一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，在生物可降解聚酯中添加离子型共聚酯进行熔融纺丝制备得到高强生物可降解聚酯纤维；离子型共聚酯的添加量为生物可降解聚酯质量的1~10%；离子型共聚酯由非离子聚酯链段与磺酸盐离子聚酯链段组成，且不同非离子聚酯链段之间、不同离子聚酯链段之间以及非离子聚酯链段与离子聚酯链段之间均以酯键进行连接；非离子聚酯链段重复单元为4~10，磺酸盐离子聚酯链段重复单元为2~8；离子型共聚酯的特性粘度为0.55~0.85dl/g；本发明专利技术在生物可降解聚酯中引入离子型共聚酯，实现纤维连续稳定成形，并且显著增强纤维的力学强度。并且显著增强纤维的力学强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法


[0001]本专利技术属于聚酯
，涉及一种生物可降解聚酯纤维的制备，具体是涉及一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法。

技术介绍

[0002]纤维材料是纺织行业基础原材料。纤维材料的技术创新不断赋予纺织行业新的活力。常规聚酯纤维由于其化学结构稳定，力学性能优异在家纺、服装、产业用等多个领域得到广泛应用。在一次性医卫纺织品等领域由于使用后无法进行循环再利用，需要所使用的纤维材料具有良好的生物可降解性，从而减少对环境的污染。
[0003]常见的长碳链二元酸、二元醇制备的生物可降解聚酯包括了PBAT、PBST、PBS等。其中PBAT是对苯二甲酸、己二酸和丁二醇的三元共聚物，易加工，有较强的韧性和良好的生物降解性，在土壤或堆肥的条件下分解为二氧化碳、生物质和水。同时PBAT纤维材料具有良好的生物降解性，手感较聚乳酸PLA、聚乙醇酸PGA等纤维材料柔软。但是，由于PBAT的合成过程采用无规共聚，使得其不容易结晶，制约了PBAT纤维制备技术的发展以及PBAT作为纤维材料的应用。因此，以PBAT为原料制备一种符合环保和可持续发展要求的可降解纤维，可拓展其应用领域，具有重要的市场意义。
[0004]中国专利技术专利CN100412242C公开了聚对苯二甲酸
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共
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丁二酸丁二醇酯纤维的制备方法，是将共聚酯熔融挤出后形成初生丝，恒温恒湿平衡5~13h后再进行牵伸制备得到生物可降解聚酯纤维。中国专利技术专利CN113201805A涉及一种PBAT纤维的制备方法，PBAT纤维纺丝时，依次经过冷却、集束、上油、牵伸和卷绕工序，冷却采用缓冷和强冷相结合的方式，对PBAT纺丝冷却过程进行优化，即当丝条冷却到结晶温度附近时，采用缓冷的方式，设定在PBAT结晶温度附近下进行保温，给予PBAT充分的结晶时间，使PBAT结晶完善，提高PBAT的结晶度，结晶度的提高可以避免PBAT纤维在集束、卷绕等过程中发生的丝条粘连现象，提高了PBAT纤维的品质。CN103668540B涉及一种PBAT纤维及其制备方法，线性聚酯的分子量高，且分布较均匀时，同时在纺丝过程中加长冷却距离，从而有效的改善了PBAT纺丝过程中不易冷却，容易粘结的问题。CN103668541B涉及一种含PBAT的可降解纤维及其制备方法，由包含以下重量份的组分制成：聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)引入聚羟基丁酸、聚羟基丁酸
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戊酸酯、聚丁二酸丁二醇酯或聚乳酸中的一种或两种，用来纺丝的线性聚酯的分子量高，且分布较均匀时，得到的纤维的性能较好，在纺丝过程中加长冷却距离，从而有效的改善了PBAT纺丝过程中不易冷却、容易粘结的问题。
[0005]中国专利技术专利CN113122952A涉及一种PBAT纤维及制备方法，PBAT纤维的分子链段包括对苯二甲酸丁二醇酯链段、己二酸丁二醇酯链段和间苯二甲酸
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磺酸钠丁二醇酯链段，通过链段长度来调控PBAT的结晶能力与性能之间的平衡关系，通过在链段中引入SSIPA，从而提高纤维性能。CN112048058B涉及一种高熔点结晶性生物可降解共聚酯的制备方法，将异己糖醇基聚酯预聚物、脂肪族聚酯预聚物和扩链剂混合后进行反应制得高熔点结晶性生物可降解共聚酯。为了获得较好综合性能(热学、力学和生物降解性)，商业化
PBAT、PBST类脂肪
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芳香共聚酯中对苯二甲酸含量一般为40～50mol％。根据ΔTm＝ΔHm/ΔSm，共聚单体的添加破坏PBS重复结构单元的结晶规整度，降低链段结晶焓或增加链段熵，因此，PBAT、PBST生物降解聚酯的结晶能力较差。而嵌段共聚物中，在各组分链段足够长时，可以各自形成晶区，使共聚物具有一定的结晶度。
[0006]生物可降解PBAT、PBST、PBS等聚酯结晶能力低，在纺丝成形吹风冷却中无法充分冷却固化导致纤维与纤维发生粘结，无法连续稳定成形且纤维力学强度低，这些因素极大限制了应用。从以上的公开技术可以看出，针对这一问题，对生物可降解聚酯进行共聚改性后再通过纺丝工艺创新强化吹风冷却、延长吹风区域等改善纤维与纤维之间的粘结问题，现有报道的技术是对生物可降解聚酯进行高比例改性组分的共聚，提升生物可降解聚酯耐热性与结晶性能，再优化纺丝成形成纤维。但是高比例改性组分共聚改性破坏了生物可降解聚酯原来的化学序列结构，对纤维的生物可降解性会产生不利影响。并且通过共聚改性后的生物可降解聚酯纺丝成形从操作上来说没有共混添加的方法灵活。或通过在生物可降解聚酯合成阶段调控链段的长度、序列结构及引入其它链段来提升结晶能力，但往往会造成所合成的共聚酯生物可降解性能发生变化，尤其是当引入的链段中的芳杂环添加严重抑制聚酯的生物降解性能，含量＞50mol%时，聚合物难以生物降解。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法。本专利技术针对现有生物可降解PBAT、PBST、PBS等聚酯在熔融纺丝成形中因结晶能力弱导致无法快速冷却固化，纤维与纤维之间发生粘结，从而导致无法应用的问题，通过在生物可降解聚酯中引入一定量的离子型共聚酯，显著提升其结晶能力，实现纤维连续稳定成形且纤维强度得到大幅提升，满足应用要求。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，在生物可降解聚酯中添加离子型共聚酯进行熔融纺丝制备得到高强生物可降解聚酯纤维；
