一种聚乳酸复合树脂和耐热聚乳酸纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚乳酸复合树脂和耐热聚乳酸纤维的制备方法，采用双螺杆对重均分子量为15

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸复合树脂和耐热聚乳酸纤维的制备方法


[0001]本专利技术属于聚乳酸材料的加工制备
，涉及一种聚乳酸复合树脂和耐热聚乳酸纤维的制备方法。

技术介绍

[0002]化学纤维自从专利技术以来极大的提升了人们的生活水平，但石油基不可降解纤维大量使用引发的环境问题也逐渐引起人们的重视，我国先后出台政策鼓励可再生、可降解纤维的开发与应用。其中，聚乳酸是由生物质原料(玉米、木薯、甜菜等)经微生物发酵而成的小分子乳酸经化学聚合而成的绿色高分子材料。聚乳酸是一种热塑性的高分子树脂，其熔点因分子结构和组成的不同在120～170℃之间，可通过注塑成型、吹膜工艺制成各种材料应用于一次性包装领域。采用熔融纺丝工艺制得的聚乳酸纤维具有优异的力学性能、良好的回弹性、抗皱性和生物降解性，是目前最具发展前景的一种生物基可降解纤维，在纺织服装领域具有巨大开发价值。然而，聚乳酸纤维耐热性差的固有缺陷使其在纺织后续加工，如染色、热定型中遇到诸多问题。因此，解决聚乳酸纤维的耐热性是打破其在纺织领域应用壁垒的关键。
[0003]众所周知，聚乳酸分子中因为手性碳的存在使其具有两种构型，分别为聚左旋乳酸(PLLA)和聚右旋乳酸(PDLA)，通过一定的加工手段可得到一种立构复合的晶体结构，其熔点相比均相聚乳酸晶体的熔点可以提高约60℃，含有立构复合晶体结构的聚乳酸产品具有十分优异的耐热性能。如文献(Polymer,2019,166:13
‑
20)报道，在PLLA纤维中添加少量PDLA就可以使纤维的沸水收缩率由8.1％降到5.6％。中国专利CN103451764A通过PLLA、PDLA和磷酸酯金属盐的共混复合，结合熔融纺丝工艺制得了在170℃具有耐熨烫性的聚乳酸纤维。但复合体系需要考虑磷酸酯盐与PLLA、PDLA的相容性及对聚乳酸降解性能的影响。中国专利CN105463624A先采用溶液混合的方式将PLLA和PDLA预混合，再通过熔融挤出得到初生纤维，先后经牵伸和高温热处理制得耐热和抗水解性能优异的聚乳酸纤维。此方法制得的聚乳酸纤维耐热性能优异，但过程中用到有机溶剂且高温热处理时间较长。大量有机溶剂的使用不仅增加成本而且污染环境；长时间的高温处理会破坏纤维的取向度，进而损伤纤维力学性能，这些因素均不利于纤维的规模化高速连续生产。
[0004]因此，需要开发一种不使用溶剂、无需热处理、可一次成形、高速连续化制备耐热聚乳酸纤维的方法，以满足工业化生产的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提出一种聚乳酸复合树脂和耐热聚乳酸纤维的制备方法。本专利技术制得的聚乳酸复合树脂和耐热聚乳酸纤维因为具有单一的高熔点和耐热的立构复合晶型，表现出优异的耐热性能；本专利技术的方法不使用有机溶剂，不需要纺丝后进行高温退火处理，能够实现纤维的连续化生产。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种聚乳酸复合树脂的制备方法，采用双螺杆对聚左旋乳酸Ⅰ、聚右旋乳酸Ⅰ和成核剂进行熔融共混，制得聚乳酸复合树脂；利用成核剂的成核效应诱导聚左旋乳酸分子链和聚右旋乳酸分子链形成稳定的、耐热的且具有全立构复合晶型的聚乳酸复合树脂；
[0008]聚左旋乳酸Ⅰ是指重均分子量为15
×
104～30
×
104g/mol的聚左旋乳酸，聚右旋乳酸Ⅰ是指重均分子量为15
×
104～30
×
104g/mol的聚右旋乳酸；
[0009]成核剂是由聚左旋乳酸Ⅱ和聚右旋乳酸Ⅱ按照质量比1:1复合而成；
[0010]聚左旋乳酸Ⅱ是指重均分子量为5
×
104～30
×
104g/mol的聚左旋乳酸，聚右旋乳酸Ⅱ是指重均分子量为5
×
104～30
×
104g/mol的聚右旋乳酸；
[0011]成核剂具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，并且经历3次熔融
‑
冷却的热循环后仍具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，具有优异的结晶记忆效应；
[0012]熔融共混温度为180～240℃，时间为1～3min。
[0013]作为优选的技术方案：
[0014]如上所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，成核剂的熔点为200～230℃，熔融结晶温度为120～150℃，晶型为全立构复合晶型。
[0015]如上所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，聚左旋乳酸Ⅰ和聚右旋乳酸Ⅰ的质量比为6:4～4:6，优选1:1；
[0016]成核剂的添加量为聚左旋乳酸Ⅰ和聚右旋乳酸Ⅰ总质量的1～10％。
