一种PLA-PHA并列复合弹性纤维及其制备方法

本发明属于复合弹性纤维领域，具体涉及一种pla-pha并列复合弹性纤维及其制备方法。

背景技术：

1、双组分并列型复合弹性纤维是由两种相容性良好且热收缩性能差异较大的聚合物构成的纤维。纤维受热后，由于双组分热收缩率的不同会形成永久性螺旋状三维立体卷曲结构，从而赋予纤维良好的卷曲弹性和弹性回复性能，且在舒适性、染色性、织造性等方面满足大多数面料的需求，不仅解决了传统氨纶不易染色，弹力过剩，织造复杂及使用过程中易老化等诸多问题，且无需经过包芯纱处理可直接上机织造。

2、目前，并列复合弹性纤维开发过程中多以聚对苯二甲酸乙二醇酯 (pet)/ 聚对苯二甲酸丙二醇酯 (ptt)、高低黏聚酯、聚丙烯/聚酰胺6、聚丙烯/乙烯辛烯共聚物等不同的石油基材料组合为主。然而，石油基聚合物在资源利用以及环境保护等方面存在一定的挑战。

3、近年来，绿色低碳功能是纤维材料发展的主流趋势。聚乳酸（pla）及聚羟基脂肪酸酯（pha）材料以其生物基来源且可生物降解等特性在设计并列复合弹性纤维方面具有无可比拟的优势。聚乳酸的玻璃化转变温度通常在55~60℃左右，而聚羟基脂肪酸酯的玻璃化转变温度通常在-20℃~10℃左右，两者聚合物玻璃化转变温度差异大，复合纤维热处理后能够存在明显的热收缩性能差异，理论上有助于纤维形成良好的卷曲结构。然而，聚羟基脂肪酸酯聚合物热加工窗口窄，在加工过程中容易受热降解，导致熔体强度下降，纺丝断头、毛丝现象严重。同时，聚乳酸与聚羟基脂肪酸酯两个聚合物并不是完全热力学混溶材料，在一定程度上会降低复合纤维两组分界面间的结合力，影响组分间的不对称应力传递，使纤维卷曲性能下降。

4、因此，如果提高pla-pha复合纤维成形性能的基础上，进一步强化其卷曲的形成是一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种pla-pha并列复合弹性纤维及其制备方法，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：

4、先将pla与聚倍半硅氧烷按照（7-8）：（2-3）的质量比在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒得到母粒，再将所述母粒与pla熔融混合得到组分a；

5、将pha经过双端环氧基硅氧烷扩链改性后与pla熔融混合得到组分b；

6、将组分a和组分b经复合纺丝制备得到并列复合弹性纤维。

7、进一步地，所述组分a中，pla与聚倍半硅氧烷的质量比为（97-99.5）：（0.5-3）。

8、进一步地，所述组分b中，扩链改性后的pha与pla的质量比为：（25-75）：（25-75）。

9、进一步地，所述扩链改性后的pha中，pha与双端环氧基硅氧烷的质量比为（97.5-99.5）：（0.5-2.5）。

10、进一步地，在复合纺丝过程中，所述组分a与所述组分b的质量比为（20-80）：（20-80）。

11、进一步地，所述pla的数均分子量为200000~300000g/mol，所述pha的数均分子量为150000~300000g/mol。

12、进一步地，所述聚倍半硅氧烷为：七异丁基三硅醇笼状聚倍半硅氧烷、七辛基三硅醇笼状聚倍半硅氧烷、七十二烷基三硅醇笼状聚倍半硅氧烷、八甲基笼状聚倍半硅氧烷以及八(异丁基倍半硅氧烷)中的一种或多种。

13、进一步地，所述pha为聚（3-羟基丁酸酯）、聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯)、聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯)、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)中的一种。

14、进一步地，所述双端环氧基硅氧烷为二[2-(3,4-环氧环己基)乙基]六甲基三硅氧烷、1,1,3,3-四甲基-1,3二[3-(环氧乙基甲氧基)丙基]二硅氧烷、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,5-双(环氧丙氧丙基)-3-苯基-1,1,3,5,5-五甲基三硅氧烷中的一种或多种。

