CN111118650B - 一种可降解聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

一种可降解聚酯纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可降解聚酯纤维及其制备方法，制备方法为：将其中分散有掺杂改性后的ZrO2的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；其中，喷丝板上的三叶形喷丝孔为三叶长度不完全相等且三叶间夹角不完全相等的喷丝孔，所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降10～16％。本发明工艺简单，制得的可降解聚酯纤维，可降解性能优良，且弹性较好。

Description

一种可降解聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于聚酯纤维技术领域，涉及一种可降解聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
化学纤维的问世，始于20世纪20年代有机合成化学和高分子化学的发展，之后短短数十年间它已经成为产业中的支柱，其产量与应用远远超过了天然纤维。其中涤纶、尼龙、腈纶是化纤中的三大纤维，而这三大纤维中又因涤纶的发展速度最快，应用最广泛，产量最高，成为化学纤维之冠，是当今最重要的纺织材料之一。聚酯纤维是合成纤维的第一大品种，它是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物一聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，经纺丝和后处理制成的纤维。作为半结晶高分子聚合物具有良好的热塑性，普遍应用于服用、包装、生物、生产加工等各个领域。随着PET产业的快速发展，虽然PET不会直接对环境造成危害，但由于其使用后的废品数目巨大且对大气和微生物试剂的抵抗性很强，PET废弃物已成为全球性的环境污染有机物。目前，常见的对PET废弃物的处理方法有填埋、焚烧及回收利用，填埋和焚烧虽然是最简单的方法，对环境亦将造成一定的污染，降解回收是处理PET废弃物有效而科学的途径，但由于PET结构致密，结晶度高，自然降解时间很长，目前回收利用的比例还很小，最高约13％，虽然近年来我国在PET回收利用方面有较大的增速，但其回收率仍然很低，不到10％。在实际应用中对于PET的降解多采用化学降解的方法，化学分解法主要有水解法和醇解法，此外还有氨解、胺解和热解等。但目前所使用的化学降解法依然存在降解速率慢，降解效果差等问题，其仍然无法解决大量的废旧服装的降解回收利用。
因此，研究一种提高聚酯降解速率和降解效果的方法并采用该改性聚酯来制备性能优异的聚酯纤维极具现实意义。
发明内容
本发明提供一种可降解聚酯纤维及其制备方法，目的是解决现有技术中部分聚酯纤维无法回收的问题。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将含金属离子Mx+的溶液与含Zr4+的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物；金属离子Mx+为Mg2+、Li+和Zn2+中的一种以上；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.5～3.1:1.5～3.1，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.5～2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；
所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心。
本发明的原理如下：
本发明的一种可降解聚酯纤维的制备方法，是将PET熔体从的三叶形喷丝孔挤出后纺丝制得的，PET熔体中分散有掺杂改性后的ZrO2，本发明通过先溶液共混再共沉淀再煅烧的方法实现了金属氧化物(氧化镁、氧化锂和氧化锌中的一种以上)与ZrO2的掺杂，进而对ZrO2的氧还原催化过程产生影响，提升了聚酯的降解速率。由于本发明选用了离子电导率高的ZrO2作为氧还原催化剂基材，其通过掺杂低价态的金属离子(Mg2+、Li+及Zn2+)能够获得稳定的立方相，同时在一定程度上，掺杂离子半径越接近被掺杂的离子半径，越有利于氧空位的形成，越有利于氧离子的传导，本发明选择掺杂与Zr4+离子半径相同的金属离子(Mg2 +、Li+及Zn2+，离子半径均为0.103nm)对其进行掺杂，这能够提高氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度；
本发明制备的可降解聚酯纤维为三叶异形纤维，同等纤度的三叶形纤维较圆形纤维具有更大的表面积，更加有利于氧离子的传导，提升了聚酯的降解速率。
本发明的喷丝板上的三叶形喷丝孔为三叶长度不完全相等、三叶间夹角不完全相等的喷丝孔，且各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心，采用该喷丝板制备可降解聚酯纤维，同时采用环吹风冷却，三叶冷却条件严重不对称、不均衡，使得纤维自喷出后，横截面上不同位置的熔体的冷却速度不一致，主要体现在：纺丝时，冷却风速很大，风速介于1.80～2.30m/s，靠近吹风口的部分更早更快冷却，远离吹风口的部分更慢冷却。当三叶形喷丝孔中的三叶形中的一叶正对着冷却风时，该叶的熔体冷却得快，而三叶形中的其它部分冷却得慢。在牵伸的张力作用下，三叶形中的其它部分更容易被牵伸而变细，且其应力更集中，因此，在纤维呈三叶的横截面上，会出现三叶的应力不对称的结构，这种横截面上应力不对称的纤维在热处理或拉伸过程中会呈现三维卷曲性能，且卷曲好，纤维弹性回复率大。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，PET熔体的特性粘度为0.60～0.66dL/g。
如上所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，FDY工艺的参数为：纺丝温度280～285℃，冷却温度20～25℃，冷却风速1.80～2.30m/s，一辊速度1800～2000m/min，一辊温度85～95℃，二辊速度3500～3700m/min，二辊温度160～180℃，卷绕速度3430～3610m/min。
如上所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，PET中掺杂改性后的ZrO2的含量为0.03～0.06wt％。
如上所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，所述含金属离子Mx+的溶液的浓度为1～2wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3 -；所述含Zr4+的溶液为浓度20～25wt％的ZrO2的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中金属离子Mx+与Zr4+的摩尔比为5～8:100。
如上所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，所述煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105～110℃，时间为2～3h；所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2～3h，然后升温至700℃后保温1～2h，最后在空气中冷却。
