一种可降解合成纤维组合物及其制备方法和制品技术

本发明专利技术涉及一种可降解合成纤维组合物及其制备方法和制成的可降解合成纤维制品；其中可降解合成纤维组合物包括聚合物以及分散在聚合物中的两种及以上过渡金属盐；所述两种及以上过渡金属盐中至少一种为多价金属盐。本发明专利技术可降解聚酯、聚酰胺和聚苯乙烯等聚合物，选择两种以上的过渡金属添加剂以产生协同效应，从而直接提高紫外光和可见光利用率；并首次将氧化-生物降解应用于人工合成纤维，可利用现有设备直接商业化生产；本发明专利技术的配方和方法尤其可直接应用于无纺布等织造技术中，进一步减少废弃物造成的环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以在环境中氧化-生物降解的合成纤维组合物及其制备方法和制成的可降解合成纤维制品。
技术介绍
现今，人工合成聚合物如塑料、合成纤维等处理问题变得越来越严重，因为其在自然界中的降解需要很长时间。近来，用完即弃的塑料产品，例如一次性卫生、医疗用品等逐渐采用可降解材料生产，以通过减少堆填区负荷，延长其使用期限。脂肪族聚酯和淀粉或植物纤维可由微生物作用最终分解成为非腐植物质如CO2和甲醇。然而，与石油基聚合物相比植物基聚合物通常具有亲水性，因此它们的机械和热性能相差很多；此外，尽管淀粉价格低廉，淀粉和淀粉/合成聚合物混合塑料的生产率却相对较低，其造价反而比不可再生的产品更昂贵。因此，发展非植物基可降解聚合物材料具有可观商业推广价值。除生物降解(bio-degradation)外，合成聚合物在自然界中亦会发生氧降解(oxo-degradation)，即自动氧化(autoxidation)。有机聚合物与氧气分子在通常为环境温度下发生的自由基链反应，聚合物首先与氧气反应生成过氧化物，过氧化物吸收能量可进一步分解。RH(加热,O2,压力)→ROOHROOH→RO·+·OH通常情况下完全氧降解是一个非常耗时的过程(如，几百年)，因为过氧化物分解成为自由基需要非常高的能量。近些年市场上已经出现的可降解添加剂能够通过加速自动氧化过程来加速聚合物降解。现有技术中公开了一种含有光敏剂、促降解剂、改性剂、生物降解引发剂、增塑剂、水、自氧化剂、自由
基引发剂、光敏促进剂、生物降解促进剂、降解控制剂的降解树脂组合物及其制作方法；以及使用过渡金属盐降解助剂来提高水合式可生物降解聚合物的可生物降解性的方法。这类添加剂的主要成分为含有过渡金属盐的助氧化剂。这种过渡金属通常具有可变价态且化合价相差仅为±1，例如Co2+/Co3+，它们能够大规模引发自由基链反应进而加速聚烯烃的降解。详细机理如下：聚烯烃RH在热和氧气的作用下被氧化为ROOH，在光照条件下，金属(如Co2+)3d电子层电子发生转移，将ROOH转化为羧酸自有基(ROO·)，再经过脱羧反应进而将聚烯烃RH转化成为自由基R′·，R′·非常不稳定，具有足够高的能量把长分子链裂解成为短的。因此，发生了降解过程。如以下反应所示，其中M表示过渡金属盐，RH表示聚烯烃。RH(heat,O2,stress)→ROOHROOH+Mn+→RO·+M(n+1)++OH-ROOH+M(n+1)+→ROO·+Mn++H+现有技术中还报导了一种利用有机金属盐作为化学降解剂的氧化-生物降解聚烯烃塑料制备方法。其发展而成的由美国特拉华州可编程生活公司(Programmable Life inc.)生产的生物降解添加剂(P-life)产品已通过多项测试并可在市场上购买。然而，通常状态下较高价态金属离子(M(n+1)+)由聚合物得电子的难度较大，重新生成较低价态金属离子(Mn+)速率较为缓慢，产生自由基速率相应较慢，从而影响聚合物的降解。除此之外，现有技术中公开了利用纳米二氧化钛吸收紫外光降解复合塑料的方法，主要涉及降解聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯、聚氯乙烯的方法，其反应机理如下：当受到能量大于或等于3.2eV的紫外光照射时，二氧化钛的电子被激发发生跃从而产生了具有强还原性的导带电子(e－)和具有强氧化性的价带空穴(h+)。它们或直接与周围的复合聚合物反应，或与水分子和氧发生一系列反应，生成强氧化性的羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O2－)，进而氧化分解聚合物。此外，现有技术中还公开了利用紫外光催化降解成分(纳米TiO2)和可见光催化氧化剂(过渡金属有机化合物)环境降解合成聚合物组合物的方
