行。

3.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述改性纳米纤维素的制备方法包括：用酸对纳米纤维素进行酸解或者用含磺酸基化合物对纳米纤维素进行改性。

4.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述混合分散液中还包括具有其他纳米材料，所述其他纳米材料具有羟基和/或羧基，所述其他纳米材料选自纳米二氧化硅、蒙脱土、云母片、羟基磷灰石、改性碳纳米管及改性石墨烯中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，所述粉末的粒径＜150μm；和/或

所述聚乳酸的重均分子量＞130000g/mol；和/或混合所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料的方法为溶液共混或熔融共混。

6.根据权利要求5所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，溶液共混所采用的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。

7.根据权利要求1至6任一项所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，溶液纺丝处理包括：

将所述的聚乳酸复合材料溶于溶剂中，制成改性聚乳酸的含量为5g/L 20g/L的溶液，~

在电压为15kV 30kV，接收距离为10cm 20cm，单个纺丝头的纺丝速度为0.02mL/h 2mL/h的~ ~ ~

条件下纺丝；和/或

溶液纺丝所采用的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。

8.根据权利要求1至6任一项所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，熔体纺丝处理包括：

熔融所述的聚乳酸复合材料制得熔体，将所述熔体通过纺粘、熔喷或静电纺丝制得改性聚乳酸纤维；

纺粘的参数包括：熔体准备段温度为170℃ 220℃，熔体过滤、计量、喷丝段温度为210~

℃ 230℃，冷却空气温度<30℃、速度0.1 1m/s；

~ ~

熔喷的参数包括：熔体准备段温度为170℃ 230℃，熔体过滤、计量、喷丝段温度为210~

℃ 230℃，空气温度为220℃ 240℃、速度0.1 1m/s；

~ ~ ~

静电纺丝的参数包括：

电压为15kV 30kV，接收距离为5cm 15cm。

~ ~

9.根据权利要求1至6任一项所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理包括：对所述改性聚乳酸纤维进行收集和卷绕处理；和/或

所述改性聚乳酸纤维的直径为100nm 5μm。

~

10.根据权利要求1至6任一项所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法，其特征在于，在对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理制得改性聚乳酸非织造布的步骤之后，还包括对所述改性聚乳酸非织造布进行驻极处理的步骤，且驻极电压为15kV 25kV，驻极时间为~

1s 2s。

~

11.一种改性聚乳酸非织造布，其特征在于，其是根据权利要求1至10任一项所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法制得的。

12.一种多层层合的改性聚乳酸非织造布，其特征在于，其由权利要求11所述的改性聚乳酸非织造布经多层层合处理得到。

13.一种空气过滤用品，其特征在于，其制备原料包括权利要求11所述的改性聚乳酸非织造布或权利要求12所述的多层层合的改性聚乳酸非织造布。

说明书

改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是涉及一种改性聚乳酸非织造布及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 生物降解聚合物是高分子材料应用领域的一个主要发展趋势。聚乳酸作为一种由生物基原料得到的乳酸经过聚合而成的半结晶性聚合物，可经多种途径完全降解。经过几
十年的发展，已经成为当前应用最为广泛的生物降解聚合物。其中，聚乳酸制成的纤维可作
服装面料、家用材料、医用材料、非织造布材料、可生物降解的包装材料等，由聚乳酸或其纤
维为原料制成的非织造布在医疗卫生领域得到了广泛应用。然而，聚乳酸具有熔点高、结晶
性差、脆性大、极性低等特点，在加工和使用过程中与表现出低熔体流动性、结晶速度慢以
及韧性差、耐冲击性能和驻极性能低等缺点。尤其是对聚合物的熔融流动性有较高要求的
非织造布制造工艺及其产品性能会受到聚乳酸上述特点的不利影响。

[0003] 经研究发现，（1）采用成核剂、增塑剂、增韧剂、增强剂、驻极体等对聚乳酸进行改性是提高聚乳酸非织造布的塑性、韧性、强度和驻极性能的有效途径。

[0004] 比如，目前已报道一种将聚酰胺弹性体与烘干的聚乳酸母粒加入螺杆挤出机在160℃ 180℃温度下熔融挤出，冷却造粒，得到熔喷专用改性聚乳酸切片，经熔喷，得到的改
~
性聚乳酸熔喷非织造材料的技术方案，最终聚乳酸的强度和韧性有较好改善。或一种将质
量分数3% 9%聚乙二醇，1% 3%电气石与聚乳酸共混的方案，能够在提高聚乳酸熔喷材料的
~ ~
强度和韧性的同时增加其静电吸附性能。

[0005] （2）采用生物可降解材料对聚乳酸进行改性，是保持和改善聚乳酸材料的生物降解能力，同时提高其结晶性、塑性、韧性和力学性能的技术趋势。采用生物降解聚合物，如聚
ε‑己内酯、聚羟基脂肪酸酯、聚己二酸／对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸丁二醇酯等对聚乳酸
进行共混改性可以提高共混物的韧性、结晶性等相应性能。

[0006] 比如，目前已报道了一种聚乳酸/聚对苯二甲酸己二酸丁二酯熔喷过滤材料的制备方法，由以下质量份的组分通过熔喷加工工艺制成：90‑100份聚乳酸、1‑10份聚对苯二甲
酸己二酸丁二酯和0‑1份增容剂；该方法虽然可以提高共混物的韧性和结晶性，但是，涉及
不同化学结构组分之间的共混、引入多组分之间的分散和界面相容问题，需要进行各组分
之间的增容改性，增加材料开发难度和制备工艺难度。或一种由聚乳酸、聚已内酯、聚羟基
脂肪酸酯和聚己二酸丁二酸丁二醇酯通过复合喷头进行纺丝喷出制备皮芯型聚合物及其
可降解复合纤维网织物的方案，利用各不同原料之间的相容性，弥补了单一组分的缺陷，进
而制备出具有优良力学性能且可生物降解的环保材料。但该方法中材料的组分复杂，相互
之间的混合需要特制的复合喷头，工艺较复杂。

