[发明专利]一种淀粉基弹性复合纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种淀粉基弹性复合纤维(St‑g‑P(BAS))及其制备方法，属于天然高分子改性材料领域。所述淀粉基弹性复合纤维为淀粉接枝聚丙烯酸丁酯/苯乙烯；通过制备接枝共聚物St‑g‑P(BAS)并配成纺丝液，利用湿法纺丝技术制备St‑g‑P(BAS)纤维。本发明工艺简单，条件温和，适于大规模生产的需要。

技术领域

本发明涉及一种淀粉基弹性复合纤维(St-g-P(BAS))及其制备方法，属于天然高分子改性材料领域。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展，生态环境问题的日益突出以及石油等能源的严重匮乏，导致化学品生产的原材料陷入危机。生物质是地球上最为丰富的可再生资源， 是自然界碳循环过程的重要环节，兼具有可再生性与清洁性，是取代化石资源成为化 学品生产原料的理想替代物。

淀粉是一种可再生、可生物降解的天然高分子多糖，在自然界中的产量丰富，廉价易得，但淀粉有很好的亲水性能，在冷水中不溶、热稳定性差、脆性，难于直接纺 丝成形等缺点限制了其广泛应用。若将淀粉进行适当改性，即制备改性淀粉，可大大 拓宽其应用领域。

淀粉分子中包含许多羟基，能够发生酯化、醚化、氧化和交联等反应，能够与许 多乙烯基单体的接枝共聚物被制备，乙烯基单体具有优异的性能，从而能够提高淀粉 的性能。苯乙烯(S)是非极性单体，价格便宜，是淀粉接枝改性中研究较早的单体， 其均聚物高强度、质轻、耐久而被广泛用于制造业，但由于其刚性较大且低温下脆性 大。无论是采用聚苯乙烯(PS)制备纳米纤维还是淀粉接枝苯乙烯共聚物制备的纳米 纤维，均发现其力学性能很差，脆性大，在其应用方面存在明显缺陷。

另外，本发明的发明人发现，由于淀粉的一些自身成球和水溶的缺点问题，使得淀粉基纤维制备的主要手段是采用静电纺丝技术，这在大规模大批量的生产应用上受 到限制。

发明内容

本发明通过对淀粉进行接枝化学改性，将柔性的丙烯酸酯链段与刚性的苯乙烯链段结合，使淀粉分子不仅有由于苯乙烯分子的引入的可纺性，而且有由于丙烯酸丁酯 分子的引入的柔韧性。研制开发有更好机械强度、柔韧性的St-g-P(BAS)纤维，具有十 分重要的意义。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种淀粉基弹性复合纤维(St-g-P(BAS))及其制备方法。该种纤维兼具天然多糖高分子和合成共聚物的双重属性。

一种淀粉基弹性复合纤维的制备方法，所述淀粉基弹性复合纤维为淀粉接枝聚丙烯酸丁酯/苯乙烯；通过制备接枝共聚物St-g-P(BAS)并配成纺丝液，利用湿法纺丝技 术制备St-g-P(BAS)纤维。

进一步地，上述技术方案中，所述淀粉基弹性复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)合成St-g-P(BAS)共聚物：将淀粉和水在氮气保护下反应至淀粉糊化，以引 发剂与淀粉的质量比0.02～0.1加入引发剂后搅拌一定时间，按质量比0.5～1.2加入丙 烯酸丁酯和苯乙烯单体，反应一段时间后，冷却至室温，用无水乙醇沉淀并洗涤，固 体干燥后得到St-g-P(BAS)共聚物；其中，淀粉与丙烯酸丁酯质量比0.5～1；

(2)配制纺丝液：将步骤(1)所制得的St-g-P(BAS)共聚物加入到溶剂中，在一 定温度下搅拌溶解，脱泡，得到纺丝液，所得纺丝液质量浓度为5％～16％，优选的纺 丝液质量浓度为5％～15％；

(3)湿法纺丝制备初生纤维：取步骤(2)所得纺丝液于湿法纺丝机的喷丝装置 中，以水为凝固浴，设置凝固浴温度，推进器速率和牵伸辊速率，启动推进器开始纺 丝，室温干燥后得到St-g-P(BAS)初生纤维；本步骤具有降低成本、易于操作的优点；

(4)纤维的后处理：St-g-P(BAS)初生纤维放在水浴中，在一定牵伸温度下进行 水浴牵伸，干燥后在不同温度及时间下进行紧张热定型，得到淀粉基弹性复合纤维。