一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，将纤维级聚酯与自愈合聚合物混合后按照熔融挤出、冷却、固化、上油、拉伸的工艺制备得到在使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维；自愈合聚合物为有序结构的嵌段共聚物，由非离子聚酯链段、离子聚酯链段和聚硅氧烷链段组成，非离子聚酯链段、离子聚酯链段和聚硅氧烷链段中的不同种链段之间以及同种链段之间均以酯键进行连接，聚硅氧烷链段两端为羟基封端。本发明专利技术在聚酯纺丝熔体中引入自愈合聚合物，设计开发了具有自愈合性能的聚酯纤维材料，一方面提高纤维材料耐磨损能力，另一方面针对使用过程中可能发生的破损情况进行自愈合，从而实现对纤维微塑料显著的抑制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法


[0001]本专利技术属于聚酯纤维
，涉及一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法。

技术介绍

[0002]聚酯纤维作为纺织基础原材料，对国民经济起到了重要作用。但是近年来随着人类对环保意识的不断增强，研究发现我们淡水中60%的微塑料来自洗衣纤维。当我们洗衣物时超细纤维会脱落，它们最终会进入废水处理设施，然后从那里进入湖泊和其他大型水体。天然材料也会在洗衣机和烘干机中脱落纤维，但微生物能够消化它们，而合成纺织品制成的纤维却不是这样。这些是不可生物降解的，可能会在生态系统中逗留几个世纪。微塑料颗粒进入大自然后不仅会破坏生态环境，还会被水生和海洋生物摄取，对生物本身造成物理危害，另外，由于微塑料不易降解，使它很容易在不同的生物体内富集并随着食物链传递最终可能会对人类健康造成有害影响。
[0003]通常将粒径<5mm的塑料定义为微塑料，其中来源纺织品的微塑料，一般称为纤维微塑料。纤维微塑料是微塑料的一种重要存在形态，属于环境污染物范畴。聚合物微纤维是微塑料污染的主要来源，尤其是在海洋、河岸和沿海中。此类微纤维似乎主要衍生自对纺织品进行的商业和家庭水洗或其它清洁过程，形式为服装、床上用品、软家具、地毯等。作为纺织基础原材料的聚酯纤维如何实现在洗涤过程中减少脱落形成微塑料是重要的发展方向。鉴于我国是纺织大国，在全球纺织品及纤维加工产业链中具有举足轻重的地位，研究纤维微塑料有助于推动我国纺织化纤行业健康可持续发展。
[0004]为研究纤维微塑料的削减手段和策略，需要理清纤维微塑料的主要成因。目前普遍认为，纺织品服役过程中的物理磨损和洗涤维护过程是产生纤维微塑料的重要原因。纤维制品在洗涤过程在外界热、力等多重因素作用下发生磨损、断裂导致脱落进而形成纤维微塑料。如在纺织品中制成的松散纤维；纤维的断裂区段，尤其是纤维端部；以及纤维表面的研磨颗粒。所有此类微塑料都可能是由于纺织品在使用中的磨损，以及在水洗/清洁过程本身期间在纺织品内部或纺织品上造成的损坏而产生的。
[0005]Carbohydrate Polymers期刊上报道了一项通过在聚酰亚胺织物上进行涂层化保护处理解决织物在洗涤机械作用下导致的表面磨损和大量纤维微塑料脱落的问题的技术。中国专利技术专利CN114364830A公开了环保型聚酯纤维和微纤维抗脱落聚酯纺织品，包含芯域和鞘域的芯鞘双组分聚酯纤维，单组分聚酯纤维至少部分涂覆有抗脱落涂层。同时纺丝熔体中还引入了一定量的抗脱落添加剂，包含润滑剂、抗冲改性剂、交联剂、扩链剂、结晶改性剂或其组合。中国专利技术专利CN113668092A涉及一种聚酯纤维及其制备方法，制备方法为：将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维。功能母粒是将支化结构的酯化产物与含有羟基封端聚硅氧烷的改性组分浆料混合后进行缩聚反应制得功能母粒，功能母粒的流动性好。功能母粒与熔丝熔体共混纺丝，制得的聚酯纤维具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯。纤维利用皮层中的聚硅氧烷具有降低纤维摩擦系数的作用，提升纤维抗磨损能力。
[0006]从以上的公开资料中可以看出为了实现纤维微塑料的降低，主要是通过涂层或者提高纺丝熔体强度或降低纤维表面抗磨损能力进而减少纤维材料在使用过程中形成的微塑料。另外也有报道研制生物可降解聚酯纤维，在洗涤脱落过程中形成的微塑料尽可能实现降解，从而减少对环境的污染，虽然可以实现某些特定领域用的纤维材料在废弃后再特定环境下实现生物可降解，但是由于现有的生物可降解聚酯纤维力学性能普遍较低，在短期内比较容易形成纤维微塑料，排放到水体系中尤其是深海中不具备生物堆肥降解的条件，很难真正意义上实现生物可降解。
[0007]因此本专利技术设计开发了具有自愈合性能的聚酯纤维材料，一方面提高纤维材料耐磨损能力，另一方面针对使用过程中可能发生的破损情况，进行自愈合从而实现对纤维微塑料显著的抑制。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法。本专利技术通过将纤维级聚酯与自愈合聚合物按照一定比例混合后熔融挤出、冷却、固化、上油、拉伸工艺制备得到低微塑料形成的聚酯纤维；其中自愈合聚合物是由离子聚酯链段、非离子聚酯链段及聚硅氧烷链段组成，通过酯化反应合成出非离子聚酯链段与离子聚酯链段，再经过缩聚反应生成，本专利技术可以实现聚酯纤维摩擦系数的降低，同时可以保证聚酯纤维在发生损伤后实现自愈合。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，将纤维级聚酯与自愈合聚合物混合后按照熔融挤出、冷却、固化、上油、拉伸的工艺制备得到使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维；自愈合聚合物为有序结构的嵌段共聚物，由非离子聚酯链段、离子聚酯链段和聚硅氧烷链段组成，非离子聚酯链段、离子聚酯链段和聚硅氧烷链段中的不同种链段之间以及同种链段之间均以酯键进行连接；聚硅氧烷链段两端为羟基封端。
