CN102586935A - 一种基于生物质聚酯的弹性纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于生物质聚酯的弹性纤维的制备方法，是将生物质聚酯和弹性聚合物分别在真空条件下干燥后，混合均匀，在氮气保护下送入纺前料斗，经螺杆挤出机熔融后，从喷丝孔中定量挤出，经风冷后卷绕制得初生纤维；将上述所制得的初生纤维经上油后，于室温下平衡24h；然后在热空气中进行拉伸处理，拉伸后的纤维在室温下平衡并回缩后得到基于生物质聚酯的弹性纤维。

Description

一种基于生物质聚酯的弹性纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及弹性纤维的制备方法，具体涉及一种基于生物质聚酯的弹性纤维的制备方法，属于高技术或差别化纤维生产技术领域。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种生物质聚酯，是许多原核微生物在不平衡生长条件下(如碳源过量，而氮、磷、镁或氧等其他营养条件不足等)合成的一种细胞内聚酯。它的发展始于20世纪30年代，到目前为止共有90多种产品，主要分为以下四代：3-羟基丁酸酯的均聚物(PHB)，3-羟基丁酸酯3-羟基戊酸酯的无规共聚物(PHBV)，聚3-羟基丁酸酯3-羟基己酸酯[P(HB-co-HHx)]，聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯[P(3HB-co-4HB)]。由于PHA具有良好的生物相容性和完全可降解性，因此其不仅可用于制造环保的薄膜、塑料容器、塑料涂层和一些化工产品，如PHA增塑剂、树状和嵌段高分子材料、热溶胶、压敏胶、水溶胶等，还可以应用于医学上，作为组织支架结构、手术缝合线等。P(3HB-co-4HB)具有比前几代PHAs更加出色的物化性能和应用范围，由于4HB含量的可控性和P4HB本身优异的物性，使P(3HB-co-4HB)具有更好的加工性能和热稳定性，较低的熔融温度和结晶度，此外P(3HB-co-4HB)具有与其他可降解材料更好的相容性等。尽管如此，P(3HB-co-4HB)也还存在加工窗口较窄、后结晶现象严重等问题，这在很大程度上限制了其深层次的发展与应用，在纤维领域的应用更遇到加工技术瓶颈。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于生物质聚酯的弹性纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将生物质聚酯和弹性聚合物分别在真空条件下干燥后，混合均匀，在氮气保护下送入纺前料斗，经螺杆挤出机熔融后，从喷丝孔中定量挤出，经风冷后卷绕制得初生纤维；
所述生物质聚酯为聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[以下简称P(3HB-co-4HB)]；
所述弹性聚合物为聚乙烯-醋酸乙烯酯(以下简称EVA)；
(2)将步骤(1)所制得的初生纤维经上油后，于室温下平衡24h；然后在热空气中进行拉伸处理，拉伸后的纤维在室温下平衡，并适当回缩后得到基于生物质聚酯的弹性纤维。
本发明中，步骤(1)中EVA与P(3HB-co-4HB)按重量比1.5∶100～10∶100混合。
优选的方案中，所述P(3HB-co-4HB)中，3HB与4HB的摩尔比为85∶15，所述P(3HB-co-4HB)的数均分子量为70万。
优选的方案中，所述EVA的熔融流动指数为15g/10min，乙酸酯基(VAC)含量为14-19wt.％。
进一步优选的方案中，步骤(1)中熔融温度为125-165℃；纺丝温度为125-165℃。
进一步优选的方案中，步骤(1)的干燥体系绝对压力为60-200Pa，干燥时间为8-30h，干燥温度为70-95℃。
进一步优选的方案中，步骤(1)的卷绕速度为挤出速度的2～8倍。
进一步优选的方案中，步骤(2)所述拉伸处理为纤维在70℃-90℃下进行干热拉伸，总拉伸倍数为10-15倍。
与其它弹性纤维及制备方法相比，本发明有以下优点：
(1)本发明弹性纤维是一种基于生物质聚酯的弹性纤维，其基质P(3HB-co-4HB)具有良好的生物相容性和可生物降解性，是一种绿色可持续发展的环保纤维。
(2)本发明弹性纤维制备方法采用采用的是熔融纺丝技术，不使用有机溶剂，不会造成环境污染。
(3)本发明弹性纤维通过EVA的加入拓宽了P(3HB-co-4HB)的加工窗口温度，改善了其成纤性能。
(4)本发明弹性纤维的断裂伸长率、断裂功、弹性回复率等性能指标明显优于单组份的P(3HB-co-4HB)纤维。
具体实施方式
下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
本发明实施例中所使用的材料，如无特殊说明均可由商业途径获得。
纤维力学性能和回弹性测试都是在电子单纤强力仪(莱州电子仪器有限公司)上进行的，测试条件均为：温度为20℃，湿度为65％，拉伸速度为20mm/min，夹头隔距为10mm每组试样重复做30次取平均值。
对比例
将P(3HB-co-4HB)在90℃下真空下干燥30h，系统余压为60-200Pa。将干燥后的切片在氮气保护下送入螺杆挤出机，在130℃熔融纺丝挤出，在空气中冷却，经大于挤出速度3倍的卷绕速度卷绕成型，得到初生纤维，将初生纤维在室温下平衡24h后，于80℃的热空气中进行拉伸，拉伸倍数为10倍，得到P(3HB-co-4HB)纤维，断裂强度为2.23cN/dtex，断裂伸长率为178.29％，当伸长率分别为50％、100％和150％时，纤维的回弹率分别为：83.42、74.48％和67.53％。
实施例1
将熔融流动指数为15g/10min、VAC含量为14wt.％的EVA与P(3HB-co-4HB)分别在70℃和95℃下真空下干燥8h和30h，干燥系统余压为60-200Pa。将干燥后的切片按质量比为1.5∶100充分混合均匀，并在氮气保护下送入纺前料斗，在螺杆挤出机中于130℃-150℃塑化熔融后在130℃下纺丝成型，丝条经过风冷后用卷绕机卷绕得到初生纤维，其中卷绕速度为丝条从喷丝孔挤出速度的3倍；初生纤维在室温下平衡24h后，于85℃的热空气中拉伸10倍，得到EVA-P(3HB-co-4HB)共混纤维，纤维的断裂强度为1.03cN/dtex，断裂伸长率为293.31％，当伸长率分别为50％、100％和150％时，弹性回复率均为100％。
实施例2
将熔融流动指数为15g/10min、VAC含量为14wt.％的EVA与P(3HB-co-4HB)分别在70℃和90℃下真空下干燥10h和24h，干燥系统余压为60-200Pa。将干燥后的切片按质量比为3∶100充分混合均匀，并在氮气保护下送入纺前料斗，在螺杆挤出机中于125℃-160℃塑化熔融后，在140℃下纺丝成型，丝条经过风冷后用卷绕机卷绕得到初生纤维，其中卷绕速度为丝条(从喷丝孔)挤出速度的2倍；初生纤维在室温下平衡24h后，于70℃的热空气中拉伸15倍，得到EVA/P(3HB-co-4HB)共混纤维，测得纤维的断裂强度为1.26cN/dtex，断裂伸长率为240.65％；当伸长率分别为50％、100％和150％时，纤维弹性回复率分别为100％、100％、100％。
实施例3
将熔融流动指数为15g/10min、VAC含量为19wt.％的EVA与P(3HB-co-4HB)分别在80℃和95℃下真空下干燥8h和27h，干燥系统余压为60-200Pa。将干燥后的切片按质量比为5∶100充分混合均匀，并在氮气保护下送入纺前料斗，在螺杆挤出机中于130℃-165℃塑化熔融后，在145℃下纺丝成型，丝条经过风冷后用卷绕机卷绕得到初生纤维，其中卷绕速度为丝条(从喷丝孔)挤出速度的5倍；初生纤维在室温下平衡24h后，于90℃的热空气中拉伸15倍，得到EVA/P(3HB-co-4HB)共混纤维，纤维的断裂强度为1.26cN/dtex，断裂伸长率为200.63％；当伸长率分别为50％、100％和150％时，纤维弹性回复率分别为100％，100％，100％。
实施例4
将熔融流动指数为15g/10min、VAC含量为19wt.％的EVA与P(3HB-co-4HB)分别在80℃和95℃下真空下干燥8h和27h，干燥系统余压为60-200Pa。将干燥后的切片按质量比为10∶100充分混合均匀，并在氮气保护下送入纺前料斗，在螺杆挤出机中于130℃-150℃塑化熔融后，在150℃下纺丝成型，丝条经过风冷后用卷绕机卷绕得到初生纤维，其中卷绕速度为丝条(从喷丝孔)挤出速度的8倍；初生纤维在室温下平衡24h后，于85℃的热空气中拉伸15倍，得到EVA/P(3HB-co-4HB)共混纤维，纤维的断裂伸长率为309.26％；当伸长率分别为50％、100％和150％时，纤维弹性回复率分别为100％，100％，100％。

