[發(fā)明專利]一種綠色炭源共聚阻燃聚乳酸纖維及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105696100B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 朱美芳;俞森龍;相恒學;周家良;周哲
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01F6/62
• 分類號: D01F6/62;C08G63/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發(fā)明屬于阻燃聚乳酸及其纖維領域，特別涉及一種綠色炭源共聚阻燃聚乳酸纖維及其制備方法。

背景技術

聚乳酸(PLA)是一種以植物淀粉為原料的線性脂肪族聚酯，因其具有良好的生物相容性、優(yōu)異的生物可降解性、突出的熔融加工性等優(yōu)勢，被認為是最具前景的生物基可降解材料之一。但是PLA與通用高分子材料一樣存在著易燃燒、熔滴嚴重的問題，限制了PLA在汽車內(nèi)飾、電子包裝等對阻燃要求較高的領域的應用。目前PLA阻燃改性主要采用物理共混改性，國家發(fā)明專利CN10831156 A公開了一種無鹵增韌阻燃PLA共混材料，其中阻燃劑的添加量高達到5～30wt％；國家發(fā)明專利CN103694657公開了一種三元復合阻燃體系阻燃聚乳酸材料及其制備方法，其中阻燃劑添加量高達4～22wt％，這些共混阻燃改性的方法存在著阻燃劑添加量過高導致PLA難以熔紡成型、所得纖維強度低、阻燃劑遷移等問題。針對阻燃PLA纖維的市場需要及其制備關鍵技術，本發(fā)明利用化學手段設計并制備了綠色炭源阻燃功能單體(FR)，然后將丙交酯(LA)與FR進行開環(huán)聚合得到綠色炭源共聚阻燃PLA(FR-PLA)，最后對FR-PLA進行熔紡成型制備阻燃性能優(yōu)異的PLA阻燃纖維。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是當前聚乳酸共混阻燃改性阻燃劑添加量大、相容性差、可紡性差等，提供一種綠色炭源共聚阻燃PLA纖維及其制備方法。該制備方法簡單，一方面解決了現(xiàn)有阻燃劑與PLA相容性差導致纖維力學性能差、難以成纖的問題；另一方面緩解了PLA易燃燒、熔滴現(xiàn)象嚴重的問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種綠色炭源共聚阻燃聚乳酸纖維的制備方法，其特征在于，包括：

第一步：制備綠色炭源阻燃改性功能單體(FR)；所述的綠色炭源為甲殼素、殼聚糖、淀粉、木質素、纖維素和生物基多酚中的一種或幾種；

第二步：在真空或惰性氣氛下，以Sn(Oct)₂為催化劑，將綠色炭源阻燃改性功能單體與丙交酯(LA)在130℃～170℃經(jīng)開環(huán)共聚反應得到綠色炭源共聚阻燃聚乳酸(FR-PLA)；

第三步：將綠色炭源共聚阻燃聚乳酸進行干燥，使其含水率≤80ppm，在200℃～240℃下熔紡成型得到綠色炭源共聚阻燃聚乳酸纖維。

優(yōu)選地，所述的綠色炭源阻燃改性功能單體的制備方法包括：取干燥的綠色炭源溶于吡啶中得到溶液S1，綠色炭源和吡啶的投料比為10-20g∶100-200ml；將三氯氧磷溶于二氯甲烷中，得到溶液S2，三氯氧磷與二氯甲烷的投料比為10-20ml∶50-100ml；將溶液S2逐滴加入到S1，形成溶液S3；將溶液S3升溫至100-130℃反應2-6h，隨后將其置于冰水浴中，經(jīng)過濾后所得固體即為綠色炭源阻燃改性功能單體(FR)，然后分別用0.1mol/L的HCL溶液和甲醇對FR進行洗滌，最后將其置于80℃進行干燥備用。

優(yōu)選地，所述的丙交酯為L型，光學純度≥99％，熔點97～99℃。

優(yōu)選地，所述的第二步中，在所述的開環(huán)共聚反應前，先將含磷離聚物共聚單體與丙交酯在60℃～80℃下干燥24小時以上除去水分，將反應容器在80℃～100℃下干燥1h以除去反應容器中的水分。

優(yōu)選地，所述的開環(huán)共聚反應的具體步驟包括：在真空或惰性氣氛下，將反應容器升溫至130℃～150℃，加入Sn(Oct)₂和丙交酯反應0.5h-2h，得到分子量達5000～20000g/mol，特性粘度為0.2～0.8dL/g的聚乳酸，升溫至150℃～170℃，加入綠色炭源阻燃改性功能單體，在機械攪拌下反應4h-8h，待所得的綠色炭源共聚阻燃聚乳酸的分子量達100000～150000g/mol，特性粘度為2～4dL/g時結束反應。

優(yōu)選地，所述的綠色炭源阻燃改性功能單體、丙交酯和Sn(Oct)₂的質量比例為：綠色炭源阻燃改性功能單體5～10份、Sn(Oct)₂0.2～0.5份和丙交酯94.8～89.5份。

優(yōu)選地，所述的綠色炭源共聚阻燃聚乳酸的分子量Mn為100000～150000g/mol，分子量分布PDI為1～3，綠色炭源阻燃改性功能單體的含量為5～10wt％，熔融溫度為150℃～190℃。

本發(fā)明還提供了采用上述的制備方法制備的綠色炭源共聚阻燃聚乳酸纖維。