CN113881022A - 聚己内酯多元醇改性聚乳酸及该聚乳酸纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法。该聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法包括聚乳酸和聚己内酯多元醇，所述聚乳酸和聚己内酯多元醇在催化剂存在的条件下进行酯交换反应。本发明公开的聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法解决了现有技术制得的改性聚乳酸脆性大的问题。本发明还公开了一种聚己内酯多元醇改性聚乳酸纤维的制备方法。该聚己内酯多元醇改性聚乳酸纤维的制备方法是将聚己内酯多元醇改性聚乳酸进行熔融纺丝。本发明公开的一种聚己内酯多元醇改性聚乳酸纤维的制备方法解决了现有改性聚乳酸纤维断裂伸长率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，尤其是涉及聚己内酯多元醇改性聚乳酸及该聚乳酸纤维的制备方法。
背景技术
传统塑料产品大多基于石油化工原料，并且在自然界中降解周期十分漫长。目前全球每年消耗数量巨大的塑料产品，不仅消耗大量的石油资源，还对环境保护带来了挑战。聚乳酸是一种基于生物质资源，同时具有良好可生物降解性的合成高分子材料。现有商品化的聚乳酸材料具有与石油基塑料相当的力学强度，但由于其具有半刚性的线性分子链结构，具有脆性大，抗冲击性差的缺点，限制了聚乳酸的生产加工和应用。
为了能够改善聚乳酸的韧性，人们通常采用和其他柔性高分子或增韧粒子填料共混的方式对其进行增韧改性。但由于聚乳酸与大部分高分子材料和粒子填料相容性较差，简单物理共混难以实现良好的混合效果，对材料增韧效果有限。此外，改性高分子材料和聚乳酸熔融特性的差异，以及粒子填料的团聚还会显著恶化聚乳酸的纺丝工艺性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有优良韧性的聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法。
为实现上述目的，本发明的聚己内酯多元醇改性聚乳酸及聚乳酸纤维的制备方法采用的技术方案是：
一种聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法，包括聚乳酸和聚己内酯多元醇，所述聚乳酸和聚己内酯多元醇在催化剂存在的条件下进行酯交换反应。
优选的，所述酯交换反应是将60-90重量份的聚乳酸、5-35重量份的聚己内酯多元醇、1-5重量份的催化剂于180-260℃下在密炼机中进行热熔酯交换反应，反应时间为0.5-3h。
优选的，所述聚己内酯多元醇为聚己内酯二元醇、聚己内酯三元醇、聚己内酯四元醇中的一种或多种组合。
优选的，所述聚己内酯多元醇的分子量在300-5000之间，羟基值在 20-600KOHmg/g之间。
优选的，所述聚己内酯多元醇的分子量在500-4000之间，羟基值在 40-400KOHmg/g之间。
优选的，所述聚己内酯多元醇的分子量在800-2000之间，羟基值在 50-200KOHmg/g之间。
优选的，所述催化剂为乙酰丙酮铝、乙酰丙酮铬、乙酰丙酮钴(I)、乙酰丙酮钴(II)、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铁(II)、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铟中的一种或多种组合。
为实现上述目的，本发明的采用聚己内酯多元醇改性聚乳酸制备纤维的方法采用的技术方案是：
一种采用聚己内酯多元醇改性聚乳酸制备纤维的方法，将聚己内酯多元醇改性聚乳酸进行熔融纺丝
优选的，所述熔融纺丝的工艺参数包括纺丝温度:190-260℃，牵伸温度：80-140℃，牵伸倍率：2-10，热固定温度：120-160℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.聚己内酯多元醇通过与聚乳酸发生酯交换反应，实现在分子尺度上对聚乳酸进行增韧改性，改性后聚乳酸为均相材料，具有优良的加工性能和长效稳定性。
2.本发明提供的在聚乳酸结构中引入柔性的聚己内酯多元醇分子链段，显著提高聚乳酸的断裂伸长率和冲击强度。改性后聚乳酸应保持良好的可纺性，且得到的改性聚乳酸纤维具有显著提高的断裂伸长率。
3.本发明提供的聚己内酯多元醇增韧改性聚乳酸，原材料廉价易得，制备过程简单，无需添加增塑剂和填料，用于大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例和对比实施例环氧树脂固化物性能数据。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：
准备70重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，26重量份聚己内酯二元醇，聚己内酯二元醇的牌号为240，分子量：4000，羟基值：29KOH mg/g，4重量份催化剂，催化剂为乙酰丙酮锌，将三者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为190℃，反应时间为3h。冷却后，将改性聚乳酸在造粒机中进行造粒。
将得到的改性聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为 230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的改性聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为220℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于120℃温度下牵伸2.5倍，再用板加热器于140℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到改性聚乳酸纤维。
改性聚乳酸及聚乳酸纤维的性能参数如图1中所示。
实施例2：
准备65重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，30重量份聚己内酯二元醇，聚己内酯二元醇的牌号为：230，分子量：3000，羟基值：38KOH mg/g)，5重量份的催化剂，催化剂为乙酰丙酮锌，将三者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为240℃，反应时间为2h。冷却后，将改性聚乳酸在造粒机中进行造粒。
将得到的改性聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为 230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的改性聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为210℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于110℃温度下牵伸2.5倍，再用板加热器于130℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到改性聚乳酸纤维。
改性聚乳酸及聚乳酸纤维的性能参数如图1中所示。
实施例3
准备75重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，22重量份聚己内酯二元醇，聚己内酯二元醇的牌号为：205，分子量：530，羟基值：213KOH mg/g)，3重量份的催化剂，催化剂为乙酰丙酮锌，三者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为210℃，反应时间为2h。冷却后，将改性聚乳酸在造粒机中进行造粒。
