CN111101226B - 一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法，生物基可降解聚酯是以生物基二元醇和对苯二甲酸为原料，采用熔融缩聚的方法，先后经过酯化反应、分段式预缩聚反应和终缩聚反应制得的；将生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；同一三叶形喷丝孔的三叶的长度相等，宽度不完全相等；制得的生物基可降解聚酯纤维，具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成，卷曲收缩率为24～27％，卷曲稳定度为77～81％，紧缩伸长率为65～72％，卷缩弹性回复率为75～80％。

Description

一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于聚酯纤维技术领域，涉及一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
化学纤维的问世，始于20世纪20年代有机合成化学和高分子化学的发展，之后短短数十年它已经成为产业中的支柱，其产量与应用远远超过了天然纤维。其中涤纶、尼龙、腈纶是化纤中的三大纤维，而这三大纤维中又因涤纶的发展速度最快，应用最广泛，产量最高，成为化学纤维之冠，是当今最重要的纺织材料之一。聚酯纤维是合成纤维的第一大品种，它是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，经纺丝和后处理制成的纤维。作为半结晶高分子聚合物具有良好的热塑性，普遍应用于服用、包装、生物、生产加工等各个领域。随着PET产业的快速发展，虽然PET不会直接对环境造成危害，但由于其使用后的废品数目巨大且对大气和微生物试剂的抵抗性很强，PET废弃物已成为全球性的环境污染有机物。超细旦纤维绝大多数运用于服装领域，随着人们对服装需求的不断提升，废旧服装的数量也逐年攀升，在我国每年就产生近3000万吨的废旧服装。目前，常见的对PET废弃物的处理方法有填埋、焚烧及回收利用，填埋和焚烧虽然是最简单的方法，对环境亦将造成一定的污染，降解回收是处理PET废弃物有效而科学的途径，但由于PET结构致密，结晶度高，自然降解时间很长，目前回收利用的比例还很小，最高约13％，虽然近年来我国在PET回收利用方面有较大的增速，但其回收率仍然很低，不到10％。在实际应用中对于PET的降解多采用化学降解的方法，化学分解法主要有水解法和醇解法，此外还有氨解、胺解和热解等。但目前所使用的化学降解法依然存在降解速率慢，降解效果差等问题，其仍然无法解决大量的废旧服装的降解回收利用。基于环境意识的增强、资源节约及可持续性的需求，服用聚酯纤维(涤纶长丝)的自然降解已成为我国科技工作者迫切需要解决的问题。
因此，研究一种可降解且性能优异的聚酯极具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提供一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法，目的是解决如何制备可降解且性能优异的聚酯纤维的问题。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，将生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
生物基可降解聚酯是以生物基二元醇和对苯二甲酸为原料，采用熔融缩聚的方法，先后经过酯化反应、分段式预缩聚反应和终缩聚反应制得的；所述分段式预缩聚反应按先后顺序分为第一预缩聚反应和第二预缩聚反应，其中第一预缩聚反应过程中加入聚乙二醇，第二预缩聚反应过程中加入具有多羟基结构的单体；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.4～2.5:1.6～3.7，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为2.5～3.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；
所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，生物基二元醇为生物基乙二醇、生物基丙二醇、生物基丁二醇、生物基戊二醇(具体为1,2-丙二醇、1,2-戊二醇、1,3-丁二醇、1,6-己二醇、1,5-己二醇和1,2-丁二醇)；具有多羟基结构的单体为山梨醇和/或季戊四醇。
如上所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将生物基二元醇、对苯二甲酸和催化剂混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92～96％得到酯化物；生物基二元醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.1～1.5:1.0，催化剂的加入量为二苯二甲酸的加入量的150～350ppm，酯化反应的温度为200～250℃，压力为0.1～0.4MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.5～1.0:1.0，第一预缩聚反应的温度为210～260℃，压力为0.1～0.2MPa，时间为0.5～1.5h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为5～15％，溶剂为酯化反应用到的生物基二元醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的二元醇后，加入具有多羟基结构的单体并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；具有多羟基结构的单体与第一预缩聚反应的产物混合时的摩尔比为0.0001～0.0010:1.0，第二预缩聚反应的温度为220～260℃，压力为100～200KPa，时间为0.5～1.5h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到生物基可降解聚酯，终缩聚反应的温度为220～280℃，压力为1～10KPa，时间为1.5～3.5h。
如上所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.65～0.70dL/g。
如上所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，FDY工艺的参数为：纺丝温度280～285℃，冷却温度20～25℃，冷却风速1.80～2.30m/s，一辊速度1800～2000m/min，一辊温度85～95℃，二辊速度3400～3600m/min，二辊温度160～180℃，卷绕速度3330～3510m/min。
如上所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，松弛热处理的温度为90～120℃，时间为20～30min。
本发明还提供采用如上任一项所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法制得的生物基可降解聚酯纤维，具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成。