如上所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，松弛热处理的温度为90～120℃，时间为20～30min。
本发明还提供采用如上任一项所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法制得的可降解聚酯纤维，具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成。
作为优选的技术方案：
如上所述的可降解聚酯纤维，可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为22～26％，卷曲稳定度为77～81％，紧缩伸长率为56～62％，卷缩弹性回复率为75～80％。
如上所述的可降解聚酯纤维，可降解聚酯纤维的断裂强度≥2.7cN/dtex，断裂伸长率为45.0±5.0％，总纤度为100～150dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降10～16％。
有益效果：
(1)本发明的一种可降解聚酯纤维的制备方法，工艺简单，通过在聚酯中掺杂改性的ZrO2粉体，显著提高了可降解聚酯纤维的自然降解速率；
(2)本发明的一种可降解聚酯纤维的制备方法，成本低廉，应用前景广阔；
(3)本发明的一种可降解聚酯纤维，可降解性能优良，且弹性较好。
附图说明
图1为本发明的三叶形喷丝孔的结构示意图；
图2为本发明的三叶形喷丝孔在喷丝板上分布的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，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。
本发明的卷曲收缩率和卷曲稳定度是采用GB6506-2001《合成纤维变形丝卷缩性能试验方法》对丝束进行测试得到的；
紧缩伸长率(反映变形丝的弹性和卷曲程度，纤维先承受轻负荷，再承受重负荷，计算两种负荷下的长度差值与卷曲长度的比值)和卷缩弹性回复率测试方法如下：
首先剪取长度约50cm的纤维试样两根，放入100℃热水中处理30min，取出后进行自然干燥，再截取约30cm长的试样，一端固定，一端加载0.0018cN/dtex的负荷，持续30s，在20cm处作标记，即为试样的初始长度l1；然后改为加载0.09cN/dtex的负荷，持续30s，测量标记点的位置，即为试样加重负荷时的长度l2；最后去掉重负荷，试样无负荷回缩2min后再加0.0018cN/dtex的负荷，持续30s，测量标记点在标尺上的位置，即为回复长度l3；紧缩伸长率(CE)和卷缩弹性回复率(SR)按下式计算：
CE＝(l2-l1)/l1；
SR＝(l2-l3)/(l2-l1)。
本发明的三叶形喷丝孔及其在喷丝板上的分布如附图1～2所示，同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.5～3.1:1.5～3.1，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.5～2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心。附图仅作示意，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.6dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.03wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为1wt％的Mg(NO3)2的水溶液与浓度20wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9(沉淀开始时，混合液中Mg2+与Zr4+的摩尔比为5:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105℃，时间为2h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温1h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.5:1.5，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度280℃，冷却温度20℃，冷却风速1.8m/s，一辊速度1800m/min，一辊温度85℃，二辊速度3500m/min，二辊温度160℃，卷绕速度3430m/min；
松弛热处理的温度为90℃，时间为30min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为22％，卷曲稳定度为77％，紧缩伸长率为56％，卷缩弹性回复率为75％，断裂强度为2.7cN/dtex，断裂伸长率为50％，总纤度为100dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降10％。
实施例2
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.62dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.03wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为1wt％的Mg(NO3)2的水溶液与浓度21wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9(沉淀开始时，混合液中Mg2+与Zr4+的摩尔比为8:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105℃，时间为2h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温3h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.5:1.5，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度280℃，冷却温度21℃，冷却风速1.8m/s，一辊速度1818m/min，一辊温度93℃，二辊速度3538m/min，二辊温度163℃，卷绕速度3434m/min；
松弛热处理的温度为92℃，时间为25min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为22％，卷曲稳定度为77％，紧缩伸长率为57％，卷缩弹性回复率为75％，断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为50％，总纤度为146dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降11％。
实施例3
