CN115537966A - 一种pha生物基可降解纤维及其熔融纺丝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PHA生物基可降解纤维及其熔融纺丝方法，该纤维包括两种具有不同熔点的聚羟基脂肪酸酯（PHA）聚合物，其中，高熔点的聚羟基脂肪酸酯（PHA）起到原位构成纤维内部的“晶点”结构，并且该“晶点”为具有拉伸条件下的原纤结构。其次，利用高熔点的聚羟基脂肪酸酯（PHA）与低熔点的聚羟基脂肪酸酯（PHA）之间的相容性好的特性，可原位构成晶核，促进低熔点的聚羟基脂肪酸酯（PHA）的结晶生长，实现了可纺性和可拉伸性能。

Description

一种PHA生物基可降解纤维及其熔融纺丝方法
技术领域
本发明涉及纤维生产的技术领域，尤其是指一种PHA生物基可降解纤维及其熔融纺丝方法。
背景技术
传统高分子纤维的难可降解性为其回收处理带来了巨大的挑战，对于生态环境带来负担，而发展生物可降解纤维是解决这一问题的有效途径。
现有的聚羟基脂肪酸酯(PHA)具有良好生物可降解性，是制备生物可降解纤维的理想材料。然而，PHA熔点低，结晶速率较慢，在熔融纺丝过程中易导致辊间粘连，可纺性差，稳定拉伸困难，最终导致所制备的纤网产品手感偏硬。严重制约了聚羟基脂肪酸酯(PHA)的应用推广。因此，提供一种PHA生物可降解纤维的熔融纺丝技术显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够有效解决传统PHA结晶速率慢、易辊间粘连，可纺性和可拉伸性差等问题的PHA生物基可降解纤维及其熔融纺丝方法，实现了PHA纤维的可纺性和可拉伸性能。
为了实现上述的目的，本发明所提供的一种PHA生物基可降解纤维，该纤维包括两种具有不同熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物，其中，低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)按重量份数占95-98份，高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)按重量份数占2-5份。
进一步，所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物具有以下结构通式：
Figure BDA0003934485310000011
式中，R1为H、CH3或C2H5；R2为H、CH3、C2H5、C3H7；m1为1或2；m2为1或2；x为0或200～25000的任意自然数，y为0或200～25000的任意自然数，且x，y不能同时为0。
进一步，所述高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为R1＝CH3、m1＝1、R2＝C3H7、x：y＝9：1的PHBHHx。
进一步，低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为R1＝CH3、m2＝1、R2＝C2H5、x：y＝4:1的PHBV。
一种如上述任意一项实施例所述的一种PHA生物基可降解纤维的熔融纺丝方法，包括有以下步骤：
S1.干燥除湿：按比例将高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)和低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)预混合，并在预设温度(优选为70-110℃)的真空环境进行干燥处理；
S2.熔融挤出：将混合干燥后的两种聚羟基脂肪酸酯(PHA)混合物注入双杆螺旋挤出机中，并按预定的熔融温度T0(优选的熔融温度T0为120-170℃，转速为30-80rpm)使混合物受热熔融形成PHA熔体挤出；
S3.熔体过滤、计量：PHA熔体经过滤器过滤后均匀输送至计量泵处，随后，经计量泵精确计量后输送至喷丝板(优选为130-180℃)；
S4.纺丝牵伸：PHA熔体经喷丝板挤出并牵伸形成PHA纤维(纺丝速度优选为250-550m/min)；
S5.摆丝成网：牵伸形成的PHA纤维进入摆丝器后，依靠成网机的成网帘处的抽吸作用牵引PHA纤维服贴在成网帘上形成纤网。
进一步，在步骤S2中，该熔融温度T0比低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的熔点温度高5-10℃，并且该熔融温度T0接近于高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的熔点温度。
进一步，在步骤S4中，所采用的牵伸风的温度接近于低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的固化温度。
进一步，经步骤S5所形成的纤网转送作热轧固化操作时，所采用的热轧温度接近于低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的结晶温度。
本发明采用上述的方案，其有益效果在于：利用高熔点和低熔点的两种PHA作为原料，令高熔点的PHA原位构成纤维内部的“晶点”结构，并结合相容性好的特性以低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的结晶生长，加快结晶速率，实现了可纺性和可拉伸性能。
附图说明
图1为熔融纺丝方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面参照附图对本发明进行更全面地描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
在本实施例中，一种PHA生物基可降解纤维，该纤维包括两种具有不同熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物，其中，利用两种熔点不同的聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物作为原料，构建形成PHA混合体系，令高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)起到原位构成纤维内部的“晶点”结构，并且该“晶点”为具有拉伸条件下的原纤结构。其次，利用高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)与低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)之间的相容性好的特性，可原位构成晶核，促进低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的结晶生长，实现了可纺性和可拉伸性能。
具体地，聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物具有以下结构通式：
Figure BDA0003934485310000031
式中，R1为H、CH3或C2H5；R2为H、CH3、C2H5、C3H7；m1为1或2；m2为1或2；x为0或200～25000的任意自然数，y为0或200～25000的任意自然数，且x，y不能同时为0。
为便于解释说明，本实施例的高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为R1＝CH3、m1＝1、R2＝C3H7、x：y＝9：1的PHBHHx；本实施例的低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为R1＝CH3、m2＝1、R2＝C2H5、x：y＝4:1的PHBV。
