本發(fā)明屬于生物基聚合物纖維制備，涉及一種改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法

背景技術(shù)：

1、生物基聚合物如聚乳酸(pla)或聚酰胺11(pa11)，作為一種源自可再生資源的生物基高分子材料，以其卓越的生物相容性、生物降解性以及可循環(huán)利用的特性，在醫(yī)療、包裝、紡織等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。以pla為例，這種材料的制備主要基于乳酸單體的聚合反應(yīng)，通過精確控制反應(yīng)條件，如催化劑種類、反應(yīng)溫度、壓力以及時間等，可以獲得具有特定分子量和結(jié)構(gòu)特性的聚乳酸聚合物。然而，聚乳酸的分子結(jié)構(gòu)特點，容易發(fā)生熱降解和水降解，給其熔融紡絲過程帶來了不小的挑戰(zhàn)。

2、在制備均勻性聚乳酸熔融纖維的過程中，確保纖維的均勻性、強度、熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能至關(guān)重要。這些性能不僅直接決定了纖維的使用壽命和應(yīng)用范圍，還對其后續(xù)加工和最終產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生深遠影響。因此，從原料選擇、聚合反應(yīng)條件的優(yōu)化到紡絲工藝的設(shè)計，每一個環(huán)節(jié)都需要精心策劃和嚴格控制，以最大限度地發(fā)揮聚乳酸材料的優(yōu)勢，同時克服其固有的加工難點。當(dāng)前，熔融紡絲法是制備聚乳酸等生物基聚合物纖維的主流技術(shù)。它通過將聚乳酸顆粒加熱至熔融狀態(tài)，利用高速旋轉(zhuǎn)的螺桿將熔融體擠出，并通過噴絲孔形成連續(xù)的纖維絲條。然而，聚乳酸的低結(jié)晶速率和高黏度特性，使得其熔融紡絲過程對溫度、壓力、拉伸比等參數(shù)的敏感性極高，稍有不慎便可能導(dǎo)致纖維結(jié)構(gòu)不均、強度下降或熱穩(wěn)定性不足等問題。為了克服這些技術(shù)難題，研究者們不斷探索和創(chuàng)新，從改進聚合反應(yīng)條件、優(yōu)化紡絲工藝參數(shù)，到引入新型添加劑或改性技術(shù)，以期在保持聚乳酸材料優(yōu)異性能的同時，提高其加工適應(yīng)性和纖維品質(zhì)。例如，通過選擇合適的催化劑和調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可以提高聚乳酸的分子量分布均勻性和結(jié)晶速率；通過優(yōu)化紡絲工藝參數(shù)，如降低紡絲速度、提高拉伸比等，可以顯著改善纖維的均勻性和強度；而引入增容劑或其他功能性助劑，則可以在一定程度上調(diào)節(jié)聚乳酸的熔體黏度，改善其加工性能。

3、聚乳酸作為一種熱塑性脂肪族聚酯，其獨特的分子結(jié)構(gòu)——特別是分子鏈中的酯鍵——在高溫、高濕或剪切力等不利條件下容易發(fā)生水解反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致聚乳酸分子鏈的斷裂，進而使其分子量降低，聚合物的整體性能隨之下降。在熔融紡絲過程中，聚乳酸原料被加熱至熔融狀態(tài)，并通過螺桿擠出機進行輸送和加壓。在這個過程中，螺桿的剪切作用以及熔體在擠出機內(nèi)的流動都會產(chǎn)生一定的剪切力，這些剪切力有可能導(dǎo)致聚乳酸分子鏈的進一步斷裂。此外，紡絲溫度、濕度和拉伸倍數(shù)等工藝參數(shù)的選擇和控制也對聚乳酸的降解程度有著重要影響。溫度過高會加速聚乳酸的熱降解，濕度過高則會加劇水解降解，由于聚乳酸在熔融紡絲過程中的降解，纖維的強度、韌性等物理性能會顯著下降。這種下降不僅體現(xiàn)在整體性能上，還可能呈現(xiàn)出不均勻性，即不同部位的纖維性能差異較大。降解還會導(dǎo)致纖維的橫截面形態(tài)發(fā)生變化。原本應(yīng)呈現(xiàn)近似圓形的纖維橫截面，在降解作用下可能出現(xiàn)不規(guī)則形狀、裂紋或缺口。這些形態(tài)上的變化會進一步影響纖維的物理性能和外觀質(zhì)量。在纖維的縱向上，降解可能導(dǎo)致無規(guī)律的條紋和斑點的出現(xiàn)。這些條紋和斑點通常是由于聚乳酸的非結(jié)晶部分在水、細菌、氧氣的作用下發(fā)生較快分解而形成的。它們的存在不僅影響了纖維的均勻性，還降低了纖維的美觀度和使用價值。降解還會對纖維的長度和直徑產(chǎn)生不均勻性影響。由于降解導(dǎo)致的分子鏈斷裂和性能下降，纖維在紡絲過程中可能更容易斷裂或形成短纖維。同時，由于降解程度的不同，纖維的直徑也可能出現(xiàn)波動。這種長度和直徑的不均勻性會進一步影響纖維的細度和手感，從而影響最終產(chǎn)品的品質(zhì)。

