[發明專利]一種助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 202110323452.3
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113062007B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 陳鵬;何健
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: D01F6/94
• 分類號: D01F6/94;D01F1/10;D01F11/08;D01D5/06
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維及其制備方法。所述制備方法包括：提供包含超高分子量聚氧化乙烯、助劑、抗氧劑與分散介質的紡絲溶液；采用濕法紡絲技術，將所述紡絲溶液注入凝固浴進行凝固定型，獲得凍膠纖維，之后對所述凍膠纖維進行萃取、干燥處理，獲得超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纖維，以及，將所述超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纖維與包含抗氧劑的溶液充分接觸浸漬，再經熱牽伸，獲得助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維。本發明中的助劑可明顯提高凍膠轉變溫度，增加凍膠纖維的結構穩定性，力學性能也明顯提高；同時助劑的羥基化處理可淬滅溶液中的氧自由基，降低溶液中氧自由基的濃度，有效延緩PEO的降解。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維及其制備方法。

背景技術

聚氧化乙烯(PEO)，又稱聚環氧乙烷，是由環氧乙烷多相催化開環聚合而成的高分子量均聚體。PEO因其可生物降解，水溶性好且生物相容性好，而有非常廣泛的應用。

PEO有較多紡絲方面的研究。公開號為CN103706335A的中國發明專利將PEO與難以靜電紡絲的殼聚糖復合，成功制得可以用于砷化合物的吸附與分離的復合納米纖維。然而，此方法制備的復合纖維強度很低(＜20MPa)，難以滿足實際使用的需求。公開號為US4619988A 的美國發明專利用分子量為100萬的PEO為原料，二甲苯為溶劑進行溶液紡絲。該PEO纖維的強度為0.1GPa(0.83cN/dtex)，模量為0.5GPa(4.16cN/dtex)。日本Toshito等制備了采用熔融紡絲法分子量54萬的PEO纖維，其纖維強度最高達0.68cN/dtex；若原料分子量繼續增加，導致加工過程中降解非常嚴重，反而降低了力學性能。通常，商業編織物要求纖維的強度高于0.4GPa(約2.8cN/dtex)，顯然傳統的聚氧化乙烯的紡絲工藝如靜電紡絲，熔融紡絲和溶液紡絲所制備的PEO纖維無法滿足這一要求。

凍膠紡絲法是一種制備高強纖維的常用紡絲方法。超高的分子量和較低的紡絲濃度為后續牽伸倍數的提高從而制得高強纖維提供了基礎。凍膠纖維作為凍膠紡絲法的關鍵因素之一，其凍膠結構的穩定性對于纖維的性能具有非常重要的影響。美國Yao Donggang課題組用分子量800萬的PEO為原料，分子量200的聚乙二醇為溶劑，采用凍膠紡絲法所制得的纖維強度為0.66GPa(5.5cN/dtex)。該技術方法所制備的PEO纖維強度有所提升，但由于加工過程中 PEO降解十分嚴重，強度與理論值相差仍較大。公開號為CN111206291A的中國發明專利使用分子量為400-1000萬的超高分子量聚氧化乙烯進行凍膠紡絲，通過優化溶解條件和紡絲工藝得到分子量為100～300萬，強度為5～25cN/dtex的超高分子量聚氧化乙烯纖維。但所制得的纖維的凍膠纖維較低溫度下充分凝固，并在低溫下儲存，限制了其更廣泛的應用。因此，研究如何提高PEO凍膠纖維的凍膠轉變點，有利于纖維的強度提升的新紡絲體系和工藝，以更好地滿足實際使用的需求是非常必要的。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維及其制備方法，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維的制備方法，其包括：

提供包含超高分子量聚氧化乙烯、助劑、抗氧劑與分散介質的紡絲溶液，其中所述助劑包括羥基化碳納米管、羥基化石墨烯、羥基化纖維素納米晶、羥基化纖維素納米纖維中的任意一種或兩種以上的組合；

采用濕法紡絲技術，于50～90℃將所述紡絲溶液注入凝固浴進行凝固定型，獲得凍膠纖維，之后對所述凍膠纖維進行萃取、干燥處理，獲得超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纖維，其中所述凝固浴包括乙醇、丙酮、甘油、白油、己烷、庚烷中任意一種或兩種以上的組合；

以及，將所述超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纖維與包含抗氧劑的溶液充分接觸浸漬，再經熱牽伸，獲得助劑雜化的超高分子量聚氧化乙烯纖維。