[0007] （3）纤维素纳米材料，如纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶等，是由生物质—纤维素—经过一定的物理化学处理过程，得到的纤维状或者棒状的纳米材料，可用于提高聚合
物材料的多种性能。

[0008] 比如，目前已报道一种采用具有自组装能力的多酰胺类成核剂对纤维素纳米晶进行改性的方案，得到针状或棒状自组装结构的改性纤维素纳米晶，然后与聚乳酸进行复合
得到具有串晶形态的聚乳酸/纤维素界面结构。其中多酰胺类成核剂不具有生物降解性能，
且对纳米纤维素的改性过程中使用到有机溶剂，不利于过程的环保和绿色化。或一种聚乳
酸/纳米纤维素可降解材料，采用微晶纤维素、聚乙二醇、硫酸、氢氧化钠，改善聚乳酸的强
度的方案；或一种改性纳米纤维素增强聚乳酸的复合材料，用聚乙二醇改性的纳米纤维素
和聚乳酸熔融制备复合材料的方案；或利用羟基磷灰石上的活性基团改性纳米纤维素，制
成羟基磷灰石/纳米纤维素材料，然后采用双螺杆挤出机熔融共混的方法，制备聚乳酸复合
材料的方案。上述方案采用纳米纤维素或改性纳米纤维素对聚乳酸进行改性的方法，工艺
较复杂，增加材料开发和制备的难度。

发明内容

[0009] 基于此，本发明的目的在于提供一种能够提高聚乳酸的熔体强度、熔体流动性、改善纺丝工艺、增大纤维之间的粘接，提高纺丝效率和非织造布的质量改性聚乳酸非织造布
的制备方法。

[0010] 技术方案如下：

[0011] 一种改性聚乳酸非织造布的制备方法，包括如下步骤：

[0012] 将改性纳米纤维素与乳酸在水中混合，得到混合分散液，所述改性纳米纤维素具有磺酸基团和羟基；

[0013] 将所述混合分散液加热搅拌至所述混合分散液的固含量为80% 95%，然后在140℃~
180℃且压力为2kPa 6kPa的条件下进行1h 12h的原位催化熔融缩合聚合反应，所述反应
~ ~ ~
过程中将析出的水分从反应体系中去除，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0014] 将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末；

[0015] 将所述粉末在70℃ 120℃条件下保持0.1h 5h，然后在120℃ 160℃且压力≤2kPa~ ~ ~
的条件下进行0.1h 20h的固相缩合聚合反应，制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料；
~

[0016] 以所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料混合，制得聚乳酸复合材料；

[0017] 对所述聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，再对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理。

[0018] 在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素与具有多臂星形结构的聚乳酸材料的质量比为1:（0.5 5）。具有多臂星形结构的聚乳酸材料的分子量为1000 100000道尔顿。
~ ~

[0019] 在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素与所述乳酸的质量比为(0.5 5.0):100。~

[0020] 在一些实施方式中，含有磺酸基的所述改性纳米纤维素与含有羟基的所述改性纳米纤维素的质量比为(0.1 10):1。
~

[0021] 在一些实施方式中，所述加热搅拌在60℃ 80℃的真空条件下进行。~

[0022] 在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素的制备方法包括：用酸对纳米纤维素进行酸解或者用含磺酸基化合物对纳米纤维素进行改性。

[0023] 在一些实施方式中，所述混合分散液中还包括具有其他纳米材料，所述其他纳米材料具有羟基和/或羧基，所述其他纳米材料选自纳米二氧化硅、蒙脱土、云母片、羟基磷灰
石、改性碳纳米管及改性石墨烯中的任意一种或多种。

[0024] 在一些实施方式中，所述其他纳米材料与所述改性纳米纤维素的质量比为(0.1~
10):1。

[0025] 在一些实施方式中，所述粉末的粒径＜150μm。

[0026] 在一些实施方式中，所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料与所述聚乳酸的质量比为1：（1 19）。
~

[0027] 在一些实施方式中，所述聚乳酸的重均分子量＞130000 g/mol。

[0028] 在一些实施方式中，混合所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料的方法为溶液共混或熔融共混。

[0029] 在一些实施方式中，溶液共混所采用的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。

[0030] 在一些实施方式中，溶液纺丝处理包括：

[0031] 将如上所述的聚乳酸复合材料溶于溶剂中，制成改性聚乳酸的含量为5g/L 20g/L~
的溶液，在电压为15kV 30kV，接收距离为10cm 20cm，单个纺丝头的纺丝速度为0.02mL/h
~ ~ ~
2mL/h的条件下纺丝；和/或

[0032] 溶液纺丝所采用的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。

[0033] 在一些实施方式中，熔体纺丝处理包括：

[0034] 熔融如上所述的聚乳酸复合材料制得熔体，将所述熔体通过纺粘、熔喷或静电纺丝制得改性聚乳酸纤维；

[0035] 纺粘的参数包括：熔体准备段温度为170℃ 220℃，熔体过滤、计量、喷丝段温度为~
210℃ 230℃，冷却空气温度<30℃、速度0.1m/s 1m/s；
~ ~