如上所述的生物基可降解聚酯纤维，按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24～27％，卷曲稳定度为77～81％，紧缩伸长率为65～72％，卷缩弹性回复率为75～80％。
如上所述的生物基可降解聚酯纤维，生物基可降解聚酯纤维的断裂强度≥2.7cN/dtex，断裂伸长率为45.0±5.0％，总纤度为100～150dtex。
本发明的原理是：
本发明以生物基二元醇为原料，采用熔融缩聚的方法，先后经过酯化反应、分段式预缩聚反应及终缩聚反应制备得到生物基可降解聚酯，该分段式预缩聚反应区别于现有的聚酯制备的预聚反应，其包括了第一预缩聚反应与第二预缩聚反应。第一预缩聚反应的是引入聚乙二醇，长碳链的聚二元醇以酯交换的方式接入到聚酯主链中，利用长碳链的聚二元醇的天然亲水性能，增加共聚酯的亲水性能，增强其生物可降解性能。酯化物在完成第一预缩聚反应后，进行第二预缩聚反应，将多余的二元醇真空抽除，同时补充具有多羟基结构的单体，形成具有支化结构的共聚型预聚体，通过控制添加量及预缩聚的反应温度、时间实现对生物基聚酯支化结构的调控。这样，一方面通过引入具有多羟基的结构单体实现了终缩聚过程中的动力学强化，降低了生物基聚酯在高温条件下停留的时间，降低了热降解导致的粘度降；另一方面，具有支化型结构的预聚体相比较现有的具有线性结构的预聚体结构稳定，因而终缩聚反应过程造成的热降解大大减低。本发明一方面通过在聚酯主链中引入长碳链的聚二元醇，增强聚酯生物可降解性能；另一方面强化聚合动力学过程，缩短了聚合时间，提升了聚酯品质。
进一步地，本发明将上述制得的生物基聚酯从同一喷丝板上三叶不完全等宽的三叶形喷丝孔挤出，同时采用环吹风冷却；其中，冷却吹风对着三叶形中的两个窄叶，三叶冷却条件不对称、不均衡。由于所采用的喷丝孔中的三叶形为不对称结构，三叶形喷丝孔的两个窄叶先迎风且与冷却风接触的表面为该叶的全部表面，宽叶只是迎风面接触；因此三叶形喷丝孔的两个窄叶的与冷却风接触的表面积远大于宽叶，故而其冷却速度高于宽叶，使得纤维自喷出后，横截面上不同位置的熔体的冷却速度不一致，主要体现在：纺丝时，冷却风速很大，风速介于1.80～2.30m/s，靠近吹风口的部分更早更快冷却，远离吹风口的部分更慢冷却。当三叶形喷丝孔中的三叶形中的一叶正对着冷却风时，该叶的熔体冷却得快，而三叶形中的其它部分冷却得慢，而且先迎风的叶窄，更容易被冷却。在牵伸的张力作用下，三叶形中的其它部分更容易被牵伸而变细，且其应力更集中，因此，在纤维呈三叶的横截面上，会出现三叶的应力不对称的结构，这种横截面上应力和粗细均不对称的纤维在热处理或拉伸过程中会呈现三维卷曲性能，且卷曲好，纤维弹性回复率大，因此可以按照FDY的工艺，避免因使用假捻变形的加工工艺而造成的纤维热损伤。该聚酯制成品质高且可降解性能优良的生物基可降解聚酯纤维，该纤维可广泛应用于针织、机织等领域，大大地拓宽了可生物降解材料的应用功能范围。
有益效果：
(1)本发明的一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法，通过在聚酯主链中引入长碳链的聚二元醇，增强聚酯生物可降解性能；
(2)本发明的一种生物基可降解聚酯纤维及其制备方法，制得的生物基聚酯从同一喷丝板上三叶不完全等宽的三叶形喷丝孔挤出，同时采用环吹风冷却，可以使得初生丝按照FDY的工艺，避免因使用假捻变形的加工工艺而造成的纤维热损伤；
(3)本发明的一种生物基可降解聚酯纤维，具备生物可降解性能，三维自卷曲性能，综合性能优异，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的三叶形喷丝孔的形状示意图；
图2为本发明的喷丝孔在喷丝板上的分布示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的三叶形喷丝孔的形状及喷丝孔在喷丝板上的分布示意图如图1和图2所示，喷丝板上的喷丝孔为三叶形，同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.4～2.5:1.6～3.7，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为2.5～3.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心。
图1和图2仅为示意，不作为对本发明的限制。
实施例1
生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将1,2-丙二醇、对苯二甲酸和钛酸四丁酯混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92％得到酯化物；1,2-丙二醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.2:1.0，钛酸四丁酯的加入量为对苯二甲酸的加入量的150ppm，酯化反应的温度为200℃，压力为0.3MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.5:1.0，第一预缩聚反应的温度为220℃，压力为0.1MPa，时间为1.5h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为10％，聚乙二醇中碳原子的个数为150，溶剂为酯化反应用到的1,2-丙二醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的1,2-丙二醇后，加入山梨醇并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；山梨醇与酯化物混合时的摩尔比为0.0001:1.0，第二预缩聚反应的温度为260℃，压力为100KPa，时间为1.5h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到聚酯，终缩聚反应的温度为230℃，压力为10KPa，时间为1.5h。
制得的生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.68dL/g。
实施例2
生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将1,2-戊二醇、对苯二甲酸和钛酸四丁酯混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92％得到酯化物；1,2-戊二醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.2:1.0，钛酸四丁酯的加入量为对苯二甲酸的加入量的150ppm，酯化反应的温度为240℃，压力为0.3MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.5:1.0，第一预缩聚反应的温度为220℃，压力为0.1MPa，时间为1.5h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为10％，聚乙二醇中碳原子的个数为140，溶剂为酯化反应用到的1,2-戊二醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的1,2-戊二醇后，加入山梨醇并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；山梨醇与酯化物混合时的摩尔比为0.0001:1.0，第二预缩聚反应的温度为260℃，压力为100KPa，时间为1.5h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到聚酯，终缩聚反应的温度为230℃，压力为10KPa，时间为1.5h。
