[发明专利]一种助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维及其制备方法。所述制备方法包括：提供包含超高分子量聚氧化乙烯、助剂、抗氧剂与分散介质的纺丝溶液；采用湿法纺丝技术，将所述纺丝溶液注入凝固浴进行凝固定型，获得冻胶纤维，之后对所述冻胶纤维进行萃取、干燥处理，获得超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纤维，以及，将所述超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纤维与包含抗氧剂的溶液充分接触浸渍，再经热牵伸，获得助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维。本发明中的助剂可明显提高冻胶转变温度，增加冻胶纤维的结构稳定性，力学性能也明显提高；同时助剂的羟基化处理可淬灭溶液中的氧自由基，降低溶液中氧自由基的浓度，有效延缓PEO的降解。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

聚氧化乙烯(PEO)，又称聚环氧乙烷，是由环氧乙烷多相催化开环聚合而成的高分子量均聚体。PEO因其可生物降解，水溶性好且生物相容性好，而有非常广泛的应用。

PEO有较多纺丝方面的研究。公开号为CN103706335A的中国发明专利将PEO与难以静电纺丝的壳聚糖复合，成功制得可以用于砷化合物的吸附与分离的复合纳米纤维。然而，此方法制备的复合纤维强度很低(＜20MPa)，难以满足实际使用的需求。公开号为US4619988A 的美国发明专利用分子量为100万的PEO为原料，二甲苯为溶剂进行溶液纺丝。该PEO纤维的强度为0.1GPa(0.83cN/dtex)，模量为0.5GPa(4.16cN/dtex)。日本Toshito等制备了采用熔融纺丝法分子量54万的PEO纤维，其纤维强度最高达0.68cN/dtex；若原料分子量继续增加，导致加工过程中降解非常严重，反而降低了力学性能。通常，商业编织物要求纤维的强度高于0.4GPa(约2.8cN/dtex)，显然传统的聚氧化乙烯的纺丝工艺如静电纺丝，熔融纺丝和溶液纺丝所制备的PEO纤维无法满足这一要求。

冻胶纺丝法是一种制备高强纤维的常用纺丝方法。超高的分子量和较低的纺丝浓度为后续牵伸倍数的提高从而制得高强纤维提供了基础。冻胶纤维作为冻胶纺丝法的关键因素之一，其冻胶结构的稳定性对于纤维的性能具有非常重要的影响。美国Yao Donggang课题组用分子量800万的PEO为原料，分子量200的聚乙二醇为溶剂，采用冻胶纺丝法所制得的纤维强度为0.66GPa(5.5cN/dtex)。该技术方法所制备的PEO纤维强度有所提升，但由于加工过程中 PEO降解十分严重，强度与理论值相差仍较大。公开号为CN111206291A的中国发明专利使用分子量为400-1000万的超高分子量聚氧化乙烯进行冻胶纺丝，通过优化溶解条件和纺丝工艺得到分子量为100～300万，强度为5～25cN/dtex的超高分子量聚氧化乙烯纤维。但所制得的纤维的冻胶纤维较低温度下充分凝固，并在低温下储存，限制了其更广泛的应用。因此，研究如何提高PEO冻胶纤维的冻胶转变点，有利于纤维的强度提升的新纺丝体系和工艺，以更好地满足实际使用的需求是非常必要的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维及其制备方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维的制备方法，其包括：

提供包含超高分子量聚氧化乙烯、助剂、抗氧剂与分散介质的纺丝溶液，其中所述助剂包括羟基化碳纳米管、羟基化石墨烯、羟基化纤维素纳米晶、羟基化纤维素纳米纤维中的任意一种或两种以上的组合；

采用湿法纺丝技术，于50～90℃将所述纺丝溶液注入凝固浴进行凝固定型，获得冻胶纤维，之后对所述冻胶纤维进行萃取、干燥处理，获得超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纤维，其中所述凝固浴包括乙醇、丙酮、甘油、白油、己烷、庚烷中任意一种或两种以上的组合；

以及，将所述超高分子量聚氧化乙烯萃取干燥纤维与包含抗氧剂的溶液充分接触浸渍，再经热牵伸，获得助剂杂化的超高分子量聚氧化乙烯纤维。