[0010]离子型共聚酯的添加量为生物可降解聚酯质量的1~10%；现有大多数的生物可降解聚酯（包括PBAT、PBS、PBST等）在纺丝成形吹风冷却中无法充分冷却固化导致纤维与纤维发生粘结，无法连续稳定成形且纤维力学强度低，这些因素极大限制了应用。离子型共聚酯的添加量对纺制的生物可降解聚酯纤维的性能有着重要的影响。如果离子型共聚酯添加量低于1%，生物可降解聚酯中离子型共聚酯含量低，无法实现对其熔体进行有效调控，纤维仍然极易发生粘结问题；如果离子型共聚酯添加量高于10%，生物可降解聚酯中离子型共聚酯含量偏高，虽然纤维的可纺性极大改善，不发生粘结问题，但是纺制的纤维生物可降解性能下降。因此需要严格控制离子型共聚酯在生物可降解聚酯纤维中的含量；
[0011]离子型共聚酯由非离子聚酯链段与磺酸盐离子聚酯链段组成，且不同非离子聚酯链段之间、不同离子聚酯链段之间以及非离子聚酯链段与离子聚酯链段之间均以酯键进行连接；
[0012]离子型共聚酯的特性粘度为0.55~0.85dl/g。
[0013]作为优选的技术方案：
[0014]如上所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，生物可降解聚酯为聚己二
酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚对苯二甲酸/丁二酸丁二醇酯（PBST）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚3
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羟基烷酸酯（PHA）或聚ε
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己内酯（PCL），生物可降解聚酯的数均分子量为50000~10000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于：在生物可降解聚酯中添加离子型共聚酯进行熔融纺丝制备得到高强生物可降解聚酯纤维；离子型共聚酯的添加量为生物可降解聚酯质量的1~10%；离子型共聚酯由非离子聚酯链段与磺酸盐离子聚酯链段组成，且不同非离子聚酯链段之间、不同离子聚酯链段之间以及非离子聚酯链段与离子聚酯链段之间均以酯键进行连接；离子型共聚酯的特性粘度为0.55~0.85dl/g。2.根据权利要求1所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，生物可降解聚酯为聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸/丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚3
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羟基烷酸酯或聚ε
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己内酯，生物可降解聚酯的数均分子量为50000~100000g/mol。3.根据权利要求1所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，熔融纺丝的工艺参数为：纺丝温度220~280℃，冷却吹风温度15~20℃，相对湿度60~85%，风压20~80kPa，纤维含油率0.6~1.5%，热辊GR1的速度1000~1500m/min，热辊GR1的温度60~90℃，热辊GR2的速度2500~3500m/min，热辊GR2的温度100~120℃。4.根据权利要求1所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，非离子聚酯链段重复单元为4~10，磺酸盐离子聚酯链段重复单元为2~8。5.根据权利要求4所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，离子型共聚酯的制备方法为：首先分别通过酯化反应合成出非离子聚酯酯化物与磺酸盐离子聚酯酯化物，非离子聚酯酯化物与磺酸盐离子聚酯酯化物再经过缩聚反应生成所述离子型共聚酯。6.根据权利要求5所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，非离子聚酯酯化物与磺酸盐离子聚酯酯化物的摩尔比为2:8~8:2。7.根据权利要求5所述的一种高强生物可降解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1:1.05~1.5；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。8.根据权利要求7所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，非离子聚酯酯化物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。9.根据权利要求7所述的一种高强生物可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，非离子聚酯酯化物酯化反应的温度为150~250℃，压力为0.01~0.5MPa，时间为1.5~3.5h。10.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹立新，汤方明，张烨，王丽丽，邵义伟，张希霞，王雪，杨勇，
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：