制得的生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.65dL/g。
实施例3
生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将1,3-丁二醇、对苯二甲酸和钛酸四丁酯混合均匀后进行酯化反应至酯化率为94％得到酯化物；1,3-丁二醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.3:1.0，钛酸四丁酯的加入量为对苯二甲酸的加入量的350ppm，酯化反应的温度为250℃，压力为0.3MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为1.0:1.0，第一预缩聚反应的温度为240℃，压力为0.1MPa，时间为0.5h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为8％，聚乙二醇中碳原子的个数为130，溶剂为酯化反应用到的1,3-丁二醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的1,3-丁二醇后，加入山梨醇和季戊四醇的混合物(质量比为1:1)并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；山梨醇和季戊四醇的混合物与酯化物混合时的摩尔比为0.0010:1.0，第二预缩聚反应的温度为250℃，压力为130KPa，时间为1.5h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到聚酯，终缩聚反应的温度为250℃，压力为1KPa，时间为2.0h。
制得的生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.69dL/g。
实施例4
生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将1,6-己二醇、对苯二甲酸和钛酸四丁酯混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92％得到酯化物；1,6-己二醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.1:1.0，钛酸四丁酯的加入量为对苯二甲酸的加入量的180ppm，酯化反应的温度为200℃，压力为0.4MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.6:1.0，第一预缩聚反应的温度为210℃，压力为0.19MPa，时间为1.0h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为5％，聚乙二醇中碳原子的个数为200，溶剂为酯化反应用到的1,6-己二醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的1,6-己二醇后，加入山梨醇和季戊四醇的混合物(质量比为2:3)并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；山梨醇和季戊四醇的混合物与酯化物混合时的摩尔比为0.0005:1.0，第二预缩聚反应的温度为230℃，压力为200KPa，时间为2.0h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到聚酯，终缩聚反应的温度为220℃，压力为5KPa，时间为3.5h。
制得的生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.70dL/g。
实施例5
生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将1,5-己二醇、对苯二甲酸和钛酸四丁酯混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92％得到酯化物；1,5-己二醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.1:1.0，钛酸四丁酯的加入量为对苯二甲酸的加入量的180ppm，酯化反应的温度为200℃，压力为0.4MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.6:1.0，第一预缩聚反应的温度为210℃，压力为0.19MPa，时间为1.0h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为5％，聚乙二醇中碳原子的个数为150，溶剂为酯化反应用到的1,5-己二醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的1,5-己二醇后，加入山梨醇和季戊四醇的混合物(质量比为2:3)并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；山梨醇和季戊四醇的混合物与酯化物混合时的摩尔比为0.0005:1.0，第二预缩聚反应的温度为230℃，压力为200KPa，时间为1.5h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到聚酯，终缩聚反应的温度为220℃，压力为5KPa，时间为3.5h。
制得的生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.66dL/g。
实施例6
生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将1,2-丁二醇、对苯二甲酸和钛酸四丁酯混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92％得到酯化物；1,2-丁二醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.1:1.0，钛酸四丁酯的加入量为对苯二甲酸的加入量的180ppm，酯化反应的温度为200℃，压力为0.4MPa；
(2)分段式预缩聚反应；
(2.1)第一预缩聚反应，向步骤(1)的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.6:1.0，第一预缩聚反应的温度为210℃，压力为0.19MPa，时间为1.0h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为5％，聚乙二醇中碳原子的个数为160，溶剂为酯化反应用到的1,2-丁二醇；
(2.2)第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的1,2-丁二醇后，加入山梨醇和季戊四醇的混合物(质量比为2:3)并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；山梨醇和季戊四醇的混合物与酯化物混合时的摩尔比为0.0005:1.0，第二预缩聚反应的温度为230℃，压力为200KPa，时间为2.0h；
(3)终缩聚反应；
