本发明专利技术涉及一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，包括：将纳米材料氧化钨或硫化铁与生物基脂肪酸聚酯共混，然后熔融纺丝，得到改性生物基聚酯纤维，二次牵伸或多级牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，即得。本发明专利技术简单易操作，通过纤维无定型区的精准控温，达到纤维高度取向的效果，得到的生物基脂肪族聚酯纤维力学强度高，断裂强度为2.5～5.5cN/dtex，断裂伸长率为15.0～25.0％。
【技术实现步骤摘要】
一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法
本专利技术属于结构性高强度纤维的制备领域，特别涉及一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法。
技术介绍
生物基聚酯纤维是指以可再生资源为原料，经生物发酵、或生物与化学合成相结合的手段而获得的一类新型材料，具有绿色、环保、可再生等优点，有助于解决当前全球经济社会发展所面临严重的资源和能源短缺、环境污染等问题。但是立构规整度高、玻璃化温度低、结晶速率慢、球晶尺寸大和二次结晶等一系列因素导致了生物聚酯纤维脆性问题，并限制了生物聚酯纤维的工程化应用。为了获得高强度的生物基聚酯纤维，目前多以干法纺丝和牵伸诱导的办法提高纤维的取向结构。有日本研究学者将生物基纤维初生丝浸泡在冰水浴中，然后进行二次牵伸，获得了高强度的纤维(MacromolecularBioscience,2005,5(8):689-701.Macromolecules,2006,39(8):2940-2946)。不足的是，该方法需要在冰水中处理24小时，然后牵伸处理，限制了其在实际生产中的应用。为了获得一种结晶结构调控的简单方法，通过调研发现，钨氧化物或铁硫化物等纳米材料因特有的纳米尺寸效应，在红外光下能够产生热量(CN102921006B,CN107381644A,文献(J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998；博士论文：有机/无机杂化纳米光热转换材料的合成及其在肿瘤治疗中的应用研究，孟周琪))而被应用到癌症的热疗和化疗中。因此，能否将这种纳米尺寸的无机材料引入到纤维中，控制位于无定型区的纳米粒子在近红外光的作用下能量转换，精准的调控纤维无定型的温度，从而在室温条件下促进纤维的取向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，该方法是利用分散在纤维无定型区的纳米氧化钨或硫化铁等纳米粉体在近红外光的作用下，在室温环境下优先诱导纤维无定型区的温度升高，促使无定型区的分子链运动，在外力牵伸作用下，使晶区微纤结构进一步在纤维轴向取向，无定型区的缚结分子链含量提高，从而提高纤维的力学性能。本专利技术的一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，包括：(1)将纳米材料氧化钨或硫化铁与生物基脂肪酸聚酯共混，得到改性生物基脂肪酸聚酯，然后熔融纺丝，得到改性生物基脂肪酸聚酯纤维，其中纳米材料占生物基脂肪酸聚酯质量的0.05～1.0wt％；熔融纺丝温度为130～230℃；(2)对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行二次牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维；或对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行多级牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，其余辊温度为30～70℃，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维。所述步骤(1)中氧化钨参考专利CN102921006B、CN107381644A和文献(TunableLocalizedSurfacePlasmonResonancesinTungstenOxideNanocrystals,J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998)制备。例如，称取0.35gWCl6，放入溶剂为100mL的高压反应釜内衬中，在搅拌条件下加入24mL的无水乙醇，随后在搅拌条件下加入56mL的PEG400，继续搅拌半小时；转移至高压反应釜中，180℃条件下反应24小时；反应结束后，离心分离，即可得WO2.72纳米线。所述步骤(1)中硫化铁参考博士论文(有机/无机杂化纳米光热转换材料的合成及其在肿瘤治疗中的应用研究，孟周琪)制备：将96g硫粉溶解于5L二苯醚中，并与70℃下搅拌脱气1小时，记为A溶液；将100gFeCl2·4H2O溶解于10Kg十八胺中，并于120℃脱气1小时，然后在氮气保护下升温至220℃，随后加入A溶液反应3小时，冷却到100℃；加入9L三氯甲烷以防止反应体系凝固，将其4400rpm离心5分钟取出大尺寸颗粒，并经乙醇清洗后获得片状的硫化铁纳米颗粒。所述步骤(1)中氧化钨为WOx，x为2.72～3；硫化铁为FeS2。所述步骤(1)中氧化钨的形状为纳米线状；硫化铁的形状为纳米片状；氧化钨或硫化铁的粒径约为1～200nm。