[0036] 熔喷的参数包括：熔体准备段温度为170℃ 230℃，熔体过滤、计量、喷丝段温度为~
210℃ 230℃，空气温度为220℃ 240℃、速度0.1m/s 1m/s；
~ ~ ~

[0037] 静电纺丝的参数包括：

[0038] 电压为15kV 30kV，接收距离为5cm 15cm。~ ~

[0039] 在一些实施方式中，对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理包括：

[0040] 对所述改性聚乳酸纤维进行收集和卷绕处理。

[0041] 在一些实施方式中，所述改性聚乳酸纤维的直径为100nm 5μm。~

[0042] 在一些实施方式中，通过纺粘方法或喷熔方法制得改性聚乳酸纤维，对应的收集所述改性聚乳酸纤维的方式为网帘收集或基底收集；

[0043] 通过静电纺丝方法制得改性聚乳酸纤维，对应的收集所述改性聚乳酸纤维的方式为导电辊筒收集或网帘收集。

[0044] 在一些实施方式中，在对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理制得改性聚乳酸非织造布的步骤之后，还包括对所述改性聚乳酸非织造布进行驻极处理的步骤，且驻
极电压为15kV 25kV，驻极时间为1s 2s。
~ ~

[0045] 本发明还提供一种改性聚乳酸非织造布，其是根据如上所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法制得的。

[0046] 本发明还提供一种多层层合的改性聚乳酸非织造布，其由如上所述的改性聚乳酸非织造布经多层层合处理得到。

[0047] 本发明还提供一种空气过滤用品，其制备原料包括如上所述的改性聚乳酸非织造布或如上所述的多层层合的改性聚乳酸非织造布。

[0048] 本发明具有如下有益效果：

[0049] 本发明提供的改性聚乳酸非织造布的制备方法主要包括：先制备具有多臂星形结构的聚乳酸材料，再以所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述
聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料混合制得聚乳酸复合材料；再对所述聚乳酸
复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，以及对所述改性聚乳酸
纤维进行非织造布成型处理的步骤。相比于传统的聚乳酸非织造布的制备方法，具有一系
列优势，具体如下：

[0050] 具有多臂星形结构的聚乳酸材料通过纳米纤维素原位催化乳酸熔融缩合聚合得到，其中，纳米纤维素表面含有丰富的磺酸基和/或羟基，一方面纳米纤维素含有的磺酸基
作为活性位点催化乳酸的聚合反应形成聚乳酸分子；另一方面，聚合反应过程中的部分聚
乳酸通过与纳米纤维素的羟基形成化学接枝，从而在纳米纤维素表面上形成多臂星形结
构，进而形成以纳米纤维素作为核、以聚乳酸分子的多臂星形结构作为壳的核‑壳结构。采
用含磺酸基的纳米纤维素作为乳酸直接缩合聚合的催化剂，使得原位聚合得到的聚乳酸接
枝到纳米纤维素的表面，避免传统开环聚合制备支化聚乳酸方法中使用到重金属催化剂、
工艺复杂以及反应挤出的方法中支链结构不易控制的缺陷。相比于线型聚乳酸，具有多臂
星形结构的聚乳酸具有比线型聚乳酸更低的玻璃化转变温度和更高的自由体积。根据聚合
物的结构‑运动‑功能关系推测，玻璃化转变温度的降低和聚乳酸分子自由体积的增高，其
原因是分子链运动能力的增大，其在宏观上会使得聚合物熔体和制品的塑性提高、脆性改
善。

[0051] 以本发明制备的具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸结晶的改性剂，与商业聚乳酸共混对商业聚乳酸进行改性，特定的核‑壳结构能够显著提高具有多臂星形结构
的聚乳酸材料与聚乳酸的相容性和分散均匀性，使其可以在不增加材料组分的情况下，提
高聚乳酸的均相和异相成核能力、结晶速度，增大结晶度。同时，采用该具有多臂星形结构
的聚乳酸材料作为改性剂，能够避免现有聚乳酸改性技术中的复杂配方，以及使用无机物
成核剂、小分子增塑剂以及橡胶、弹性体和聚合物增韧剂等引起的材料各组分间分散性、相
容性等难题和小分子向材料表面迁移、材料的生物降解能力下降等问题。并且，利用星形结
构分子具有较大的自由体积及其与聚乳酸之间形成的物理交联，发挥增塑和增韧的效果，
改善聚乳酸的结晶性、塑性、韧性和力学等性能，使制得的聚乳酸复合材料具有优异熔体强
度和熔体流动性。

[0052] 将该具有优异熔体强度和熔体流动性的聚乳酸复合材料用于制备非织造布，能够显著改善纺丝工艺、增大纤维之间的粘接，提高纺丝效率和非织造布的质量。并且，按照本
发明制得的改性聚乳酸非织造布含有大量的羟基和磺酸基，这些基团均匀地分散于非织造
布中，能够增加非织造布的电荷捕获能力，改善聚乳酸非织造布驻极性能较差的问题。另
外，按照本发明提供的改性聚乳酸非织造布的制备方法，提高改性聚乳酸的生物降解性能，
得到全生物降解聚乳酸非织造布材料，并且制造成本低，生产效率高，具有广阔的应用前
景。

附图说明

[0053] 图1为本发明一实施例的具有多臂星形结构的聚乳酸材料的结构示意图。

具体实施方式

[0054] 以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使
对本发明公开内容理解更加透彻全面。

[0055] 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“和/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。