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.61dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.03wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为1wt％的LiNO3的水溶液与浓度25wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9(沉淀开始时，混合液中Li+与Zr4+的摩尔比为5:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105℃，时间为2h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温1h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.7:1.7，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.5:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度281℃，冷却温度23℃，冷却风速1.8m/s，一辊速度1851m/min，一辊温度93℃，二辊速度3542m/min，二辊温度166℃，卷绕速度3483m/min；
松弛热处理的温度为93℃，时间为25min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24％，卷曲稳定度为78％，紧缩伸长率为57％，卷缩弹性回复率为75％，断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为49.7％，总纤度为143dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降12％。
实施例4
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.62dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.04wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为2wt％的LiNO3的水溶液与浓度20wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9(沉淀开始时，混合液中Li+与Zr4+的摩尔比为8:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为107℃，时间为2h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温3h，然后升温至700℃后保温1h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.9:1.9，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.8:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度283℃，冷却温度23℃，冷却风速1.9m/s，一辊速度1905m/min，一辊温度93℃，二辊速度3556m/min，二辊温度169℃，卷绕速度3492m/min；
松弛热处理的温度为97℃，时间为24min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为24％，卷曲稳定度为79％，紧缩伸长率为58％，卷缩弹性回复率为76％，断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为47.2％，总纤度为142dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降12％。
实施例5
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.62dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.04wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为1wt％的Zn(NO3)2的水溶液与浓度25wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10(沉淀开始时，混合液中Zn2+与Zr4+的摩尔比为6:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为108℃，时间为2h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.9:1.9，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.8:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度284℃，冷却温度23℃，冷却风速2.1m/s，一辊速度1905m/min，一辊温度94℃，二辊速度3572m/min，二辊温度173℃，卷绕速度3519m/min；
松弛热处理的温度为101℃，时间为23min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为25％，卷曲稳定度为80％，紧缩伸长率为58％，卷缩弹性回复率为76％，断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为47.2％，总纤度为148dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降13％。
实施例6
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.65dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.05wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为1wt％的Zn(NO3)2的水溶液与浓度25wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10(沉淀开始时，混合液中Zn2+与Zr4+的摩尔比为5:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为2h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:2.5:2.5，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度284℃，冷却温度23℃，冷却风速2.3m/s，一辊速度1946m/min，一辊温度95℃，二辊速度3576m/min，二辊温度174℃，卷绕速度3554m/min；
松弛热处理的温度为101℃，时间为21min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为25％，卷曲稳定度为80％，紧缩伸长率为59％，卷缩弹性回复率为78％，断裂强度为3cN/dtex，断裂伸长率为46.2％，总纤度为135dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14％。
实施例7
