CN100491610C

CN100491610C - 一种可降解脂肪族/芳香族共聚物纤维的制备方法

Info

Publication number: CN100491610C
Application number: CNB2006101161148A
Authority: CN
Inventors: 俞建勇; 曹阿民; 张瑜; 程隆棣; 王学利; 李发学; 李婷婷
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: CN1932092A

Abstract

一种可生物降解脂肪族/芳香族共聚物纤维，它是用脂肪族聚丁二酸丁二醇酯与芳香族聚对苯二甲酸丁二醇酯的无规共聚物经熔融纺丝而制得。该共聚物有如下的结构通式：其中，X为200～700，Y为300～800。该纤维可以稳定地拉伸制造，其加工性能优良。该纤维的制造方法包括：将特性粘度为0.6～1.4的PBST共聚物以500～5000m/min的纺速进行熔融纺丝，得到PBST纤维强度大于2.5cN/dtex。该降解纤维可用于纺织服装及非织造领域。

Description

一种可降解脂肪族/芳香族共聚物纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物降解脂肪族/芳香族共聚物纤维的制备方法，具体的说是聚丁二酸丁二醇与聚对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物(简称PBST)为原料，采用熔融纺丝的方法制备的可生物降解纤维。

背景技术

随着人均消费量的不断增加，不可降解的合成纤维材料如以聚对苯二甲酸乙二酯为代表的聚酯，以尼龙6、尼龙66为代表的聚酰胺，以及聚丙烯腈等合成纤维，逐渐成为现代社会“白色污染”的又一大来源。在此背景下可降解聚合物及其纤维制品的研究成为各国研究的热点。

在众多的可生物降解材料中脂肪族聚酯因其易降解性和易加工性备受关注，除了已成为研究热点的聚乳酸(PLA)类，还有美国UCC公司以聚己内酯(PCL)为原料开发的商品名为“Tone”的产品和日本昭和公司商品名为“Bionolle”的PBS类产品等。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)于20世纪90年代进入材料研究领域，并迅速成为可广泛推广应用的通用型生物降解材料之一。日本的尤尼吉卡公司公开了以PBS及其脂肪族共聚物为原料的纤维的生产技术(JP11061560、JP8158154、JP7278965、JP8144127和JP8209453)。

聚丁二酸丁二醇酯PBS虽然有易降解及机械性能优良等的特性，但110～117℃的熔点制约了其应用范围，并给后道加工带来了难度。PBS与对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的无规共聚物PBST，克服了PBS熔点低的弱点，同时保持了PBS的生物降解性(郭宝华等，2002全国高分子材料工程应用研讨会论文集)；Honda N等公开了当PBS中引入适量的芳环共聚组分时，既可提高其熔点又能保留一定生物降解性并且公开了共聚物PBST的降解机理及降解产物(Macromol Biosci2003(3)：189～197)等。

本研究采用这种可降解的脂肪族PBS/芳香族PBT共聚物PBST熔融纺丝，所得纤维克服了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维的低熔点，同时得到有较好后加工性能的生物降解纤维，这种降解纤维可广泛用于纺织服装及非织造领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备新型可生物降解纤维的方法，并且制备工艺简单可行，便于工业化生产。

上述目的通过如下的共聚物树脂及以该树脂为原料的制备方法来进一步阐明和实现。

本发明所用的共聚物树脂是脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯(PBS)与芳香族聚酯对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的共聚物(简称PBST)，该共聚物有如下的化学结构通式：

其中，X为200～700，Y为300～800；X与Y之比为4:6～7:3；BT unit为芳香族聚酯对苯二甲酸丁二醇酯单体，BS unit为脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯单体。

本发明所用的共聚物树脂熔点最好为130～200℃，热裂解温度为350～400℃，特性粘度为0.6～1.4dL/g，推荐在0.8～1.2dL/g。

进一步的本发明所用的共聚物重均分子量(Mw)为9.5～29万，推荐为10～20万，最优为12～17万。数均分子量(Mn)在5-10万，最优为6～8万；分子量分散度在2～3.5，最优为2～3。

将满足上述条件的共聚物树脂在通用的挤出-纺丝设备上进行熔融纺丝。PBST树脂经熔融、挤出、过滤、计量、从孔径0.12～0.8mm的喷丝板喷出，最优0.2-0.5mm的喷丝板喷出，熔体细流经侧吹风冷却后上油卷绕，制得截面为圆形或异形、结构均匀、纤度可控的PBST初生纤维。PBST树脂熔融纺丝时螺杆挤出温度在150～240℃，箱体温度在160～250℃；纺丝速度大于500m/min；侧吹风温度10～30℃，优化在18～25℃，湿度：30-80％，优化在40～70％，风速0.2～0.6m/s，优化在0.3～0.5m/s。

