全生物降解高弹性纤维材料、高弹性纤维及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种全生物降解高弹性纤维材料，主要包含聚羟基烷酸酯，所述聚羟基烷酸酯是Ｐ３ＨＢ４ＨＢ，所述Ｐ３ＨＢ４ＨＢ分子量分布指数为１．０－２．０，其中４ＨＢ摩尔含量为４％－４０％或６０％－９９％。本发明专利技术还公开了利用上述材料制备的高弹性纤维及其应用。本发明专利技术的高弹性纤维材料弹性好，强度高，制备的高弹性纤维具有优异的记忆功能，能完全生物降解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全生物降解高弹性纤维材料，特别涉及一种主要原料是聚羟基烷 酸酯的纤维材料，由该材料制备的纤维及其应用。
技术介绍
随着社会的发展，世界各国对环境越来越重视，而合成纤维中的聚酯、聚酰胺、聚 丙烯晴等纤维在自然环境中都不能降解，造成环境污染，而治理环境污染的投资较大，这已 成为现代社会的一大隐患和现实威胁。发达国家为了改变这一现状，正在向溶液法纺丝及 可生物降解的新型纤维发展，这一趋势被成为现代工业化生产的“绿色纤维”和21世纪革 命性纤维。近年来，随着人们环保意识的提高，人们对可完全生物降解高分子材料的研究越 来越重视。可完全生物降解高分子材料可以完全生物降解，对环境和人没有危害，在自然环 境中，这些聚合物可以被微生物，如细菌、真菌等降解，并最终转化为水和二氧化碳。正由于 上所述大多数合成纤维在自然环境中存在非常稳定，废弃后不易降解，对环境会产生严重 的污染，因此，研究可完全生物降解材料在纤维中的应用显得越来越重要。目前可完全生物 降解材料比较典型的有聚乳酸(PLA)和聚羟基烷酸酯(PHAs)等。聚羟基烷酸酯(polyhydroxyalkanoates，PHAs)是一类由微生物合成的高分子聚 酯，分子量一般在几万到几百万之间，广泛存在于自然界的多种微生物体内，PHAs由可再生 的能源合成，并且可以完全生物降解。由于聚合单体以及聚合度的不同，PHAs可实现从坚硬 到柔软到弹性变化，其熔点可以在40°C -180°C范围内变化，目前已经可以生产出分子量在 1，000-1, 000, 000之间的PHAs，这些产品的断裂伸长率从5% -1000%不等，结晶度在10% 到80%之间。由于PHAs同时具有生物兼容性、生物可降解性、压电性、气体阻隔性等高附加 值性能，具有良好的使用与加工性能，可进行拉丝、模压、热注塑加工成型，用途十分广泛， 可以在环保包装材料、微电材料、医用材料、农业产品以及日常用品等广泛应用。聚乳酸(PLA)是以谷物中提取的淀粉为原料，经过发酵聚合而成，可完全生物降 解，可通过熔融纺丝制成纤维。目前，对PLA纤维的研究较多，PLA纤维通常被认为是一种 性能优良的可生物降解纤维，在农业、渔业、工业和服装行业上都有所应用，但由于柔软性 及舒适性方面还不太理想，在一些对性能要求比较高的领域的应用受到一定限制。目前已有一些相关专利公开了将聚羟基烷酸酯和聚乳酸作为原料制备纤维材料， 如公开号为CN1501992A的专利和公开号为CN101538750A的专利均公开了将聚羟基烷酸酯 和聚乳酸混合制备纤维材料，但这些纤维材料只能在对质量要求不高以及环境温和的条件 下使用。主要是由于聚乳酸纤维在较高温度下会变软，较低温度下(如小于-20°C)则会变 脆，质量非常不稳定，在温度较高或较低的地方不太适合使用，特别是PLA纤维没有记忆效 应，如果将该纤维用于制造布料，布料弹性很差，非常容易皱，极大了限制这种纤维的应用， 例如上述纤维材料一般就不能用于地毯或毛毯或防皱免熨西服等对记忆功能要求较高的 领域的使用。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺陷，提供了一种可完全生物降解的、新颖的、具有较好记忆功能 的高弹性纤维材料以及由该高弹性纤维材料制备的纤维。本专利技术的方案如下所述本专利技术公开的全生物降解高弹性纤维材料，主要包含聚 羟基烷酸酯，特别地，所述聚羟基烷酸酯是聚3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯(P3HB4HB)，所 述P3HB4HB分子量分布指数为1.0-2.0，其中4HB (4-羟基丁酸)摩尔含量为3%-40%或 60% -99%。优选地，所述P3HB4HB分子量分布指数为1. 