将步骤(2.2)的预聚体进行终缩聚反应得到聚酯，终缩聚反应的温度为220℃，压力为5KPa，时间为3.5h。
制得的生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.67dL/g。
实施例7
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例1制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.4:1.7，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为2.6:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度280℃，冷却温度20℃，冷却风速1.8m/s，一辊速度1800m/min，一辊温度85℃，二辊速度3400m/min，二辊温度160℃，卷绕速度3370m/min；
(3)再经温度为120℃，时间为20min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为42％，总纤度为139dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为27％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为67％，卷缩弹性回复率为80％。
实施例8
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例2制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.5:1.6，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为3.3:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度282℃，冷却温度20℃，冷却风速2.04m/s，一辊速度1820m/min，一辊温度86℃，二辊速度3430m/min，二辊温度164℃，卷绕速度3440m/min；
(3)再经温度为93℃，时间为29min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.83cN/dtex，断裂伸长率为40％，总纤度为150dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为25％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为65％，卷缩弹性回复率为78％。
实施例9
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例3制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.9:2.5，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为3.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度283℃，冷却温度22℃，冷却风速2.05m/s，一辊速度1860m/min，一辊温度88℃，二辊速度3430m/min，二辊温度167℃，卷绕速度3440m/min；
(3)再经温度为106℃，时间为21min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.74cN/dtex，断裂伸长率为46％，总纤度为143dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为72％，卷缩弹性回复率为77％。
实施例10
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例4制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:2.1:2.5，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为3.3:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度283℃，冷却温度22℃，冷却风速2.07m/s，一辊速度1890m/min，一辊温度90℃，二辊速度3440m/min，二辊温度172℃，卷绕速度3420m/min；
(3)再经温度为93℃，时间为30min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.7cN/dtex，断裂伸长率为50％，总纤度为100dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24％，卷曲稳定度为79％，紧缩伸长率为70％，卷缩弹性回复率为75％。
实施例11
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例5制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:2.3:2.5，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为2.8:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度284℃，冷却温度23℃，冷却风速2.15m/s，一辊速度1900m/min，一辊温度90℃，二辊速度3470m/min，二辊温度173℃，卷绕速度3330m/min；
(3)再经温度为102℃，时间为24min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.75cN/dtex，断裂伸长率为45％，总纤度为117dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为25％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为69％，卷缩弹性回复率为78％。
实施例12
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例6制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:2.5:3.3，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为3.2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度24℃，冷却风速2.21m/s，一辊速度1930m/min，一辊温度91℃，二辊速度3480m/min，二辊温度179℃，卷绕速度3400m/min；
(3)再经温度为90℃，时间为30min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.7cN/dtex，断裂伸长率为48％，总纤度为126dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为27％，卷曲稳定度为78％，紧缩伸长率为71％，卷缩弹性回复率为79％。