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.63dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.05wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为1wt％的Mg(NO3)2的水溶液与浓度24wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10(沉淀开始时，混合液中Mg2+与Zr4+的摩尔比为8:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为3h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温3h，然后升温至700℃后保温1h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:3.1:3.1，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度24℃，冷却风速2.3m/s，一辊速度1992m/min，一辊温度95℃，二辊速度3619m/min，二辊温度179℃，卷绕速度3581m/min；
松弛热处理的温度为119℃，时间为20min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为26％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为62％，卷缩弹性回复率为80％，断裂强度为3cN/dtex，断裂伸长率为40.1％，总纤度为136dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降15％。
实施例8
一种可降解聚酯纤维的制备方法，将特性粘度为0.66dL/g的PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有0.06wt％掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将浓度为2wt％的Mg(NO3)2的水溶液与浓度25wt％的ZrO2的硝酸溶液混合均匀，然后滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10(沉淀开始时，混合液中Mg2+与Zr4+的摩尔比为8:100)，最后煅烧沉淀产物(煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为3h)，所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温3h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:3.1:3.1，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度25℃，冷却风速2.3m/s，一辊速度2000m/min，一辊温度95℃，二辊速度3700m/min，二辊温度180℃，卷绕速度3610m/min；
松弛热处理的温度为120℃，时间为20min。
最终制得的可降解聚酯纤维具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成；可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为26％，卷曲稳定度为81％，紧缩伸长率为62％，卷缩弹性回复率为80％，断裂强度为3cN/dtex，断裂伸长率为40％，总纤度为150dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降16％。

Claims (10)

1.一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征是：将PET熔体从喷丝板上的三叶形喷丝孔挤出后采用环吹风冷却，依照FDY工艺制得FDY丝，再经松弛热处理制得可降解聚酯纤维；
PET熔体中分散有掺杂改性后的ZrO2，掺杂改性的过程为：首先将含金属离子Mx+的溶液与含Zr4+的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物；金属离子Mx+为Mg2+、Li+和Zn2+中的一种以上；
同一三叶形喷丝孔的三叶中心线的夹角之比为1.0:1.5～3.1:1.5～3.1，三叶的宽度相同，形成最小夹角的两叶与另一叶的长度之比为3:3:2，最短叶的长度与宽度之比为1.5～2:1；不同三叶形喷丝孔的三叶的形状和尺寸相同；
所有的三叶形喷丝孔呈同心圆分布，各三叶形喷丝孔中与最小夹角相对的叶的中心线通过圆心，且指向背离圆心；
FDY工艺的参数包括：冷却温度20～25℃，冷却风速1.80～2.30m/s。
2.根据权利要求1所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，PET熔体的特性粘度为0.60～0.66dL/g。
3.根据权利要求2所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，FDY工艺的参数还包括：纺丝温度280～285℃，一辊速度1800～2000m/min，一辊温度85～95℃，二辊速度3500～3700m/min，二辊温度160～180℃，卷绕速度3430～3610m/min。
4.根据权利要求1所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，PET中掺杂改性后的ZrO2的含量为0.03～0.06wt％。
5.根据权利要求4所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述含金属离子Mx+的溶液的浓度为1～2wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3 -；所述含Zr4+的溶液为浓度20～25wt％的ZrO2的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中金属离子Mx+与Zr4+的摩尔比为5～8:100。
6.根据权利要求5所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105～110℃，时间为2～3h；所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2～3h，然后升温至700℃后保温1～2h，最后在空气中冷却。
7.根据权利要求1所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法，其特征在于，松弛热处理的温度为90～120℃，时间为20～30min。
8.采用如权利要求1～7任一项所述的一种可降解聚酯纤维的制备方法制得的可降解聚酯纤维，其特征是：具有三维卷曲形态，且由多根横截面呈三叶形的含掺杂改性后的ZrO2的PET单丝组成。
9.根据权利要求8所述的可降解聚酯纤维，其特征在于，可降解聚酯纤维的卷曲收缩率为22～26％，卷曲稳定度为77～81％，紧缩伸长率为56～62％，卷缩弹性回复率为75～80％。
10.根据权利要求8所述的可降解聚酯纤维，其特征在于，可降解聚酯纤维的断裂强度≥2.7cN/dtex，断裂伸长率为45.0±5.0％，总纤度为100～150dtex，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降10～16％。
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