CN104762695A - 一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维及其制备方法，该纤维由皮层和芯层构成，皮层由一种可生物降解聚酯——聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和抗静电功能材料组成，芯层为再生聚酯。本发明将PBAT和经表面改性处理后的抗静电功能材料共混，与再生聚酯分别进行真空转鼓干燥、螺杆熔融挤出，经复合纺丝制备而成纤维。所制备的皮芯型纤维，其皮层PBAT纤维具有可生物降解性能，而芯层采用可循环再生的再生聚酯，极大降低了产品成本；该纤维具有良好的抗静电功能且为浅色，还有良好的力学性能和回弹性，手感柔软，可与棉、毛和其它合成纤维混纺，是一种经济且环保的纤维，可广泛应用于家纺、毯类产品等领域。
Description
技术领域
本发明属于化学纤维生产技术领域，尤其涉及一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维及其制备方法。
背景技术
合成纤维的问世及其快速发展极大地改善了人类的生活，并在各个领域得到了广泛的应用。但随着能源危机与环境问题成为全球关注的主题，合成纤维巨大的生产和消费量也对此带来了严重影响。一是基于不可再生石油资源的合成纤维，将随着石油资源的日益紧张而面临原料的短缺；二是废旧纤维、制品和衣物进入环境后，由于其很难降解而造成长期的、深层次的生态环境问题。因此，具有环境友好、原料可再生以及生物降解等优良特性的生物基化学纤维成为当前纺织化纤行业的发展重点和热点。
在可生物降解高分子材料中，聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT) 作为一种新型的完全生物降解的脂肪-芳香族共聚酯，引起了国内外的广泛关注与研究。PBAT是对苯二甲酸、己二酸和1，4-丁二酯的三元共聚酯，结合了脂肪族聚酯的可生物降解性能和芳香族聚酯良好的力学性能，可采用熔融纺丝方法制备成PBAT纤维，具有良好的可生物降解性、力学性能、热稳定性和拉伸回弹性，手感柔软，具有十分重要的市场价值。
目前，已有PBAT 纤维及其与其它聚合物共混制备纤维的相关报道，如申请号为201210349313.9的中国发明专利公开了一种PBAT 纤维及其制备方法，通过熔融纺丝法制备了PBAT纤维；而专利号为201110102009.X的中国发明专利报道了一种含PHBV的可降解纤维及其制备方法，是将PBAT作为含聚乳酸二元混合物中的一种加入组分，用于改善聚羟基丁酸-戊酸酯（PHBV）纤维的性能。因此，关于PBAT纤维的研究开发还不多，其性能还有待提高，尤其是PBAT的成本较高，限制了其功能性纤维品种多元化的开发和市场应用。
发明内容
本发明目的是提供一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维及其制备方法，该纤维还具有良好的抗静电功能。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维，所述纤维由皮层和芯层构成，皮层由聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和抗静电功能材料组成，其中抗静电功能材料的含量为PBAT的1~4wt%；芯层为再生聚酯；所述皮层与芯层两者之间的质量比为20~50：50～80。
所述的抗静电功能材料为纳米锑掺杂氧化锡(ATO)，通过表面改性处理，粒径为80～500nm。
所述的一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维的制备方法，包括以下步骤：
（1）抗静电功能材料ATO的表面改性处理，具体过程为：将六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、硅烷偶联剂(KH550)和去离子水加入容器中，然后将纳米ATO逐渐加入其中，室温下超声振荡同时搅拌30min；在150rad/min转速搅拌下，于70℃水浴锅中恒温回流4小时；所得产物经抽滤并在85℃真空烘箱中干燥24小时，完成ATO的表面改性处理；(NaPO3)6和KH550共占纳米ATO的2~6wt%，其中(NaPO3)6和KH550又各占50%比例。
（2）将PBAT切片和再生聚酯切片分别进行真空转鼓干燥，其中PBAT切片的干燥温度为90~110℃，干燥时间为24~48小时；再生聚酯切片的干燥温度为140~160℃，干燥时间为8~12小时；两种切片干燥后的含水率均小于50ppm。