[0017]如上所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，熔融共混的次数为1～3次；熔融共混的次数和成核剂的添加量有关，添加量少需要多次熔融固相共混，添加量多可以适当减少熔融共混的次数。
[0018]如上所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，聚乳酸复合树脂具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，熔点为200～230℃，熔融结晶温度为120～150℃，晶型为全立构复合晶型，并且经历3次熔融
‑
冷却的热循环后仍具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，具有优异的结晶记忆效应。
[0019]本专利技术还提供一种耐热聚乳酸纤维的连续化制备方法，聚左旋乳酸Ⅲ、聚右旋乳酸Ⅲ和如上所述的成核剂经过一定的前处理后，采用熔融纺丝工艺制得耐热聚乳酸纤维；
[0020]一定的前处理是指：采用双螺杆对聚左旋乳酸Ⅲ、聚右旋乳酸Ⅲ和成核剂进行熔融共混后进行挤出造粒形成共混复合母粒；
[0021]聚左旋乳酸Ⅲ是指重均分子量为15
×
104～30
×
104g/mol的聚左旋乳酸，聚右旋乳酸Ⅲ是指重均分子量为15
×
104～30
×
104g/mol的聚右旋乳酸；
[0022]熔融共混的温度为180～240℃，时间为1～3min。
[0023]本专利技术的方法不使用有机溶剂，结晶是在纺丝过程中完成的，不需要纺丝后进行高温退火处理，能够实现纤维的连续化生产。
[0024]作为优选的技术方案：
[0025]如上所述的一种耐热聚乳酸纤维的连续化制备方法，聚左旋乳酸Ⅲ和聚右旋乳酸Ⅲ的质量比为6:4～4:6，优选1:1；
[0026]成核剂的添加量为聚左旋乳酸Ⅲ和聚右旋乳酸Ⅲ总质量的1～10％。
[0027]如上所述的一种耐热聚乳酸纤维的连续化制备方法，熔融共混的次数为1～3次；熔融共混的次数和成核剂的添加量有关，添加量少需要多次熔融固相共混，添加量多可以
适当减少熔融固相共混的次数。
[0028]如上所述的一种耐热聚乳酸纤维的连续化制备方法，耐热聚乳酸纤维具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，熔点为200～230℃，熔融结晶温度为120～150℃，晶型为全立构复合晶型(2θ＝11.8
°±
0.5
°
、20.5...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸复合树脂的制备方法，其特征在于：采用双螺杆对聚左旋乳酸Ⅰ、聚右旋乳酸Ⅰ和成核剂进行熔融共混，制得聚乳酸复合树脂；聚左旋乳酸Ⅰ是指重均分子量为15
×
104～30
×
104g/mol的聚左旋乳酸，聚右旋乳酸Ⅰ是指重均分子量为15
×
104～30
×
104g/mol的聚右旋乳酸；成核剂是由聚左旋乳酸Ⅱ和聚右旋乳酸Ⅱ按照质量比1:1复合而成；聚左旋乳酸Ⅱ是指重均分子量为5
×
104～30
×
104g/mol的聚左旋乳酸，聚右旋乳酸Ⅱ是指重均分子量为5
×
104～30
×
104g/mol的聚右旋乳酸；成核剂具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，并且经历3次熔融
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冷却的热循环后仍具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型；熔融共混温度为180～240℃，时间为1～3min。2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，其特征在于，成核剂的熔点为200～230℃，熔融结晶温度为120～150℃，晶型为全立构复合晶型。3.根据权利要求2所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，其特征在于，聚左旋乳酸Ⅰ和聚右旋乳酸Ⅰ的质量比为6:4～4:6；成核剂的添加量为聚左旋乳酸Ⅰ和聚右旋乳酸Ⅰ总质量的1～10％。4.根据权利要求3所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，其特征在于，熔融共混的次数为1～3次。5.根据权利要求4所述的一种聚乳酸复合树脂的制备方法，其特征在于，聚乳酸复合树脂具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶型，熔点为200～230℃，熔融结晶温度为120～150℃，晶型为全立构复合晶型，并且经历3次熔融
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冷却的热循环后仍具有单一的熔点、熔融结晶峰和晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：马博谋，童敏杰，王学利，何勇，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：