專利名稱：一種光-生物可降解丙綸纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紡織品領(lǐng)域的一種光-生物可降解丙綸纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
光-生物可降解丙綸纖維是指纖維無論暴露在空氣中還是深埋在土壤里都能夠降解的丙纟侖纖維，其屬于一種環(huán)境友好型材料。目前的光-生物可降解丙綸纖維分為共聚型可降解丙綸纖維和添加劑型可降解丙綸纖維。共聚型可降解丙綸纖維將適當(dāng)?shù)墓饷舾谢鶊F(tuán)，比如羰基，通過共聚的方式引入聚丙綸纖維的分子鏈中。Ecolyte纖維就是丙烯、氯乙烯、苯乙烯和乙烯基酮的共聚物，其不僅具有光可降解的特性，并且通過調(diào)節(jié)分子鏈中乙烯基酮的含量來控制光降解的時(shí)間。添加劑型可降解丙綸纖維，是將光敏物質(zhì)與PP切片共混紡絲，或者將光敏物質(zhì)二氧化鈦等涂在丙綸織物的內(nèi)表面來實(shí)現(xiàn)的。目前，添加劑型可降解丙綸纖維中添加的羧甲基淀粉(CMS)和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)均生物可降解，同時(shí)分子結(jié)構(gòu)中都含有羰基，羰基是光敏感基團(tuán)，可引發(fā)光降解。光-生物可降解丙綸纖維既要求在廢棄后具有良好的光-生物可降解性，又要求在使用過程中保持良好的使用性能。但是滿足上述要求的光-生物可降解丙綸纖維目前很少報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光-生物可降解丙綸纖維及其制備方法，該丙綸纖維能在使用期間保持良好的抗老化性能，保持使用性能不下降，在丙綸纖維廢棄后，又能在陽光或微生物的作用下即使降解，從而保護(hù)了環(huán)境。實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是一種光-生物可降解丙綸纖維，包括纖維本體，以及在所述纖維本體內(nèi)均勻分布的抗老化劑粉末以及均勻涂覆在所述纖維本體表面的光-生物降解劑微膠囊。進(jìn)一步的，所述抗老化劑粉末是通過將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮和含鎳的金屬有機(jī)化合物混合并煅燒制備得到的。進(jìn)一步的，所述光-生物降解劑微膠囊的囊芯為3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯和羧甲基淀粉的共混物，囊殼為脲醛樹脂。實(shí)現(xiàn)上述目的的一種技術(shù)方案是.一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，包括下列步驟抗老化劑制備步驟，制備抗老劑粉末；光-生物降解劑制備步驟制備光-生物降解劑粉末；光-生物降解劑微膠囊制備步驟制備光-生物降解劑微膠囊；紡絲步驟將抗老化劑和纖維級(jí)聚丙烯切片在螺桿擠出機(jī)內(nèi)熔融共混，擠出抗老化劑粉末在纖維本體內(nèi)均勻分布的丙綸纖維后，再對(duì)丙綸纖維表面均勻涂覆光-生物降解劑微膠囊，得到光-生物可降解丙綸纖維。
進(jìn)一步的，抗老化劑制備步驟中，將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮、含鎳的金屬有機(jī)化合物按照質(zhì)量比6. O :3. O 4. O :1. O 2. O :1. O進(jìn)行配料、混合后，在1300 1500°C下進(jìn)行煅燒，并在冷卻后進(jìn)行粉碎，得到抗老化劑粉末。進(jìn)一步的，光-生物降解劑制備步驟中，光-生物降解劑制備步驟中，在造粒機(jī)內(nèi)進(jìn)行3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯與羧甲基淀粉的熔融共混和造粒，得到羧甲基淀粉和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯共混物的顆粒，再對(duì)羧甲基淀粉和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯共混物的顆粒進(jìn)行粉碎，得到光-生物降解劑粉末。