将上述的PBST树脂在通用的挤出-纺丝设备上进行熔融纺丝。PBST树脂经熔融、挤出、过滤、计量从孔径0.12～0.8mm的喷丝板喷出，熔体细流经水槽或喷淋冷水冷却后上油卷绕，制得截面为圆形或异形、结构均匀、纤度可控的PBST初生纤维。PBST树脂熔融纺丝时螺杆挤出温度在150～240℃，箱体温度在160～250℃；纺丝速度大于500m/min；冷却水温度在10-30℃，优化在15-25℃。

将上述的PBST初生纤维进行后牵伸，牵伸条件：热盘温度50～100℃；牵伸倍数1.5～5倍，最优在1.5～3倍；定型热盘温度在80～160℃。

上述方法得到的PBST纤维，其强度≥2.0cN/dtex，单纤纤度2～40dtex，断裂伸长10～50％

本发明具有如下优点：

1、制备纤维所采用的PBST共聚物具有脂肪族聚酯具有良好的生物可降解性的特性，同时物理机械性能优于脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，熔点高于130℃。

2、所选特性粘度与分子量范围内的共聚酯纺丝过程中熔体状态稳定，对温度变化敏感度低，纺丝稳定性好。

3、熔融纺丝，操作工艺简单便于控制；对熔融纺丝机及牵伸定型机没有特别要求，适用范围广。

4、所得初生纤维截面为圆形或异形，结构均匀，纤度可控。

5、纺速可达3000m/min以上，适合工业化生产

附图说明

图1为用于实施本发明的纺丝机的概略模式图(无水槽)

图2为用于实施本发明的纺丝机的概略模式图(有水槽)

图3为用于实施本发明的牵伸机的概略模式图

图中1—螺杆、2—箱体、3—计量泵、4—喷丝板、5—侧吹风或喷淋水、5’—水槽、6—上油棍、7—卷绕丝卷装、8—热盘、9—热板、10—牵伸丝卷装

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。以下实施例只用于对发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

采用熔点130℃，热裂解温度370～375℃特性粘度0.70～0.8dL/g，重均分子量在10～12万的PBST共聚酯，其中BT：BS为4:6；在50℃下预结晶3小时，100℃真空干燥环境下干燥24小时，在图2的纺丝设备上进行熔融纺丝。PBST树脂经螺杆1、箱体2、计量泵3的熔融、挤出、过滤、计量后，从孔径0.3mm，36孔的喷丝板4喷出，树脂熔融纺丝时螺杆挤出温度在150～160℃，箱体温度在160～170℃；熔体细流经水槽5’、上油棍6冷区固化后得到规定纤度的PBST初生纤维卷装7，纺丝速度设定800m/min，冷却水温度控制在15～25℃；将上述的PBST初生纤维在热盘槽筒式平行牵伸机图3上进行前伸，牵伸条件：热盘8温度在50～60℃、牵伸倍数3倍、热板9定型温度在90～110℃。上述方法得到的PBST纤维，其强度≥2.5cN/dtex，复丝纤度150dtex，断裂伸长30～40％。

实施例2

采用熔点130℃，热裂解温度370～375℃，特性粘度0.85～0.95dL/g，重均分子量在12～14万的PBST共聚酯，其中BT：BS为4:6；在50℃下预结晶3小时，100℃真空干燥环境下干燥24小时之后，在图1的纺丝设备上进行熔融纺丝。PBST树脂经螺杆1、箱体2、计量泵3的熔融、挤出、过滤、计量后，从孔径0.3mm，36孔的喷丝板4喷出，树脂熔融纺丝时螺杆挤出温度在150～160℃，箱体温度在160～170℃；熔体细流经侧吹风5、上油棍6冷区固化后得到规定纤度的PBST初生纤维卷装7，纺丝速度设定1500m/min，侧吹风温度18～25℃，湿度60～70％，风速0.3～0.5m/s；将上述的PBST初生纤维在热盘槽筒式平行牵伸机图3上进行前伸，牵伸条件：热盘8温度在50～60℃、牵伸倍数2.5倍、热板9定型温度在90～110℃上述方法得到的PBST纤维，其强度≥3cN/dtex，复丝纤度120dtex，断裂伸长20～30％

