[发明专利]一种聚（4-羟基丁酸酯）/聚乳酸共混纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚(4‑羟基丁酸酯)/聚乳酸共混纤维及其制备方法，该共混纤维由以下组份制成：聚(4‑羟基丁酸酯)(P4HB)、聚乳酸(PLA)、PLA/P4HB两嵌段共聚物和反应型增容剂。制备方法是将P4HB、PLA、两嵌段共聚物混合均匀后加入双螺杆挤出机中熔融共混，随后加入反应型增容剂反应增容同时提高熔体强度，并挤出造粒。将制得的粒料通过熔融纺丝机挤出、拉伸得到P4HB/PLA共混纤维。PLA可以改善P4HB冷却速度慢，纤维成型困难的问题。P4HB形成的纳米微纤结构可以有效促进PLA的结晶。P4HB/PLA共混纤维具有强度高、柔韧性好、高光泽、耐热、易染色等优异性能，兼具亲肤、天然抑菌防螨等特性。同时，该共混纤维可以完全生物降解，对环境友好；纺丝性能好，纤维质量稳定。

技术领域

本发明属于高性能纤维及其制备领域，特别涉及一种完全生物降解性且具有高性能的聚(4-羟基丁酸酯)/聚乳酸共混纤维及其制备方法。

背景技术

聚羟基烷酸酯(PHAs)是一类由微生物通过各种碳源发酵而合成的不同结构的脂肪族共聚聚酯，PHA具有特殊的生物可降解性、气体相隔性、生物组织相容性、抗凝血性、疏水性、光学异构性等特点，在作为高端的生物医用材料应用于医疗器械、组织工程和药物载体等领域具有独特的优势。聚(4-羟基丁酸酯)(P4HB)是PHA类材料中综合性能最好的新一代产品，目前仅能由美国Tepha公司通过微生物发酵法少量生产。由生物发酵法P4HB为原料制备的新一代可吸收手术缝合线已经被美国食品药物监督管理局(FDA)批准用于临床治疗。P4HB也可以由化学合成法得到，具有工艺简单、副产物少、合成产物分子量高、分子量及其分布可控等优点，并且其所用原料γ-丁内酯(γ-butyrolactone，γ-BL)是一种常见的工业溶剂，其上游产品丁二酸在美国能源部提出的十二种生物基平台化合物中位列首位，可从糖类等可再生生物质得到。然而，五元环内酯的开环聚合一直是化学合成中的一大挑战，γ-BL长期以来在教科书和文献中均被认为是不可聚合的单体。这主要是因为γ-丁内脂及其衍生物的五元环结构具有较小的环张力，在开环聚合过程中的焓变很小，加上较大的聚合熵，导致常规条件下聚合过程中吉布斯自由能往往为正值。近年来，本团队在该领域实现了突破，利用自主研发的二元催化体系实现了高分子量聚(γ-丁内酯)的合成，如发明专利CN 107722250 B、CN 109627429 A，与生物发酵法得到的P4HB有近似的力学性质。

聚乳酸(PLA)来源于可再生资源天然植物，其制成品废弃后可在自然条件下被微生物分解成水和二氧化碳，不会破坏生态平衡和导致资源枯竭。聚乳酸的生产过程对环境没有污染，符合节能环保要求。因此PLA为公认为是21世纪最有发展前景的新材料。但是PLA纤维质脆，耐水解性差。

常规P4HB成核密度低、晶体生长慢，纤维成型困难，因此通过共混改性制备P4HB共混纤维是重要的研究方向。其中由于聚乳酸的可生物降解性，因此P4HB/PLA成为很值得研究的共混体系。经研究发现P4HB在高速熔融纺丝的较强拉伸流场作用下P4HB快速变形、结晶成为高取向的纳米微纤结构，有效促进PLA结晶，并改善P4HB/PLA共混纤维的耐热性和柔韧性(手感)。然而P4HB/PLA共混纤维也存在有一定的问题，及P4HB与PLA的相容性较差，因此在纺丝过程中无法提高拉伸比和转速，影响制得纤维的强度和生产工艺。因此本专利通过设计两类增容剂，分别为物理增容剂P4HB-b-PLA嵌段共聚物及反应型增容剂DCP、LTI等，分别通过界面作用及反应交联或扩链有效改善了P4HB和PLA两者之间的相容性，提高了纺丝过程的拉伸比，得到强度高，韧性好的共混纤维。

中国专利CN 1687497 A公开了一种干法制备聚乳酸类共混聚合物纤维的方法，它是将聚乳酸类共混聚合物的切片溶解于三氯甲烷中，搅拌溶解形成浓度为6-12％的浆液，浆液经过挤出机后进入过滤器和含有喷丝板的纺丝组件，在纺丝通道中纤维凝固成丝，并在热空气或热硅油中进行拉伸，最后对拉伸后的纤维进行热定型处理。该制备聚乳酸纤维的方法中三氯甲烷不适合用于卫生材料，并且该法由于需要溶解聚乳酸和回收三氯甲烷，生产设备的投资和生产过程中的能耗较高。