再進(jìn)一步的，進(jìn)行3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯與羧甲基淀粉的熔融共混前，采用甲基丙烯酸縮水甘油酯對(duì)羧甲基淀粉進(jìn)行接枝改性。進(jìn)一步的，光-生物降解劑微膠囊制備步驟中，先制備脲-甲醛預(yù)聚物，再配制微膠囊乳液，再把光-生物降解劑粉末、脲-甲醛預(yù)聚物、催化劑加入微膠囊乳液中，制得光-生物降解劑微膠囊的乳膠顆粒，然后對(duì)光-生物降解劑的乳膠顆粒進(jìn)行破乳、過濾和干燥，得到光-生物降解劑微膠囊。進(jìn)一步的，紡絲步驟中，先將抗老化劑粉末和纖維級(jí)的聚丙烯切片在螺桿擠出機(jī)內(nèi)熔融共混，再?gòu)穆輻U擠出機(jī)的噴絲空中擠出抗老化劑粉末在纖維本體內(nèi)均勻分布的丙綸纖維，再將所述丙綸纖維浸潰到裝有光-生物降解劑微膠囊水溶液的溶液槽中，將光-生物降解劑微膠囊涂覆在所述丙綸纖維的表面，最后進(jìn)行上油、熱定型和干燥，得到光-生物可降解丙綸纖維。采用了本發(fā)明的一種光-生物可降解丙綸纖維的技術(shù)方案，即在一種包括在所述纖維本體內(nèi)均勻分布的抗老化劑粉末以及均勻涂覆在所述纖維本體表面的光-生物降解劑微膠囊的光-生物可降解丙綸纖維的技術(shù)方案，其技術(shù)效果是丙綸纖維能在使用期間保持良好的抗老化性能，保持使用性能不下降，在丙綸纖維廢棄后，又能在陽光或微生物的作用下及時(shí)降解，從而保護(hù)了環(huán)境。該丙綸纖維的制備步驟包括抗老化劑制備步驟，制備抗老劑粉末，光-生物降解劑制備步驟；光-生物降解劑微膠囊制備步驟和紡絲步驟。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過具體地實(shí)施例，進(jìn)行詳細(xì)地說明實(shí)施例I :光-生物可降解丙綸纖維的制備包括下列步驟抗老化劑的制備步驟將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮、含鎳的金屬有機(jī)化合物按質(zhì)量比6. O :3. O :2. O :1. 0，在振動(dòng)式混合機(jī)中混合均勻，振動(dòng)式混合機(jī)的振動(dòng)頻率為40Hz 60Hz,混合時(shí)間為40 60min,然后用模壓模具壓制成模壓塊,并置于剛玉i甘禍中在1400°C煅燒2 3h，待模壓塊冷卻后，將模壓塊粉碎成粒徑小于15 μ m的粉末，得到抗老劑粉末?？估匣瘎┓勰┲械拟伜玩?，均可吸收空氣中的自由基，防止丙綸纖維在自由基降解機(jī)理的作用下發(fā)生降解。本實(shí)施例中，石墨是選用青島星遠(yuǎn)石墨乳有限公司的O. 5μπι特種石墨，使用該種石墨有利于延長(zhǎng)抗老化劑的壽命。本實(shí)施例中，可選的含鎳有機(jī)化合物包括三吩嗪鎳、二茂鎳以及鎳有機(jī)金屬鹽等。
光-生物降解劑制備步驟將羧甲基淀粉(CMS)和甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)按質(zhì)量比5 10 :1，加入在混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔融，混合機(jī)的溫度為170°C，混合機(jī)攪拌的速度為30r/min，反應(yīng)時(shí)間為2至5min,使甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝到羧甲基淀粉的分子鏈上，完成對(duì)羧甲基淀粉的接枝改性，降低羧甲基淀粉(CMS )的親水性。在造粒機(jī)內(nèi)將3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)與接枝改性后的羧甲基淀粉(CMS)進(jìn)行熔融共混和造粒，造粒機(jī)內(nèi)3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)與接枝改性后的羧甲基淀粉(CMS)的質(zhì)量之比為I ;1，造粒機(jī)的溫度為170°C，熔融共混的時(shí)間為5至lOmin，得到羧甲基淀粉(CMS)和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)共混物的顆粒。