[0056] 本发明的技术方案如下：

[0057] 一种改性聚乳酸非织造布的制备方法，包括如下步骤：

[0058] 将改性纳米纤维素与乳酸在水中混合，得到混合分散液，所述改性纳米纤维素具有磺酸基团和羟基；

[0059] 将所述混合分散液加热搅拌至所述混合分散液的固含量为80% 95%，然后在140℃~
180℃且压力为2kPa 6kPa的条件下进行1h 12h的原位催化熔融缩合聚合反应，所述反应
~ ~ ~
过程中将析出的水分从反应体系中去除，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0060] 将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末；

[0061] 将所述粉末在70℃ 120℃条件下保持0.1h 5h，然后在120℃ 160℃且压力为小于~ ~ ~
或等于2kPa的条件下进行0.1h 20h的固相缩合聚合反应，制备具有多臂星形结构的聚乳酸
~
材料；

[0062] 以所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料混合，制得聚乳酸复合材料；

[0063] 对所述聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，再对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理。

[0064] 优选地，本发明提供的改性聚乳酸非织造布的制备方法，包括如下步骤：

[0065] S1：将改性纳米纤维素与乳酸在水中混合，得到混合分散液，所述改性纳米纤维素具有磺酸基团和羟基；

[0066] 将所述混合分散液加热搅拌至所述混合分散液的固含量为80% 95%，然后在140℃~
180℃且压力为2kPa 6kPa的条件下进行1h 12h的原位催化熔融缩合聚合反应，所述反应
~ ~ ~
过程中将析出的水分从反应体系中去除，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0067] 将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末；

[0068] 将所述粉末在70℃ 120℃条件下保持0.1h 5h，然后在120℃ 160℃且压力为小于~ ~ ~
或等于2kPa的条件下进行0.1h 20h的固相缩合聚合反应，制备具有多臂星形结构的聚乳酸
~
材料。

[0069] 本发明的具有多臂星形结构的聚乳酸材料通过纳米纤维素原位催化乳酸缩合聚合得到，其中，纳米纤维素表面含有丰富的磺酸基和/或羟基，一方面纳米纤维素含有的磺
酸基作为活性位点催化乳酸的聚合反应形成聚乳酸分子；另一方面，聚合反应过程中的部
分聚乳酸通过与纳米纤维素的羟基形成化学接枝，从而在纳米纤维素表面上形成多臂星形
结构，进而形成以纳米纤维素作为核、以聚乳酸分子的多臂星形结构作为壳的核‑壳结构。
采用含磺酸基的纳米纤维素作为乳酸直接缩合聚合的催化剂，使得原位聚合得到的聚乳酸
接枝到纳米纤维素的表面，避免传统开环聚合制备支化聚乳酸方法中使用到重金属催化
剂、工艺复杂以及反应挤出的方法中支链结构不易控制的缺陷。

[0070] 本发明的具有多臂星形结构的聚乳酸材料制备方法在混合过程中纳米纤维素与聚乳酸原位复合，可达到两组分的均匀分散；通过实现纳米纤维素表面上的聚乳酸分子化
学接枝改性，形成核‑壳结构，提高纳米纤维素与聚乳酸的相容性。

[0071] 在一些实施方式中，含有磺酸基的所述改性纳米纤维素与含有羟基的所述改性纳米纤维素的质量比为(0.1 10):1。
~

[0072] 在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素的制备方法包括：用酸酸解纳米纤维素或者用含磺酸基化合物纳米纤维素进行改性。所述酸解使用的酸为硫酸，或者为硫酸和盐
酸。通过硫酸酸解在纳米纤维素上形成磺酸基团，通过盐酸酸解形成羟基基团。在一些实施
方式中，所述纤维素为经硫酸酸解的纳米纤维素和经盐酸酸解的纳米纤维素的混合物。所
述含磺酸基化合物可以为十二烷基磺酸钠等，形成十二烷基磺酸钠改性的纳米纤维素。

[0073] 在一些实施方式中，所述纳米纤维素可选自木质纤维素、微晶纤维素、细菌纤维素、再生纤维素中的任意一种或多种。用上述纳米纤维素作为聚乳酸的纳米填料，均匀分散
与非织造布中，因其含有大量的羟基和磺酸基，这些极性基团的存在使得非织造布对电荷
的捕获能力增加，改善聚乳酸纤维的驻极性能，且这些纳米纤维素为高度结晶的物质，经驻
极后可以长期地保持极性偶极矩，使非织造布作为空气过滤材料使用时具有更高的过滤能
力和更长的寿命。

[0074] 在一些实施方式中，所述混合分散液中还包括具有其他纳米材料，所述其他纳米材料具有羟基和/或羧基，所述其他纳米材料选自纳米二氧化硅、蒙脱土、云母片、羟基磷灰
石、改性碳纳米管及改性石墨烯中的任意一种或多种。

[0075] 在一些实施方式中，所述其他纳米材料与所述改性纳米纤维素的质量比为(0.1~
10):1。

[0076] 优选地，在本发明中，改性碳纳米管和改性石墨烯指带有环氧基、羟基、羧基或者氨基的改性碳纳米管和改性石墨烯。

[0077] 可以理解地，聚乳酸的分子量和具有多臂星形结构的聚乳酸材料形成的多壁星形结构如臂数、臂长，可以通过反应的条件，如纳米纤维素和乳酸的比例、聚合反应时间、聚合
反应温度等来进行调节。