（3）将干燥后的PBAT切片和表面改性处理后的ATO混合后送入双螺杆挤出机中熔融挤出，温度为230~260℃，得到皮层纺丝熔体；将干燥后的再生聚酯切片送入单螺杆挤出机中熔融挤出，温度为270 ~280℃，得到芯层纺丝熔体。
（4）将皮层和芯层纺丝熔体分别经各自计量泵计量后，送入复合纺丝箱体，经皮芯型复合纺丝组件进行纺丝；皮层纺丝温度为240-260℃，芯层纺丝温度为275-285℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明获得的一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维，皮层PBAT纤维具有可生物降解性能，而芯层采用可循环再生的再生聚酯，极大降低了产品成本，是一种经济且环保的纤维。
本发明采用纳米ATO作为抗静电功能材料，用量少，所制得的皮芯型纤维为浅色并具有良好的抗静电效果，以及良好的力学性能和回弹性，手感柔软，可与棉、毛和其它合成纤维混纺，可广泛应用于家纺、毯类产品等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
对抗静电功能材料ATO进行表面改性处理，具体过程为：将六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、硅烷偶联剂(KH550)和去离子水加入容器中，然后将纳米ATO逐渐加入其中，室温下超声振荡同时搅拌30min；在150rad/min转速搅拌下，于70℃水浴锅中恒温回流4小时；所得产物经抽滤并在85℃真空烘箱中干燥24小时，完成ATO的表面改性处理；其中，(NaPO3)6占ATO的1wt%，KH550占ATO的1wt%。
将PBAT切片和再生聚酯切片分别进行真空转鼓干燥，其中PBAT切片的干燥温度为90℃，干燥时间为48小时；再生聚酯切片的干燥温度为140℃，干燥时间为12小时；两种切片干燥后的含水率均小于50ppm。
所述PBAT切片与再生聚酯切片的质量比为20:80。
将干燥后的PBAT切片和表面改性处理后的ATO混合后送入双螺杆挤出机中熔融挤出，温度为230℃，得到皮层纺丝熔体；其中表面改性处理后的ATO含量为PBAT的1wt%。
将干燥后的再生聚酯切片送入单螺杆挤出机中熔融挤出，温度为270℃，得到芯层纺丝熔体。
将皮层和芯层纺丝熔体分别经各自计量泵计量后，送入复合纺丝箱体，经皮芯型复合纺丝组件进行纺丝，再经侧吹风、上油、卷绕等工序得到皮芯型复合纤维；皮层纺丝温度为240℃，芯层纺丝温度为275℃。
实施例2
对抗静电功能材料ATO进行表面改性处理，具体过程为：将六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、硅烷偶联剂(KH550)和去离子水加入容器中，然后将纳米ATO逐渐加入其中，室温下超声振荡同时搅拌30min；在150rad/min转速搅拌下，于70℃水浴锅中恒温回流4小时；所得产物经抽滤并在85℃真空烘箱中干燥24小时，完成ATO的表面改性处理；其中，(NaPO3)6占ATO的2wt%，KH550占ATO的2wt%。
将PBAT切片和再生聚酯切片分别进行真空转鼓干燥，其中PBAT切片的干燥温度为90℃，干燥时间为48小时；再生聚酯切片的干燥温度为150℃，干燥时间为10小时；两种切片干燥后的含水率均小于50ppm。
所述PBAT切片与再生聚酯切片的质量比为30:70。
将干燥后的PBAT切片和表面改性处理后的ATO混合后送入双螺杆挤出机中熔融挤出，温度为240℃，得到皮层纺丝熔体；其中表面改性处理后的ATO含量为PBAT的2wt%。
将干燥后的再生聚酯切片送入单螺杆挤出机中熔融挤出，温度为275℃，得到芯层纺丝熔体。
将皮层和芯层纺丝熔体分别经各自计量泵计量后，送入复合纺丝箱体，经皮芯型复合纺丝组件进行纺丝，再经侧吹风、上油、卷绕等工序得到皮芯型复合纤维；皮层纺丝温度为250℃，芯层纺丝温度为280℃。
实施例3
对抗静电功能材料ATO进行表面改性处理，具体过程为：将六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、硅烷偶联剂(KH550)和去离子水加入容器中，然后将纳米ATO逐渐加入其中，室温下超声振荡同时搅拌30min；在150rad/min转速搅拌下，于70℃水浴锅中恒温回流4小时；所得产物经抽滤并在85℃真空烘箱中干燥24小时，完成ATO的表面改性处理；其中，(NaPO3)6占ATO的2.5wt%，KH550占ATO的2.5wt%。
