一种高熔点PBAT共聚酯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高熔点PBAT共聚酯纤维及其制备方法，所述PBAT共聚酯纤维，其母粒包括：对苯二甲酸丁二醇酯链段、己二酸丁二醇酯链段和氨基酸丁二醇酯链段。其制备方法包括：（1）将己二酸、对苯二甲酸与1，4

【技术实现步骤摘要】
一种高熔点PBAT共聚酯纤维及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料合成领域，具体涉及一种高熔点PBAT共聚酯纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]PBAT作为一种生物可降解类共聚酯，既具有PBT良好的热稳定性和力学性能，又兼具脂肪族聚酯良好的拉伸性和延展性，还可以在自然条件下降解为水，二氧化碳。因此，可广泛应用于包装、医疗和农用薄膜等领域。
[0003]作为性能优异的可降解塑料，PBAT同样可以用于纺织服装领域。但是，目前关于PBAT纤维纺丝的相关报道并不多，较多的是将其与其他高分子材料进行共混后进行纺丝。主要是由于PBAT在高温纺丝过程中熔点低、熔体强度低、结晶速度慢，会造成PBAT纤维在高纺丝温度下发生断丝的情况，致使纤维无法连续稳定成形，严重制约了PBAT纤维的应用推广。
[0004]因此，制备具有良好性能的PBAT纤维具有重要的现实意义。专利201210349313.9中通过加长冷却距离，改善其在纺丝过程中不易冷却、容易粘结的问题，但并没有提升聚合物本身的性能，反而增加了后期加工设备、场地成本的投入。专利202110337999.9中通过将己二酸、对苯二甲酸分别酯化、预缩，再混合进行终缩的方式调节各组分之间的链段长度，从而提高PBAT的结晶性能，改善PBAT纤维的纺丝稳定性。但是由于终缩是酯交换的过程，得到的PBAT仍为无规共聚物，对结晶性能的影响并不明显，同时引入的第三组分还会影响分子链规整度，破坏PBAT结晶。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种PBAT共聚酯纤维及其制备方法，通过引入具有直链纤维骨架的第三组份氨基酸低聚物共聚，使其在保持良好力学综合性能的前提下，同时具有较高的熔点和熔体强度，避免高温纺丝下发生断丝现象，大大扩宽了PBAT在纤维纺丝领域的应用。引入的氨基酸低聚物无毒害、易分散、可生物降解，不会影响共聚酯的可降解性能和生物相容性。
[0006]为达到以上专利技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种高熔点PBAT共聚酯纤维，所述PBAT共聚酯纤维，其母粒包括：对苯二甲酸丁二醇酯链段、己二酸丁二醇酯链段和氨基酸丁二醇酯链段；
[0008]其中，所述己二酸丁二醇酯链段的摩尔含量相对于对苯二甲酸丁二醇酯链段为50
‑
150％，优选为80
‑
120％，进一步优选为100
‑
120％。
[0009]氨基酸丁二醇酯链段的摩尔含量相对于对苯二甲酸丁二醇酯链段为1.0
‑
4.0％，优选2.0
‑
3.0％，进一步优选为2.5％。
[0010]本专利技术中，所述氨基酸丁二醇酯链段，其中的氨基酸链节源自氨基酸低聚物，所述氨基酸低聚物数均分子量在0.1
‑
0.5
×
105g/mol之间；
[0011]优选地，所述氨基酸低聚物选自聚谷氨酸、聚天冬氨酸、聚赖氨酸、聚苯丙氨酸中的任意一种或至少两种的组合，优选聚谷氨酸。
[0012]本专利技术高熔点PBAT共聚酯纤维中，随着氨基酸丁二醇酯链段比例的增加，PBAT共聚酯的熔点先升高后略有下降。当氨基酸丁二醇酯链段的摩尔含量相对于对苯二甲酸丁二醇酯链段低于1.0％时，氨基酸低聚物含量太少，因此对PBAT的性能无明显改善，体现为熔点、熔体强度以及纤维力学性能无明显提高；随着氨基酸丁二醇酯链段链段进一步增加，共聚酯的熔点逐渐升高，共聚酯熔体强度以及纤维拉伸强度显著提升；当氨基酸丁二醇酯链段高于4.0％时，共聚酯链段不规整加剧，结晶度下降，从而导致共聚酯的熔点有所降低。因此，氨基酸丁二醇酯链段的摩尔含量相对于对苯二甲酸丁二醇酯链段的1.0
‑
4.0％，优选2.0
‑
3.0％，更优选2.5％。
[0013]第二方面，本专利技术还提供了一种上述高熔点PBAT共聚酯纤维的制备方法，步骤包括：
[0014](1)将己二酸、对苯二甲酸与1，4
‑
丁二醇(BDO)反应，得到低聚物A；
[0015](2)将低聚物A与氨基酸低聚物反应，得到PBAT共聚酯纤维母粒；
[0016](3)将PBAT共聚酯纤维母粒干燥后进行熔融纺丝，得到高熔点PBAT共聚酯纤维。
[0017]本专利技术中，步骤(1)具体是将己二酸、对苯二甲酸、1，4
‑
丁二醇与钛系催化剂混合均匀后，在190
‑
220℃优选200
‑
210℃下酯化反应2
‑
3h优选2
‑
2.5h，然后升温至230
‑
240℃优选如240℃预聚反应1
