生物可降解PBST纤维成型及染色性能研究

论文摘要

聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯（PBST）作为脂肪族/芳香族共聚酯的一种,既具有脂肪族聚酯良好的生物降解性能,又具有芳香族聚酯优良的机械性能,它由丁二酸、对苯二甲酸和1,4-丁二醇三种单体通过缩合聚合反应制得。目前,PBST的研究已经不仅限于薄膜,在纺丝成纤上也有了一定的进展。当芳香族共聚单元（BT）摩尔质量分数为70%时,PBST的熔点达到180℃,分解温度为377℃,可通过熔融纺丝制备既具有良好生物降解性能又具有优良弹性的纤维,有望广泛应用于合成纤维领域。在此背景下,本文在纺丝速度已经达到1000 m/min的基础上进一步提高纺丝速度,着重讨论了不同纺丝工艺对PBST纤维的结构和性能的影响,并初步研究了PBST织物的染色性能,为PBST纤维工业化生产及应用提供了理论依据和实践经验。首先,通过对不同分子量PBST共聚酯进行熔融纺丝实验,分析了分子量对PBST成纤性能的影响,研究并优化了PBST共聚酯的熔融纺丝工艺。研究结果表明,当PBST共聚酯重均分子量大于1.2×105时,纺丝稳定性好,成纤性能优良;PBST共聚酯具有较宽的可纺温度范围,其中在240-260℃时最为合适;PBST纤维适合较高的纺速,纺速可达3000 m/min;基于反复实验,探索PBST纤维较佳的后牵伸工艺为牵伸温度50℃,定型温度140℃,牵伸倍数为1.5-2.1,PBST纤维强度最高可达3.3 cN/dtex。其次,对PBST纤维的弹性回复性和粘弹性等力学性能进行了分析,结果表明,PBST纤维一次拉伸至定伸长15%时,总弹性回复率达97.56%以上,几乎完全回复;在一次拉伸至定伸长20%时,PBST纤维的总弹性回复率仍有88.3%,表现出优良的回弹性,并且,PBST纤维在反复拉伸至定伸长20%的情况仍未发生拉断现象,显示出其优良的抗疲劳性能。此外,通过利用分散染料对PBST织物进行染色实验。研究结果发现PBST织物可在中性条件下染色,并且在10℃时已能够吸附一定染料,在70℃时即可达到较深的颜色;同时PBST织物具有较好的匀染性,以及优异的色牢度,干、湿摩擦色牢度均达到5级,水洗色牢度达到3级以上。PBST纤维在100℃水中处理时表现出极大的收缩性能,纤维收缩率最大达到22.3%,织物长、宽收缩率分别为20%、16%,但在70℃水中处理时纤维的收缩率减小为12.7%,织物的长、宽收缩率减小为12%、8%。因此,采用70℃温度进行PBST织物染色,既可有效增强织物的染色效果,还有利于保持织物原有风格。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 生物降解化学合成高分子材料概述
• 1.3 PBST共聚酯的概述
• 1.3.1 PBST的合成方法
• 1.3.2 PBST共聚酯的结构与性能
• 1.3.3 PBST的降解机理
• 1.3.4 PBST共聚酯纤维的制备
• 1.4 熔融纺丝概述
• 1.4.1 熔融纺丝概述
• 1.4.2 纺丝线上参数
• 1.4.3 纤维结构性能与纺丝条件的关系
• 1.4.4 高速纺丝
• 1.5 纤维染色概述
• 1.6 本论文的工作设想
• 第二章 PBST共聚酯的纺丝性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 共聚酯切片的干燥
• 2.1.3 共聚酯纤维的试制
• 2.1.4 初生纤维后牵伸
• 2.1.5 线密度测试
• 2.1.6 拉伸性能测试
• 2.1.7 声速取向测试
• 2.1.8 晶区取向测试
• 2.1.9 热性能测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 切片干燥工艺对纺丝稳定性影响
• 2.2.2 切片分子量对纺丝性能影响
• 2.2.3 纺丝温度对纺丝性能影响
• 2.2.4 纺丝速度对纤维性能影响
• 2.2.5 纺丝工艺中其它因素对纺丝性能的影响
• 2.2.6 牵伸倍数对纤维力学性能及取向度影响
• 2.3 本章小节
• 第三章 PBST共聚酯纤维弹性研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 定伸长一次拉伸回复实验
• 3.1.3 定伸长反复拉伸实验
• 3.1.4 蠕变实验
• 3.1.5 应力松弛实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 定伸长一次拉伸回复
• 3.2.2 纤维的定伸长反复拉伸
• 3.2.3 PBST纤维的蠕变
• 3.2.4 PBST纤维的应力松弛
• 3.3 本章小节
• 第四章 PBST纤维织物的染色性能及热收缩性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 材料与仪器
• 4.1.2 染色
• 4.1.3 上染率的测定
• 4.1.4 透染性测试
• 4.1.5 K/S值及织物色牢度测定
• 4.1.6 纤维及织物湿热处理
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 聚酯染色机理及染色工艺的选择
• 4.2.2 时间对上染率的影响
• 4.2.3 染色温度对织物K/S值的影响
• 4.2.4 染液pH值对染色性能的影响
• 4.2.5 匀染性
• 4.2.6 透染性
• 4.2.7 色牢度
• 4.2.8 纤维的湿热收缩性
• 4.2.9 织物的湿热收缩性
• 4.3 本章小节
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表文章及申请专利情况
• 致谢