15、一种pla-pha并列复合弹性纤维，使用上述的pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法制备。

16、本发明的有益效果：

17、1、本发明采用的双端环氧基硅氧烷对pha进行扩链，一方面对pha造粒过程中的降解的分子链进行“动态修复”，提高其熔体强度；同时，在纺丝熔融过程中，硅氧烷链段可以起到内润滑的作用提高熔体的流动性，可以降低其加工温度，进一步减少pha的热降解，保证必要的可纺性。

18、2、本发明采用pla与扩链改性的pha组分共混通过非均相流动控制构建梯度分布结构，而另一组分中聚乳酸组分内引入聚倍半硅氧烷提高其熔体流动性且能够在纤维成形中促进成核结晶。这种结构不仅有利于复合纤维形成良好的宏观界面结构，且能够增加组分间微观结构的差异，增加复合纤维径向不对称应力大小，促进纤维卷曲。

19、3、本发明的pla/pha并列复合纤维具有生物基、可生物降解的特点，且具有良好的弹性、力学性能等，制备方法简便，符合绿色低碳纤维的发展需求，在服装、家纺等领域应用前景广泛。

技术特征：

1.一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述组分a中，pla与聚倍半硅氧烷的质量比为（97-99.5）：（0.5-3）。

3.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述组分b中，扩链改性后的pha与pla的质量比为：（25-75）：（25-75）。

4.根据权利要求3所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述扩链改性后的pha中，pha与双端环氧基硅氧烷的质量比为（97.5-99.5）：（0.5-2.5）。

5.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，在复合纺丝过程中，所述组分a与所述组分b的质量比为（20-80）：（20-80）。

6.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述pla的数均分子量为200000~300000g/mol，所述pha的数均分子量为150000~300000g/mol。

7.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述聚倍半硅氧烷为：七异丁基三硅醇笼状聚倍半硅氧烷、七辛基三硅醇笼状聚倍半硅氧烷、七十二烷基三硅醇笼状聚倍半硅氧烷、八甲基笼状聚倍半硅氧烷以及八(异丁基倍半硅氧烷)中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述pha为聚（3-羟基丁酸酯）、聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯)、聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯)、聚(3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯)中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述双端环氧基硅氧烷为二[2-(3,4-环氧环己基)乙基]六甲基三硅氧烷、1,1,3,3-四甲基-1,3二[3-(环氧乙基甲氧基)丙基]二硅氧烷、1,3-双[2-(3,4-环氧环己基)乙基]四甲基二硅氧烷、1,5-双(环氧丙氧丙基)-3-苯基-1,1,3,5,5-五甲基三硅氧烷中的一种或多种。

10.一种pla-pha并列复合弹性纤维，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的pla-pha并列复合弹性纤维的制备方法制备。

技术总结本发明公开一种PLA‑PHA并列复合弹性纤维及其制备方法，属于复合弹性纤维领域；制备方法包括：先将PLA与聚倍半硅氧烷在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒得到母粒，再将母粒与PLA熔融混合得到组分A；将PHA经过双端环氧基硅氧烷扩链改性后与PLA熔融混合得到组分B；将组分A和组分B经复合纺丝制备得到并列复合弹性纤维；PHA经过双端环氧基硅氧烷扩链后，可增加其相对分子质量，提高熔体强度；同时，硅氧烷链段可以起到内润滑的作用提高熔体的流动性，可以降低其加工温度，进一步减少PHA的热降解，保证必要的可纺性。此外，组分A中引入聚倍半硅氧烷提高PLA熔体流动性，降低与组分B的粘度差异，保证复合纤维形成良好的界面结构，奠定了纤维卷曲形成的宏观结构基础；同时，组分A中聚倍半硅氧烷可以促进PLA的成核结晶，且组分B中PLA与扩链改性的PHA组分共混通过非均相流动控制可构建梯度分布结构，增加了复合纤维中径向微观结构的差异，有利于促进纤维卷曲的形成。技术研发人员：于金超,白洪昕,孙立召,郑鹏程,管叙君,潘志娟受保护的技术使用者：苏州大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16