壳聚糖纤维的制备及应用

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1、·44·针织工业2002年第4期壳聚糖纤维的制备及应用郯志清沈新元赵炯心张秀芳孙瑾钱咸或(东华大学纤维材料改性国家重点实验室上海200051)摘要壳聚糖具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性,已广泛应用于医疗领域。近年来,通过湿法纺丝制备了壳聚糖纤维。文中对其纺丝、拉伸工艺进行了研究,以图片介绍了壳聚糖纤维的结构,采用壳聚糖纤维制成的内衣、内裤和袜子,经医院临床应用,证实其具有良好的抑菌性能。叙词甲壳质纤维聚糖纤维研究制造应用中图法分类号TS10213甲壳质或者壳聚糖由于具有湿法纺丝的溶剂选择与凝固3纺丝工艺研究良好的生物活性、

2、生物相容性和浴回收处理有着密切的关系。甲根据湿纺成形的机理,当纺生物可降解性,因此已广泛应用壳质只能溶于一些特殊的溶剂或丝原液进入凝固浴后,细流中的于医疗领域。近年来,甲壳质和溶剂体系,如LiCl-DMAC(氯化溶剂和凝固浴中的凝固剂间进行壳聚糖纤维在服装领域的应用也锂-二甲基乙酰胺)、LiCl-NMP双扩散,形成皮、芯层结构,最终已受到关注。东华大学材料学院(氯化锂-N甲基吡咯烷酮)等混固化成形[2]。凝固剂的双扩散系从80年代末着手研究纺制甲壳合溶剂。而这些溶剂大多有毒,数的大小将直接影响凝固速度,质和壳聚糖纤维,主要做医用敷有的

3、具有腐蚀性,污染问题不可是湿纺成形中的关键因素。料,经临床应用,证明具有促进新忽视。壳聚糖则相对好得多,它在试验中我们以壳聚糖为原皮肤生成、加快愈合速率、减少疼能溶于普通的有机酸或无机酸溶料,采用醋酸为溶剂制备纺丝溶[1]痛等功能,被誉为“人造皮肤”。液中,如甲酸、乙酸、柠檬酸、丙二液,以NaOH水溶液为凝固浴。但这种纤维的力学性能较差,不酸、乳酸等。所以壳聚糖的溶剂选用NaOH水溶液作为凝固剂的适合纺织加工。近年来,我们进比甲壳质的溶剂选择的余地要大原因,一方面是基于壳聚糖的溶一步优化纺丝工艺,制得了适合的多。但使用这类溶剂,壳聚糖

4、解机理,另一方面是因为NaOH用于纺织品的甲壳质和壳聚糖纤的溶解不太均匀,而且浆液中易与醋酸的传质通量比小于1,这维。下面着重介绍该纤维的制备产生冻胶。因此要使壳聚糖溶解有利于纤维的固化成形,且用圆及应用情况。均匀、不形成冻胶的浆液是本项形喷丝板纺丝时,可形成圆形截1生产试验线的设计目的关键技术之一。我们采用将面的初生纤维。再加上NaOH很甲壳质或壳聚糖在熔融之前冻胶离解的方法,即加入尿素、异便宜,用它作为凝固剂,在经济上就分解,因此无法进行熔融纺丝,丙醇或二氯乙酸等方法来破坏冻是很理想的。而只能进行溶液纺丝,一般采用胶结构,比较圆满

5、地解决了这一4初生纤维拉伸工艺研究湿法纺丝。我们设计了一条集溶问题。甲壳质和壳聚糖纤维的强度解、过滤、脱泡、纺丝的连续生产我们对溶解工艺也进行了研主要取决于其分子量及取向度。线,其规模为5t/年。其纺丝工究,结果表明,溶解性能受溶液浓而取向度又取决于凝固、拉伸工艺流程为:度、剪切速率、溶解方式的影响。艺,不仅与纺丝拉伸倍率有关,更溶解→过滤→脱泡→纺丝→溶液浓度越大,其粘度就越高;剪与拉伸取向效果有关。湿纺初生拉伸→淋洗→上油→集束→干燥切速率越快,其粘度越小;先溶胀纤维是一种初级膨润态(未经第→切断后溶解所得的溶液粘度比直接溶一次干

6、燥)的冻胶。当聚合物达2溶剂的选择及纺丝溶液的制解所得的溶液粘度要高。影响粘到一定含量,分子间具有足够强备度最大的因素是溶液的浓度。的相互作用力(但不过强)时,拉2002年第4期针织工业·45·伸才能有效地导致聚合物分子取号峰进行分析,计算得其晶粒尺阻也减小的结果(见图2)。向,而不是流动或滑移。寸L4=93.07埃。同样对甲壳质图2显示,壳聚糖纤维的表甲壳质和壳聚糖的结构与纤纤维X-衍射图谱中3号峰进行面形状不是很完整,有许多沟槽,维素很相似,由于增加了胺基,破处理,可得其晶粒尺寸L3=178.同时还出现某些纤维不均匀的情坏了大分子

7、的结构规整性,不易77埃。可见壳聚糖纤维的晶粒况。其原因直接与凝固成形有结晶、更亲水,因此甲壳质和壳聚尺寸比甲壳质纤维小。关,同时还与纺丝时的温度、速糖纤维的湿强/干强比更低于纤度、应力等因素的波动有关。纤维素纤维,低达25%左右。可以维的截面形状基本上为圆形,这推测,甲壳质和壳聚糖纺丝溶液与所选择的凝固剂的种类有关。流出喷丝孔,凝固成为初生冻胶NaOH作为凝固剂,固化速率很纤维时,不是脱水过多,而是脱水小,所以纤维的成形很缓慢,双扩过少。由此,我们推测,提高拉伸散进行得较完全。前和拉伸时冻胶纤维中聚合体含由图2还可看出,纤维内部a甲

8、壳质纤维量是提高纤维强度的有效途径之仍出现原纤结构,空洞或毛细孔一。在适当提高纺丝溶液的浓度却很少,同时没有很明显的皮、芯后,主要措施是改变凝固浴和拉层结构。空洞少的原因还是因为伸浴的组分,如加入脱水剂。我凝固剂选择恰当