热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种热塑性纤维素与脂肪族共聚酯的共混物纤维，主要解决现有技术中热塑性纤维素低温加工过程中粘度高，成纤性差，而使其应用领域受限的技术问题。本发明专利技术通过采用由20％至80％质量的热塑性纤维素与80％至20％质量的脂肪族共聚酯组成的共混物，该共混物由一种连续熔融挤出共混法制备得到，共混物的熔体粘度在低剪切速率100s

Fiber and preparation method of thermoplastic cellulose and aliphatic copolyester blends

The invention relates to a blend fiber of thermoplastic cellulose and aliphatic copolyester, which mainly solves the technical problems of high viscosity, poor fiber forming and limited application area in the process of low temperature processing of thermoplastic cellulose in the prior art. The blend is prepared from a blend of 20% to 80% mass thermoplastic cellulose and 80% to 20% mass aliphatic copolyesters. The blend is prepared by a continuous melt extrusion blending method, and the melt viscosity of the blend is at a low shear rate of 100s.

【技术实现步骤摘要】
热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维及制备方法
本专利技术属于热塑性纤维素与脂肪族共聚酯的共混物材料领域，具体渉及一种具有特殊流变性质的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯的共混物纤维，本专利技术还渉及一种制备具有特殊流变性质的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维的方法。技术背景纤维素是地球上储量最多的有机高分子，也是每年可再生量最多的生物质材料。纤维素是绿色植物细胞壁中的结构材料，木本植物含有约30-40％的纤维素、棉花纤维则含有约90％的纤维素。纤维素的主要工业用途为纸张和纸板，另有少量纤维素用于制备如赛璐酚(Cellophane)、粘胶(Rayon)等再生纤维素以及一些纤维素衍生物。由于纤维素是植物通过光合作用把大气中的二氧化碳与水转化成的天然高分子，因此纤维素中的碳元素属于近期固定的碳而不同于石油或煤炭等化石燃料及其石化产品中的数百万年之前固定的碳元素，不同时期固定的碳元素可以通过14C同位素标定法进行检测。由于这些差别，基于生物质原料制备的生物基高分子制品相对于石油基高分子制品具有原料低碳的优势，再采用低能耗和低碳排放的生产工艺，就可以生产出绿色低碳的高分子制品。出于此类考虑，天然高分子，包括纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、甲壳素等，及其衍生物制品在全球受到了日益增加的关注和研发，以开发出优质的绿色低碳环保制品。而经过生命循环评估(LifeCycleAssessment)确认的绿色低碳制品的广泛应用，将有助于支持绿色生产和绿色生活方式，为降低大气中的温室效应气体(二氧化碳等)的含量和缓解全球的气候变化做出贡献。虽然纤维素具有原料上的低碳优点，但作纺丝应用的纤维素量很少，这是由于纤维素的热分解温度低于其熔点而不具有热塑性质。为克服纤维素的这一缺陷，研究人员开发出了溶液法生产的再生纤维素，即把纤维素或纤维素衍生物先溶解在溶剂中，经过溶液加工成型，制备成薄膜或纺丝后再转变为纤维素，纺织工业中的粘胶纤维即采用这种方法制备。另外对于纤维素衍生物当其每个重复葡萄糖单元上的三个羟基经足够的化学转变后，也能具有较低的熔化或塑化温度，可以进行有限的热塑加工，成为热塑性纤维素，这类材料包括一定取代度的纤维素酯和纤维素醚。由于这类纤维素衍生物的产量和产品种类有限，而工业化的此类产品的粘度比较高，在较低加工温度下尤其明显，不适合需要低熔体粘度的加工方法如纺丝、注塑等；目前纤维素酯和纤维素醚有很大一部分用作涂料或胶黏剂领域的添加剂【高振华，邸明伟，《生物质材料及应用》，2008】。因此，从加工应用的角度，有开发低粘度且具有良好加工性能的热塑性纤维素衍生物的技术需求，以满足相关原料的市场需求。截至目前，尚未有文献报导热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物的特殊流变行为，并且现有技术中没有提供有效降低热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物的熔体粘度的方法，使这一类的共混物的应用受到了限制。本专利技术公布了一种有效降低热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物熔体粘度的连续熔融挤出方法，发现了意想不到的现象与结果，公布了具有特殊流变性质的共混物组成，并成功将该共混物应用到了纤维和无纺布领域。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题之一是现有技术中热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物熔体粘度过高而不能应用于需要低熔体粘度的共混物纤维的问题，提供一种具有特殊流变性质的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，该共混物纤维采用的共混物材料可以有效地把共混物的粘度“意想不到”地降到低于热塑纤维素和脂肪族共聚酯起始原料的共混加成理论粘度；使得该共混物具有在较低温度下实现制备成纤维的加工性能，制得的纤维优于现有技术同类共混物纤维，并且由于共混物熔体粘度低，可使其在加工过程中更加节能。本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种制备具有特殊流变性质的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维的方法，该方法得到的共混物的熔体粘度在低剪切速率(100s-1)条件下比两种起始原料的共混加成理论值至少低约30％；在高剪切速率(1363s-1)条件下比两种起始原料的共混加成理论值至少低30％，并且该共混物的熔融指数比两种起始原料的共混加成理论值至少高约20％。为了解决上述技术问题之一，本专利技术所采用的技术方案为：一种具有特殊流变性质的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，该共混物纤维含有20％至80％质量的热塑性纤维素与80％至20％质量的脂肪族共聚酯，其中，所述质量的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物的熔体粘度在低剪切速率100s-1条件下比两种起始原料的共混加成理论值至少低约30％；在高剪切速率1363s-1条件下比两种起始原料的共混加成理论值原料至少低30％；其中，所述热塑性纤维素选自纤维素与至少两种有机酸形成的纤维素酯，所述有机酸的碳原子总数大于等于6。上述技术方案中，所述的“两种起始原料”指的就是热塑性纤维素与脂肪族共聚酯。上述技术方案中，所述的热塑性纤维素的取代度优选大于1.0；更适合的纤维素衍生物的取代度为大于1.5；特别适合的纤维素衍生物的取代度为大于2.0。上述技术方案中，所述的热塑性纤维素优选为醋酸丁酸纤维素酯、醋酸戊酸纤维素酯、醋酸己酸纤维素酯、醋酸庚酸纤维素酯、醋酸辛酸纤维素酯、醋酸壬酸纤维素酯、醋酸癸酸纤维素酯、醋酸月桂酸纤维素酯、醋酸软脂酸纤维素酯、醋酸硬脂酸纤维素酯、丙酸丁酸纤维素酯、丙酸戊酸纤维素酯、丙酸己酸纤维素酯、丙酸庚酸纤维素酯、丙酸辛酸纤维素酯、丙酸壬酸纤维素酯、丙酸癸酸纤维素酯、丙酸月桂酸纤维素酯、丙酸软脂酸纤维素酯、丙酸硬脂酸纤维素酯等。上述技术方案中，所述的脂肪族共聚酯优选为至少两种α,ω-脂肪族二酸或其衍生物与脂肪族二醇缩合的共聚酯；所述的脂肪族二酸优选为至少两种含有2个到22个主链碳原子的α,ω-脂肪族二酸，包括：草酸，1,3-丙二酸，琥珀酸(1,4-丁二酸)，谷酸(1,5-戊二酸)，肥酸(1,6-己二酸)，1,7-庚二酸，1,8-辛二酸，1,9-壬二酸，1,10-癸二酸直至碳原子数达到22的二元酸；所述脂肪族二酸的衍生物包括上述二酸制备的酸酐、酯、酰卤等。上述技术方案中，所述的脂肪族二酸优选为含取代基的脂肪族二酸；所述的取代基优选为直链烷基、带有支链的烷基、环型烷基、带有不饱和结构的烷基；和带有其它取代基如环己基的二元酸。上述技术方案中，适用于制备本专利技术的脂肪族共聚酯的脂肪族二醇包括乙二醇，1，2-丙二醇、1,3-丙二醇，1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1,4-丁二醇，1，2-戊二醇、1，3-戊二醇、1，4-戊二醇、1,5-戊二醇，1,2-己二醇、1,3-己二醇、1,4-己二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇、1，2-庚二醇、1，3-庚二醇、1，4-庚二醇、1，5-庚二醇、1，6-庚二醇、1，7-庚二醇、1，2-辛二醇、1，3-辛二醇、1，4-辛二醇、1，5-辛二醇、1，6-辛二醇、1，7-辛二醇、1，8-辛二醇、1，2-壬二醇、1，3-壬二醇、1，4-壬二醇、1，5-壬二醇、1，6-壬二醇、1，7-壬二醇、1，8-壬二醇、1，9-壬二醇、1，2-癸二醇、1，3-癸二醇、1，4-癸二醇、1，5-癸二醇、1，6-癸二醇、1，7-癸二醇、1，8-癸二醇、1，9-癸二醇、1，10-癸二醇直至碳原子数达到24的二醇和带有其它取代基如环己基的二元醇。上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，该共混物纤维含有20％至80％质量的热塑性纤维素与80％至20％质量的脂肪族共聚酯，其特征在于所述质量的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物的熔体粘度在低剪切速率100s