羧甲基淀粉(CMS)和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)共混物的顆粒粉碎成為粒徑小于10 μ m的光-生物降解劑粉末。由于3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)是疏水性高分子材料，羧甲基淀粉(CMS)是親水性的高分子材料，兩者相容性差，為了能將PHBV和CMS共混，對(duì)CMS進(jìn)行接枝改性處理，改善PHBV和CMS之間的相容性。本實(shí)施例中采用的混合機(jī)是由Haake Rheomix公司生產(chǎn)的。微膠囊制備步驟以光-生物降解劑制備步驟制備得到的光-生物降解劑粉末為囊芯，以脲醛樹脂為囊殼，制備光-生物降解劑微膠囊。本實(shí)施例中，微膠囊制備采用預(yù)聚體法進(jìn)行制備的，其具體過程為將尿素加入福爾馬林溶液中，加入氫氧化鈉，將溶液pH值調(diào)節(jié)至8. O，反應(yīng)lh，得到脲-甲醛預(yù)聚物，尿素與福爾馬林溶液中甲醛的摩爾比為I比1.8。將乳化劑十二烷基苯磺酸鈉加入溫度為30 40°C的蒸餾水中，在乳化剪切機(jī)中攪拌，攪拌速率為7500 9000r/min，攪拌時(shí)間為5 IOmin,得到用于制備光-生物降解劑微膠囊的微膠囊乳液。該步驟中，蒸餾水和十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量之比為100 150 I，乳化剪切機(jī)采用的是HaakeRheomix公司生產(chǎn)LXJ- II型乳化剪切機(jī)。在微膠囊乳液中依次加入光-生物降解劑粉末、脲-甲醛預(yù)聚物和催化劑，在乳化剪切機(jī)中，以7500 9000r/min的攪拌速率，繼續(xù)攪拌10 20min后，升溫至80 90°C繼續(xù)攪拌Ih I. 5h，對(duì)乳化剪切機(jī)內(nèi)的固相進(jìn)行固化，乳化剪切機(jī)內(nèi)的固相即為光-生物降解劑微膠囊的乳膠顆粒。該步驟中，微膠囊乳液、光-生物降解劑粉末、脲-甲醛預(yù)聚物和催化劑的質(zhì)量比為100 10 10 :0. I。該步驟中，催化劑優(yōu)選氯化銨，也可選用甲酸、檸檬酸、磷酸銨等。在乳化剪切機(jī)加入NaOH溶液，將乳化剪切機(jī)內(nèi)的pH值調(diào)節(jié)至7，對(duì)光-生物降解劑乳膠顆粒進(jìn)行破乳。待乳化剪切機(jī)內(nèi)的反應(yīng)物冷卻后，濾去乳化剪切機(jī)內(nèi)的液相，對(duì)乳化剪切機(jī)內(nèi)的固相進(jìn)行干燥，干燥的溫度為60 80°C，得到粒徑為10 20 μ m光-生物降解劑微膠囊。當(dāng)然，也可采用其他方法，如一步法、原位聚合法等制備光-生物降解劑微膠囊。這些微膠囊的囊殼在光-生物可降解丙綸纖維達(dá)到使用年限后會(huì)逐漸自行破裂，包覆在囊殼內(nèi)的光-生物降解劑粉末緩慢釋放，促進(jìn)光-生物可降解丙綸纖維降解過程，使光-生物可降解丙綸纖維降解成為能被自然界吸收的羥酸，對(duì)環(huán)境不造成污染。
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紡絲步驟將纖維級(jí)聚丙烯切片和抗老化劑粉末在螺桿擠出機(jī)內(nèi)熔融共混后，從螺桿擠出機(jī)的噴絲孔噴出抗老化劑粉末在纖維本體內(nèi)均勻分布的丙綸纖維，噴絲的速度為360m/min，同時(shí)通過側(cè)風(fēng)發(fā)生裝置對(duì)從螺桿擠出機(jī)內(nèi)擠出的丙綸纖維進(jìn)行側(cè)風(fēng)固化，側(cè)風(fēng)的溫度為15°C，風(fēng)速O. 3m/s，通過牽伸變形機(jī)對(duì)該丙綸纖維進(jìn)行牽伸。該步驟中采用的是上?；C(jī)械四廠SHL-35雙螺桿擠出機(jī)，側(cè)風(fēng)發(fā)生裝置為S. T. P公司的RA65型側(cè)風(fēng)發(fā)生機(jī)，選用的纖維級(jí)聚丙烯切片，黏均分子量為19萬，分子量分布系數(shù)< 6，含水率< O. 1%。由于聚丙烯熔體黏度高，紡絲過程中易結(jié)晶，牽伸變形機(jī)給予卷繞應(yīng)力大應(yīng)大于
