一种耐热抗水解型聚乳酸纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乳酸纤维，该聚乳酸纤维由全立构聚乳酸微球熔融纺丝制得，所述微球中的左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物拥有全立构的晶体结构，因而具有优异的热稳定性和抗水解性能；在以该微球为原料制备聚乳酸纤维时，全立构晶型得以保留，从而赋予聚乳酸纤维良好的耐热抗水解性能。此外，以该微球为原料制备聚乳酸纤维时无需进行热后处理或退火处理，可实现工业化推广。本发明专利技术还涉及所述聚乳酸纤维的制备方法，由该方法制得的聚乳酸纤维具有良好的耐热抗水解性能，同时该方法无需通过热后处理或退火处理，可实现工业化推广。可实现工业化推广。可实现工业化推广。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热抗水解型聚乳酸纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物基高分子纤维材料制备
，具体涉及一种耐热抗水解型聚乳酸纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚乳酸(PLA)是一种以再生植物资源(如玉米、木薯等)为原料，经发酵、聚合制得的可降解高分子材料，在生物医用、一次性食品包装、纺织服装等领域得到越来越广泛的应用。聚乳酸纤维制成的纺织品克服了合成纤维如涤纶、锦纶纺织品依赖于石油资源的缺点，废弃后在堆肥条件下可完全降解为水和二氧化碳，不会对环境造成污染。然而，在纺织服装加工过程中多个步骤涉及高温、高湿环境，聚乳酸纤维耐热性差、易水解的特点限制其在纺织领域进一步发展。同时由于聚乳酸纤维耐热性差、易水解的特点也导致其不能采用常规的高温染色方法，织物不能耐受高温熨烫。因此，解决聚乳酸耐热抗水解的问题是实现聚乳酸在纺织服装领域大规模应用的关键。
[0003]有研究人员通过将左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)进行共混熔融纺丝，结合热后处理或者退火工艺制得了耐热和抗水解性能优异的聚乳酸纤维。虽然通过热后处理或退火处理提高了聚乳酸纤维的耐热性能和抗水解性能，但是由于热处理或退火工艺需要较长时间，与高速运行的纺丝速度不匹配，因而难以实现工业化推广。
[0004]因此，需要开发一种耐热抗水解型聚乳酸纤维及其制备方法，该聚乳酸纤维的制备无需通过热后处理或退火处理，可实现工业化推广。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提供一种聚乳酸纤维，该聚乳酸纤维由全立构聚乳酸微球制得，所述微球中的左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物拥有全立构的晶体结构，因而具有优异的热稳定性和抗水解性能；在以该微球为原料制备聚乳酸纤维时，全立构晶型得以保留，从而赋予聚乳酸纤维良好的耐热抗水解性能。此外，以该微球为原料制备聚乳酸纤维时无需进行热后处理或退火处理，可实现工业化推广。
[0006]本专利技术的另一目的是提供所述聚乳酸纤维的制备方法，由该方法制得的聚乳酸纤维具有良好的耐热、抗水解性能，同时该方法无需通过热后处理或退火处理，可实现工业化推广。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0008]一种聚乳酸纤维，由全立构聚乳酸微球熔融纺丝制得；所述全立构聚乳酸微球包含：左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物；以及包裹所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物的两亲性固体稳定剂粒子。
[0009]在本专利技术中，术语“左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物”是指由左旋聚乳酸和右旋聚乳酸形成的复合物。左旋聚乳酸和右旋聚乳酸可通过分子间作用力结合在一起，形成一种性能不同于单个聚合物的复合物。
[0010]本专利技术的聚乳酸纤维具有优异的耐热性能，具体表现为采用DMA测试，在固定0.01N载荷下，所述聚乳酸纤维伸长2％时的温度为100
‑
150℃；同时具有优异的抗水解性能，具体表现为在130℃条件下，水解1小时后，所述聚乳酸纤维强度仍然保持最初强度的90
‑
95％。
[0011]在本专利技术的实施例中，所述全立构聚乳酸微球具有核壳结构，如图1所示。微球表面是由两亲性固体稳定剂粒子形成的网络结构，微球内部包裹着左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物。
[0012]本专利技术的全立构聚乳酸微球的平均粒径为20μm以下。
[0013]本专利技术的聚乳酸微球具有全立构晶体结构，其以2θ表示的广角X射线衍射图谱的特征峰如下：11.8
°±
0.5
°
、20.5
°±
0.5
°
和24
°±
0.5
°
。广角X射线衍射(WAXD)结果显示，其仅在11.8
°±
0.5
°
、20.5
°±
0.5
°
和24
°±
0.5
°
处有明显衍射峰，表明聚乳酸微球呈现全立构晶体的特征衍射峰。
