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1、(10)申请公布号 CN 102936761 A (43)申请公布日 2013.02.20 C N 1 0 2 9 3 6 7 6 1 A *CN102936761A* (21)申请号 201210529341.9 (22)申请日 2012.12.11 D01F 8/14(2006.01) D01F 1/09(2006.01) (71)申请人江南大学 地址 214122 江苏省无锡市蠡湖大道1800 号 (72)发明人刘庆生 邓炳耀 (54) 发明名称 一种资源可再生、生物可降解导电纤维及其 制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种资源可再生、生物可降解 导电纤维及其制备方法,纤维的原料组成。
2、(重量 份数)为:聚乳酸(PLA)为3070份,聚(3-羟 基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)为3070 份,导电填料为0.058份。导电纤维的制备方 法,包括:(1)按配比称取PHBV(PLA不少于50份 时)或PLA(PLA少于50份时)和导电填料预混后 熔融共混造粒,得PHBV或PLA的导电母粒;(2)按 配比称取PLA或PHBV与PHBV或PLA的导电母粒 预混后熔融共混造粒,得复合导电母粒;(3)复合 导电母粒经纺丝牵伸得导电纤维。该导电纤 维可用作电极、抗静电、低温加热、电磁屏蔽、热敏 和气敏等材料。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 (19)中华人民共。
3、和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 1/1页 2 1.一种资源可再生、生物可降解导电纤维,由如下质量配比的原料制成: 聚乳酸(PLA):3070份 聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV):3070份 导电填料:0.058份。 2.根据权利要求1所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PLA的粘均分 子量为:6.010 4 3.010 5 。 3.根据权利要求1所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PLA中右旋乳 酸单元的含量为:010mol。 4.根据权利要求1所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于导电填料为。
4、 炭黑(CB)、单璧碳纳米管(SWCNTs)、多璧碳纳米管(MWCNTs)、石墨烯(GN)、气相纳米碳纤维 (VGCNFs)、硫化铜、硫化亚铜和碘化亚铜等。 5.根据权利要求1所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PHBV的粘均 分子量为5.010 4 1.010 6 。 6.根据权利要求1所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PHBV中的 3-羟基戊酸酯(3-HV)结构单元的比率为0100mol,当HV的含量为0时,PHBV即为聚 (3-羟基丁酸酯)(PHB)。 7.根据权利要求16任一项所述的资源可再生、生物可降解导电纤维的制备方法,包 括如下步骤: (1)预先将PLA。
5、、PHBV和导电填料在真空烘箱中干燥848h,PLA、PHBV和导电填料的 干燥温度分别为50120、50100和50120; (2)若PLA的重量份数不少于50份时,取PHBV3050份和导电填料0.058份投入 到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混机中共混造粒,得PHBV导电母粒,熔融 共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混时间为35分钟;取5070份 PLA与所得的PHBV导电母粒投入到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混机上 共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混时间 为38分钟。若PLA的重量份数少于50份,。
6、则取PLA3050份和导电填料0.058份 投入到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混机中共混造粒,得PLA导电母粒, 熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混时间为35分钟;取50 70份PHBV与所得的PLA导电母粒投入到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混 机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混 时间为38分钟。 (3)将导电母粒在熔融纺丝机上纺丝,得导电初生纤维,纺丝温度为180220,卷绕 速度为15003000m/min; (4)对初生纤维进行牵伸,得导电纤维,牵伸温度为80125,牵伸倍数为16倍。 。
