一种PBAT短纤的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PBAT短纤的制备方法，包括如下步骤：（1）制备抗菌PBAT母粒：将PBAT母粒与抗菌剂混合均匀，熔融挤出、水冷、切粒后得到抗菌PBAT母粒；所述的抗菌剂为负载了苯甲酸钠的多孔纳米氧化锌；（2）原料干燥：将PBAT母粒及抗菌PBAT母粒干燥后，分别作为芯层材料和皮层材料；（3）前纺：将芯层材料和皮层材料分别熔融挤出后，通过皮芯型复合纺丝组件挤出成型、环吹风冷却、卷绕处理；（4）后纺：将卷绕处理后的纤维上油、牵伸、切断后得到所述PBAT短纤。本发明专利技术通过对纤维组分及纺丝过程中的工艺调控，提升了PBAT纤维的纺丝稳定性，实现了高速连续纺丝。丝。

【技术实现步骤摘要】
一种PBAT短纤的制备方法


[0001]本专利技术涉及可生物降解纤维材料领域，尤其是涉及一种PBAT短纤的制备方法。

技术介绍

[0002]聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是由对苯二甲酸、己二酸和1,4
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丁二醇聚合而成的三元共聚酯，为近年来国内外研究较多的一种新型的生物降解材料。PBAT中含柔性的脂肪链和刚性的芳香键，因而具有高韧性和耐高温性，而由于脂肪族酯键的存在，促使其具有生物可降解性。
[0003]作为性能优异的可降解材料，PBAT同样可以用于纺织材料领域。但PBAT在纺丝过程中，因初生纤维结晶度低、玻璃化转变温度低、结晶速度慢因素造成的纤维粘连问题，致使纤维难以连续稳定成形。因此，现有技术中一般需要将PBAT与PLA等其他高分子材料共混进行熔融纺丝，以提高PBAT的可纺性。例如，在中国专利文献上公开的“一种抗静电PBAT纤维”，其公开号CN110158196A，包括下述重量份组成：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯：100份，PLA：25份，抗静电剂：0.5份，调和剂：0.1份，增塑剂：2份，抗氧剂：0.1份。
[0004]但PLA等材料的加入会影响PBAT纤维的韧性，使纤维质地硬且脆性大，缺少弹性和柔性，影响纤维在纺织材料中的应用。因此，开发一种可提高纯PBAT纤维纺丝稳定性的工艺，具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中PBAT在纺丝过程中易产生纤维粘连，难以连续稳定成形的问题，提供一种PBAT短纤的制备方法，通过对纤维组分及纺丝过程中的工艺调控，提升了PBAT纤维的纺丝稳定性，实现了高速连续纺丝。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种PBAT短纤的制备方法，包括如下步骤：(1)制备抗菌PBAT母粒：将PBAT母粒与抗菌剂混合均匀，熔融挤出、水冷、切粒后得到抗菌PBAT母粒；所述的抗菌剂为负载了苯甲酸钠的多孔纳米氧化锌；(2)原料干燥：将PBAT母粒及抗菌PBAT母粒干燥后，分别作为芯层材料和皮层材料；(3)前纺：将芯层材料和皮层材料分别熔融挤出后，通过皮芯型复合纺丝组件挤出成型、环吹风冷却、卷绕处理；(4)后纺：将卷绕处理后的纤维上油、牵伸、切断后得到所述PBAT短纤。
[0007]本专利技术以PBAT母粒作为芯层材料，以添加了抗菌剂的抗菌PBAT母粒作为皮层材料，制成皮芯型PBAT纤维，皮层和芯层的主要成分均为PBAT，使纤维具备可生物降解性，满足环保需求。皮层中添加负载了苯甲酸钠的多孔纳米氧化锌作为抗菌剂，纳米氧化锌具有良好的抗菌性能，将其加入皮层中，可使纤维具有持久的抗菌效果，且对人体安全健康无刺激性，有利于PBAT纤维在纺织材料中的应用。同时，本专利技术采用具有多孔结构的纳米氧化
锌，并在其孔道内负载了苯甲酸钠，苯甲酸钠同样具有抑菌作用，可进一步提升纤维的抗菌性能；同时，苯甲酸钠可作为成核剂，促进PBAT在多孔纳米氧化锌的孔道内结晶，加快了PBAT的结晶速度，从而可避免纺丝过程中结晶速度慢造成的纤维粘连问题，有利于纤维的连续稳定成形。并且，促进PBAT在多孔纳米氧化锌的孔道内结晶，也可以提升无机粒子与PBAT基体之间的相容性，避免抗菌剂的加入对纤维的力学性能造成的影响。本专利技术在前纺工艺中，采用环吹方式对挤出成型的初生纤维进行冷却，使初生纤维的冷却更加均匀，进一步提升了纺丝稳定性。
[0008]由于PBAT的熔点较低，只有130℃左右，故将其制成长纤在服装面料领域应用困难。因此，本专利技术将PBAT制成短纤，可用于无纺布的制备，制成的无纺布可用于面膜、膏药背衬、口罩、坐垫等的生产，扩宽了PBAT纤维的应用。
[0009]作为优选，步骤(1)中所述的PBAT母粒与抗菌剂的质量比为97～100:0.3～3。抗菌剂添加过少，纤维的抗菌性及对PBAT结晶速度的提升作用不佳。而作为无机粒子的抗菌剂添加过多，会影响PBAT熔体的流动性，影响PBAT的纺丝性能；并且无机粒子的团聚现象严重、与PBAT基体之间的相容性不佳，会导致纤维力学性能下降。本专利技术将抗菌剂的用量控制在适当范围，可在保证纤维力学性能的同时使纤维具有良好的抗菌性能。
[0010]作为优选，步骤(1)中的挤出温度为180～240℃。
