本發明屬于功能材料和功能纖維制備技術領域，具體涉及一種多功能聚乳酸纖維的制備方法。
背景技術：
目前聚乳酸纖維功能化品種越來越多，根據不同的功能實現方法有所不同，例如為了實現聚乳酸纖維的功能化，常用方法為表面改性技術和共混改性技術。然而隨著社會的發展，單一的功能越來越難以滿足多領域、多功能的要求。
專利CN101942759A是將纖維加入到含有硝酸銀的溶液中吸附溶液中的硝酸銀，再通過對吸附硝酸銀后的纖維進行還原得到表面附著銀的抗菌纖維或織物。該方法不能形成均一穩定的抗菌涂層，且抗菌時間有限，不能達到持久抗菌。整個過程過于復雜極易對環境產生污染。后者則是將抗菌組分直接或改性后加入到聚合物中，通過螺桿擠出制備抗菌母粒，再經過熔融紡絲技術制備抗菌纖維。專利CN103038403A是通過在延伸處理后進行特定范圍內的松弛熱處理制備了具有耐磨性功能聚酯纖維。專利CN103710963A通過添加高含量的多種無機納米粉體為聚酯基體提供多功能，該方法添加量高不易分散，效果較差。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，所述的多功能聚乳酸纖維中抗菌客體組分的添加量少、分散均勻，功能持久，操作簡便。
為了達到上述目的，本發明提供了一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，包括以下步驟：
第一步：將功能性金屬離子通過離子交換進入α-ZrP形成功能性的α-ZrP，然后利用KH550改性功能性的α-ZrP，將碳材料酸化處理，得到酸化處理的碳材料，利用E51環氧改性劑對酸化處理后的碳材料改性，得到改性的碳材料，將KH550改性的功能性的α-ZrP加入到所述改性的碳材料中形成多功能納米團簇；
第二步：將所述多功能納米團簇和聚乳酸基體在180~230℃下共混造粒，并干燥，最后經熔融紡絲法紡制成多功能聚乳酸纖維。
優選地，所述的功能性金屬離子為氯化銅、硫酸銅、硝酸銅、硝酸銀和氯化鍺中的至少一種。
優選地，所述的碳材料為碳納米管、納米碳黑和納米石墨中的至少一種。
優選地，所述的KH550改性的功能性的α-ZrP和改性的碳材料的質量比為1:1-10。
優選地，所述的多功能納米團簇的尺寸在300~700 nm。
優選地，所述的多功能納米團簇與聚乳酸基體的質量比0.5 -3 :99.5- 97。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下：
（1）將功能性金屬離子通過離子交換進入α-ZrP，實現了α-ZrP對功能性金屬離子的負載；并通過KH550改性增加了α-ZrP與聚合物基體的相容性，同時為α-ZrP表面引入了大量的氨基；
（2）采用E51對酸化處理的納米碳材料改性，增加了碳材料與基體的相容性，并為碳材料表面提供了大量的環氧基團；
（3）得到的多功能納米團簇可實現一次添加多種功能且添加量少，功能持久，并且不影響聚合物納米材料的成型；
（4）方法操作簡單、高效，成本低，效用持久，應用前景廣闊；
（5）制備的多功能性聚乳酸纖維可有效應用在家用紡織品、服裝、大飛機、高鐵等內飾，航天員服飾，軍用作戰服飾等。通過對本發明多功能聚乳酸纖維的產業化可以有效填補國內的多功能纖維制備技術空白。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
本發明各實施例中的磷酸鋯納米粉體為市售產品，粒徑為100-700 nm，納米碳粉體為市售產品碳納米管長度為200-700 nm，納米碳黑粒徑為100-500 nm，納米石墨的粒徑為200-700 nm。
實施例1：
一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：
第一步：將19.5g α-ZrP加入到100 ml四氫呋喃中，超聲并機械攪拌，超聲功率為50W，時間為20min；機械攪拌的轉速為200r/min，時間為20min；1.7g氯化銅加入溶液中，反應6h；滴加硅烷偶聯劑KH550繼續反應，KH550的滴加量與α-ZrP的質量比為0.5:1；添加質量分數為80%的硝酸處理多壁碳納米管；反應溫度為80℃，反應的時間為12 h。添加E51改性酸化的多壁碳納米管；酸化碳材料與環氧改性劑E51摩爾比為1:5，反應溫度為80℃，反應時間為12 h。環氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續反應16h；利用丙酮洗滌3次，過濾真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：將上述多功能納米團簇和聚乳酸按質量比3:97在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在300-700 nm。該纖維對大腸桿菌的抗菌率＞90%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率＞85%，對白色念珠菌的抗菌率＞60%。織物耐水洗次數＞80次。該纖維的體積電阻率小于108Ω·cm。
實施例2：
一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：