[0078] 在一些实施方式中，所述加热搅拌在60℃ 80℃的真空条件下进行。~

[0079] 在一些实施方式中，所述纳米纤维素与所述乳酸的质量比为(0.5 5.0):100。具体~
的质量比可以为0.5:100、1:100、1.5:100、2:100、2.5:100、3:100、3.5:100、4:100、4.5:
100、5:100。

[0080] 在一些实施方式中，所述改性纳米纤维素与具有多臂星形结构的聚乳酸材料的质量比为1:（0.5 5）。本发明制备的具有多臂星形结构的聚乳酸材料上的聚乳酸的分子量为
~
1000 100000道尔顿。
~

[0081] 在一些实施方式中，在将所述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料粉碎得到粉末的步骤中，所述粉末的粒径＜150μm。

[0082] 按照本发明的方法制得的具有多臂星形结构的聚乳酸材料具有多种用途，比如作为聚乳酸的成核剂、增韧剂或增塑剂。

[0083] 本发明制得的具有多臂星形结构的聚乳酸材料结构如图1所示。

[0084] S2：以上述具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸的改性剂，将所述聚乳酸与所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料混合，制得聚乳酸复合材料。

[0085] 将本发明制备的具有多臂星形结构的聚乳酸材料作为聚乳酸结晶的改性剂，与商业聚乳酸共混对商业聚乳酸进行改性，改善聚乳酸的结晶性、塑性、韧性和力学等性能，通
过调节该改性剂与商业聚乳酸的比例，得到满足要求的聚乳酸复合材料。并且，采用该具有
多臂星形结构的聚乳酸材料作为改性剂，能够避免现有聚乳酸改性技术中的复杂配方，以
及使用无机物成核剂、小分子增塑剂以及橡胶、弹性体和聚合物增韧剂等引起的材料各组
分间分散性、相容性等难题和小分子向材料表面迁移、材料的生物降解能力下降等问题。

[0086] 特别是，本发明制备的具有多臂星形结构的聚乳酸材料一方面能够作为成核剂加速商业聚乳酸结晶过程中晶核的形成；另一方面使得聚乳酸分子链的运动能力提高，从而
促进聚乳酸的结晶；再一方面，多臂星形结构的聚乳酸分子与商业聚乳酸的分子链之间形
成作用，从而降低分子链之间的相互作用，使得分子链的运动能力提高，达到纳米纤维素改
性聚乳酸的熔体流动性和塑性提高的目标。

[0087] 在一些实施方式中，所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料与所述聚乳酸的质量比为1：（1 19）。
~

[0088] 在一些实施方式中，所述聚乳酸的重均分子量＞130000 g/mol（商业购买可得）。

[0089] 在一些实施方式中，混合所述具有多臂星形结构的聚乳酸材料与所述聚乳酸的方式为溶液共混或熔融共混。

[0090] 在一些实施方式中，溶液共混所采用的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。

[0091] S3：对所述的聚乳酸复合材料进行溶液纺丝处理或熔体纺丝处理制备改性聚乳酸纤维，再对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理。

[0092] 在一些实施方式中，溶液纺丝处理包括：

[0093] 将如上所述的聚乳酸复合材料溶于溶剂中，制成改性聚乳酸的含量为5g/L 20g/L~
的溶液，在电压为15kV 30kV，接收距离为10cm 20cm，单个纺丝头的纺丝速度为0.02mL/h
~ ~ ~
2mL/h的条件下纺丝；和/或

[0094] 溶液纺丝所采用的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂。

[0095] 在一些实施方式中，熔体纺丝处理包括：

[0096] 熔融如上所述的聚乳酸复合材料制得熔体，将所述熔体通过纺粘、熔喷或静电纺丝制得改性聚乳酸纤维；

[0097] 纺粘的参数包括：熔体准备段温度为170℃ 220℃，熔体过滤、计量、喷丝段温度为~
210℃ 230℃，冷却空气温度<30℃、速度0.1m/s 1m/s；
~ ~

[0098] 熔喷的参数包括：熔体准备段温度为170℃ 230℃，熔体过滤、计量、喷丝段温度为~
210℃ 230℃，空气温度为220℃ 240℃、速度0.1m/s 1m/s ；
~ ~ ~

[0099] 静电纺丝的参数包括：

[0100] 电压为15kV 30kV，接收距离为5cm 15cm。~ ~

[0101] 在一些实施方式中，所述改性聚乳酸纤维的直径为100nm 5μm。~

[0102] 在一些实施方式中，对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理包括：

[0103] 对所述改性聚乳酸纤维进行收集和卷绕处理。

[0104] 在一些实施方式中，通过纺粘方法或喷熔方法制得改性聚乳酸纤维，对应的收集所述改性聚乳酸纤维的方式为网帘收集或基底收集；

[0105] 通过静电纺丝方法制得改性聚乳酸纤维，对应的收集所述改性聚乳酸纤维的方式为导电辊筒收集或网帘收集。

[0106] 在一些实施方式中，在对所述改性聚乳酸纤维进行非织造布成型处理制得改性聚乳酸非织造布的步骤之后，还包括对所述改性聚乳酸非织造布进行驻极处理的步骤，且驻
极电压为15kV 25kV，驻极时间为1s 2s。
~ ~

[0107] 关于S3的更具体描述如下：

[0108] （1）将具有多臂星形结构的聚乳酸材料和聚乳酸溶于有机溶剂中，或者将聚乳酸复合材料溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，所述有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮或
二甲基甲酰胺的一种或多种的混合溶剂，溶液中聚乳酸复合材料的含量为5g/L 20g/L，在
~
电压为15kV 30kV，接收距离为10cm 20cm，单个纺丝头的纺丝速度为0.02ml/h 2ml/h的条
~ ~ ~
件下，将溶液通过静电纺丝方法，得到纳米纤维素改性聚乳酸非织造布，可以降低纤维的直
径、提高非织造布的孔隙度。

