[發明專利]全降解型高結晶度低吸水率聚乳酸纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 202011420737.0
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112626637B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 徐歡;崔金聲;沈寶龍;郭志君;蔡明汐;鄧燕;韓廣東;孫洪陣
• 申請（專利權）人: 浩珂科技有限公司;中國礦業大學
• 主分類號: D01F8/14
• 分類號: D01F8/14;D01F1/10
• 代理公司: 濟寧匯景知識產權代理事務所(普通合伙) 37254
• 代理人: 孫兆乾

本發明涉及一種全降解型高結晶度低吸水率聚乳酸纖維及其制備方法，屬于高性能可降解纖維與紡織領域，通過將功能母粒與聚乳酸樹脂熔體紡絲制得，其中功能母粒以載體樹脂、二氧化硅、第二填料、表面處理劑、相容劑、加工助劑為原料，通過液相研磨和高剪切均勻混煉相結合的工藝制得；本發明旨在獲得一種兼具全降解、高結晶度、高強度、高模量、低吸水率的聚乳酸纖維，且環保低成本，有利于拓展全降解型高性能纖維在功能紡織品和增強復材等領域的應用范圍。

技術領域

本發明涉及高性能可降解纖維與紡織技術領域，具體涉及一種全降解型高結晶度低吸水率聚乳酸纖維及其制備方法。

背景技術

為應對全球塑料污染危機，學術界和工業界都將研究和發展可降解高分子材料作為重要課題，以從根本上替代傳統的不可降解塑料。因此，加大新型替代材料的技術研發力度、提升可降解高分子的產品性能、擴大替代產品的應用推廣成為重點研究課題。

作為當前最具應用前景且已產業化的可降解高分子材料之一，聚乳酸(poly(lactic acid),PLA)在研究基礎、產業鏈保障、生產能耗和碳足跡、主要性能、市場應用、加工工藝等方面占據較為明顯的優勢。從目標應用領域分析，目前PLA及其改性材料基本是針對聚苯乙烯、聚乳酸和聚對苯二甲酸乙二醇酯的替代品，主要以薄膜和片材的形態應用于一次性餐具、快遞包裝袋和較短保質期的食品包裝，同時在3D打印和醫用材料等領域不斷拓展。然而，在高性能纖維等工業領域的高附加值關鍵材料技術中，為滿足高強度、高模量、低吸水率等性能要求，仍以基于傳統不可降解工程塑料(如氨綸和錦綸)的纖維材料為主。

為加快聚乳酸纖維對傳統合成纖維材料的替代化發展，開發具有良好結晶能力、高抗形變能力和高倍紡絲性能的聚乳酸材料成為了一大挑戰和熱點課題。通常，學術界將左旋聚乳酸與昂貴的右旋聚乳酸共混形成立構復合晶，以提高聚乳酸材料的結晶能力，不僅造成聚乳酸加工性能的下降，也推高了材料成本，對產品應用推廣產生不利影響：

1.右旋聚乳酸損害加工性能或成本控制：雖然添加右旋聚乳酸能夠顯著提高左旋聚乳酸的成核與結晶能力，但會造成聚乳酸材料加工性能的下降，推升材料成本，反而成為阻礙聚乳酸纖維生產及其應用的主要障礙；

2.普通成核劑難以獲得材料高性能化：常規添加普通的微米級/納米級滑石粉或云母粉可以提高聚乳酸的成核能力，賦予聚乳酸纖維一定的增強效果；但填料在基體中易產生團聚，造成纖維材料的加工困難或質量缺陷，也往往會成為聚乳酸纖維的應力集中破壞點，因而大幅度損害纖維的力學性能；

3.基于通用設備的加工性能差：引入成核劑等填料或玻纖等增強相，對生產環境或加工設備有較大損害，同時影響環境，難以實現低成本、可持續的生產供應。

因此，針對高性能可降解纖維技術開發對聚乳酸材料提出的更高要求，亟需以工業化新方法生產高性能纖維用低成本改性聚乳酸材料，從而保障諸多領域對高性能可降解纖維材料的應用需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術不可降解合成纖維材料技術中存在的上述不足，提供一種全降解型高結晶度低吸水率聚乳酸纖維及其制備方法，利用官能化高分散二氧化硅和第二填料協同增強聚乳酸纖維，使之兼具高結晶度、高強度、高模量、低吸水率，同時又能夠保持聚乳酸材料的加工性能及成本控制，避免了聚乳酸纖維的應力集中破壞，且避免了對環境及加工設備的損害。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：全降解型高結晶度低吸水率聚乳酸纖維，其特征在于，通過將功能母粒與聚乳酸樹脂按一定比例攪拌均勻，經熔體紡絲工藝制得，所述功能母粒包括以下組分及其重量份：

所述載體樹脂為聚乳酸、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)、聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)中的至少一種。

進一步的，所述功能母粒與聚乳酸樹脂的質量比為1:99-10:90。