【技术特征摘要】
1.一种热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，该共混物纤维含有20％至80％质量的热塑性纤维素与80％至20％质量的脂肪族共聚酯，其特征在于所述质量的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物的熔体粘度在低剪切速率100s-1条件下比两种起始原料的共混加成理论值至少低约30％；在高剪切速率1363s-1条件下比两种起始原料的共混加成理论值原料至少低30％；其中，所述热塑性纤维素选自纤维素与至少两种有机酸形成的纤维素酯，所述有机酸的碳原子总数大于等于6。2.根据权利要求1中所述的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，其特征在于所述的热塑性纤维素的取代度大于1.0。3.根据权利要求1中所述的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，其特征在于所述热塑性纤维素为醋酸丁酸纤维素酯、醋酸戊酸纤维素酯、醋酸己酸纤维素酯、醋酸庚酸纤维素酯、醋酸辛酸纤维素酯、醋酸壬酸纤维素酯、醋酸癸酸纤维素酯、醋酸月桂酸纤维素酯、醋酸软脂酸纤维素酯、醋酸硬脂酸纤维素酯、丙酸丁酸纤维素酯、丙酸戊酸纤维素酯、丙酸己酸纤维素酯、丙酸庚酸纤维素酯、丙酸辛酸纤维素酯、丙酸壬酸纤维素酯、丙酸癸酸纤维素酯、丙酸月桂酸纤维素酯、丙酸软脂酸纤维素酯、丙酸硬脂酸纤维素酯中的至少一种。4.根据权利要求1中所述的热塑性纤维素与脂肪族共聚酯共混物纤维，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周炳，詹姆斯·洪学·王，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11