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目前工业上以左旋聚乳酸(PLLA)为原料得到的聚乳酸纤维易水解、软化温度低,不能进行染色、后整理等高温下的湿加工,使其在纺织上的应用受到了限制。为了解决PLA耐水解性和耐热性差的问题,本课题选用PLLA和右旋聚乳酸(PDLA)共混制备聚乳酸立构纤维(sc-PLA纤维),提出用热诱导制备全立构sc-PLA纤维的方法,并深入研究了全立构形成的机理。在此基础上制备出不同分子量的全立构sc-PLA纤维,研究了分子量对立构结构和纤维性能的影响,并提出了利用高分子量PLLA和低分子量PDLA制备sc-PLA纤维的方法,最后对sc-PLA纤维的染色性能进行了研究。主要研究内容和结论如下:(1)将粘均分子量均为3.0×10~5的PLLA和PDLA等质量共混熔融纺丝,再经牵伸和热诱导制备成sc-PLA纤维,通过广角X射线衍射仪(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)和动态热机械分析仪(DMA)表征立构化率对纤维耐水解性和耐热性的影响。研究结果表明热诱导温度(160、180和200°C)越高,纤维立构化率越高,纤维耐水解性越好,软化温度越高。PLLA纤维不含有立构复合晶体,而160、180和200°C处理的sc-PLA纤维的立构化率分别为37%、75%和100%。四种纤维的软化温度依次为72°C、106°C、115°C和133°C。在pH 5,130°C条件下水解60 min后,PLLA纤维因水解严重无法进行拉伸性能测试,而200°C热诱导的sc-PLA纤维的断裂强度保持率、断裂伸长率保持率和拉伸模量保持率分别为92%、91%和96%。最后提出了热诱导制备全立构sc-PLA纤维的机理。(2)为了验证热诱导制备全立构sc-PLA的普适性,采用热诱导制备不同分子量(1.0×10~5、2.0×10~5、3.0×10~5和6.0×10~5)的sc-PLA纤维,研究了分子量对立构化率的影响,分析了立构复合晶体与纤维耐水解性和耐热性的关系。研究结果表明,热诱导可以使不同分子量的sc-PLA达到100%立构化率,立构复合晶体的存在可以显著改善纤维的耐水解性、熔融温度和软化温度。同样水解条件下,与分子量6.0×10~5的PLLA纤维相比,相同分子量的sc-PLA纤维的分子量保持率和拉伸强度保持率分别从39%和20%增加到93%和89%。sc-PLA纤维的熔融温度和软化温度比相同分子量的PLLA纤维分别可最高提高51°C和59°C。与分子量1.0×10~5的sc-PLA纤维相比,分子量6.0×10~5的sc-PLA纤维的耐水解性能提高,且其熔融温度和软化温度分别提高10°C和22°C。(3)为了降低sc-PLA的成本,采用低分子量PDLA和高分子量PLLA(非等分子量)共混熔融纺丝,再经热诱导制备100%立构化率的sc-PLA纤维,研究不同分子量组合对立构结晶度的影响,分析了立构复合晶体和纤维耐水解性和耐热性之间的关系。研究结果表明,热诱导可以使非等分子量sc-PLA纤维达到100%立构化率,耐水解性与耐热性和等分子量sc-PLA纤维相似。分子量为3.0×10~5的PLLA和1.0×10~5的PDLA共混制备的sc-PLA纤维与分子量3.0×10~5的sc-PLA纤维具有相似的拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率保持率,显著优于分子量3.0×10~5的PLLA纤维。其熔融温度和软化温度也与分子量3.0×10~5的sc-PLA纤维类似,分别为223°C和126°C,但高于分子量3.0×10~5的PLLA纤维(172°C和72°C)。(4)以PLLA纤维作为对比样,系统研究了分散染料对sc-PLA纤维的染色动力学和热力学,证明sc-PLA纤维的高温染色性能显著改善。分析了染色后纤维的耐水解性能,并对其K/S值、水洗色牢度和日晒牢度进行了测试。分散染料在sc-PLA纤维与PLLA纤维上的吸附动力学和热力学特征相似,立构并没有影响PLA纤维的染色吸附性能。分散染料在sc-PLA纤维上的吸附符合二级动力学方程。染色温度升高,平衡上染量、染色速率常数和扩散系数增大,半染时间减小。分散染料上染sc-PLA纤维的吸附等温线均符合Langmuir型吸附。温度提高,染料在sc-PLA纤维上的吸附量均增加,亲和力增加。130°C染色后sc-PLA纤维的拉伸强度和断裂伸长率保持率约为90%,而PLLA纤维拉伸性能完全损失。sc-PLA纤维用分散蓝79在130°C染色的上染率和K/S分别为91%和24.35,显著高于PLLA纤维110°C染色的上染率和K/S,分别为67%和16.68。130°C染色的sc-PLA纤维水洗色牢度和日晒色牢度提高。sc-PLA纤维在130°C染色既能提高上染率又能保持较好的力学性能,促进PLA纤维在纺织工业上的规模化应用。本研究提出的热诱导制备全立构高分子量PLA纤维的方法具有低成本且环保的特点,利用该方法可以制备出具有优异耐水解和耐热稳定性的高分子量sc-PLA纤维。该研究为sc-PLA纤维在纺织工业上的应用提供理论依据和技术支持。