5.OMPa，螺桿擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行熔融共混的溫度應(yīng)在240 255°C。螺桿擠出機(jī)擠出的丙綸纖維在裝有光-生物降解劑微膠囊水溶液的溶液槽中進(jìn)行浸潰處理，將光-生物降解劑微膠囊均勻涂覆在所述丙綸纖維的表面，在光-生物降解劑微膠囊水溶液中，光-生物降解劑微膠囊的含量為2. 5 X IO6 IO7個(gè)/L。對(duì)涂覆有光-生物降解劑微膠囊的丙綸纖維進(jìn)行上油、熱定型和干燥，得到光-生物可降解丙綸纖維。熱定型的溫度為100°c。實(shí)施例2 抗老化劑的制備步驟將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮、含鎳的金屬有機(jī)化合物按質(zhì)量比6. O :4. O :1. O :1. 0，在振動(dòng)式混合機(jī)中混合均勻，振動(dòng)式混合機(jī)的振動(dòng)頻率為40Hz 60Hz,混合時(shí)間為40 60min,然后用模壓模具壓制成模壓塊,并置于剛玉i甘禍中在1300°C煅燒2 3h，待模壓塊冷卻后，將模壓塊粉碎成粒徑小于15 μ m的粉末，得到抗老劑粉末?？估匣瘎┓勰┲械拟伜玩?，均可吸收空氣中的自由基，防止丙綸纖維在自由基降解機(jī)理的作用下發(fā)生降解。光-生物降解劑制備步驟混合機(jī)內(nèi)3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)與接枝改性后的羧甲基淀粉(CMS)的質(zhì)量之比為2 :1，其余同實(shí)施例I。微膠囊制備步驟同實(shí)施例I。紡絲步驟同實(shí)施例I。實(shí)施例3 抗老化劑的制備步驟將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮、含鎳的金屬有機(jī)化合物按質(zhì)量比6. O :3. O :2. O :1. 0，在振動(dòng)式混合機(jī)中混合均勻，振動(dòng)式混合機(jī)的振動(dòng)頻率為40Hz 60Hz,混合時(shí)間為40 60min,然后用模壓模具壓制成模壓塊,并置于剛玉i甘禍中在1500°C煅燒2 3h，待模壓塊冷卻后，將模壓塊粉碎成粒徑小于15 μ m的粉末，得到抗老劑粉末?？估匣瘎┓勰┲械拟伜玩?，均可吸收空氣中的自由基，防止丙綸纖維在自由基降解機(jī)理的作用下發(fā)生降解。光-生物降解劑制備步驟混合機(jī)內(nèi)3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯(PHBV)與接枝改性后的羧甲基淀粉(CMS)的質(zhì)量之比為I :3，其余同實(shí)施例I。微膠囊制備步驟同實(shí)施例I。紡絲步驟同實(shí)施例I。上述實(shí)施例的方法制得的光-生物可降解丙綸纖維，既考慮光-生物可降解丙綸纖維的抗老化性，丙綸纖維在使用期間，通過纖維本體內(nèi)的抗老化劑的作用，而具有一定的抗老化性，同時(shí)，光-生物降解劑微膠囊的囊殼具有一定的抗老化性，光-生物降解劑不至于因?yàn)槟覛ぬ崆捌屏讯嵩玑尫?；同時(shí)，丙綸纖維廢棄后，光-生物降解劑微膠囊的囊殼老化破裂，光-生物降解劑釋放，引起丙綸纖維的降解，丙綸纖維降解成為能被自然界吸收的羥酸，對(duì)環(huán)境不造成污染。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明的，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光-生物可降解丙綸纖維，包括纖維本體，其特征在于 所述光-生物可降解丙綸纖維還包括在所述纖維本體內(nèi)均勻分布的抗老化劑粉末以及均勻涂覆在所述纖維本體表面的光-生物降解劑微膠囊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光-生物可降解丙綸纖維，其特征在于所述抗老化劑粉末是通過將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮和含鎳的金屬有機(jī)化合物混合并煅燒制備得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光-生物可降解丙綸纖維，其特征在于所述光-生物降解劑微膠囊的囊芯為3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯和羧甲基淀粉的共混物，囊殼為脲醛樹脂。