[0014]本专利技术的全立构聚乳酸微球具有单一熔融峰，熔点为200～230℃。其经三次加热循环后，仍保持单一熔融峰，不出现峰的分裂，始终保持全立构晶体结构。
[0015]所述两亲性固体稳定剂粒子为含有羟基或氨基的且容易形成分子间氢键的微纳米材料。其包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、甲壳素纳米晶、纳米木质素和亲水性二氧化硅中的一种或多种。本专利技术的固体稳定剂粒子为两亲性的，并且分散在水中后能够形成悬浊液。
[0016]优选地，所述两亲性固体稳定剂粒子占所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物的总质量的0.5％～2.0％，优选0.5％～1.0％。例如，所述两亲性固体稳定剂粒子占所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物的总质量的0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2.0％。专利技术人研究发现，左旋聚乳酸和右旋聚乳酸是否能形成稳定的耐热结构与固体稳定剂粒子对左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物的成核作用有关，以及与固体稳定剂粒子、左旋聚乳酸、右旋聚乳酸三种材料之间的相互作用有关，实验结果表明固体稳定剂粒子过多或者过少都会打破这种平衡，导致均相晶体的生成。具体地，当所述两亲性固体稳定剂粒子的含量过小时，不利于水包油乳液的形成，进而不利于全立构晶体的形成。当所述两亲性固体稳定剂粒子的含量过大时，无法形成全立构晶体，其中伴随均相晶体的生成。
[0017]优选地，在所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物中，所述左旋聚乳酸和所述右旋聚乳酸的含量相同，两者的质量比为1:1。不管左旋聚乳酸过量还是右旋聚乳酸过量，均不利于形成全立构晶体结构，会伴随产生通过自身结合而形成的均相晶体(即，由左旋聚乳酸或右旋聚乳酸的自身结合而产生)，使得均相晶体和立构晶体共存，造成立构度降低，耐热性减弱。
[0018]在所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物中，所述左旋聚乳酸和所述右旋聚乳酸的重均分子量可以相同或不同。优选地，所述左旋聚乳酸和所述右旋聚乳酸的重均分子量各自独立地为1
×
104～30.0
×
104g/mol，优选各自独立地为10
×
104～30.0
×
104g/mol，更优选各自独立地为18
×
104～30.0
×
104g/mol，最优选各自独立地为25
×
104～30.0
×
104g/mol。专利技术人研究发现，聚乳酸重均分子量过大容易导致均相晶体的生成，进而导致耐热抗水解性能变差。而聚乳酸重均分子量过小，虽然更容易形成全立构的晶体结构，但因聚合物
本身分子量低，耐热抗水解性能也会比较差。
[0019]本专利技术还提供上述聚乳酸纤维的制备方法，包括：
[0020]将左旋聚乳酸和右旋聚乳酸溶解于溶剂中得到聚乳酸溶液，所述聚乳酸溶液为油相；
[0021]将两亲性固体稳定剂粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸纤维，其特征在于，由全立构聚乳酸微球熔融纺丝制得；所述全立构聚乳酸微球包含：左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物；以及包裹所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物的两亲性固体稳定剂粒子。2.根据权利要求1所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述两亲性固体稳定剂粒子包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶、甲壳素纳米晶、纳米木质素和亲水性二氧化硅中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的聚乳酸纤维，其特征在于，所述两亲性固体稳定剂粒子占所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物的总质量的0.5％～2.0％。4.根据权利要求1或2所述的聚乳酸纤维，其特征在于，在所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物中，所述左旋聚乳酸和所述右旋聚乳酸的质量比为1:1。5.根据权利要求1或2所述的聚乳酸纤维，其特征在于，在所述左旋聚乳酸/右旋聚乳酸复合物中，所述左旋聚乳酸和所述右旋聚乳酸的重均分子量各自独立地为1
×
104～30.0
×
104g/mol。6.根据权利要求1或2所述的聚乳酸纤维，其特征在于，在固定0.01N载荷下，所述聚乳酸纤维伸长2％时的温度为100
‑
150℃；在130℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：马博谋，陈清文，张元元，隋晓锋，林园园，盛浩强，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：