CN113136638B - 一种生物可降解并列复合弹性纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物可降解并列复合弹性纤维及其制备方法，该复合弹性纤维包括PB‑TSI共聚酯和聚乳酸(PLA)，所述的PB‑TSI共聚酯和聚乳酸的质量比为1:1。其中PB‑TSI共聚酯通过将对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二酸、1,4丁二醇及催化剂投入到反应釜中反应得到。将PB‑TSI共聚酯与PLA进行熔融并列复合纺丝，得到生物可降解并列复合弹性纤维，该复合弹性纤维具有良好的相容性以及生物可降解性能，同时两个组分间的收缩差大，回弹性以及蓬松性好。

Description

一种生物可降解并列复合弹性纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种生物可降解并列复合弹性纤维及其制备方法。
背景技术
在纺织产业中，弹性复合纤维是两种具有不同结构或性能的聚合物按照一定比例并列复合纺丝而成，利用同一根纤维上两组分收缩率的差异，产生三维立体卷曲结构，而得到的弹性纤维。并列复合弹性纤维制成的织物具有优良的蓬松性和回弹性，因此具有良好的商用价值。并列复合弹性纤维产生弹性原理示意图1所示，图中并列的两个组分分别为PB-TSI共聚酯和聚乳酸(PLA)。将原始纤维L0拉伸到L1，松开后，由于PB-TSI共聚酯和PLA两个纯组分的收缩率不同，PB-TSI共聚酯和PLA组分在轴向产生收缩差ΔL＝L2-L3，经过松弛和热水处理后，最终得到三维卷曲的类似于弹簧的弹性纤维，ΔL越大，最终并列复合纤维的弹性越好。
市面上已有的弹性复合纤维，典型的代表是T400，它是由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)两个组分并列复合纺丝而成。这些弹性复合纤维都是由不可降解的聚酯材料组成的。随着人类与环境和谐共存的意识不断提高，开发生物可降解的弹性复合纤维具有创新性和重要的现实意义，在可降解纺织面料、一次性纸尿裤、妇女卫生用品、一次性口罩等领域具有应用前景。
发明内容
针对现有技术缺陷，本发明的目的旨在提供一种生物可降解并列复合弹性纤维及其制备方法，通过合成生物可降解聚酯材料作为并列复合弹性纤维的A组分，并将市售的另一种生物可降解材料即聚乳酸(PLA)作为B组分，按50％:50％(质量比)并列复合纺丝，利用A和B两个组分的收缩差、良好的相容性以及生物可降解性能，来制备一种生物可降解并列复合弹性纤维。
为实现上述技术目的，本发明具体采用以下技术方案：
一种生物可降解并列复合弹性纤维，包括PB-TSI共聚酯和聚乳酸(PLA)，所述的PB-TSI共聚酯和聚乳酸的质量比为1:1。
所述的PB-TSI共聚酯通过以下方法制备：将对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、丁二酸(SA)、1,4丁二醇(BDO)及催化剂投入到反应釜中反应，得到PB-TSI共聚酯。
进一步的，所述的催化剂为钛酸四丁酯，加入量为反应物总质量的0.01-0.1％。
进一步的，反应过程为：在160～220℃条件下酯化反应5～8小时，升温至210～230℃条件下预缩聚反应2～4小时，在230～250℃条件下终缩聚反应8～12小时。
进一步的，按照摩尔百分比计，其中，对苯二甲酸50％～70％，间苯二甲酸5％～10％，丁二酸30％～50％。
所述的1,4丁二醇加入量为对苯二甲酸、间苯二甲酸和丁二酸总摩尔量的110％～200％。
在本发明中，制备的PB-TSI是一种无毒无害的共聚酯，分子结构中，用丁二酸与丁二醇反应制得的丁二酸丁二醇酯，是生物可降解组分，因此，PB-TSI具备生物可降解性能，用弃后在土壤中，能够被细菌分解。
同时，对苯二甲酸与丁二醇反应制得的对苯二甲酸丁二醇酯，赋予PB-TSI良好的力学性能，用原料间苯二甲酸与丁二醇反应制得的间苯二甲酸丁二醇酯，具有增强PB-TSI伸长率的作用。在制备复合纤维时，能够产生大的收缩差，增强弹性。
本发明的另一方面，提供了上述生物可降解并列复合弹性纤维的制备方法，用对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、丁二酸及1,4-丁二醇(BD)通过直接酯化、熔融缩聚方法聚合得到PB-TSI共聚酯，将PB-TSI共聚酯与PLA进行熔融并列复合纺丝，得到生物可降解并列复合弹性纤维。
本发明的并列复合弹性纤维是指纺丝时，利用并列的两个组分PB-TSI共聚酯和PLA的收缩率不同，PB-TSI共聚酯和PLA在纤维轴向产生收缩差，从而使PB-TSI共聚酯围绕PLA发生扭曲，最终得到类似于弹簧的三维卷曲弹性纤维。
进一步的，熔融并列复合纺丝具体为：将PB-TSI和PLA切片分别依次经预结晶塔预结晶、干燥塔干燥后，各自用双螺杆挤出机熔融挤出熔体，两种熔体同时进入复合纺丝组件，由其中的并列型复合喷丝板挤出、侧吹风及纺丝甬道冷却，然后经第一热牵伸辊、第二热牵伸辊、第三热牵伸辊进行两道拉伸和热定型，再经上油辊上油剂，最后由卷绕机高速卷绕，即可得到PB-TSI/PLA生物可降解并列复合弹性纤维。
