殼聚糖紡絲原液與濕法紡絲工藝的技術(shù)

王占銳，徐杰(青島即發(fā)新材料有限公司，山東 青島 266200)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及試劑

殼聚糖其粘均分子量已經(jīng)提升到了100萬，脫乙酰度則會(huì)提升到88.8；乙酸與無水乙酸鈉和氫氧化鈉和乙醇以及硫酸鈉這些都是屬于分析級(jí)的。

1.2 高脫乙酰度殼聚糖的制備

在溫度在50 ℃的情況下，需要把脫乙酰殼多糖防止在濃度為50%的NaOH水溶液里，同時(shí)按照不同的時(shí)間去完成脫乙酰的處置，最終能夠得到脫乙酰殼多糖粉末。

1.3 紡絲原液的制備

選擇濃度為2%的醋酸水溶液，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要保持在殼聚糖紡絲原液的3.0%～3.5%還有4.0%這三種不同的濃度模式，然后把這些原液放置在鼓風(fēng)干燥箱里讓其能夠在設(shè)定的溫度下保持恒溫的一種狀態(tài)[1]。

1.4 濕紡工藝

在氮?dú)鈮毫Φ臓顩r下，紡絲原液能夠在噴絲頭里被擠出，這種情況下可以快速地進(jìn)行凝固浴的同時(shí)進(jìn)行一系列的拉伸和洗滌以及卷繞之后獲得全新的殼聚糖纖維。

1.5 測試方法

1.5.1 特性黏度

選擇單點(diǎn)法去完成確認(rèn)。Ubbelohde黏度計(jì)其原本的內(nèi)徑是0.55 mm，緩沖液系統(tǒng)其0.2 mol/L HAc到0.1 mol/L NaAc，測試當(dāng)前所需要的溫度是30±0.01 ℃。

1.5.2 溶液黏度

需要選擇CAMBRIDGE APPLIED SYSTEMS進(jìn)行生產(chǎn)的Viscolab 3000 CAS黏度計(jì)去完成對(duì)殼聚糖紡絲原液其溶液黏度的測量。

1.5.3 纖維直徑

選擇在羊毛紡絲研究得到的顯微成像儀測去完成對(duì)纖維直徑的測量。

1.5.4 斷裂強(qiáng)度

選擇型號(hào)為Instron1122的測試機(jī)，主要是使用濕法紡絲從而得到新生殼聚糖纖維當(dāng)前的強(qiáng)度。夾緊的距離要求被控制在20.00 mm，拉伸需要的速度則要求被控制在20 mm/min。

1.5.5 聲速定向因子

選擇SCY-Ⅲ聲速方向去對(duì)新生的殼聚糖纖維里包含的大分子鏈方向進(jìn)行測量。纖維樣品需要保持的長度應(yīng)該控制在40 cm，張力則要求被控制在0.1 cN/dtex。

1.5.6 結(jié)晶度

運(yùn)用Rigaku Electric RIGAKU-D/max-B X射線衍射儀去測定結(jié)晶度。銅目標(biāo)鎳則可以被過濾。管電壓要求提升到40 kV，管電流則要求保持在50 mA，同時(shí)2θ需要保持在6°到36°。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫乙酰度對(duì)殼聚糖溶解行為的影響

脫乙酰基是否徹底對(duì)于殼聚糖自身的溶解程度會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。在殼聚糖自身的分子量相對(duì)較小時(shí)，脫乙酰基度會(huì)完成對(duì)殼聚糖溶解，同時(shí)脫乙酰的基度不斷提升那么其自身的溶解度則會(huì)越高。

將分子量在一百萬的殼聚糖作為原材料，將體積分?jǐn)?shù)在2%的乙酸溶液作為溶劑，完成對(duì)脫乙酰度以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異的殼聚糖溶液的測量，同時(shí)需要在40 ℃的情況下進(jìn)行磁力攪拌[2]。能夠得出，在質(zhì)量相同的分?jǐn)?shù)下，伴隨著殼聚糖脫乙酰度的不斷提升，溶解的速度也會(huì)變快，這展現(xiàn)在溶解時(shí)間的不斷降低上。產(chǎn)生這樣一種情況是因?yàn)闅ぞ厶瞧涿撘阴６纫笠恍ぞ厶抢锏挠坞x氨基不斷地增加，殼聚糖分子屬于聚電解質(zhì)出現(xiàn)的正電荷也會(huì)不斷地增加，所以它也能夠很好地在乙酸里溶解，所以在對(duì)紡絲原液進(jìn)行制備開始前需要適當(dāng)?shù)奶嵘龤ぞ厶堑拿撘阴６取?/p>

2.2 殼聚糖紡絲原液的穩(wěn)定性

2.2.1 乙酸溶液對(duì)紡絲原液穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響

殼聚糖分子中包含活性氨基，因此能夠在乙酸溶液里進(jìn)行溶解。這一實(shí)驗(yàn)使用額度容積的濃度是2%和3%以及4%的乙酸其主要的目的是完成4%分子量殼聚糖溶液的制備，然后將其放到溫度在40 ℃的鼓風(fēng)干燥箱里[3]。在其余條件保持一致的狀況下，選擇體積分?jǐn)?shù)不同的乙酸去完成殼聚糖濃縮物的制備，其特性黏度在初始時(shí)大概一致。但是乙酸其特性黏度會(huì)伴隨著含量的走低而不斷提升，除此之外還能夠加快水解的速度。假如使用提升乙酸體積的方式去讓殼聚糖自身的溶解速度得到提升，那么紡絲以及固化過程中NaOH量會(huì)有所提升，同時(shí)其獲得的纖維機(jī)械性也會(huì)有所降低。