实施例13
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例3制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:2.4:3.5，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为2.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度24℃，冷却风速2.23m/s，一辊速度2000m/min，一辊温度92℃，二辊速度3570m/min，二辊温度179℃，卷绕速度3510m/min；
(3)再经温度为105℃，时间为21min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.76cN/dtex，断裂伸长率为44％，总纤度为129dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为26％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为70％，卷缩弹性回复率为79％。
实施例14
一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，
(1)将实施例4制得的生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:2.5:3.7，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为3:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
(2)依照FDY工艺制得FDY丝，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度25℃，冷却风速2.3m/s，一辊速度2000m/min，一辊温度95℃，二辊速度3600m/min，二辊温度180℃，卷绕速度3390m/min；
(3)再经温度为105℃，时间为22min的松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
该生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成；且其断裂强度为2.79cN/dtex，断裂伸长率为40％，总纤度为126dtex；按GB/T6506-2001测得生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24％，卷曲稳定度为77％，紧缩伸长率为68％，卷缩弹性回复率为77％。

Claims (6)

1.一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，其特征是：将生物基可降解聚酯熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得生物基可降解聚酯纤维；
生物基可降解聚酯是以生物基二元醇和对苯二甲酸为原料，采用熔融缩聚的方法，先后经过酯化反应、分段式预缩聚反应和终缩聚反应制得的；所述分段式预缩聚反应按先后顺序分为第一预缩聚反应和第二预缩聚反应，其中第一预缩聚反应过程中加入聚乙二醇，第二预缩聚反应过程中加入具有多羟基结构的单体；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.4~2.5:1.6~3.7，三叶的长度相等，形成最小夹角的两叶和另一叶的宽度之比为1:1:1.5，最窄叶长度与宽度之比为2.5~3.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；
所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向朝向圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度280~285℃，冷却温度20~25℃，冷却风速1.80~2.30m/s，一辊速度1800~2000m/min，一辊温度85~95℃，二辊速度3400~3600m/min，二辊温度160~180℃，卷绕速度3330~3510m/min；
松弛热处理的温度为90~120℃，时间为20~30min；
生物基可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24~27%，卷曲稳定度为77~81%，紧缩伸长率为65~72%，卷缩弹性回复率为75~80%。
2.根据权利要求1所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，生物基二元醇为生物基乙二醇、生物基丙二醇、生物基丁二醇、生物基戊二醇；具有多羟基结构的单体为山梨醇和/或季戊四醇。
3.根据权利要求2所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，生物基可降解聚酯的制备步骤如下：
（1）酯化反应；
将生物基二元醇、对苯二甲酸和催化剂混合均匀后进行酯化反应至酯化率为92~96%得到酯化物；生物基二元醇与对苯二甲酸混合时的摩尔比为1.1~1.5:1.0，催化剂的加入量为对苯二甲酸的加入量的150~350ppm，酯化反应的温度为200~250°C，压力为0.1~0.4MPa；
（2）分段式预缩聚反应；
（2.1）第一预缩聚反应，向步骤（1）的酯化物中加入聚乙二醇并混合均匀后进行第一预缩聚反应；聚乙二醇与酯化物混合时的摩尔比为0.5~1.0:1.0，第一预缩聚反应的温度为210~260°C，压力为0.1~0.2MPa，时间为0.5~1.5h，聚乙二醇以浆液的形式进行添加，浆液中聚乙二醇的质量分数为5~15%，溶剂为酯化反应用到的生物基二元醇；
（2.2）第二预缩聚反应，真空抽除第一预缩聚反应后体系中多余的二元醇后，加入具有多羟基结构的单体并混合均匀后进行第二预缩聚反应得到预聚体；具有多羟基结构的单体与第一预缩聚反应的产物混合时的摩尔比为0.0001~0.0010:1.0，第二预缩聚反应的温度为220~260°C，压力为100~200KPa，时间为0.5~1.5h；
（3）终缩聚反应；
将步骤（2.2）的预聚体进行终缩聚反应得到生物基可降解聚酯，终缩聚反应的温度为220~280°C，压力为1~10KPa，时间为1.5~3.5h。
4.根据权利要求3所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，生物基可降解聚酯熔体的特性粘度为0.65~0.70dL/g。
5.根据权利要求1~4任一项所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，其特征是：生物基可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的生物基可降解聚酯单丝组成。
6.根据权利要求5所述的一种生物基可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，生物基可降解聚酯纤维的断裂强度≥2.7cN/dtex，断裂伸长率为45.0±5.0%，总纤度为100~150dtex。
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