7、权 利 要 求 书CN 102936761 A 1/4页 3 一种资源可再生、 生物可降解导电纤维及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及高分子材料领域,具体涉及资源可再生、生物可降解导电纤维及其制 备方法。 背景技术 0002 我国是纤维生产大国,合成纤维产量已连续十五年居世界第一位,纤维及其纺织 品的生产总值占我国GDP的10左右,出口创汇占1/4,在国民经济中占十分重要地位,而 目前我国合成纤维的发展存在以下问题:首先,合成纤维的发展受到资源短缺的制约,合成 纤维的原料90以上依赖石油,而以现已探明的石油总量和消耗速度来计算,50年后纤维 及其相关行业将处于“无米之炊”的状况;其次,。
8、合成纤维的发展受到环境污染的制约,石油 基化学纤维在自然界中不能降解,会带来非常严重的“白色污染”,严重影响人们的生活质 量。因此把合成纤维产业研究开发的重点转向资源可再生生物可降解材料的研究开发至关 重要。再次,我国化纤生产仍以常规纤维为主,高新技术纤维开发滞后,合成纤维产量占世 界重量的2/3,但功能化比例不足10,远低于发达国家30以上的水平。因此,实现化学 纤维的功能化和高性能化以提高纤维的附加值,增强市场竞争力符合我国化学纤维发展的 需要。 0003 聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)【其中最重要的两类已商业化的品种为聚 (3-羟基丁酸酯)(PHB)或聚(3-羟基丁酸酯-co。
9、-3-羟基戊酸酯)(PHBV)】是两类非常重 要的资源可再生、生物可降解材料,同时它们均是热塑性高分子材料,可经熔融纺丝制得纤 维,目前,PLA的熔融纺丝技术已成熟,PLA可望替代石油基高分子材料成为化学纤维的原 料,以解决合成纤维的发展所面临的资源短缺和环境污染等问题。而针对PLA纤维的功能 化的研究和开发工作却较少,纤维的导电功能化为产业界和学术界的开发和研究的重点, 因此,实现PLA纤维的导电功能化有一定的必要。到目前为止,仅德国德累斯顿高分子研究 院的Petra用熔融纺丝的方法制得了PCL/PLA/MWNTs导电纤维,所得纤维的断裂强 度和断裂伸长率分别仅为22MPa和6.2,在纺织领。
10、域几乎无实用价值,另外,虽然聚己内 酯(PCL)为生物可降解高分子材料,但其资源不可再生,而PHB和PHBV资源可再生、生物可 降解,且与PLA不相容,将其引入PLA中可制得完全基于资源可再生、生物可降解聚合物的 导电纤维。 发明内容 0004 本发明的目的是针对目前化学纤维的发展所面临的资源短缺、环境污染和功能化 程度低等问题,开发出一种完全基于资源可再生、生物可降解聚合物的导电纤维,并公开了 其制备方法。 0005 本发明的资源可再生、生物可降解导电纤维,由如下质量配比的原料制成: 0006 聚乳酸(PLA):3070份 0007 聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV):3。
11、070份 说 明 书CN 102936761 A 2/4页 4 0008 导电填料:0.058份 0009 所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PLA的粘均分子量为: 6.010 4 3.010 5 ; 0010 所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PLA中右旋乳酸单元的含 量为:010mol; 0011 所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于导电填料为炭黑(CB)、单璧 碳纳米管(SWCNTs)、多璧碳纳米管(MWCNTs)、石墨烯(GN)、气相纳米碳纤维(VGCNFs)、硫化 铜、硫化亚铜和碘化亚铜等; 0012 所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特。
12、征在于PHBV的粘均分子量为 5.010 4 1.010 6 ; 0013 所述的资源可再生、生物可降解导电纤维,其特征在于PHBV中的3-羟基戊酸酯 (3-HV)结构单元的比率为0100mol,当HV的含量为0时,PHBV即为聚(3-羟基丁酸 酯)(PHB); 0014 所述的资源可再生、生物可降解导电纤维的制备方法,包括如下步骤: 0015 (1)预先将PLA、PHBV和导电填料在真空烘箱中干燥848h,PLA、PHBV和导电填 料的干燥温度分别为50120、50100和50120; 0016 (2)若PLA的重量份数不少于50份时,取PHBV3050份和导电填料0.058份 投入到高速混。
13、合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混机中共混造粒,得PHBV导电母粒, 熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混时间为35分钟;取50 70份PLA与所得的PHBV导电母粒投入到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混 机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混 时间为38分钟。若PLA的重量份数少于50份,则取PLA3050份和导电填料0.05 8份投入到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺杆共混机中共混造粒,得PLA导电 母粒,熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔融共混时间为35分钟;取 5070份PHBV。
14、与所得的PLA导电母粒投入到高速混合器中干混35分钟,然后在双螺 杆共混机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为160220,转速为50150rmp,熔 融共混时间为38分钟。 0017 (3)将导电母粒在熔融纺丝机上纺丝,得导电初生纤维,纺丝温度为180220, 卷绕速度为15003000m/min; 0018 (4)对初生纤维进行牵伸,得导电纤维,牵伸温度为80125,牵伸倍数为1 6倍。 0019 有益效果: 0020 (1)本发明用普通熔融纺丝的方法实现了资源可再生、生物可降解纤维的导电功 能化,操作方便,另外,导电纤维的逾渗阈值低,即导电填料的含量少,增加了可纺性,降低 了成本。所得。