4、現(xiàn)有研究對聚乳酸等生物基聚合物熔融纖維的力學(xué)性能改性較多而對均勻性方面的研究較少。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，采用該方法可以有效提高生物基聚合物熔融纖維的均勻性。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，將生物質(zhì)聚合物切片與抗氧化劑1010按比例混合后干燥，進行熔融紡絲制備熔紡纖維，從而提高熔紡纖維條干均勻性。

4、上述技術(shù)方案中，進一步的，所述的生物基聚合物為pla、pa11中的一種或多種。

5、進一步的，生物基聚合物其切片顆粒粒徑為3-4mm，抗氧化劑1010的粒徑為100-300nm。

6、進一步的，所述的生物基聚合物與抗氧化劑1010的質(zhì)量比例為99.5-99.1：0.1-0.5。

7、進一步的，所述干燥為真空干燥，優(yōu)選為60～90℃處理12h。

8、進一步的，所述熔融紡絲是將干燥后的混合物放入熔融紡絲機中進行紡絲，經(jīng)過熔融擠出，牽伸處理后得到纖維；熔融紡絲時紡絲溫度為190-205℃，噴嘴直徑為1.0mm，擠出速度為10-20mm/min，第一導(dǎo)絲輥速度gr1為150mm/min，第二導(dǎo)絲輥速度gr2為225mm/min，收集卷繞速度為300mm/min。

9、采用本發(fā)明的方法制得的聚乳酸熔融纖維，所述制備的纖維其條干不勻率為3-5％。相對于常規(guī)方法得到聚乳酸纖維(條干不勻率通常為7-10％)，均勻性得到了極大提高。

10、本發(fā)明的中的抗氧劑1010和聚乳酸/聚酰胺11相容較好，經(jīng)過紡絲牽伸后均勻度較好，條干不勻率以及力學(xué)不勻率能夠穩(wěn)定達到3-5％，并且具有一定的力學(xué)性能。

11、本發(fā)明中所用的原料為生物基聚合物(例如聚乳酸naturework?6201d)和抗氧劑1010，利用抗氧劑對生物基聚合物降解過程中的作用：1)阻止氧化鏈反應(yīng)，抗氧劑能夠與聚乳酸等材料中產(chǎn)生的過氧化物反應(yīng)，從而終止氧化鏈反應(yīng)。這一反應(yīng)過程有效地阻止了聚乳酸等材料的進一步氧化降解，保護了材料的完整性。2)提高耐熱性能，通過添加抗氧劑，可以顯著提高聚乳酸等材料的耐熱性能。這有助于減少在高溫環(huán)境下聚乳酸等生物基聚合物的降解速率，從而延長其使用壽命。3)延緩老化過程，抗氧劑能夠延緩聚乳酸等材料的老化過程，保持其良好的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性。這對于提高聚乳酸等生物基聚合物制品的耐久性和使用壽命具有重要意義。

12、經(jīng)過抗氧劑改性后的生物基聚合物熔融纖維比原來更加均勻，并且擁有較好的纖維形態(tài)以及力學(xué)性能，使生物基聚合物制品能在更多領(lǐng)域應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，其特征在于，將生物質(zhì)聚合物切片與抗氧化劑1010按比例混合后干燥，進行熔融紡絲制備熔紡纖維，從而提高熔紡纖維條干均勻性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，其特征在于，所述的生物基聚合物為pla、pa11中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，其特征在于，生物基聚合物其切片顆粒粒徑為3-4mm，抗氧化劑1010的粒徑為100-300nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，其特征在于，所述的生物基聚合物與抗氧化劑1010的質(zhì)量比例為99.5-99.1：0.1-0.5。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，其特征在于，所述干燥為真空干燥，為60-90℃處理12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，其特征在于，所述熔融紡絲時紡絲溫度為190-205℃，噴嘴直徑為1.0mm，擠出速度為10-20mm/min，第一導(dǎo)絲輥速度gr1為150mm/min，第二導(dǎo)絲輥速度gr2為225mm/min，收集卷繞速度為300mm/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種改善生物基聚合物熔紡纖維不勻率的方法，由抗氧劑1010與生物基聚合物如聚乳酸(PLA)或生物基聚酰胺11(PA11)，按一定比例混合后進行熔融紡絲制備熔紡纖維，使紡出的熔紡纖維更加穩(wěn)定均勻。生物基聚合物在熔融的高溫下會發(fā)生降解，導(dǎo)致其分子量以及分子量分布發(fā)生變化從而影響其均勻性，本發(fā)明將生物基聚合物與抗氧劑1010混合后制備熔紡纖維更加均勻穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：馮建永,梁子健
受保護的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8