进一步，本实施例的高熔点的PHBHHx的熔点温度为150℃、固化温度为85℃、结晶温度为70℃；本实施例的低熔点的PHBV的熔点温度为142℃、固化温度为79℃、结晶温度为67℃。
在本实施例中，低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)按重量份数占95-98分，高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)按重量份数占2-5份。
为便于理解，以下结合两种具体实施方式以及附图1对上述的PHA生物基可降解纤维作解释说明。
实施方式一：按重量份数计，低熔点的PHBV占98份，高熔点的PHBHHx占2份，其中，熔融纺丝方法包括以下步骤：
S1.干燥除湿：按比例将高熔点的PHBHHx和低熔点的PHBV预混合，并在预设温度的真空环境(优选为100℃)进行干燥处理；
S2.熔融挤出：将混合干燥后的PHBHHx/PHBV混合物注入双杆螺旋挤出机中，并按预定的熔融温度T0使混合物受热熔融形成PHA熔体挤出；
S3.熔体过滤、计量：PHA熔体经过滤器过滤后均匀输送至计量泵处，随后，经计量泵精确计量后输送至喷丝板；
S4.纺丝牵伸：PHA熔体经喷丝板(温度为155℃，纺丝速度为300m/min)挤出并牵伸形成PHA纤维；
S5.摆丝成网：牵伸形成的PHA纤维进入摆丝器后，依靠成网机的成网帘处的抽吸作用牵引PHA纤维服贴在成网帘上形成纤网，并以120m/min的速度向前输送。
实施方式二：按重量份数计，低熔点的PHBV占95份，高熔点的PHBHHx占5份，其中，熔融纺丝方法包括以下步骤：
S1.干燥除湿：按比例将高熔点的PHBHHx和低熔点的PHBV预混合，并在预设温度的真空环境(优选为100℃)进行干燥处理；
S2.熔融挤出：将混合干燥后的PHBHHx/PHBV混合物注入双杆螺旋挤出机中，并按预定的熔融温度T0使混合物受热熔融形成PHA熔体挤出；
S3.熔体过滤、计量：PHA熔体经过滤器过滤后均匀输送至计量泵处，随后，经计量泵精确计量后输送至喷丝板；
S4.纺丝牵伸：PHA熔体经喷丝板(温度为155℃，纺丝速度为350m/min)挤出并牵伸形成PHA纤维；
S5.摆丝成网：牵伸形成的PHA纤维进入摆丝器后，依靠成网机的成网帘处的抽吸作用牵引PHA纤维服贴在成网帘上形成纤网，并以150m/min的速度向前输送。
进一步，在上述的实施例方式一和二中，步骤S2中的熔融温度T0比低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的熔点温度高5-10℃，并且该熔融温度T0接近于高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的熔点温度，本领域技术人员可根据实际使用的聚羟基脂肪酸酯(PHA)对应设置熔融温度T0。
进一步，在上述的实施例方式一和二中，步骤S4中所采用的牵伸风的温度接近于低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的固化温度。本领域技术人员可根据实际使用的低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)对应设置牵伸风的温度。
在本实施例中，经步骤S5所形成的纤网由成网机转送至辊式热轧机处，作热轧固定操作，其中，所采用的热轧温度接近于低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的结晶温度。本领域技术人员可根据实际使用的低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)对应设置热轧温度。
综上，上述的实施例方式一和二的性能测试结果如下表：
Figure BDA0003934485310000041
从上表中可知，与传统纤维相比较，本实施方式一和二所制得纤维具有拉伸强度搞、柔软、弹性佳、结晶快等性能。
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种PHA生物基可降解纤维，其特征在于：该纤维包括两种具有不同熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物，其中，低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)按重量份数占95-98份，高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)按重量份数占2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种PHA生物基可降解纤维，其特征在于：所述聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物具有以下结构通式：
Figure FDA0003934485300000011
式中，R1为H、CH3或C2H5；R2为H、CH3、C2H5、C3H7；m1为1或2；m2为1或2；x为0或200～25000的任意自然数，y为0或200～25000的任意自然数，且x，y不能同时为0。
3.根据权利要求1所述的一种PHA生物基可降解纤维，其特征在于：所述高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为R1＝CH3、m1＝1、R2＝C3H7、x：y＝9：1的PHBHHx。
4.根据权利要求1所述的一种PHA生物基可降解纤维，其特征在于：低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)为R1＝CH3、m2＝1、R2＝C2H5、x：y＝4:1的PHBV。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的一种PHA生物基可降解纤维的熔融纺丝方法，其特征在于：包括有以下步骤：
S1.干燥除湿：按比例将高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)和低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)预混合，并在预设温度的真空环境进行干燥处理；70-110℃
S2.熔融挤出：将混合干燥后的两种聚羟基脂肪酸酯(PHA)混合物注入双杆螺旋挤出机中，并按预定的熔融温度T0使混合物受热熔融形成PHA熔体挤出；
S3.熔体过滤、计量：PHA熔体经过滤器过滤后均匀输送至计量泵处，随后，经计量泵精确计量后输送至喷丝板；
S4.纺丝牵伸：PHA熔体经喷丝板挤出并牵伸形成PHA纤维；
S5.摆丝成网：牵伸形成的PHA纤维进入摆丝器后，依靠成网机的成网帘处的抽吸作用牵引PHA纤维服贴在成网帘上形成纤网。
6.根据权利要求5所述的一种PHA生物基可降解纤维的熔融纺丝方法，其特征在于：在步骤S2中，该熔融温度T0比低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的熔点温度高5-10℃，并且该熔融温度T0接近于高熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的熔点温度。。
7.根据权利要求5所述的一种PHA生物基可降解纤维的熔融纺丝方法，其特征在于：在步骤S4中，所采用的牵伸风的温度接近于低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的固化温度。
8.根据权利要求5所述的一种PHA生物基可降解纤维的熔融纺丝方法，其特征在于：经步骤S5所形成的纤网转送作热轧固化操作时，所采用的热轧温度接近于低熔点的聚羟基脂肪酸酯(PHA)的结晶温度。
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