[发明专利]一种绿色炭源共聚阻燃聚乳酸纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃聚乳酸及其纤维领域，特别涉及一种绿色炭源共聚阻燃聚乳酸纤维及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种以植物淀粉为原料的线性脂肪族聚酯，因其具有良好的生物相容性、优异的生物可降解性、突出的熔融加工性等优势，被认为是最具前景的生物基可降解材料之一。但是PLA与通用高分子材料一样存在着易燃烧、熔滴严重的问题，限制了PLA在汽车内饰、电子包装等对阻燃要求较高的领域的应用。目前PLA阻燃改性主要采用物理共混改性，国家发明专利CN10831156 A公开了一种无卤增韧阻燃PLA共混材料，其中阻燃剂的添加量高达到5～30wt％；国家发明专利CN103694657公开了一种三元复合阻燃体系阻燃聚乳酸材料及其制备方法，其中阻燃剂添加量高达4～22wt％，这些共混阻燃改性的方法存在着阻燃剂添加量过高导致PLA难以熔纺成型、所得纤维强度低、阻燃剂迁移等问题。针对阻燃PLA纤维的市场需要及其制备关键技术，本发明利用化学手段设计并制备了绿色炭源阻燃功能单体(FR)，然后将丙交酯(LA)与FR进行开环聚合得到绿色炭源共聚阻燃PLA(FR-PLA)，最后对FR-PLA进行熔纺成型制备阻燃性能优异的PLA阻燃纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是当前聚乳酸共混阻燃改性阻燃剂添加量大、相容性差、可纺性差等，提供一种绿色炭源共聚阻燃PLA纤维及其制备方法。该制备方法简单，一方面解决了现有阻燃剂与PLA相容性差导致纤维力学性能差、难以成纤的问题；另一方面缓解了PLA易燃烧、熔滴现象严重的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种绿色炭源共聚阻燃聚乳酸纤维的制备方法，其特征在于，包括：

第一步：制备绿色炭源阻燃改性功能单体(FR)；所述的绿色炭源为甲壳素、壳聚糖、淀粉、木质素、纤维素和生物基多酚中的一种或几种；

第二步：在真空或惰性气氛下，以Sn(Oct)₂为催化剂，将绿色炭源阻燃改性功能单体与丙交酯(LA)在130℃～170℃经开环共聚反应得到绿色炭源共聚阻燃聚乳酸(FR-PLA)；

第三步：将绿色炭源共聚阻燃聚乳酸进行干燥，使其含水率≤80ppm，在200℃～240℃下熔纺成型得到绿色炭源共聚阻燃聚乳酸纤维。

优选地，所述的绿色炭源阻燃改性功能单体的制备方法包括：取干燥的绿色炭源溶于吡啶中得到溶液S1，绿色炭源和吡啶的投料比为10-20g∶100-200ml；将三氯氧磷溶于二氯甲烷中，得到溶液S2，三氯氧磷与二氯甲烷的投料比为10-20ml∶50-100ml；将溶液S2逐滴加入到S1，形成溶液S3；将溶液S3升温至100-130℃反应2-6h，随后将其置于冰水浴中，经过滤后所得固体即为绿色炭源阻燃改性功能单体(FR)，然后分别用0.1mol/L的HCL溶液和甲醇对FR进行洗涤，最后将其置于80℃进行干燥备用。

优选地，所述的丙交酯为L型，光学纯度≥99％，熔点97～99℃。

优选地，所述的第二步中，在所述的开环共聚反应前，先将含磷离聚物共聚单体与丙交酯在60℃～80℃下干燥24小时以上除去水分，将反应容器在80℃～100℃下干燥1h以除去反应容器中的水分。

优选地，所述的开环共聚反应的具体步骤包括：在真空或惰性气氛下，将反应容器升温至130℃～150℃，加入Sn(Oct)₂和丙交酯反应0.5h-2h，得到分子量达5000～20000g/mol，特性粘度为0.2～0.8dL/g的聚乳酸，升温至150℃～170℃，加入绿色炭源阻燃改性功能单体，在机械搅拌下反应4h-8h，待所得的绿色炭源共聚阻燃聚乳酸的分子量达100000～150000g/mol，特性粘度为2～4dL/g时结束反应。

优选地，所述的绿色炭源阻燃改性功能单体、丙交酯和Sn(Oct)₂的质量比例为：绿色炭源阻燃改性功能单体5～10份、Sn(Oct)₂0.2～0.5份和丙交酯94.8～89.5份。

优选地，所述的绿色炭源共聚阻燃聚乳酸的分子量Mn为100000～150000g/mol，分子量分布PDI为1～3，绿色炭源阻燃改性功能单体的含量为5～10wt％，熔融温度为150℃～190℃。

本发明还提供了采用上述的制备方法制备的绿色炭源共聚阻燃聚乳酸纤维。