[发明专利]一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法

说明书

本发明涉及一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，包括：将纳米材料氧化钨或硫化铁与生物基脂肪酸聚酯共混，然后熔融纺丝，得到改性生物基聚酯纤维，二次牵伸或多级牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，即得。本发明简单易操作，通过纤维无定型区的精准控温，达到纤维高度取向的效果，得到的生物基脂肪族聚酯纤维力学强度高，断裂强度为2.5～5.5cN/dtex，断裂伸长率为15.0～25.0％。

技术领域

本发明属于结构性高强度纤维的制备领域，特别涉及一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法。

背景技术

生物基聚酯纤维是指以可再生资源为原料，经生物发酵、或生物与化学合成相结合的手段而获得的一类新型材料，具有绿色、环保、可再生等优点，有助于解决当前全球经济社会发展所面临严重的资源和能源短缺、环境污染等问题。但是立构规整度高、玻璃化温度低、结晶速率慢、球晶尺寸大和二次结晶等一系列因素导致了生物聚酯纤维脆性问题，并限制了生物聚酯纤维的工程化应用。

为了获得高强度的生物基聚酯纤维，目前多以干法纺丝和牵伸诱导的办法提高纤维的取向结构。有日本研究学者将生物基纤维初生丝浸泡在冰水浴中，然后进行二次牵伸，获得了高强度的纤维(Macromolecular Bioscience,2005,5(8):689-701.Macromolecules,2006,39(8):2940-2946)。不足的是，该方法需要在冰水中处理24小时，然后牵伸处理，限制了其在实际生产中的应用。

为了获得一种结晶结构调控的简单方法，通过调研发现，钨氧化物或铁硫化物等纳米材料因特有的纳米尺寸效应，在红外光下能够产生热量(CN102921006B,CN107381644A,文献(J.Am.Chem.Soc.2012,134,3995-3998；博士论文：有机/无机杂化纳米光热转换材料的合成及其在肿瘤治疗中的应用研究，孟周琪))而被应用到癌症的热疗和化疗中。因此，能否将这种纳米尺寸的无机材料引入到纤维中，控制位于无定型区的纳米粒子在近红外光的作用下能量转换，精准的调控纤维无定型的温度，从而在室温条件下促进纤维的取向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，该方法是利用分散在纤维无定型区的纳米氧化钨或硫化铁等纳米粉体在近红外光的作用下，在室温环境下优先诱导纤维无定型区的温度升高，促使无定型区的分子链运动，在外力牵伸作用下，使晶区微纤结构进一步在纤维轴向取向，无定型区的缚结分子链含量提高，从而提高纤维的力学性能。

本发明的一种结构诱导牵伸制备高强度生物基脂肪酸聚酯纤维的方法，包括：

(1)将纳米材料氧化钨或硫化铁与生物基脂肪酸聚酯共混，得到改性生物基脂肪酸聚酯，然后熔融纺丝，得到改性生物基脂肪酸聚酯纤维，其中纳米材料占生物基脂肪酸聚酯质量的0.05～1.0wt％；熔融纺丝温度为130～230℃；

(2)对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行二次牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维；

或对步骤(1)中改性生物基脂肪酸聚酯纤维进行多级牵伸，对第一牵伸辊和第二牵伸辊之间的纤维进行连续近红外光照射，同时设置第一牵伸辊和第二牵伸辊的温度为室温，其余辊温度为30～70℃，得到高强度生物基脂肪酸聚酯纤维。