[发明专利]一种P34HB纤维的制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种P34HB纤维的制备方法和应用。该P34HB纤维的制备方法，包括以下步骤：将P34HB经过干燥，使得P34HB的含水率降到100ppm以下；再经过熔融挤压、纺丝、冷却和牵伸定型，得到P34HB纤维；P34HB中的4‑羟基丁酸酯的摩尔含量为8～15％。本发明P34HB纤维的制备方法，生产工艺简单，可实现P34HB纤维的规模化工业生产，可制得拉伸断裂强度高及断裂伸长率高的纯P34HB纤维，同时具备稳定的可纺性和织造性，满足纺织品的织造要求。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种P34HB纤维的制备方法和应用。

背景技术

目前，服装用化学纤维材料主要是由石油衍生制造的涤纶(PET)，锦纶(PA)和腈纶(PAN)，生产这些纤维的原料均不可再生，而且在自然条件下难以降解。为了应对日益严重的纺织品废弃处理问题以及减少由化石原料制造的纺织材料，很有必要开发满足服装应用的生物基可降解纺织材料。现有的生物基可降解材料聚乳酸(PLA)可用于服装应用，也已逐渐产业化，PLA制造的纤维，性能较脆，手感较差，必须改性或与其他纤维混纺，而且PLA仅能在特定条件下才可以达到快速全降解，在自然土壤和海洋环境中降解缓慢。

聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)共聚物，即P34HB，是第四代可降解PHA材料，PHA是聚羟基脂肪酸酯的统称，其分子结构为线型带羟基的烷酸酯，是微生物发酵而成，与其他可降解材料相比，具有非化石制备、可海水降解的环境友好的特性。第一代PHA为聚3-羟基丁酸酯(PHB)，因材料力学性能脆并无实用价值；第二代PHA为3-羟基丁酸3-羟基戊酸共聚酯(PHBV)，在纤维材料应用中有作为共混物加入PLA，PA的应用，已经有产业化生产；第三代PHA为3-羟基丁酸3-羟基己酸共聚酯(PHBHHX)；第四代PHA为聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)共聚物。由于PHA材料容易受热降解，分解温度接近加工温度，所以难以加工成型，加工成纤维更加困难。已有相关技术将PHBHHX制备成初生纤维，主要工艺为将初生丝在10℃～50℃下二次结晶3min-3h和二次拉伸10～20倍，制得纤维的强度为50～300Mpa；但是该方法需要较长时间的低温结晶和高倍拉伸，难以进行产业化生产。目前尚未发现有将第四代PHA加工成纤维的相关技术报道。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种P34HB纤维的制备方法和应用，实现P34HB纤维的规模化工业生产，生产工艺简单，可制得拉伸断裂强度高及断裂伸长率高的P34HB纤维。

本发明的第一方面提供一种P34HB纤维的制备方法，包括以下步骤：

将P34HB经过干燥，使得P34HB的含水率降到100ppm以下；

再经过熔融挤压、纺丝、冷却和牵伸定型，得到P34HB纤维；

所述P34HB中的4-羟基丁酸酯的摩尔含量为8～15％。

P34HB是基于3-羟基丁酸酯和4-羟基丁酸酯共聚形成的高分子材料，其结构通式如下式所示：

单体3HB晶体结构规整，脆性较大，赋予材料刚性，而单体4HB具有类似橡胶性质，由于成纤聚合物为半结晶材料，材料的结晶性能赋予纤维在高分子沿取向方向排列并结晶，以便维持纤维强度，所以成纤聚合物还要有结晶度。随着4HB摩尔含量的增大，3HB的规整性被破坏，并且分子空间位阻减小，链段活动能力增强，从而结晶性能变差，因此本发明选择合适摩尔含量的4HB，以制备性能良好的纤维。另外，如上述结构通式所示，P34HB分子中有大量酯键-coo-，熔融状态下酯键在少量水分下就会发生水解生成羧酸，从而降低分子量，不利于提高纤维的强度，而且少量水分在高温熔体内部还会汽化形成气泡，这些气泡在纤维拉伸过程中由于应力集中而断裂，从而影响可纺性和初生丝的强度，因此本发明将P34HB的含水率控制在100ppm以下。