壳聚糖纺丝原液与湿法纺丝工艺的技术

王占锐，徐杰(青岛即发新材料有限公司，山东 青岛 266200)

1 实验部分

1.1 原料及试剂

壳聚糖其粘均分子量已经提升到了100万，脱乙酰度则会提升到88.8；乙酸与无水乙酸钠和氢氧化钠和乙醇以及硫酸钠这些都是属于分析级的。

1.2 高脱乙酰度壳聚糖的制备

在温度在50 ℃的情况下，需要把脱乙酰壳多糖防止在浓度为50%的NaOH水溶液里，同时按照不同的时间去完成脱乙酰的处置，最终能够得到脱乙酰壳多糖粉末。

1.3 纺丝原液的制备

选择浓度为2%的醋酸水溶液，其质量分数需要保持在壳聚糖纺丝原液的3.0%～3.5%还有4.0%这三种不同的浓度模式，然后把这些原液放置在鼓风干燥箱里让其能够在设定的温度下保持恒温的一种状态[1]。

1.4 湿纺工艺

在氮气压力的状况下，纺丝原液能够在喷丝头里被挤出，这种情况下可以快速地进行凝固浴的同时进行一系列的拉伸和洗涤以及卷绕之后获得全新的壳聚糖纤维。

1.5 测试方法

1.5.1 特性黏度

选择单点法去完成确认。Ubbelohde黏度计其原本的内径是0.55 mm，缓冲液系统其0.2 mol/L HAc到0.1 mol/L NaAc，测试当前所需要的温度是30±0.01 ℃。

1.5.2 溶液黏度

需要选择CAMBRIDGE APPLIED SYSTEMS进行生产的Viscolab 3000 CAS黏度计去完成对壳聚糖纺丝原液其溶液黏度的测量。

1.5.3 纤维直径

选择在羊毛纺丝研究得到的显微成像仪测去完成对纤维直径的测量。

1.5.4 断裂强度

选择型号为Instron1122的测试机，主要是使用湿法纺丝从而得到新生壳聚糖纤维当前的强度。夹紧的距离要求被控制在20.00 mm，拉伸需要的速度则要求被控制在20 mm/min。

1.5.5 声速定向因子

选择SCY-Ⅲ声速方向去对新生的壳聚糖纤维里包含的大分子链方向进行测量。纤维样品需要保持的长度应该控制在40 cm，张力则要求被控制在0.1 cN/dtex。

1.5.6 结晶度

运用Rigaku Electric RIGAKU-D/max-B X射线衍射仪去测定结晶度。铜目标镍则可以被过滤。管电压要求提升到40 kV，管电流则要求保持在50 mA，同时2θ需要保持在6°到36°。

2 结果与讨论

2.1 脱乙酰度对壳聚糖溶解行为的影响

脱乙酰基是否彻底对于壳聚糖自身的溶解程度会产生不同程度的影响。在壳聚糖自身的分子量相对较小时，脱乙酰基度会完成对壳聚糖溶解，同时脱乙酰的基度不断提升那么其自身的溶解度则会越高。

将分子量在一百万的壳聚糖作为原材料，将体积分数在2%的乙酸溶液作为溶剂，完成对脱乙酰度以及质量分数存在差异的壳聚糖溶液的测量，同时需要在40 ℃的情况下进行磁力搅拌[2]。能够得出，在质量相同的分数下，伴随着壳聚糖脱乙酰度的不断提升，溶解的速度也会变快，这展现在溶解时间的不断降低上。产生这样一种情况是因为壳聚糖其脱乙酰度要大一些。壳聚糖里的游离氨基不断地增加，壳聚糖分子属于聚电解质出现的正电荷也会不断地增加，所以它也能够很好地在乙酸里溶解，所以在对纺丝原液进行制备开始前需要适当的提升壳聚糖的脱乙酰度。