[0010]作为优选的技术方案：如上所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，纤维级聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或改性共聚酯，改性共聚酯中聚酯的质量分数≥80%；纤维级聚酯的特性粘度为0.60~1.25dl/g。
[0011]如上所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，自愈合聚合物的嵌段总数为5~12，特性粘度为0.40~0.80dl/g，半结晶时间t
1/2
为1.5~5.0min，结晶焓为20~40J/g。
[0012]如上所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，非离子聚酯链段的重复单元为4~10，离子聚酯链段的重复单元为2~8，聚硅氧烷链段的重复单元为2~10。这里链段的重复单元数会影响会自愈合聚合物的结构与性能，三种链段的重复单元数不在所设定的范围内会影响愈合聚合物化学结构的规整性表现出对愈合聚合物热性能与加工性能的影响，进而愈合聚合物引入到纤维中，纤维自愈合能力受到影响，表现出对抑制微塑料性能下降。其中非离子聚酯链段如果重复单元低于4，即为二元酸与二元醇的酯化
物，序列单元短，在相同的分子量下，非离子聚酯链段摩尔数更多，导致所合成的聚合物无规度增加。如果重复单元高于10，则发生非离子聚酯链段进一步反应时活性变低，与离子型聚酯链段进行共聚难度变大，则会导致聚合物自愈合能力下降；离子聚酯链段的重复单元如果低于2也就是为1时则会导致合成的聚合物无规度增加，如果重复单元高于8，则导致所合成的聚合物引入到纤维中在使用中受损后自愈能力下降；聚硅氧烷的重复单元数对纤维自愈能力的影响也是类似离子聚酯链段。
[0013]如上所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，自愈合聚合物的制备方法为：首先分别通过酯化反应合成出非离子聚酯酯化物与离子聚酯酯化物，然后将非离子聚酯酯化物、离子聚酯酯化物与聚硅氧烷混合后经过缩聚反应制得共聚酯，即所述自愈合聚合物。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于：将纤维级聚酯与自愈合聚合物混合后按照熔融挤出、冷却、固化、上油、拉伸的工艺制备得到使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维；自愈合聚合物为有序结构的嵌段共聚物，由非离子聚酯链段、离子聚酯链段和聚硅氧烷链段组成，非离子聚酯链段、离子聚酯链段和聚硅氧烷链段中的不同种链段之间以及同种链段之间均以酯键进行连接；聚硅氧烷链段两端为羟基封端。2.根据权利要求1所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，纤维级聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或改性共聚酯，改性共聚酯中聚酯的质量分数≥80%；纤维级聚酯的特性粘度为0.60~1.25dl/g。3.根据权利要求1所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，自愈合聚合物的嵌段总数为5~12，特性粘度为0.40~0.80dl/g，半结晶时间t
1/2
为1.5~5.0min，结晶焓为20~40J/g。4.根据权利要求3所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，非离子聚酯链段的重复单元为4~10，离子聚酯链段的重复单元为2~8，聚硅氧烷链段的重复单元为2~10。5.根据权利要求4所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，自愈合聚合物的制备方法为：首先分别通过酯化反应合成出非离子聚酯酯化物与离子聚酯酯化物，然后将非离子聚酯酯化物、离子聚酯酯化物与聚硅氧烷混合后经过缩聚反应制得共聚酯，即所述自愈合聚合物。6.根据权利要求5所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，非离子聚酯酯化物是由二元酸Ⅰ与二元醇Ⅰ通过酯化反应制备得到；二元酸Ⅰ与二元醇Ⅰ的摩尔比为1:1.05~1.50；二元酸Ⅰ为对苯二甲酸、间苯二甲酸或己二酸；二元醇Ⅰ为乙二醇、丙二醇、丁二醇或戊二醇；酯化反应的催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇锑、醋酸锑或氧化锑，其用量为二元酸Ⅰ质量的10~100ppm；酯化反应的温度为150~250℃，压力为0.01~0.5MPa，时间为1.5~3.5h。7.根据权利要求5所述的一种使用过程中不易产生微塑料的聚酯纤维的制备方法，其特征在于，离子聚酯酯化物是由二元酸Ⅱ与二元醇Ⅱ通过分段酯化反应制备得到；第一段酯化反应加入的二元酸Ⅱ的羧基官能团数与二元醇Ⅱ的羟基官能团数的摩尔比值为1.05~1.50；第二段酯化反应仅加入二元醇Ⅱ，加入量为第一段酯化反应加入的二元酸Ⅱ摩尔量的0.1~0.6；二元酸Ⅱ为间苯二甲酸
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【专利技术属性】
技术研发人员：王山水，王丽丽，尹立新，汤方明，张烨，陈瑞，王雪，刘莎莎，
申请(专利权)人：江苏恒力化纤股份有限公司，
类型：发明
国别省市：