第一步：將19.5g α-ZrP加入到100 ml DMF中，超聲并機械攪拌，超聲功率為35W，時間為60 min；機械攪拌的轉速為300r/min，時間為15min；1.6g硫酸銅加入溶液中，反應 12 h；滴加硅烷偶聯劑KH550繼續反應，KH550的滴加量與α-ZrP的質量比為1:1；添加質量分數為80%的硝酸處理多壁碳納米管；反應溫度為75℃，反應的時間為24 h。添加E51改性酸化的多壁碳納米管；酸化碳材料與環氧改性劑E51摩爾比為1:5，反應溫度為75℃，反應時間為24 h。環氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續反應16h；利用丙酮洗滌3次，過濾真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：將上述多功能納米團簇和聚乳酸按質量比2:98在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在500-700 nm。該纖維對大腸桿菌的抗菌率＞85%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率＞80%，對白色念珠菌的抗菌率＞60%。織物耐水洗次數＞80次。該纖維的體積電阻率小于108Ω·cm。
實施例3：
一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：
第一步：將19.5g α-ZrP加入到100 ml四氫呋喃中，超聲并機械攪拌，超聲功率為50W，時間為30min；機械攪拌的轉速為300r/min，時間為30min；0.85g硝酸銀加入溶液中，反應18 h；滴加硅烷偶聯劑KH550繼續反應，KH550的滴加量與α-ZrP的質量比為1:1；添加質量分數為80%的硝酸處理納米碳黑；反應溫度為80℃，反應的時間為12 h。添加E51改性酸化的納米碳黑；酸化碳材料與環氧改性劑E51摩爾比為1:5，反應溫度為80℃，反應時間為24 h。環氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續反應16h；利用丙酮洗滌3次，過濾真空烘箱60℃烘干12 h；
第二步：將上述多功能納米團簇和聚乳酸按質量比3:97在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在200-500 nm。該纖維對大腸桿菌的抗菌率＞90%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率＞90%，對白色念珠菌的抗菌率＞70%。織物耐水洗次數＞80次。該纖維的體積電阻率小于109Ω·cm。
實施例4：
一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：
第一步：將39g α-ZrP加入到100 ml DMF中，超聲并機械攪拌，超聲功率為35 W，時間為60min；機械攪拌的轉速為300r/min，時間為60 min；1.35g氯化銅和0.11g氯化鍺加入溶液中，反應12 h；滴加硅烷偶聯劑KH550繼續反應，KH550的滴加量與α-ZrP的質量比為1:1；添加質量分數為80%的硝酸處理多壁碳納米管；反應溫度為75℃，反應的時間為18 h。添加E51改性酸化的多壁碳納米管；酸化碳材料與環氧改性劑E51摩爾比為1:10，反應溫度為75℃，反應時間為24 h。環氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續反應16h；利用丙酮洗滌3次，過濾真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：將上述多功能納米團簇和聚乳酸按質量比2:98在250℃~275℃下共混造粒，并干燥，最后經熔融紡絲法（紡絲溫度為270~290℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在300-700 nm。該纖維對大腸桿菌的抗菌率＞90%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率＞85%，對白色念珠菌的抗菌率＞60%。織物耐水洗次數＞80次。該纖維的體積電阻率小于108 Ω·cm。摩擦法測量負離子產生量每立方厘米400 ~1000個。
實施例5：
一種多功能聚乳酸纖維的制備方法，具體步驟為：
第一步：將39 g α-ZrP加入到100 ml四氫呋喃中，超聲并機械攪拌，超聲功率為50W，時間為30min；機械攪拌的轉速為300r/min，時間為30min；1.7g硝酸銀和0.2 g氯化鍺加入溶液中，反應12 h；滴加硅烷偶聯劑KH550繼續反應，KH550的滴加量與α-ZrP的質量比為0.5:1；添加質量分數為60%的硝酸處理納米石墨；反應溫度為80℃，反應的時間為24 h。添加E51改性酸化的納米石墨；酸化碳材料與環氧改性劑E51摩爾比為1:10，反應溫度為80℃，反應時間為18 h。環氧改性的多壁碳納米管與KH550-α-ZrP的摩爾比為1:1；升高溫度至80℃，繼續反應16h；利用丙酮洗滌3次，過濾真空烘箱60℃烘干12h；
第二步：將上述多功能納米團簇和聚乳酸按質量比0.5:99.5在180℃~230℃下共混造粒，并干燥，最后經熔融紡絲法（紡絲溫度為210~260℃）紡制成多功能聚乳酸纖維。纖維中多功能粉體的尺寸在500-700 nm。該纖維對大腸桿菌的抗菌率＞95%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率＞90%，對白色念珠菌的抗菌率＞70%。織物耐水洗次數＞80次。該纖維的體積電阻率小于1010 Ω·cm。摩擦法測量負離子產生量每立方厘米400 ~1000個。