将PBAT切片和再生聚酯切片分别进行真空转鼓干燥，其中PBAT切片的干燥温度为100℃，干燥时间为36小时；再生聚酯切片的干燥温度为160℃，干燥时间为8小时；两种切片干燥后的含水率均小于50ppm。
所述PBAT切片与再生聚酯切片的质量比为40:60。
将干燥后的PBAT切片和表面改性处理后的ATO混合后送入双螺杆挤出机中熔融挤出，温度为250℃，得到皮层纺丝熔体；其中表面改性处理后的ATO含量为PBAT的3wt%。
将干燥后的再生聚酯切片送入单螺杆挤出机中熔融挤出，温度为278℃，得到芯层纺丝熔体。
将皮层和芯层纺丝熔体分别经各自计量泵计量后，送入复合纺丝箱体，经皮芯型复合纺丝组件进行纺丝，再经侧吹风、上油、卷绕等工序得到皮芯型复合纤维；皮层纺丝温度为255℃，芯层纺丝温度为280℃。
实施例4
对抗静电功能材料ATO进行表面改性处理，具体过程为：将六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、硅烷偶联剂(KH550)和去离子水加入容器中，然后将纳米ATO逐渐加入其中，室温下超声振荡同时搅拌30min；在150rad/min转速搅拌下，于70℃水浴锅中恒温回流4小时；所得产物经抽滤并在85℃真空烘箱中干燥24小时，完成ATO的表面改性处理；其中，(NaPO3)6占ATO的3wt%，KH550占ATO的3wt%。
将PBAT切片和再生聚酯切片分别进行真空转鼓干燥，其中PBAT切片的干燥温度为110℃，干燥时间为24小时；再生聚酯切片的干燥温度为160℃，干燥时间为8小时；两种切片干燥后的含水率均小于50ppm。
所述PBAT切片与再生聚酯切片的质量比为50:50。
将干燥后的PBAT切片和表面改性处理后的ATO混合后送入双螺杆挤出机中熔融挤出，温度为260℃，得到皮层纺丝熔体；其中表面改性处理后的ATO含量为PBAT的4wt%。
将干燥后的再生聚酯切片送入单螺杆挤出机中熔融挤出，温度为280℃，得到芯层纺丝熔体。
将皮层和芯层纺丝熔体分别经各自计量泵计量后，送入复合纺丝箱体，经皮芯型复合纺丝组件进行纺丝，再经侧吹风、上油、卷绕等工序得到皮芯型复合纤维；皮层纺丝温度为260℃，芯层纺丝温度为285℃。
Claims (3)
1.一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维，其特征在于：所述纤维由皮层和芯层构成；皮层由聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和抗静电功能材料组成，其中抗静电功能材料的含量为PBAT的1~4wt%；芯层为再生聚酯；所述皮层与芯层两者之间的质量比为20~50：50～80。
2.根据权利要求1所述的一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维，其特征在于：所述的皮层中的抗静电功能材料为纳米锑掺杂氧化锡(ATO)，通过表面改性处理，粒径为80～500nm。
3.一种可生物降解聚酯/再生聚酯皮芯型纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）抗静电功能材料ATO的表面改性处理，具体过程为：将六偏磷酸钠（(NaPO3)6）、硅烷偶联剂(KH550)和去离子水加入容器中，然后将纳米ATO逐渐加入其中，室温下超声振荡同时搅拌30min；在150rad/min转速搅拌下，于70℃水浴锅中恒温回流4小时；所得产物经抽滤并在85℃真空烘箱中干燥24小时，完成ATO的表面改性处理；(NaPO3)6和KH550共占纳米ATO的2~6wt%，其中(NaPO3)6和KH550又各占50%比例；
（2）将PBAT切片和再生聚酯切片分别进行真空转鼓干燥，其中PBAT切片的干燥温度为90~110℃，干燥时间为24~48小时；再生聚酯切片的干燥温度为140~160℃，干燥时间为8~12小时；两种切片干燥后的含水率均小于50ppm；
（3）将干燥后的PBAT切片和表面改性处理后的ATO混合后送入双螺杆挤出机中熔融挤出，温度为230~260℃，得到皮层纺丝熔体；将干燥后的再生聚酯切片送入单螺杆挤出机中熔融挤出，温度为270 ~280℃，得到芯层纺丝熔体；
（4）将皮层和芯层纺丝熔体分别经各自计量泵计量后，送入复合纺丝箱体，经皮芯型复合纺丝组件进行纺丝；皮层纺丝温度为240-260℃，芯层纺丝温度为275-285℃。
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