所述步骤(1)中生物基脂肪酸聚酯为聚(3-羟基丁酸酯)PHB、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)PHBV、聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)P(3HB-co-4HB)、聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)PHBHHx、聚乳酸PLA或聚丁二酸丁二醇酯PBS。所述步骤(1)中熔融纺丝的工艺参数为：纺速为500～3000m/min，热辊温度为50～60℃，牵伸比为1～3。所述步骤(2)中近红外光照射功率为25.0～200.0W/cm2，近红外光照射距离为2～30厘米。所述步骤(2)中牵伸过程中第一牵伸辊牵伸比为1.01～1.10，第二牵伸辊牵伸比为1.20～1.70，其余辊牵伸比为1～2。所述步骤(2)中高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的断裂强度为2.5～5.5cN/dtex，断裂伸长率为15.0～25.0％。本专利技术按照专利CN102921006B,CN107381644A,文献(J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998)和博士论文(有机/无机杂化纳米光热转换材料的合成及其在肿瘤治疗中的应用研究，孟周琪)中纳米氧化钨和硫化铁的制备技术，制备了一定尺寸范围的纳米材料，然后将其添加到生物基纤维中，探索通过纤维无定型区控温牵伸取向制备高强度生物基纤维方法，为通用聚合物纤维的高强度加工提高了思路。本专利技术突破了常规生物基聚酯纤维传统的牵伸工艺，利用近红外光对纤维结晶结构的无定形区进行精准控温，实现了纤维的高次牵伸，明显地提高了生物基聚酯纤维的拉伸断裂强度。有益效果(1)本专利技术简单易操作，通过纤维无定型区的精准控温，达到纤维高度取向的效果。(2)本专利技术得到的熔纺高强度生物基脂肪酸聚酯纤维力学强度高，断裂强度为2.5～5.5cN/dtex，断裂伸长率为15.0～25.0％。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)参照专利CN102921006B制备了氧化钨WO2.72纳米线。(2)将PHBV粉末(HV摩尔含量为10～25mol％)与200nm尺寸的氧化钨WO2.72纳米线(氧化钨WO2.72占PHBV质量的1wt％)混合均匀后，在175℃经双螺杆共混，获得改性PHBV。在80℃转鼓真空干燥环境下干燥16小时，在180℃下经500m/min纺速纺丝成形，获得改性PHBV纤维，其中热辊温度为50℃，牵伸比为2。(3)将步骤(2)中改性PHBV纤维在四级牵伸设备上牵伸，设置第一、第二牵伸辊温度为20℃，第三牵伸辊温度为35℃，第四定型辊温度为60℃。第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，包括：(1)将纳米材料氧化钨或硫化铁与生物基脂肪酸聚酯共混，然后熔融纺丝，得到改性生物基脂肪酸聚酯纤维，其中纳米材料占生物基脂肪酸聚酯质量的0.05～1.0wt％；熔融纺丝温度为130～230℃；(2)对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行二次牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维；或对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行多级牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，其余辊温度为30～70℃，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维。
【技术特征摘要】
1.一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，包括：(1)将纳米材料氧化钨或硫化铁与生物基脂肪酸聚酯共混，然后熔融纺丝，得到改性生物基脂肪酸聚酯纤维，其中纳米材料占生物基脂肪酸聚酯质量的0.05～1.0wt％；熔融纺丝温度为130～230℃；(2)对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行二次牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维；或对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行多级牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，其余辊温度为30～70℃，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维。2.按照权利要求1所述的一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化钨为WOx，x为2.72～3；硫化铁为FeS2。3.按照权利要求1所述的一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化钨的形状为纳米线状；硫化铁的形状为纳米片状；氧化钨或硫化铁的粒径...
【专利技术属性】
技术研发人员：相恒学，朱美芳，潘伟楠，张杨凯，夏维，翟功勋，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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