一種資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維及其制備方法，纖維的原料組成(重量份數(shù))為：聚乳酸(PLA)為30～70份，聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)為30～70份，導(dǎo)電填料為0.05～8份。導(dǎo)電纖維的制備方法，包括：(1)按配比稱取PHBV(PLA不少于50份時(shí))或PLA(PLA少于50份時(shí))和導(dǎo)電填料預(yù)混后熔融共混造粒，得PHBV或PLA的導(dǎo)電母粒；(2)按配比稱取PLA或PHBV與PHBV或PLA的導(dǎo)電母粒預(yù)混后熔融共混造粒，得復(fù)合導(dǎo)電母粒；(3)復(fù)合導(dǎo)電母粒經(jīng)紡絲——牽伸得導(dǎo)電纖維。該導(dǎo)電纖維可用作電極、抗靜電、低溫加熱、電磁屏蔽、熱敏和氣敏等材料。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及高分子材料領(lǐng)域，具體涉及資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維及其制備方法。
技術(shù)介紹
我國(guó)是纖維生產(chǎn)大國(guó)，合成纖維產(chǎn)量已連續(xù)十五年居世界第一位，纖維及其紡織品的生產(chǎn)總值占我國(guó)⑶P的10%左右，出口創(chuàng)匯占1/4，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占十分重要地位，而目前我國(guó)合成纖維的發(fā)展存在以下問(wèn)題首先，合成纖維的發(fā)展受到資源短缺的制約，合成纖維的原料90%以上依賴石油，而以現(xiàn)已探明的石油總量和消耗速度來(lái)計(jì)算，50年后纖維及其相關(guān)行業(yè)將處于“無(wú)米之炊”的狀況；其次，合成纖維的發(fā)展受到環(huán)境污染的制約，石油基化學(xué)纖維在自然界中不能降解，會(huì)帶來(lái)非常嚴(yán)重的“白色污染”，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量。因此把合成纖維產(chǎn)業(yè)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向資源可再生生物可降解材料的研究開(kāi)發(fā)至關(guān) 重要。再次，我國(guó)化纖生產(chǎn)仍以常規(guī)纖維為主，高新技術(shù)纖維開(kāi)發(fā)滯后，合成纖維產(chǎn)量占世界重量的2/3，但功能化比例不足10%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家30%以上的水平。因此，實(shí)現(xiàn)化學(xué)纖維的功能化和高性能化以提高纖維的附加值，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力符合我國(guó)化學(xué)纖維發(fā)展的需要。聚乳酸(PLA)和聚羥基脂肪酸酯(PHA)其中最重要的兩類已商業(yè)化的品種為聚(3-羥基丁酸酯)(PHB)或聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV)是兩類非常重要的資源可再生、生物可降解材料，同時(shí)它們均是熱塑性高分子材料，可經(jīng)熔融紡絲制得纖維，目前，PLA的熔融紡絲技術(shù)已成熟，PLA可望替代石油基高分子材料成為化學(xué)纖維的原料，以解決合成纖維的發(fā)展所面臨的資源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題。而針對(duì)PLA纖維的功能化的研究和開(kāi)發(fā)工作卻較少，纖維的導(dǎo)電功能化為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的開(kāi)發(fā)和研究的重點(diǎn)，因此，實(shí)現(xiàn)PLA纖維的導(dǎo)電功能化有一定的必要。到目前為止，僅德國(guó)德累斯頓高分子研究院的Petrap5tSchke用熔融紡絲的方法制得了 PCL/PLA/MWNTs導(dǎo)電纖維，所得纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別僅為22MPa和6.2%，在紡織領(lǐng)域幾乎無(wú)實(shí)用價(jià)值，另外，雖然聚己內(nèi)酯(PCL)為生物可降解高分子材料，但其資源不可再生，而PHB和PHBV資源可再生、生物可降解，且與PLA不相容，將其引入PLA中可制得完全基于資源可再生、生物可降解聚合物的導(dǎo)電纖維。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)目前化學(xué)纖維的發(fā)展所面臨的資源短缺、環(huán)境污染和功能化程度低等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出一種完全基于資源可再生、生物可降解聚合物的導(dǎo)電纖維，并公開(kāi)了其制備方法。本專利技術(shù)的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，由如下質(zhì)量配比的原料制成聚乳酸(PLA):30 70 份聚(3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯)(PHBV) : 30 70份導(dǎo)電填料0. 