2.2.2 溫度對(duì)紡絲原液穩(wěn)定性的影響

將體積分?jǐn)?shù)2%的乙酸溶液作為溶劑，把制備其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.5%的百萬級(jí)分子量的殼聚糖溶液分別的放置在維度為15～20 ℃和30～40 ℃的轉(zhuǎn)鼓里。最后將其放置在空氣干燥箱中去完成7 h的干燥。當(dāng)其余條件固定不變的時(shí)候，殼聚糖紡絲原液自身的特性黏度會(huì)伴隨著溫度的不斷提升而有所減弱。這顯示出讓溫度提升能夠讓鏈段自身的活性得到增加，并且還能夠讓殼聚糖在初始溶液中的降解速率得到提升，同時(shí)溫度和溶解的速率之間會(huì)呈現(xiàn)出成正比的關(guān)系。溫度是進(jìn)行紡絲時(shí)一定要思考的問題。溫度較大難么會(huì)使得過多的乙酸出現(xiàn)揮發(fā)的狀況。紡絲原液自身的溫度要求控制在30～40 ℃。

2.2.3 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)紡絲原液穩(wěn)定性的影響

挑選體積分?jǐn)?shù)在2%的乙酸溶液將其當(dāng)成是溶劑，并制備的質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要控制在3.0%和3.5%以及4.0%最后將其放置在溫度為40 ℃的高爐中進(jìn)行7 h的放置。最開始溶解其殼聚糖紡絲原液自身的特性黏度差異并不大，但是隨著時(shí)間的延長，殼聚糖紡絲原液自身的特性黏度與溶液黏度會(huì)有不同程度的減弱。其本身的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)有所提升，其本身的黏度將則會(huì)不斷地降低。

2.3 殼聚糖濕紡成型工藝

2.3.1 脫乙酰度對(duì)新生纖維結(jié)晶性能的影響

根據(jù)有關(guān)的報(bào)道提出，殼聚糖膜其自身的結(jié)晶度會(huì)伴隨著殼聚糖脫乙酰度的不斷提升而有所提升，并不斷向極值發(fā)展。因此能夠得出，在殼聚糖在其脫乙酰基作用完成之后，需要將乙酰基清除掉，殼聚糖分子自身的規(guī)則性能夠獲得一定程度的改善，通過因此能夠看出纖維自身的結(jié)晶度也會(huì)隨之提升。

2.3.2 凝固浴溫度對(duì)新生纖維性能的影響

殼聚糖新生纖維其聲速取向因子會(huì)伴隨著凝結(jié)浴自身的溫度不斷提升而慢慢減低。其主要是因?yàn)樘嵘郎囟葧?huì)讓雙擴(kuò)散系數(shù)得到提升，同時(shí)還需要讓固化速度被加速，這制約了大分子鏈段順著纖維軸進(jìn)行的移動(dòng)。這展現(xiàn)出在新生纖維取向不斷的減弱以及連續(xù)強(qiáng)度上。所以，一般要求把凝固浴自身的溫度抑制在20～30 ℃。

2.3.3 凝固時(shí)間對(duì)新生纖維性能的影響

要求把殼聚糖新生纖維放置在濃度為5%的NaOH凝固浴里，然后按照具體的凝固差異拿出樣品，同時(shí)在洗滌以及干燥凝固完成后測試其性能[4]。凝結(jié)時(shí)間如果得到延長和新生纖維自身的取向因子以及結(jié)晶度能夠在不同程度上獲得改善，這樣能夠在很大程度上讓新生纖維原本的強(qiáng)度得到強(qiáng)化。所以，在紡絲的過程中需要盡可能地延長凝結(jié)時(shí)間。并且伴隨著卷繞速度的不斷提升，纖維的取向因子以及自身的強(qiáng)度會(huì)有所提升。這是因?yàn)樽尵砝@速度得到提升會(huì)對(duì)紡絲自身的拉伸應(yīng)力產(chǎn)生影響。這樣的方式會(huì)對(duì)其在無定形區(qū)域里的軸向取向產(chǎn)生影響，尤其會(huì)讓殼聚糖新生纖維的強(qiáng)度得到提升。可是，伴隨著繞線速度的持續(xù)快速提升，紗線會(huì)出現(xiàn)斷裂而不能夠紡紗的情況。

2.3.4 干燥方式對(duì)初生纖維成形的影響

干燥方法對(duì)于殼聚糖新生纖維構(gòu)成產(chǎn)生的影響。自然干燥和加熱干燥等方式都會(huì)讓纖維出現(xiàn)粘連的狀況，可是纖維其表面則會(huì)比較順滑。 丙酮干燥的纖維其看似并不是很黏，可是纖維表面卻較為粗糙。文章選擇二次纏繞的方式，把纏繞的纖維劃分為滾筒，然后對(duì)其進(jìn)行干燥處置，這有效的克服了纖維本身具備的黏附力，通過這樣才能夠制備質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的纖維[5]。

3 結(jié)語

脫乙酰度相對(duì)較高的殼聚糖其可以快速底在乙酸中溶解，殼聚糖新生纖維其結(jié)晶度則要高出一些。殼聚糖紡絲原液的時(shí)候，乙酸其自身的體積分?jǐn)?shù)并不會(huì)過高。混凝浴要求在其中添加適當(dāng)含量的乙醇以及濃度為5%的Na2SO4以及濃度為5%的NaOH溶液，并且需要將溫度控制到20～30 ℃。在混凝浴中，纖維制長絲的質(zhì)量較高；因此可以適當(dāng)延長凝固時(shí)間得到延長并且讓卷繞速度得到提升，通過這樣的方式得到一種較高的取向度以及強(qiáng)度較高的殼聚糖新生纖維。