5-1. 8，其中4HB摩尔含量为7^-15% 或 70% -99%。上述全生物降解高弹性纤维材料，还包含成核剂其他助剂，以重量计，所述 P3HB4HB为100份，所述成核剂为1_20份，所述其他助剂0_10份。进一步地，所述成核剂是山梨醇、滑石粉、硬脂酸盐、云母粉、聚乙二醇或聚乙烯醇 的一种或多种混合物。所述成核剂是复合成核剂，所述复合成核剂由聚乙二醇和滑石粉、硬脂酸盐组成 或聚乙烯醇和滑石粉、硬脂酸盐组成或聚乙二醇和云母粉、滑石粉组成或聚乙烯醇和云母 粉、滑石粉组成。所述其他助剂是稳定剂和润滑剂，所述的稳定剂是马来酸盐类、硫醇锡类、硬脂酸 盐中的一种或几种混合物，所述润滑剂是白油、石蜡、硬脂酸、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的 一种或几种混合物。本专利技术还公开了利用上述全生物降解高弹性纤维材料制备的高弹性纤维，以及所 述高弹性纤维在织物和地毯及毛毯上的应用。当然，以上只是较佳的应用领域，实际上，本 专利技术的全生物降解高弹性纤维材料应用范围很广，如可用于医用缝合线、植入材料以及载 药纤维、医用纱布等医用领域，也可用于无纺布、降解织物以及香烟过滤嘴等方面，也可以 用于包装袋、滤网等。本专利技术的全生物降解高弹性纤维材料的主要成分选用的是P3HB4HB。目前，PHAs 产品主要有PHB (聚3-羟基丁酸)、聚-3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯(PHBV)、聚羟基丁酸 已酸共聚物(PHBHHx)以及P3HB4HB，其中PHB结晶度高、对热和剪切敏感，易于分解、冲击强 度差，PHBV有比较明显的后结晶现象，脆性较大，而PHBHHx目前生产成本高，尚未大批量产 业化，而P3HB4HB作为最新一代已产业化的PHAs产品，与上述其他的PHAs相比，具有更出 色的物化性能和应用范围，由于4HB含量的可控性和P4HB本身优异的物性，使得P3HB4HB 具有更好的加工性能和热稳定性，降低了熔融温度和结晶度。特别是选定4HB含量范围为 3 %-40 %或60 %-99 %内，P3HB4HB具有非常优异的弹性和记忆功能，非常适合作为制备纤 维的材料，同时限定P3HB4HB分子量分布在1. 0-2. 0之间，分子量分布较窄，非常容易纺丝， 容易工业化生产。本专利技术利用成核剂和助剂，可以有效改善纤维材料的性能，促进P3HB4HB在较高 温度下的结晶和结晶速度，保证纤维材料在常温下快速成型。本专利技术制备的高弹性纤维具有良好的弹性和记忆功能，并且染色性好，纤维模量 高，制备的纺织物弹性回复性好、尺寸稳定，不变形，并且手感舒适，容易单独纺丝或与其他4合成纤维、天然纤维混纺，是一种性能十分优异的纤维。 具体实施例方式下面将通过具体实施例对本专利技术进行详细说明。同时对下述实施例中制备的纤维的力学性能和弹性回复性能测试采用 Instron5500全数字式电子万能试验机进行测试。实施例1 将P3HB4HB(分子量分布为1. 5，4HB摩尔含量为10% )在常规方法下制备纤维，首 先在剪切作用下加热，再加入螺杆挤出机进行熔融纺丝，控制适当的纺丝温度、压力和冷却 条件，得到初生纤维，再经过拉伸和热定型，得到高弹性纤维。经测试，断裂伸长率为156%， 弹性回复率为96.8%。实施例2 P3HB4HB (分子量分布为2. 0，4HB摩尔含量为25% )，其他同实施例1，得到高弹性 纤维。经测试，断裂伸长率为178%，弹性回复率为96. 2%。实施例3 P3HB4HB (分子量分布为1. 3，4HB摩尔含量为70% )，其他同实施例1，得到高弹性 纤维。经测试，断裂伸长率为165%，弹性回复率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全生物降解高弹性纤维材料，主要包含聚羟基烷酸酯，其特征在于：所述聚羟基烷酸酯是Ｐ３ＨＢ４ＨＢ，所述Ｐ３ＨＢ４ＨＢ分子量分布指数为１．０－２．０，其中４ＨＢ摩尔含量为３％－４０％或６０％－９９％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟路华，张向南，蓝小平，
申请(专利权)人：深圳市意可曼生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]