‑
1.5h，预聚反应期间逐渐减压至500
‑
1000PaA优选600
‑
800PaA，得到低聚物A。
[0018]步骤(1)中，所述1,4
‑
丁二醇的添加量与己二酸、对苯二甲酸添加量之和的摩尔比为1.1
‑
2.0:1，优选1.4
‑
1.6:1；
[0019]所述己二酸的添加量与对苯二甲酸的添加量的摩尔比为0.5
‑
1.5:1，优选1
‑
1.2:1。
[0020]步骤(1)中，所述钛系催化剂的用量，以其中的钛元素质量计，为丁二酸、对苯二甲酸、1,4
‑
丁二醇总质量的60
‑
160ppm，优选90
‑
130ppm；
[0021]优选地，所述钛系催化剂选自二氧化钛、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、钛酸四异辛酯、乙酸钛、乳酸钛、酒石酸钛、柠檬酸钛、乙二醇钛、丙二醇钛、丁二醇钛中的任意一种或至少两种的组合，优选钛酸正丁酯。
[0022]步骤(1)中，所述低聚物A，在三氯甲烷中溶解后，通过凝胶色谱仪测得数均分子量在0.5
‑
2.0
×
105g/mol之间。
[0023]所述低聚物A，以苯酚
‑
四氯乙烷(体积比为1:1)溶液为溶剂，采用乌氏黏度计测得特性粘度在0.1
‑
0.6dL/g之间。
[0024]本专利技术中，步骤(2)具体是将低聚物A、氨基酸低聚物、热稳定剂混合，在230
‑
250℃优选235
‑
245℃，10
‑
200Pa优选10
‑
100Pa真空度下共聚反应3
‑
4h优选3
‑
3.5h，然后在氮气保护下挤出，冷却至室温后切粒，得到PBAT共聚酯纤维母粒。
[0025]步骤(2)中，所述氨基酸低聚物与步骤(1)中对苯二甲酸的摩尔比为0.01
‑
0.04:1，优选0.02
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熔点PBAT共聚酯纤维，其特征在于，所述PBAT共聚酯纤维，其母粒包括：对苯二甲酸丁二醇酯链段、己二酸丁二醇酯链段和氨基酸丁二醇酯链段；其中，所述己二酸丁二醇酯链段的摩尔含量相对于对苯二甲酸丁二醇酯链段为50
‑
150％，优选为80
‑
120％，进一步优选为100
‑
120％。氨基酸丁二醇酯链段的摩尔含量相对于对苯二甲酸丁二醇酯链段为1.0
‑
4.0％，优选2.0
‑
3.0％，进一步优选为2.5％。2.根据权利要求1所述高熔点PBAT共聚酯纤维，其特征在于，所述氨基酸丁二醇酯链段，其中的氨基酸链节源自氨基酸低聚物，所述氨基酸低聚物数均分子量在0.1
‑
0.5
×
105g/mol之间；优选地，所述氨基酸低聚物选自聚谷氨酸、聚天冬氨酸、聚赖氨酸、聚苯丙氨酸中的任意一种或至少两种的组合，优选聚谷氨酸。3.根据权利要求1或2所述高熔点PBAT共聚酯纤维，其特征在于，所述高熔点PBAT共聚酯纤维，含水率在0
‑
50ppm之间，熔点在125
‑
140℃之间，熔体强度在60
‑
80F/mN之间，拉伸强度在3.0
‑
5.0cN/dtex之间，断裂伸长率在40
‑
70％之间，纤维纤度在10
‑
20dtex之间。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述高熔点PBAT共聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)将己二酸、对苯二甲酸与1，4
‑
丁二醇反应，得到低聚物A；(2)将低聚物A与氨基酸低聚物反应，得到PBAT共聚酯纤维母粒；(3)将PBAT共聚酯纤维母粒干燥后进行熔融纺丝，得到高熔点PBAT共聚酯纤维。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤(1)是将己二酸、对苯二甲酸、1，4
‑
丁二醇与钛系催化剂混合均匀后，在190
‑
220℃优选200
‑
210℃下酯化反应2
‑
3h优选2
‑
2.5h，然后升温至230
‑
240℃预聚反应1
‑
1.5h，预聚反应期间逐渐减压至500
‑
1000PaA优选600
‑
800PaA，得到低聚物A。6.根据权利要求4或5所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述1,4
‑
丁二醇的添加量与己二酸、对苯二甲酸添加量之和的摩尔比为1.1
‑
2.0:1，优选1.4
‑
1.6:1；所述己二酸的添加量与对苯二甲酸的添加量的摩尔比为0.5
‑
1.5:1，优选1
‑
1.2:1；和/或步骤(1)中，所述钛系催化剂的用量，以其中的钛元素质量计，为丁二酸、对苯二甲酸、1,4
‑
丁二醇总质量的60
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：高梦云，胡江林，崔家兴，王雨龙，陈建旭，王喜蒙，王磊，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：