[發明專利]生物可降解的纖維及其制造方法

無效

• 申請號: 201080046777.1
• 申請日: 2010-10-21
• 公開（公告）號: CN102597343A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 科林·馬歇爾;雅美·莫法特
• 申請（專利權）人: 伊諾維亞薄膜有限公司
• 主分類號: D01F2/00
• 分類號: D01F2/00;D01F2/02;D01F2/28
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

本發明涉及生物可降解的復合纖維。

制造纖維最迫切的問題之一就是纖維的生物降解速率。根據環境條件，醋酸纖維素纖維將花費一個月至三年來進行生物降解。

已經提出一系列制備尤其適用于制造卷煙纖維的可生物降解纖維的方法，包括使用醋酸纖維素與其它可生物降解聚合物的復合物、用于提高醋酸纖維素降解速率的添加劑、具有用于提高生物降解性的低取代度(DS)的醋酸纖維素以及生物可降解的聚合物，如PHB/PVB和淀粉，作為纖維或纖維的原材料。

然而，到目前為止，還沒有找到能夠制造出足夠快速地降解的消費者可接受的纖維的令人滿意的商業方案。

本發明力圖解決這些問題。

本發明提供了生物可降解的纖維，其包含纖維素和醋酸纖維素復合絲。

纖維素和醋酸纖維素通常以纖維或薄膜的形式鑄制。一方面，本發明涉及纖維。本發明優選的纖維包含從纖維素和醋酸纖維素凝固溶液紡制出的纖維。

本文所指的纖維素/醋酸纖維素復合絲應被理解為表示從包含纖維素和醋酸纖維素的粘稠物紡制出的細絲。

我們發現，纖維素/醋酸纖維素復合絲的生物降解性顯著大于僅包含纖維素或醋酸纖維素的等同絲。不希望受到任何這類理論的束縛，我們認為，復合物中醋酸鹽的存在可以破壞纖維素的結晶度，導致該復合物能夠比纖維素本身更快地得到降解。

按照常規，纖維素是從纖維膠鑄制或紡制成的，并且從同一混合物難以或不可能鑄制或紡制出醋酸纖維素，因為醋酸纖維素在這些條件下有水解的可能。相反，按照常規，醋酸纖維素是從丙酮鑄制或紡制成的，并且從同一混合物難以或不可能鑄制或紡制出纖維素，因為纖維素在丙酮中的溶解度受限。

然而，我們發現通過從離子型液體(IL)或從N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)鑄制或紡制纖維素和醋酸纖維素，可能形成包含這些材料的復合混合物的紡成纖維和鑄型薄膜。這類復合物的提高的生物降解性及其在纖維制造中的適用性在之前是沒有意識到的。

因此，本發明的纖維優選由從離子型液體(IL)或從N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)紡制或鑄制出的作為混合物的纖維素和醋酸纖維素纖維制成。

IL和NMMO用于溶解纖維素和其它聚合物的用途已被充分證明，例如在阿拉巴馬大學的US20050288484和US?20070006774、北卡羅來納州立大學的US20080188636以及Holbrey等的WO2005098546中。大量的離子型液體，包括前述出版物中公開的那些，適于溶解纖維素和醋酸纖維素，并適于從其鑄制成作為混合物的纖維或薄膜。合適的IL的一般類型包括基于咪唑、吡咯、噻唑或吡唑陽離子與鹵素、磷酸鹽、羧酸鹽或金屬氯化物陰離子的結合的那些IL。特別優選的IL包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(BMIM-Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸鹽(BMIM-Ac)和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(EMIM-Ac)。

從其紡制或鑄制纖維的纖維素和醋酸纖維素溶液在本文稱為粘稠物。粘稠物還可以包含非質子性溶劑如DMSO、DMF、THF或二噁烷，從而促進纖維素和/或醋酸纖維素的溶解。一種特別優選的非質子性溶劑是DMSO。

粘稠物中醋酸纖維素和纖維素的混合物還可以包含一種或多種其它熱塑性材料，例如聚羥基脂肪酸酯如PHB和/或PHVB，這些材料可以為本發明的纖維添加其它功能如防水功能。其它功能性添加劑可以包括用于功能目的的醋精、聚丙烯腈(PAN)、聚-2-羥乙基丙烯酸甲酯(PHEMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚苯胺和聚乙二醇，所述功能目的例如吸收譜的改善、降解增強(例如通過水溶性材料)以及成型性能改善，例如濕強度相關。

粘稠物中以及因此本發明的纖維中纖維素與醋酸纖維素的重量比為10∶90至90∶10，例如20∶80至80∶20或30∶70至70∶30。

通常，粘稠物包含高達約50％w/w，優選高達約40％w/w，更優選高達約30％w/w且最優選高達約20％w/w的固體含量。

本發明的纖維還可以包含一種或多種增塑劑如醋精。增塑劑可以包含在粘稠物中，或可以在紡制或鑄制之后添加，例如通過噴射在所形成的纖維表面。

本發明的纖維還可以包含促進纖維氧化降解的催化劑。合適的催化劑包括鐵和銅的氧化物以及氯化物，可以通過將復合絲浸入水溶性鐵鹽或銅鹽如硫酸鹽或氯化物中，并用氫氧化鈉或其它合適的沉淀劑處理使氧化物(優選為納米形式)沉淀于細絲上或細絲中，來將催化劑引入纖維中。