Claims (8)

1.一种基于生物质聚酯的弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将生物质聚酯和弹性聚合物分别在真空条件下干燥后，混合均匀，在氮气保护下送入纺前料斗，经螺杆挤出机熔融后，从喷丝孔中定量挤出，经风冷后卷绕制得初生纤维；
所述生物质聚酯为P(3HB-co-4HB)；
所述弹性聚合物为EVA；
(2)将步骤(1)所制得的初生纤维经上油后，于室温下平衡24h；然后在热空气中进行拉伸处理，拉伸后的纤维在室温下平衡并回缩后得到基于生物质聚酯的弹性纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，EVA与P(3HB-co-4HB)按重量比1.5∶100～10∶100混合。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述P(3HB-co-4HB)中，3HB与4HB的摩尔比为85∶15，所述P(3HB-co-4HB)的数均分子量为70万。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述EVA的熔融流动指数为15g/10min，乙酸酯基含量为14-19wt.％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，熔融温度为125-165℃；纺丝温度为125-165℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，干燥体系绝对压力为60-200Pa，干燥时间为8-30h，干燥温度为70-95℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，卷绕速度为挤出速度的2～8倍。
8.根据权利要求1-7中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述拉伸处理为纤维在70℃-90℃下进行干热拉伸，总拉伸倍数为10-15倍。
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