[0109] （2）将聚乳酸复合材料加热熔融，将熔体通过纺粘方法/熔喷方法得到（纳米纤维素）改性聚乳酸纤维，经过网帘或者基底收集、卷绕得到非织造布，可以提高非织造布的制
备效率，制造大幅宽的非织造布。其中，为制备空气过滤用非织造布材料时，需对非织造布
进行驻极处理，驻极电压为15kV 25kV，驻极时间为1s 2s。
~ ~

[0110] （3）将聚乳酸复合材料加热熔融，将熔体通过静电纺丝方法，得到（纳米纤维素）改性聚乳酸纤维，经过导电的辊筒或网帘收集、卷绕得到非织造布，可以减少静电纺丝过程中
有机溶剂的使用，并且降低纤维的直径，提高非织造布的均匀性，进一步提高制备效率。纺
丝的电压为15kV 30kV，接收距离为5cm 15cm。
~ ~

[0111] 可以理解地，本发明可以使用一种或多种生物降解聚合物组分，如聚乙交酯、聚ε‑己内酯、聚羟基脂肪酸酯、聚己二酸／对苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸丁二醇酯等，与聚乳酸复
合材料共混，然后制备非织造布。

[0112] 本发明还提供一种改性聚乳酸非织造布，其是根据如上所述的改性聚乳酸非织造布的制备方法制得的。

[0113] 本发明还提供一种层合的改性聚乳酸非织造布，由上述改性聚乳酸经过上述制备2 2
方法得到的一种改性聚乳酸非织造布或多种非织造布的层合，其面密度为20g/m 50g/m。
~

[0114] 本发明还提供一种空气过滤用品，其制备原料包括如上所述的改性聚乳酸非织造2 2
布，作为空气过滤应用时，其面密度为20g/m 50g/m ，过滤阻力值为10Pa 30Pa，经测试，对3
~ ~
μm以下的氯化钠气溶胶的过滤效率为85% 95%。
~

[0115] 具体实施例：

[0116] 在下述实施例和对比例中：

[0117] （1）熔融指数的测试方法为：GB/T3682‑2000；

[0118] （2）改性聚乳酸非织造布的面密度的测试方法为：GB/T 24218.1；

[0119] （3）改性聚乳酸非织造布的断裂强力和断裂伸长率的测试方法为：GB/T 24218.3；

[0120] （4）改性聚乳酸非织造布的滤效和阻力的测试方法为：GB/T 24218.15、GB/T 14295、GB/T 32610。

[0121] （5）下述实施例及对比例中具有多臂星形结构的聚乳酸材料上的聚乳酸的分子量为1000 100000道尔顿。
~

[0122] 实施例1

[0123] 将细菌纤维素经硫酸酸解后，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的改性纳米纤维素水分散液，超声分散后，加入85wt%的乳酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅
拌，其中，改性纳米纤维素与乳酸的质量比为2：100；

[0124] 加热至60℃，蒸出水分至固含量为80wt%，加热至140℃，保持压力为2kPa，反应1小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0125] 用粉碎机粉碎上述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经100目筛网筛出粒径小于150μm的粉末，置于真空烘箱中加热至120℃，保持5小时，然后保持压力为2kPa，加热至
160℃，保持20小时，降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸纳米复合材料，即具有多臂星形结构
的聚乳酸材料。经测试，其熔融指数为58g/10min；

[0126] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为137000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比50：50溶解在N,N‑二甲基甲酰胺/丙酮（体积比6:4）混合溶剂中，经过加热搅
拌制成质量浓度为5g/L的聚乳酸复合材料溶液，在纺丝电压为30kV、纺丝速度为2ml/h、接
收距离为20cm的条件下，经过静电纺丝得到直径约为110nm的改性聚乳酸纤维，对改性聚乳
酸纤维进行滚筒收集、卷绕处理制得纳米纤维素改性聚乳酸非织造布。经测试，其面密度为
2
20g/m，断裂强力为9N，断裂伸长率为30%。

[0127] 实施例2

[0128] 将细菌纤维素经硫酸酸解后得到含磺酸基的纳米纤维素，将细菌纤维素经盐酸水解后得到含羟基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的改性纳米纤维素
水分散液，超声分散后，加入85wt%的乳酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅拌，其中，
改性纳米纤维素与乳酸的质量比为4：100，含磺酸基和含羟基的纳米纤维素的质量比为50：
50；

[0129] 加热至60℃，蒸出水分至固含量为85wt%，加热至160℃，保持压力为4kPa，反应8小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0130] 用粉碎机粉碎上述预聚物纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经140目筛网筛出粒径小于106μm的粉末，置于真空烘箱中加热至100℃，保持3小时，然后保持压力为1kPa，加
热至140℃，保持10小时，降至室温，得到纳米纤维素/聚乳酸纳米复合材料，即具有多臂星
形结构的聚乳酸材料。经测试，其熔融指数为35g/10min；

[0131] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为137000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比10：90溶解在二氯甲烷中，经过加热搅拌制成质量浓度为20g/L的聚乳酸复合
材料溶液，在纺丝电压为15kV、0.02ml/h为纺丝速度、接收距离为5cm的条件下，经过静电纺
丝得到直径约为360nm的改性聚乳酸纤维，对改性聚乳酸纤维进行平板收集处理制得纳米
2
纤维素改性聚乳酸非织造布。经测试，其面密度为20g/m ，断裂强力为12N，断裂伸长率为
22%。