将得到的改性聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为 230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的改性聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为230℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于120℃温度下牵伸2.5倍，再用板加热器于140℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到改性聚乳酸纤维。
实施例4
将82重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，16重量份聚己内酯四元醇，聚己内酯四元醇的牌号为：410，分子量：1030，羟基值：218KOH mg/g)，2重量份的催化剂，催化剂为乙酰丙酮锌，三者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为200℃，反应时间为2h。冷却后，将改性聚乳酸在造粒机中进行造粒。
将得到的改性聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为 230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的改性聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为230℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于120℃温度下牵伸3.0倍，再用板加热器于150℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到改性聚乳酸纤维。
实施例5
准备85重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，14重量份聚己内酯三元醇，聚己内酯三元醇的牌号为：312，分子量：1250，羟基值：136KOH mg/g)，1重量份的催化剂，催化剂为乙酰丙酮锌，三者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为220℃，反应时间为2h。冷却后，将改性聚乳酸在造粒机中进行造粒。
将得到的改性聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为 230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的改性聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为220℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于140℃温度下牵伸3.0倍，再用板加热器于150℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到改性聚乳酸纤维。
改性聚乳酸及聚乳酸纤维的性能参数如图1中所示。
实施例6
准备90重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，8重量份聚己内酯三元醇，聚己内酯三元醇的牌号为：205，分子量：530，羟基值：213KOH mg/g)，2重量份的催化剂，催化剂为乙酰丙酮锌，三者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为240℃，反应时间为1h。冷却后，将改性聚乳酸在造粒机中进行造粒。
将得到的改性聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为 230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的改性聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为250℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于130℃温度下牵伸3.0倍，再用板加热器于140℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到改性聚乳酸纤维。
改性聚乳酸及聚乳酸纤维的性能参数如图1中所示。
对比实施例1
准备75重量份的聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，22重量份聚己内酯二元醇，聚己内酯二元醇的牌号为：205，分子量：530，羟基值：213KOH mg/g)，将二者进行真空热干燥后，加入到密炼机中进行热熔酯交换反应，密炼机的转速为80rpm，反应温度为210℃，反应时间为2h。冷却后，在造粒机中进行造粒。
将得到的聚乳酸粒子采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将得到的聚乳酸粒子在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为230℃，由于聚己内酯二元醇在无催化剂的条件下无法有效与聚乳酸发生酯交换反应，聚己内酯二元醇和聚乳酸混合物无法稳定进行熔融纺丝。
改性聚乳酸及聚乳酸纤维的性能参数如图1中所示。
对比实施例2
将聚乳酸，聚乳酸的牌号为：FY602，采用注塑机进行注塑成型，注塑温度为230℃，得到用于拉伸和缺口冲击测试的试样。
将未改性聚乳酸在70℃真空干燥12h后，进行熔融纺丝，纺丝组件温度为230℃，通过16℃测吹风空气冷却后，通过牵引辊，于120℃温度下牵伸2.5倍，再用板加热器于140℃进行热固定，以100d/24f进行卷绕，得到聚乳酸纤维。
聚乳酸及聚乳酸纤维的性能参数如图1中所示。
Claims (7)
1.一种聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法，其特征在于：包括聚乳酸和聚己内酯多元醇，所述聚乳酸和聚己内酯多元醇在催化剂存在的条件下进行酯交换反应。
2.根据权利要求1所述的聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述酯交换反应是将60-90重量份的聚乳酸、5-35重量份的聚己内酯多元醇、1-5重量份的催化剂于180-260℃下在密炼机中进行热熔酯交换反应，反应时间为0.5-3h。
3.根据权利要求2所述的聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述聚己内酯多元醇为聚己内酯二元醇、聚己内酯三元醇、聚己内酯四元醇中的一种或多种组合。
4.根据权利要求3所述的聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述聚己内酯多元醇的分子量在300-5000之间，羟基值在20-600KOHmg/g之间。
5.根据权利要求2所述的聚己内酯多元醇改性聚乳酸的制备方法，其特征在于：所述催化剂为乙酰丙酮铝、乙酰丙酮铬、乙酰丙酮钴(I)、乙酰丙酮钴(II)、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮铁(II)、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮铟中的一种或多种组合。
6.一种采用如权利要求1-5任一所述的聚己内酯多元醇改性聚乳酸制备纤维的方法，其特征在于：将聚己内酯多元醇改性聚乳酸进行熔融纺丝。
7.根据权利要求6所述的聚己内酯多元醇改性聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于：所述熔融纺丝的工艺参数包括纺丝温度:190-260℃，牵伸温度：80-140℃，牵伸倍率：2-10，热固定温度：120-160℃。
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