醋酸丁酸纤维素/聚乳酸熔纺纤维的制备及性能研究

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随着自然资源不断被开采和利用,石油储量日益枯竭,开发可再生、环境友好的可生物降解新型材料具有深远的意义。对于现代服用材料而言,寻找绿色纺织材料替代传统聚合物纤维材料,制造可降解的纤维将成为今后的发展趋势。来源丰富的纤维素是可生物降解纤维的最佳材料,但由于纤维素分子内含有大量的羟基,使其难以热塑化加工,大大限制了其应用范围。为此本文采用热塑性醋酸丁酸纤维素与具有良好生物降解性的聚乳酸熔融共混制备了合金纤维,实现了醋酸丁酸纤维素熔融纺丝。然而,醋酸丁酸纤维素与聚乳酸的不相容性使其直接共混得到的纤维性能很差。为了改善醋酸丁酸纤维素/聚乳酸共混物的相容性,本文合成了聚乳酸接枝醋酸丁酸纤维素共聚物,用于改善醋酸丁酸纤维素/聚乳酸共混物的相容性以及力学性能。具体研究内容和实验结论如下:本论文以辛酸亚锡为催化剂,丙交酯和醋酸丁酸纤维素为原料,采用本体开环聚合法合成了聚乳酸接枝醋酸丁酸纤维素共聚物(CAB-g-PLLA)。用FTIR、1H NMR等方法对聚合物进行了表征,验证了接枝共聚物的生成。考察了原料摩尔比和反应时间对接枝产物的结构和性能的影响。结果发现,接枝反应20-30min后,乳酸摩尔取代度MS、乳酸取代度DS和乳酸聚合度DP均达到较大值。借助1H NMR、DSC和TGA等测试手段探讨了共聚物组成与产物熔融转变以及热稳定性的关系,在CAB脱水葡萄糖残余羟基mol/乳酸基mol为1:16,合成时间为20min的条件下,所合成的产物较为接近最优加工性能的接枝共聚物。通过引入CAB-g-PLLA接枝共聚物作为醋酸丁酸纤维素/聚乳酸共混物的相容剂,采用双螺杆纺丝机纺制了共混纤维。结果表明:CAB-g-PLLA共聚物可以有效地改善共混体系的相容性,提高了共混纤维的力学性能。研究了接枝共聚物CAP-g-PLLA(CPLA)对CAB/PLLA共混纤维热分解性能的影响,发现添加接枝共聚物组分后并不影响纤维的热稳定性。力学性能测试表明将CAB-g-PLLA添加到CAB/PLLA共混体系中,显著地提高共混纤维的强度和模量。尤其是当接枝聚合物的添加量增加到7%时,共混物的可纺性能好,所制备的共混纤维断裂强度最高达100MPa,提高了 80%左右。此外,本论文还将上述CAB/PLLA/CPLA共混纤维进行碱减量处理,借助FESEM、纤维强度仪等表征手段考察了碱减量处理时间对纤维表面形貌、力学性能和吸湿性的影响。并进一步考察了CAB/PLLA/CPLA共混纤维的生物降解性能,结果表明碱减量处理10min,60天后CAB/PLLA/CPLA共混纤维质量保持率可降至68%,较原纤维提高了 25%。结果证明CAB/PLLA共混纤维是一种优良的可生物降解材料。
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