4.一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，包括下列步驟 抗老化劑制備步驟，制備抗老劑粉末， 光-生物降解劑制備步驟制備光-生物降解劑粉末； 光-生物降解劑微膠囊制備步驟制備光-生物降解劑微膠囊； 紡絲步驟將抗老化劑和纖維級(jí)聚丙烯切片在螺桿擠出機(jī)內(nèi)熔融共混，擠出抗老化劑粉末在纖維本體內(nèi)均勻分布的丙綸纖維后，再對(duì)丙綸纖維表面均勻涂覆光-生物降解劑微膠囊，得到光-生物可降解丙綸纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，其特征在于抗老化劑制備步驟中，將納米二氧化鈦、石墨、羥基二苯甲酮、含鎳的金屬有機(jī)化合物按照質(zhì)量比6. O :3. O 4. O :1. O 2. O :1. O進(jìn)行配料、混合后，在1300 1500°C下進(jìn)行煅燒，并在冷卻后進(jìn)行粉碎，得到抗老化劑粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，其特征在于光-生物降解劑制備步驟中，在造粒機(jī)內(nèi)進(jìn)行3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯與羧甲基淀粉的熔融共混和造粒，得到羧甲基淀粉和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯共混物的顆粒，再對(duì)羧甲基淀粉和3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯共混物的顆粒進(jìn)行粉碎，得到光-生物降解劑粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，其特征在于進(jìn)行3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯與羧甲基淀粉的熔融共混前，采用甲基丙烯酸縮水甘油酯對(duì)羧甲基淀粉進(jìn)行接枝改性。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，其特征在于光-生物降解劑微膠囊制備步驟中，先制備脲-甲醛預(yù)聚物，再配制微膠囊乳液，再把光-生物降解劑粉末、脲-甲醛預(yù)聚物、催化劑加入微膠囊乳液中，制得光-生物降解劑微膠囊的乳膠顆粒，然后對(duì)光-生物降解劑的乳膠顆粒進(jìn)行破乳、過濾和干燥，得到光-生物降解劑微膠囊。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，其特征在于紡絲步驟中，先將抗老化劑粉末和纖維級(jí)的聚丙烯切片在螺桿擠出機(jī)內(nèi)熔融共混，再?gòu)穆輻U擠出機(jī)的噴絲孔中擠出抗老化劑粉末在纖維本體內(nèi)均勻分布的丙綸纖維，再將所述丙綸纖維浸潰到裝有光-生物降解劑微膠囊水溶液的溶液槽中，將光-生物降解劑微膠囊均勻涂覆在所述丙綸纖維的表面，最后進(jìn)行上油、熱定型和干燥，得到光-生物可降解丙綸纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了紡織品領(lǐng)域的一種光-生物可降解丙綸纖維，包括纖維本體，在所述纖維本體內(nèi)均勻分布的抗老化劑粉末以及均勻涂覆在所述纖維本體表面的光-生物降解劑微膠囊，其技術(shù)效果是在其使用期間具有良好的抗老化性能，在其廢棄后，能在陽光和土壤中微生物的作用下降解。本發(fā)明還公開了一種光-生物可降解丙綸纖維的制備方法，包括抗老化劑制備步驟，制備抗老化劑粉末；光-生物降解劑制備步驟制備光-生物降解劑粉末；光-生物降解劑微膠囊制備步驟制備光-生物降解劑微膠囊；紡絲步驟將抗老化劑和纖維級(jí)聚丙烯切片在螺桿擠出機(jī)內(nèi)熔融共混，擠出丙綸纖維，再對(duì)丙綸纖維表面均勻涂覆光-生物降解劑微膠囊，得到光-生物可降解丙綸纖維。
文檔編號(hào)D06M101/20GK102926217SQ20121051033
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者梁彥, 李國(guó)強(qiáng), 林錦順, 謝其成 申請(qǐng)人:上海洋帆實(shí)業(yè)有限公司