[0132] 实施例3

[0133] 将实施例2中的具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为137000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比20：80溶解在三氯甲烷中，经过加热搅拌制成质量浓度为10g/L的
聚乳酸复合材料溶液，在纺丝电压为15kV、纺丝速度为0.1ml/h、接收距离为10cm的条件下，
经过静电纺丝得到直径约为500nm的改性聚乳酸纤维，对改性聚乳酸纤维进行滚筒收集、卷
2
绕处理制得纳米纤维素改性聚乳酸非织造布。经测试，其面密度为30g/m ，断裂强力为10N，
断裂伸长率为51%。

[0134] 实施例4

[0135] 将细菌纤维素经硫酸酸解后得到含磺酸基的纳米纤维素，将细菌纤维素经盐酸水解后得到含羟基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的改性纳米纤维素
水分散液，超声分散后，加入80wt%的乳酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅拌，其中，
改性纳米纤维素与乳酸的质量比为4：100，含磺酸基和含羟基的纳米纤维素的质量比为60：
40；

[0136] 加热至60℃，蒸出水分至固含量为90wt%，加热至150℃，保持压力为5kPa，反应7小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0137] 用粉碎机粉碎上述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经110目筛网筛出粒径＜150μm的粉末，置于真空烘箱中加热至110℃，保持3小时，然后保持压力为2kPa，加热至150
℃，保持8小时，降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸纳米复合材料，即具有多臂星形结构的聚
乳酸材料，其熔融指数48g/10min；

[0138] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为135000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比5：95，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、纺丝处理得到直径约为1.3μm的
改性聚乳酸纤维，其中螺杆区温度为180℃ 240℃，对改性聚乳酸纤维进行牵伸、成网处理
~ 2
得到纳米纤维素改性聚乳酸纺粘非织造布。经测试，其面密度为40g/m ，断裂强力为12N，断
裂伸长率为53%。

[0139] 实施例5

[0140] 将细菌纤维素经硫酸酸解后得到含磺酸基的纳米纤维素，将细菌纤维素经盐酸水解后得到含羟基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的改性纳米纤维素
水分散液，超声分散后，加入85wt%的乳酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅拌，其中
改性纳米纤维素与乳酸的质量比为5:100，含磺酸基和含羟基的纳米纤维素的质量比为80：
20；

[0141] 加热至60℃，蒸出水分至固含量为90wt%，加热至180℃，保持压力为6kPa，反应5小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0142] 用粉碎机粉碎上述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经140目筛网筛出粒径＜106μm的粉末，置于真空烘箱中加热至80℃，保持5小时，然后保持压力为2kPa，加热至120
℃，保持15小时，降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸纳米复合材料，即具有多臂星形结构的
聚乳酸材料，其熔融指数40g/10min；

[0143] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为135000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比40：60，经过预混合、螺杆挤出、过滤、计量、熔喷处理，其中螺杆区温度为180
℃ 220℃、熔喷模具温度为210℃，热风温度为230℃，驻极电压22kV，得到纳米纤维素改性
~
2
聚乳酸熔喷非织造布。经测试，其面密度为25g/m ，断裂强力为10N，断裂伸长率为90%，滤效
为87%，阻力为14Pa。

[0144] 实施例6

[0145] 将细菌纤维素经硫酸酸解后得到含磺酸基的纳米纤维素，将细菌纤维素经盐酸水解后得到含羟基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量3wt%的改性纳米纤维素水
分散液，超声分散后，加入90wt%的乳酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅拌，其中，改
性纳米纤维素与乳酸的质量比为5:100，含磺酸基和含羟基的纳米纤维素的质量比为50：
50；

[0146] 加热至60℃，蒸出水分至固含量为85wt%，加热至140℃，保持压力为3kPa，反应8小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0147] 用粉碎机粉碎上述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经180目筛网筛出粒径＜90μm的粉末，置于真空烘箱中加热至70℃，保持5小时，然后保持压力为1.5kPa，加热至140
℃，保持8小时，降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸纳米复合材料，即具有多臂星形结构的聚
乳酸材料，其熔融指数为45g/10min；

[0148] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为137000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比50：50，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、熔喷处理，其中螺杆区温度为
180℃ 210℃、熔喷模具温度为210℃，热风温度为220℃，得到纳米纤维素改性聚乳酸熔喷
~
2
非织造布。经测试，其面密度为30g/m ，断裂强力为10N，断裂伸长率为90%，过滤效率为88%，
阻力为21Pa。

[0149] 实施例7

[0150] 将细菌纤维素经硫酸酸解后得到含磺酸基的纳米纤维素，将细菌纤维素经盐酸水解后得到含羟基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的改性纳米纤维素
水分散液，超声分散后，加入85wt%的乳酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅拌，其中，
改性纳米纤维素与乳酸的质量比为5：100，含磺酸基和含羟基的纳米纤维素的质量比为30：
70；

[0151] 加热至60℃，蒸出水分至固含量为90wt%，加热至160℃，保持压力为2kPa，反应12小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0152] 用粉碎机粉碎上述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经110目筛网筛出粒径＜150μm的粉末，置于真空烘箱中加热至120℃，保持5小时，然后保持压力为1kPa，加热至160
℃，保持12小时，降至室温，得到纳米纤维素/聚乳酸纳米复合材料，即具有多臂星形结构的
聚乳酸材料，其熔融指数为40g/min；

