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(wàn)，脫乙酰度則會(huì)提升到88.8；乙酸與無(wú)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)去完成對(duì)纖維直徑的測(cè)量。

1.5.4 斷裂強(qiáng)度

選擇型號(hào)為Instron1122的測(cè)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(cè)量。纖維樣品需要保持的長(zhǎng)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(cè)定結(jié)晶度。銅目標(biāo)鎳則可以被過(guò)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?；欠駨氐讓?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?；葧?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(wàn)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(cè)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?。殼聚糖里的游離氨基不斷地增加，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(kāi)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(guò)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(wàn)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(wèn)題。溫度較大難么會(huì)使得過(guò)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(kāi)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(zhǎng)，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?；宄?，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(guò)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(cè)試其性能[4]。凝結(jié)時(shí)間如果得到延長(zhǎng)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(guò)程中需要盡可能地延長(zhǎng)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(wú)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?？墒?，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(guò)這樣才能夠制備質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的纖維[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

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(guò)高?；炷∫笤谄渲刑砑舆m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(zhǎng)絲的質(zhì)量較高；因此可以適當(dāng)延長(zhǎng)凝固時(shí)間得到延長(zhǎng)并且讓卷繞速度得到提升，通過(guò)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。