本发明的有益效果为：
本发明制备的PB-TSI/PLA并列复合弹性纤维是生物可降解纤维，用弃后，在土壤中能够被细菌分解，对环境友好，市售的并列复合弹性纤维均不能被生物降解，还没有生物可降解的复合弹性纤维。
同时PB-TSI/PLA生物可降解并列复合弹性纤维，由于组分PB-TSI和组分PLA均是聚酯类分子结构，其界面相容性好，两个组分间的收缩差大，回弹性以及蓬松性好。
附图说明
图1是并列复合弹性纤维产生弹性原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将原料对苯二甲酸1mol、间苯二甲酸0.08mol、丁二酸0.92mol、1,4丁二醇2.8mol及催化剂(钛酸四丁酯)投入到反应釜中，在165℃酯化反应8小时左右，然后，升温到210℃预缩聚反应4小时，最后，在235℃，终缩聚反应11小时，得到PB-TSI共聚酯。
将上述PB-TSI共聚酯与PLA按50:50质量比进行熔融并列复合纺丝，具体为将PB-TSI和PLA切片分别依次经预结晶塔预结晶、干燥塔干燥后，各自用双螺杆挤出机熔融挤出熔体，两种熔体同时进入复合纺丝组件，由其中的并列型复合喷丝板挤出、侧吹风及纺丝甬道冷却，然后经第一热牵伸辊、第二热牵伸辊、第三热牵伸辊进行两道拉伸和热定型，再经上油辊上油剂，最后由卷绕机高速卷绕，即可得到PB-TSI/PLA生物可降解并列复合弹性纤维。
实施例2
将原料对苯二甲酸1.1mol、间苯二甲酸0.1mol、丁二酸0.8mol、1,4丁二醇3.2mol及催化剂(钛酸四丁酯)投入到反应釜中，在180℃酯化反应7小时左右，然后，升温到220℃预缩聚反应3.5小时，最后，在240℃，终缩聚反应10小时，得到PB-TSI共聚酯。
将上述PB-TSI共聚酯与PLA按50:50质量比进行熔融并列复合纺丝，具体为将PB-TSI和PLA切片分别依次经预结晶塔预结晶、干燥塔干燥后，各自用双螺杆挤出机熔融挤出熔体，两种熔体同时进入复合纺丝组件，由其中的并列型复合喷丝板挤出、侧吹风及纺丝甬道冷却，然后经第一热牵伸辊、第二热牵伸辊、第三热牵伸辊进行两道拉伸和热定型，再经上油辊上油剂，最后由卷绕机高速卷绕，即可得到PB-TSI/PLA生物可降解并列复合弹性纤维。
实施例3
将原料对苯二甲酸1.1mol、间苯二甲酸0.08mol、丁二酸0.82mol、1,4丁二醇4mol及催化剂(钛酸四丁酯)投入到反应釜中，在190℃酯化反应6小时左右，然后，升温到230℃预缩聚反应2小时，最后，在245℃，终缩聚反应8小时，得到PB-TSI共聚酯。
将上述PB-TSI共聚酯与PLA按50:50质量比进行熔融并列复合纺丝，具体为将PB-TSI和PLA切片分别依次经预结晶塔预结晶、干燥塔干燥后，各自用双螺杆挤出机熔融挤出熔体，两种熔体同时进入复合纺丝组件，由其中的并列型复合喷丝板挤出、侧吹风及纺丝甬道冷却，然后经第一热牵伸辊、第二热牵伸辊、第三热牵伸辊进行两道拉伸和热定型，再经上油辊上油剂，最后由卷绕机高速卷绕，即可得到PB-TSI/PLA生物可降解并列复合弹性纤维。
对比例
将市售的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)按50:50质量比进行熔融并列复合纺丝，得到PET/PTT复合弹性纤维。
对实施例1～3和对比例的生物分解率进行检测，具体检测方法执行GB/T32366。具体检测结果及检测标准见表1。
表1复合纤维检测数据
生物降解率标准 生物分解率
实施例1 ≥60％ 合格
实施例2 ≥60％ 合格
实施例3 ≥60％ 合格
对比例 ≥60％ 不能降解
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种生物可降解并列复合弹性纤维，其特征在于，包括PB-TSI共聚酯和聚乳酸，所述的PB-TSI共聚酯和聚乳酸的质量比为1:1；
所述的PB-TSI共聚酯通过将对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二酸、1,4丁二醇及催化剂投入到反应釜中反应得到；其中，按照摩尔百分比计，对苯二甲酸50%~70%，间苯二甲酸5%~10%，丁二酸30%~50%；所述的1,4丁二醇加入量为对苯二甲酸、间苯二甲酸和丁二酸总摩尔量的110%~200%；所述的催化剂为钛酸四丁酯，加入量为反应物总质量的0.01-0.1%；制备PB-TSI共聚酯反应过程为：在160~220℃条件下酯化反应5~8小时，升温至210~230℃条件下预缩聚反应2~4小时，在230~250℃条件下终缩聚反应8~12小时；
用对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二酸及1,4-丁二醇通过直接酯化、熔融缩聚方法聚合得到PB-TSI共聚酯，将PB-TSI共聚酯与PLA进行熔融并列复合纺丝，得到生物可降解并列复合弹性纤维。
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