[0153] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为138000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比30：70，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、静电熔喷处理，其中螺杆区温度
为180℃ 220℃、熔喷模具温度为200℃，静电压为15kV，热风温度为210℃，接收距离为
~
2
10cm，得到纳米纤维素改性聚乳酸静电熔喷非织造布。经测试，其面密度为25g/m ，断裂强
力为10N，断裂伸长率为84%，滤效为91%，阻力为26Pa。

[0154] 实施例8

[0155] 将实施例6得到的具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为138000 g/mol商业聚乳酸按照质量比30：70，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、静电熔喷，其中螺
杆区温度为180℃ 220℃、熔喷模具温度为210℃，静电压为15kV，接收距离为5cm，热风温度
~ 2
为220℃，得到纳米纤维素改性聚乳酸静电熔喷非织造布。经测试，其面密度为45g/m ，断裂
强力为20N，断裂伸长率为60%，滤效为95%，阻力为30Pa。

[0156] 实施例9

[0157] 将实施例5中得到的具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为137000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比20：80，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、静电熔喷处
理，其中螺杆区温度为180℃ 220℃、熔喷模具温度为210℃，静电压为30kV，接收距离为
~
15cm，热风温度为210℃，得到纳米纤维素改性聚乳酸静电熔喷非织造布。经测试，其面密度
2
为40g/m，断裂强力为15N，断裂伸长率为67%，滤效为92%，阻力为18Pa。

[0158] 实施例10

[0159] 将细菌纤维素经硫酸酸解后得到含磺酸基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的纳米纤维素水分散液，加入纳米二氧化硅并超声分散，再加入85wt%的乳
酸水溶液，搅拌均匀，转移至真空反应釜搅拌，其中，纳米二氧化硅与改性纳米纤维素的质
量比为30：70，改性纳米纤维素和纳米二氧化硅的总质量与乳酸的质量比为5：100；

[0160] 加热至60℃，蒸出水分至固含量大于90wt%，加热至160℃，保持压力为2kPa，反应12小时，取出后降至室温，得到含有纳米二氧化硅的纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0161] 用粉碎机粉碎上述含有纳米二氧化硅的纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经110目筛网筛出粒径＜150μm的粉末，置于真空烘箱中加热至120℃，保持5小时，然后保持压
力为1kPa，加热至160℃，保持12小时，降至室温，得到含有纳米二氧化硅的纳米纤维素聚乳
酸纳米复合材料，即具有多臂星形结构的聚乳酸材料。经测试，其熔融指数为42g/min；

[0162] 将具有多臂星形结构的聚乳酸材料与重均分子量约为136000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比30：70，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、静电熔喷处理，其中螺杆区温度
为180℃ 220℃、熔喷模具温度为200℃，静电压为15kV，热风温度为210℃，接收距离为
~
2
10cm，得到纳米纤维素改性聚乳酸静电熔喷非织造布。经测试，其面密度为30g/m ，断裂强
力为16N，断裂伸长率为77%，滤效为86%，阻力为19Pa。

[0163] 实施例11

[0164] 将实施例1中得到的聚乳酸复合材料与聚乙交酯、聚ε‑己内酯按照质量比60：20：20，经过预混合、单螺杆挤出、过滤、计量、熔喷，其中螺杆区温度为180℃ 210℃、熔喷模具
~
2
温度为210℃，热风温度为220℃，得到熔喷非织造布。经测试，其面密度为28g/m ，断裂强力
为16N，断裂伸长率为156%，滤效为85%，阻力为19Pa。

[0165] 对比例1

[0166] 与实施例2相比，对比例1采用仅含有羟基的纤维素制备聚乳酸改性剂。

[0167] 将细菌纤维素经盐酸水解后得到含羟基的纳米纤维素，经过离心浓缩和水洗，制成含量为3wt%的改性纳米纤维素水分散液，超声分散后，加入85wt%的乳酸水溶液，搅拌均
匀，转移至真空反应釜搅拌，其中改性纳米纤维素与乳酸的质量比为4：100；

[0168] 加热至60℃，蒸出水分至固含量大于90wt%，加热至160℃，保持压力为2kPa，反应12小时，取出后降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料；

[0169] 用粉碎机粉碎上述纳米纤维素聚乳酸预聚物复合材料，经140目筛网筛出粒径＜106μm的粉末，置于真空烘箱中加热至100℃，保持5小时，然后保持压力为1kPa，加热至160
℃，保持20小时，降至室温，得到纳米纤维素聚乳酸纳米复合材料。经测试，其熔融指数为
27g/10min；

[0170] 将纳米纤维素聚乳酸纳米复合材料与重均分子量约为137000 g/mol的商业聚乳酸按照质量比10：90溶解在二氯甲烷中，经过加热搅拌制成质量浓度为20g/L的溶液，在
15kV纺丝电压、纺丝速度0.02ml/h、5cm接收距离、滚筒接收的条件下，经过静电纺丝得到直
径约为110nm的改性聚乳酸纤维，对改性聚乳酸纤维进行滚筒收集、卷绕处理制得纳米纤维
2
素改性聚乳酸非织造布。经测试，其面密度为20g/m，断裂强力为8N，断裂伸长率为80%。

[0171] 对比可知，本发明制得的聚乳酸复合材料的熔体流动性更好，将该聚乳酸复合材料用于制备非织造布，能够显著改善纺丝工艺、增大纤维之间的粘接，提高纺丝效率和非织
造布的质量。

[0172] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0173] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护
范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求和附图为准。