实施例3

采用熔点180℃，热裂解温度375～380℃，特性粘度0.95～1.0dL/g，重均分子量14～15万的PBST共聚酯，其中BT:BS为7:3；在50℃下预结晶3小时，100℃真空干燥环境下干燥24小时后在纺丝设备图2上进行熔融纺丝；PBST树脂经螺杆1、箱体2、计量泵3的熔融、挤出、过滤、计量后，从孔径0.3mm，36孔的喷丝板4喷出，树脂熔融纺丝时螺杆挤出温度在220～230℃，箱体温度在230～240℃；熔体细流经水槽5’、上油棍6冷区固化后得到规定纤度的PBST初生纤维卷装7，纺丝速度设定1000m/min，冷却水温度控制在15～25℃；将上述的PBST初生纤维在热盘槽筒式平行牵伸机图3上进行牵伸，牵伸条件：热盘8温度在70～80℃、牵伸倍数2.3倍、热板9定型温度在150～160℃。上述方法得到的PBST纤维，其强度≥3cN/dtex，复丝纤度150dtex，断裂伸长30～40％。

实施例4

采用熔点180℃，热裂解温度375～380℃，特性粘度1.1～1.2dL/g，重均分子量16～17万的PBST共聚酯，其中BT:BS为7:3；在50℃下预结晶3小时，100℃真空干燥环境下干燥24小时后在纺丝设备图1上进行熔融纺丝；PBST树脂经螺杆1、箱体2、计量泵3的熔融、挤出、过滤、计量后，从孔径0.3mm，36孔的喷丝板4喷出，树脂熔融纺丝时螺杆挤出温度在220～230℃，箱体温度在230～240℃；熔体细流经侧吹风5、上油棍6冷区固化后得到规定纤度的PBST初生纤维卷装7，纺丝速度设定3000m/min，侧吹风温度18～25℃，湿度60～70％，风速0.3～0.5m/s；将上述的PBST初生纤维在热盘槽筒式平行牵伸机图3上进行牵伸，牵伸条件：热盘温度在70～80℃、牵伸倍数1.5倍、热板定型温度在150～160℃。上述方法得到的PBST纤维，其强度≥3.5cN/dtex，复丝纤度120dtex，断裂伸长20～30％。

Claims

1、一种生物可降解脂肪族/芳香族共聚纤维的制备方法，其特征在于：采用生物可降解脂肪族/芳香族共聚酯；在熔融纺丝设备上对脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯与芳香族聚酯对苯二甲酸丁二醇酯的无规共聚物进行熔融纺丝，制得截面为圆形或异形结构均匀的初生纤维；初生纤维经过拉伸、热定型得到可生物降解的牵伸丝；所述的脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯与芳香族聚酯对苯二甲酸丁二醇酯的无规共聚物具有如下的结构通式，

其中，X为200～700，Y为300～800，X与Y之比为4:6～7:3。

2、根据权利要求1所述的纤维的制备方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的脂肪族聚酯聚丁二酸丁二醇酯与芳香族聚酯对苯二甲酸丁二醇酯的无规共聚物的熔融温度为120～200℃；热裂解温度为350～400℃；特性粘度为0.6～1.4dL/g。

3、根据权利要求1或2所述的纤维的制备方法，其特征在于：所述的共聚物重均分子量为9.5～29万。

4、根据权利要求2所述的纤维的制备方法，其特征在于：所述的共聚物重均分子量为10～29万，数均分子量为5～10万。

5、根据权利要求1所述的纤维的制备方法，其特征在于：如权利要求2所述的的共聚物在通用的挤出-纺丝设备上进行熔融纺丝，共聚物经熔融、挤出、过滤、计量、从孔径0.12～0.8mm的喷丝板喷出；熔体细流经侧吹风冷却制得截面为圆形或异形、结构均匀、纤度可控的初生纤维；熔融纺丝时，螺杆挤出温度在150～240℃，箱体温度在160～250℃；纺丝速度大于500m/min；侧吹风温度15～25℃，湿度：30-80％，风速0.2～0.6m/s。

6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：采用权利要求3的共聚物在通用的挤出-纺丝设备上进行熔融纺丝，共聚物经熔融、挤出、过滤、计量，从孔径0.12～0.8mm的喷丝板喷出；熔体细流经水槽或喷淋冷水冷却得到结构均匀、纤度可控的PBST初生纤维；熔融纺丝时螺杆挤出温度在150～240℃，箱体温度在160～250℃；纺丝速度大于500m/min；水温在10-25℃。

7、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将所述的共聚物纤维在50～100℃条件下进行牵伸，牵伸倍数1.5～4倍，牵伸后纤维在80～160℃下热定型。

8、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述方法得到的PBST纤维，其强度≥2.5cN/dtex，单纤纤度2～40dtex，断裂伸长10～50％。