[发明专利]一种全立构复合熔融静电纺聚乳酸纤维的制备方法

说明书

本发明提供了一种全立构复合熔融静电纺聚乳酸纤维的制备方法，属于高分子材料及其制备技术领域。包括：将聚左旋乳酸和聚右旋乳酸进行熔融共混，得到复合型聚乳酸料；将复合型聚乳酸料进行熔融静电纺丝，得到全立构复合熔融静电纺聚乳酸纤维；所述熔融静电纺丝的条件包括：气流推速为0.2～5psi，纺丝电压为11～17kV，辊筒转速为500～2000rpm。通过调控纺丝参数制备出全立构复合型PLA超细纤维。在熔融静电纺丝时高压电场作用下分子链高度取向排列，经后续热处理更容易生成立构晶，且立构晶含量得到提升。所得聚乳酸纤维材料具有立构晶含量高、耐热性好的特点。

技术领域

本发明涉及高分子材料及其制备技术领域，特别是涉及一种全立构复合熔融静电纺聚乳酸纤维的制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种可生物降解的脂肪族聚酯，由玉米淀粉等可再生作物加工制造而成，聚乳酸使用后在自然环境中可降解成CO₂和H₂O，具有无毒、无刺激、绿色环保等优点，是一种极具发展潜力的环境友好型绿色高分子材料，成为近年来研究的重点。另外，聚乳酸具有良好的生物相容性和较好的热塑性加工性能，已广泛应用于塑料、服装、医疗等领域。聚乳酸经纺丝加工可得到纤维，聚乳酸纤维表面呈弱酸性，与皮肤亲和性较好，具有天然抗菌的性能；聚乳酸纤维还具有较好的滑爽性、柔软舒适、干爽透气和抗紫外线功能，并有良好的光泽弹性和膨松性，是一种极具有发展前景的可持续性纺织材料，但耐热性差，湿热环境易水解，因此也限制了其规模化应用。

聚乳酸的单体乳酸为一种手性分子，形成的聚乳酸具有聚左旋乳酸(PLLA)和聚右旋乳酸(PDLA)两种对映异构体，研究发现将聚左旋乳酸与聚右旋乳酸在一定条件下共混可形成具有特殊螺旋结构的立构复合型聚乳酸(Sc-PLA)，该Sc-PLA具有立构晶晶体，其熔点比聚乳酸均聚物晶体α晶熔点高约50℃，能改善聚乳酸的耐热性能，且表现出优异的机械性能和耐水解性能，能够大大拓宽聚乳酸的应用范围。1987年IKADAY等首次发表PLLA和PDLA共混可以形成立构复合晶体的报道，指出Sc-PLA与PLLA和PDLA的结构和性能存在明显差异。立构晶的发现为耐热PLA的改性提供了新思路。

目前制备Sc-PLA纤维的方法主要有溶液纺丝法、溶液静电纺丝法及熔融纺丝法。溶液纺丝法分为湿法纺丝和干法纺丝两种，湿法纺丝是将溶液法制得的纺丝熔液从喷丝头的细孔中压出呈细流状，然后在凝固液中固化成丝，干法纺丝是将溶液纺丝制备的纺丝溶液从喷丝孔中压出，呈细流状，然后在热空气中因溶剂声速挥发而固化成丝。PLA溶液纺丝法大多以甲苯、二氯甲烷或氯仿等作溶剂，该纺丝法的优点是在溶液中PLLA、PDLA分子易于分散均匀，容易形成立构复合结构，纺丝过程稳定。但成本高、对环境损害大、溶剂有毒且回收困难等众多因素制约了溶液纺丝制备Sc-PLA纤维的商业化进程。

溶液静电纺丝法是一种可制备超细纤维的聚合物喷射静电拉伸纺丝法，在静电场中使带电荷的高分子溶液并固化，可形成纳米级或亚微米级的纤维。但其所用溶剂有毒且回收困难等众多因素同样制约了PLA静电纺丝的商业化进程。

熔融纺丝法是将聚合物加热熔融通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的纺丝方法。相较之下，熔融纺丝法没有溶剂，直接将聚合物熔融纺丝，避免了静电纺丝法所用溶剂有毒且回收困难的问题，但是其难以将分子链分散均匀以达到形成立构复合晶体的前提条件。因此，如何在不使用溶剂的条件下将聚乳酸纺丝并获得尽量高立构晶含量的聚乳酸纤维，仍然是一个难点。

熔融静电纺丝技术作为一种新型的静电纺丝技术，无需溶剂，无溶液制备、残留溶剂去除等繁杂工艺，可以制备溶液静电纺丝技术常温下无法制备的PP、PE、PPS等超细纤维。且无溶剂挥发，原料转化率100％。纺丝效率比溶液静电纺丝至少高一个数量级，所得纤维无溶剂挥发引起的孔隙、纤维强度高。因此可以采用熔融静电纺丝法得到高立构晶含量的PLA超细纤维。

因此，开发一种新型全立构复合熔融静电纺聚乳酸纤维及其制备方法对推动聚乳酸纤维的应用具有十分重要的意义。

发明内容