05 8份所述的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，其特征在于PLA的粘均分子量為6.OXlO4 3. OXlO5 ;所述的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，其特征在于PLA中右旋乳酸單元的含量為0 IOmol % ； 所述的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，其特征在于導(dǎo)電填料為炭黑(CB)、單璧碳納米管(SWCNTs)、多璧碳納米管(MWCNTs)、石墨烯(GN)、氣相納米碳纖維(VGCNFs)、硫化銅、硫化亞銅和碘化亞銅等；所述的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，其特征在于PHBV的粘均分子量為5.OXlO4 I. OXlO6 ；所述的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，其特征在于PHBV中的3-羥基戊酸酯(3-HV)結(jié)構(gòu)單元的比率為O IOOmol %，當(dāng)HV的含量為O時(shí)，PHBV即為聚(3-羥基丁酸酯)(PHB);所述的資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維的制備方法，包括如下步驟(I)預(yù)先將PLA、PHBV和導(dǎo)電填料在真空烘箱中干燥8 48h，PLA、PHBV和導(dǎo)電填料的干燥溫度分別為50 120°C、50 100°C和50 120°C ；(2)若PLA的重量份數(shù)不少于50份時(shí)，取PHBV30 50份和導(dǎo)電填料O. 05 8份投入到高速混合器中干混3 5分鐘，然后在雙螺桿共混機(jī)中共混造粒，得PHBV導(dǎo)電母粒，熔融共混溫度為160 220°C，轉(zhuǎn)速為50 150rmp，熔融共混時(shí)間為3 5分鐘；取50 70份PLA與所得的PHBV導(dǎo)電母粒投入到高速混合器中干混3 5分鐘，然后在雙螺桿共混機(jī)上共混造粒，得導(dǎo)電母粒，熔融共混溫度為160 220°C，轉(zhuǎn)速為50 150rmp，熔融共混時(shí)間為3 8分鐘。若PLA的重量份數(shù)少于50份，則取PLA30 50份和導(dǎo)電填料O. 05 8份投入到高速混合器中干混3 5分鐘，然后在雙螺桿共混機(jī)中共混造粒，得PLA導(dǎo)電母粒，熔融共混溫度為160 220°C，轉(zhuǎn)速為50 150rmp，熔融共混時(shí)間為3 5分鐘；取50 70份PHBV與所得的PLA導(dǎo)電母粒投入到高速混合器中干混3 5分鐘，然后在雙螺桿共混機(jī)上共混造粒，得導(dǎo)電母粒，熔融共混溫度為160 220°C，轉(zhuǎn)速為50 150rmp，熔融共混時(shí)間為3 8分鐘。(3)將導(dǎo)電母粒在熔融紡絲機(jī)上紡絲，得導(dǎo)電初生纖維，紡絲溫度為180 220°C，卷繞速度為1500 3000m/min ；(4)對(duì)初生纖維進(jìn)行牽伸，得導(dǎo)電纖維，牽伸溫度為80 125°C，牽伸倍數(shù)為I 6倍。有益效果(I)本專利技術(shù)用普通熔融紡絲的方法實(shí)現(xiàn)了資源可再生、生物可降解纖維的導(dǎo)電功能化，操作方便，另外，導(dǎo)電纖維的逾滲閾值低，即導(dǎo)電填料的含量少，增加了可紡性，降低了成本。所得導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電率可達(dá)2. 5S/m，斷裂強(qiáng)度為2. O 6. OcN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為 20% 80%。(2)PHBV是一種脆性材料，其實(shí)際應(yīng)用受到限制，現(xiàn)將其與PLA—起使用，做成了具有實(shí)用價(jià)值的導(dǎo)電纖維，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。具體實(shí)施方法下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本專利技術(shù)而不限制本專利技術(shù)的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本專利技術(shù)講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本專利技術(shù)各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所附權(quán)力要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例I(I)首先將PLA(右旋乳酸單元的含量為2. Omol %，粘均分子量為2. OX IO5)、PHBV (HV單元的含量為2. 5 %，粘均分子量為3. 9 X IO5)和炭黑分別在真空烘箱中干燥12小時(shí)，溫度為80°C ;取50份PHBV和4份炭黑投入到高速混合器中干混3分鐘，再在雙螺桿共混機(jī)中共混造粒，得PHBV導(dǎo)電母粒，造粒溫度為170°C，螺桿轉(zhuǎn)速為75rmp，熔融共混時(shí)間為3分鐘；取50份PLA與所得的PHBV導(dǎo)電母粒投入到高速混合器中干混3分鐘，然后在雙螺桿共混機(jī)上共混造粒，得導(dǎo)電母粒，熔融共混溫度為170°C，轉(zhuǎn)速為75rmp，熔融共混時(shí)間為8分鐘。 (2)將導(dǎo)電母粒在熔融紡絲機(jī)上紡絲，得導(dǎo)電初生纖維，紡絲溫度為190°C，卷繞速度為 1500m/min ；(3)對(duì)初生纖維進(jìn)行牽伸，得導(dǎo)電纖維，牽伸溫度為110°C，牽伸倍數(shù)為3倍。所得PLA導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電率為I. 67S/m，單絲的線密度為I. 56dtex，斷裂強(qiáng)度為2. 80cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為30. 2%。實(shí)施例2(I)首先將PLA(右旋乳酸單元的含量為2. 5mol%，粘均分子量為2. 2X IO5)、PHBV(HV單元的含量為5. 7%，粘均分子量為2. 9X IO本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種資源可再生、生物可降解導(dǎo)電纖維，由如下質(zhì)量配比的原料制成：聚乳酸(PLA)：30～70份聚(3？羥基丁酸酯？co？3？羥基戊酸酯)(PHBV)：30～70份導(dǎo)電填料：0.05～8份。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉慶生，鄧炳耀，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：