[0011]作为优选，步骤(1)中所述的抗菌剂的制备方法为：A)将醋酸锌和尿素溶于水中，并加入P123和均三甲苯，搅拌均匀后用冰醋酸调节溶液pH至4～5，搅拌反应1～3h后将溶液转移至水热釜中，90～95℃下水热反应20～30h，将产物过滤、洗涤、干燥后400～500℃下煅烧1～3h，得到多孔纳米氧化锌；其中，醋酸锌、尿素、P123和均三甲苯的质量比为1:5.8～6.2:0.1～0.15:0.15～0.2；B)将所得的多孔纳米氧化锌分散在甲苯中，搅拌均匀后加入N
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三甲氧基硅烷基丙基
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N,N,N
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三甲基氯化铵，多孔纳米氧化锌和N
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三甲氧基硅烷基丙基
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N,N,N
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三甲基氯化铵的质量比为100:10～15；100～110℃下回流反应18～24h，将产物过滤、洗涤、干燥后得到季铵盐修饰的多孔纳米氧化锌；C)将季铵盐修饰的多孔纳米氧化锌加入苯甲酸钠溶液中，季铵盐修饰的多孔纳米氧化锌与溶液中苯甲酸钠的质量比为100:30～50；搅拌反应6～8h后将产物过滤并干燥，得到所述抗菌剂。
[0012]本专利技术的抗菌剂制备过程中，先通过步骤A)以P123为模板剂，均三甲苯为扩孔剂，通过水热法制得具有介孔结构的多孔纳米氧化锌；然后通过步骤B)在多孔纳米氧化锌的孔道表面修饰季铵盐；最后通过步骤C)将苯甲酸钠负载在多孔纳米氧化锌的孔道内。用季铵盐对多孔纳米氧化锌进行修饰，可通过带正电的季铵盐基团与带负电的苯甲酸根的静电吸附作用，使苯甲酸钠有效负载在多孔纳米氧化锌的孔道内。
[0013]作为优选，步骤(2)中的干燥温度65～75℃，干燥时间3～5h。
[0014]作为优选，步骤(3)中芯层材料和皮层材料的熔融挤出温度为220～270℃。
[0015]作为优选，步骤(3)中挤出成型时芯层材料和皮层材料的质量比为20:80～80:20，纺丝箱体温度为220～280℃。本专利技术将PBAT纤维制成皮芯结构，并限定芯层和皮层的比例，可在保证纤维具有良好的抗菌性和可纺性的同时，降低抗菌剂的用量。
[0016]作为优选，步骤(3)中环吹风的温度为15～25℃，环吹速度2～10m/s；卷绕处理时
的卷绕辊速度500～1200m/min，喂入轮速度为卷绕辊速度的1.02～1.10倍。本专利技术通过对环吹风温度及速度进行限定和优化，提升了纤维冷却的效率和均匀性，结合一定的卷绕参数，可实现PBAT纤维的高速连续纺丝。
[0017]作为优选，步骤(4)中上油时的油槽温度40～60℃，牵伸时的水浴温度40～80℃，总牵伸倍率1.0～3.0倍，烘箱温度50～60℃，车速30～250m/min。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PBAT短纤的制备方法，其特征是，包括如下步骤：（1）制备抗菌PBAT母粒：将PBAT母粒与抗菌剂混合均匀，熔融挤出、水冷、切粒后得到抗菌PBAT母粒；所述的抗菌剂为负载了苯甲酸钠的多孔纳米氧化锌；（2）原料干燥：将PBAT母粒及抗菌PBAT母粒干燥后，分别作为芯层材料和皮层材料；（3）前纺：将芯层材料和皮层材料分别熔融挤出后，通过皮芯型复合纺丝组件挤出成型、环吹风冷却、卷绕处理；（4）后纺：将卷绕处理后的纤维上油、牵伸、切断后得到所述PBAT短纤。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述的PBAT母粒与抗菌剂的质量比为97~100:0.3~3。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中的挤出温度为180~240℃。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述的抗菌剂的制备方法为：A）将醋酸锌和尿素溶于水中，并加入P123和均三甲苯，搅拌均匀后用冰醋酸调节溶液pH至4~5，搅拌反应1~3h后将溶液转移至水热釜中，90~95℃下水热反应20~30h，将产物过滤、洗涤、干燥后400~500℃下煅烧1~3h，得到多孔纳米氧化锌；其中，醋酸锌、尿素、P123和均三甲苯的质量比为1:5.8~6.2:0.1~0.15:0.15~0.2；B）将所得的多孔纳米氧化锌分散在甲苯中，搅拌均匀后加入N
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三甲氧基硅烷基丙基
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N,N,N
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三甲基氯化铵，多孔纳米氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耿裕，秦治平，欧晢文，
申请(专利权)人：浙江安顺化纤有限公司，
类型：发明
国别省市：