法；其引申专利由山东鑫鑫大壮降解塑料技术有限公司制造成型号为EBP-PE-M的产品在高密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯塑料袋中应用。然而，能量不低于3.2ev的紫外光仅占太阳光总能量的不到5％；而紫外激发后二氧化钛产生空穴及电子复合过程却存在较高能量损失，因此TiO2光能利用率较低。尽管添加纳米级TiO2的降解技术在薄膜及包装材料尤其是聚丙烯和聚乙烯材料中的应用已经非常成熟，但是其相对较低的量子效应仍然无法在有限时间内获得足够能量，从而限制了其对含有其他官能团的更复杂聚合物的降解效果。聚酯等聚合物具有理想的高耐磨性和低吸湿性，具有可观的市场价值，被广泛应用于纺织和服装工业的制造工艺之中。据统计合成纤维可占全球每年消耗的4500万纤维中的一半。因此，研发可降解纤维是减少由废品处置而造成的环境污染的重要解决方案。将加速氧化降解的想法应用于降解结构更复杂的聚合物亦具有重要意义。在纺织工业应用可降解合成聚合物的另一个优点是其生产工艺相对简单。合成纤维易于彼此共混，其成品具有更好的力学特性。相对于纤维素纤维或混合使用自然纤维与合成纤维以减少废物处理污染的方法，可降解合成纤维具有质优、价廉、易保持性和现代性的优势。因此，研发可降解合成纤维亦具有可观的商业价值和巨大的拓展空间。尽管现有报导中略有提及将含金属有机化合物作为氧化添加剂的降解技术应用在其他结构更复杂的合成纤维，例如聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯等等中，然而测试结果表明，即使是能够完全降解聚丙烯和聚乙烯的含过渡金属有机化合物添加剂(例如P-life)，其对于上述更复杂聚合物的降解效果并不理想。这可能是由于在更复杂结构的聚合物中，官能团如羧基、苯环和酰胺等可形成更强的键合，与仅有一个长的碳主链的聚烯烃类简单结构相比，断裂此类聚合物官能团键合需更高能量。因此亟待开发一种能够对聚合物尤其是具有复杂结构的聚合物产生更好降解效果的可降解合成纤维组合物。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中对聚合物尤其是具有复杂结构的聚合物的降解效果不佳的缺陷，提供一种对聚合物尤其是具有复杂结构的聚合物产生更好降解效果的可以氧化-生物降解的人工合成纤维组合物及其制备方法和制品。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可降解合成纤维组合物，包括聚合物以及分散在聚合物中的两种及以上过渡金属盐；所述两种及以上过渡金属盐中至少一种为多价金属盐。在根据本专利技术所述的可降解合成纤维组合物中，所述聚合物为非简单直链结构聚合物。在根据本专利技术所述的可降解合成纤维组合物中，所述非简单直链结构聚合物为聚酯、聚酰胺或聚苯乙烯；其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯纤维、聚萘二甲酸乙二酯或全芳香族聚酯；所述聚酰胺为脂肪族聚酰胺、聚邻苯二酰胺或芳香族聚酰胺。在根据本专利技术所述的可降解合成纤维组合物中，所述过渡金属盐中过渡金属为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、银、铈或镨。在根据本专利技术所述的可降解合成纤维组合物中，所述两种及以上过渡金属盐的金属离子总重量是所述可降解合成纤维组合物重量的0.001～10.0％。优选地，所述两种及以上过渡金属盐的金属离子总重量是所述可降解合成纤维组合物重量的0.01～5.0％。在根据本专利技术所述的可降解合成纤维组合物中，所述过渡金属盐为过渡金属有机盐或无机盐；其中，所述过渡金属有机盐为过渡金属的硬脂酸盐、醋酸盐、辛酸盐、环烷酸盐、乙酰丙酮盐或油酸盐；所述过渡金属无机盐为过渡金属的硫酸盐、硝酸盐或氯化物。更优选地，该过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可降解合成纤维组合物，其特征在于，包括聚合物以及分散在聚合物中的两种及以上过渡金属盐；所述两种及以上过渡金属盐中至少一种为多价金属盐。

【技术特征摘要】
1.一种可降解合成纤维组合物，其特征在于，包括聚合物以及分散在聚合物中的两种及以上过渡金属盐；所述两种及以上过渡金属盐中至少一种为多价金属盐。2.根据权利要求1所述的可降解合成纤维组合物，其特征在于，所述聚合物为非简单直链结构聚合物。3.根据权利要求1所述的可降解合成纤维组合物，其特征在于，所述非简单直链结构聚合物为聚酯、聚酰胺或聚苯乙烯；其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚萘二甲酸乙二酯或全芳香族聚酯；所述聚酰胺为脂肪族聚酰胺、聚邻苯二酰胺或芳香族聚酰胺。4.根据权利要求1所述的可降解合成纤维组合物，其特征在于，所述过渡金属盐中过渡金属为钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、银、铈或镨。5.根据权利要求1所述的可降解合成纤维组合物，其特征在于，所述两种及以上过渡金属盐的金属离子总重量是所述可降解合成纤维组合物重量的0.001～10.0％。6.根据权利要求5所述的可降解合成纤维组合物，其特征在于，所述两种及以上过渡金属盐的金属离子总重量是所述可降解合成纤维组合物重量的0.01～5.0％。7.根据权利要求1所述的可降解合成纤维组合物，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林子聪，吴昊，
申请(专利权)人：香港纺织及成衣研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81