15、导电纤维的导电率可达2.5S/m,断裂强度为2.06.0cN/dtex,断裂伸长率 为2080。 0021 (2)PHBV是一种脆性材料,其实际应用受到限制,现将其与PLA一起使用,做成了 具有实用价值的导电纤维,拓宽其应用领域。 0022 具体实施方法: 说 明 书CN 102936761 A 3/4页 5 0023 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明 而不限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员 可以对本发明各种改动或修改,这些等价形式同样落入本申请所附权力要求书所限定的范 围。 0024 实施例1 0025 (1)首。
16、先将PLA(右旋乳酸单元的含量为2.0mol,粘均分子量为2.010 5 )、 PHBV(HV单元的含量为2.5,粘均分子量为3.910 5 )和炭黑分别在真空烘箱中干燥12小 时,温度为80;取50份PHBV和4份炭黑投入到高速混合器中干混3分钟,再在双螺杆共 混机中共混造粒,得PHBV导电母粒,造粒温度为170,螺杆转速为75rmp,熔融共混时间为 3分钟;取50份PLA与所得的PHBV导电母粒投入到高速混合器中干混3分钟,然后在双螺 杆共混机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为170,转速为75rmp,熔融共混时间为 8分钟。 0026 (2)将导电母粒在熔融纺丝机上纺丝,得导电初生纤。
17、维,纺丝温度为190,卷绕 速度为1500m/min; 0027 (3)对初生纤维进行牵伸,得导电纤维,牵伸温度为110,牵伸倍数为3倍。所得 PLA导电纤维的导电率为1.67S/m,单丝的线密度为1.56dtex,断裂强度为2.80cN/dtex,断 裂伸长率为30.2。 0028 实施例2 0029 (1)首先将PLA(右旋乳酸单元的含量为2.5mol,粘均分子量为2.210 5 )、 PHBV(HV单元的含量为5.7,粘均分子量为2.910 5 )和MWCNTs分别在真空烘箱中干燥 24小时,温度为60;取40份PHBV和3.5份MWCNTs投入到高速混合器中干混5分钟,再 在双螺杆共混。
18、机中共混造粒,得PHBV导电母粒,造粒温度为175,螺杆转速为65rmp,熔融 共混时间为3分钟;取60份PLA与所得的PHBV导电母粒投入到高速混合器中干混5分钟, 然后在双螺杆共混机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为180,转速为60rmp,熔融 共混时间为6分钟。 0030 (2)将导电母粒在熔融纺丝机上纺丝,得导电初生纤维,纺丝温度为190,卷绕 速度为2000m/min; 0031 (3)对初生纤维进行牵伸,得导电纤维,牵伸温度为110,牵伸倍数为3倍。所得 PLA导电纤维的导电率为1.80S/m,单丝线密度为1.38dtex,断裂强度为2.80cN/dtex,断裂 伸长率为40。
19、.5。断裂强度为2.62cN/dtex,断裂伸长率为55.5。 0032 实施例3 0033 (1)首先将PLA(右旋乳酸单元的含量为2.0mol,粘均分子量为2.010 5 )、 PHBV(HV单元的含量为8.5,粘均分子量为3.210 5 )和SWCNTs分别在真空烘箱中干燥 12小时,温度为80;取40份PLA和3份SWCNTs投入到高速混合器中干混3分钟,再在双 螺杆共混机中共混造粒,得PLA导电母粒,造粒温度为170,螺杆转速为85rmp,熔融共混 时间为6分钟;取60份PHBV与所得的PLA导电母粒投入到高速混合器中干混3分钟,然后 在双螺杆共混机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温。
20、度为180,转速为75rmp,熔融共混 时间为6分钟。 0034 (2)将导电母粒在熔融纺丝机上纺丝,得导电初生纤维,纺丝温度为190,卷绕 说 明 书CN 102936761 A 4/4页 6 速度为1600m/min; 0035 (3)对初生纤维进行牵伸,得导电纤维,牵伸温度为90,牵伸倍数为2倍。所得 PLA导电纤维的导电率为1.51S/m,单丝线密度为1.53dtex,断裂强度为2.58cN/dtex,断裂 伸长率为25.9。 0036 实施例4 0037 (1)首先将PLA(右旋乳酸单元的含量为2.0mol,粘均分子量为2.010 5 )、 PHBV(HV单元的含量为8.5,粘均分子。
21、量为3.210 5 )和MWCNTs分别在真空烘箱中干燥 12小时,温度为80;取35份PLA和4份MWCNTs投入到高速混合器中干混5分钟,再在双 螺杆共混机中共混造粒,得PLA导电母粒,造粒温度为180,螺杆转速为70rmp,熔融共混 时间为5分钟;取65份PHBV与所得的PLA导电母粒投入到高速混合器中干混5分钟,然后 在双螺杆共混机上共混造粒,得导电母粒,熔融共混温度为180,转速为75rmp,熔融共混 时间为6分钟。 0038 (2)将导电母粒在熔融纺丝机上纺丝,得导电初生纤维,纺丝温度为190,卷绕 速度为1500m/min; 0039 (3)对初生纤维进行牵伸,得导电纤维,牵伸温度为90,牵伸倍数为2倍。所得 PLA导电纤维的导电率为1.25S/m,单丝线密度为1.62dtex,断裂强度为2.20cN/dtex,断裂 伸长率为21.7。 说 明 书CN 102936761 A 。