2.2 壳聚糖纺丝原液的稳定性

2.2.1 乙酸溶液对纺丝原液稳定性产生的影响

壳聚糖分子中包含活性氨基，因此能够在乙酸溶液里进行溶解。这一实验使用额度容积的浓度是2%和3%以及4%的乙酸其主要的目的是完成4%分子量壳聚糖溶液的制备，然后将其放到温度在40 ℃的鼓风干燥箱里[3]。在其余条件保持一致的状况下，选择体积分数不同的乙酸去完成壳聚糖浓缩物的制备，其特性黏度在初始时大概一致。但是乙酸其特性黏度会伴随着含量的走低而不断提升，除此之外还能够加快水解的速度。假如使用提升乙酸体积的方式去让壳聚糖自身的溶解速度得到提升，那么纺丝以及固化过程中NaOH量会有所提升，同时其获得的纤维机械性也会有所降低。

2.2.2 温度对纺丝原液稳定性的影响

将体积分数2%的乙酸溶液作为溶剂，把制备其质量分数在3.5%的百万级分子量的壳聚糖溶液分别的放置在维度为15～20 ℃和30～40 ℃的转鼓里。最后将其放置在空气干燥箱中去完成7 h的干燥。当其余条件固定不变的时候，壳聚糖纺丝原液自身的特性黏度会伴随着温度的不断提升而有所减弱。这显示出让温度提升能够让链段自身的活性得到增加，并且还能够让壳聚糖在初始溶液中的降解速率得到提升，同时温度和溶解的速率之间会呈现出成正比的关系。温度是进行纺丝时一定要思考的问题。温度较大难么会使得过多的乙酸出现挥发的状况。纺丝原液自身的温度要求控制在30～40 ℃。

2.2.3 壳聚糖质量分数对纺丝原液稳定性的影响

挑选体积分数在2%的乙酸溶液将其当成是溶剂，并制备的质量分数需要控制在3.0%和3.5%以及4.0%最后将其放置在温度为40 ℃的高炉中进行7 h的放置。最开始溶解其壳聚糖纺丝原液自身的特性黏度差异并不大，但是随着时间的延长，壳聚糖纺丝原液自身的特性黏度与溶液黏度会有不同程度的减弱。其本身的质量分数会有所提升，其本身的黏度将则会不断地降低。

2.3 壳聚糖湿纺成型工艺

2.3.1 脱乙酰度对新生纤维结晶性能的影响

根据有关的报道提出，壳聚糖膜其自身的结晶度会伴随着壳聚糖脱乙酰度的不断提升而有所提升，并不断向极值发展。因此能够得出，在壳聚糖在其脱乙酰基作用完成之后，需要将乙酰基清除掉，壳聚糖分子自身的规则性能够获得一定程度的改善，通过因此能够看出纤维自身的结晶度也会随之提升。

2.3.2 凝固浴温度对新生纤维性能的影响

壳聚糖新生纤维其声速取向因子会伴随着凝结浴自身的温度不断提升而慢慢减低。其主要是因为提升温度会让双扩散系数得到提升，同时还需要让固化速度被加速，这制约了大分子链段顺着纤维轴进行的移动。这展现出在新生纤维取向不断的减弱以及连续强度上。所以，一般要求把凝固浴自身的温度抑制在20～30 ℃。

2.3.3 凝固时间对新生纤维性能的影响

要求把壳聚糖新生纤维放置在浓度为5%的NaOH凝固浴里，然后按照具体的凝固差异拿出样品，同时在洗涤以及干燥凝固完成后测试其性能[4]。凝结时间如果得到延长和新生纤维自身的取向因子以及结晶度能够在不同程度上获得改善，这样能够在很大程度上让新生纤维原本的强度得到强化。所以，在纺丝的过程中需要尽可能地延长凝结时间。并且伴随着卷绕速度的不断提升，纤维的取向因子以及自身的强度会有所提升。这是因为让卷绕速度得到提升会对纺丝自身的拉伸应力产生影响。这样的方式会对其在无定形区域里的轴向取向产生影响，尤其会让壳聚糖新生纤维的强度得到提升。可是，伴随着绕线速度的持续快速提升，纱线会出现断裂而不能够纺纱的情况。

2.3.4 干燥方式对初生纤维成形的影响

干燥方法对于壳聚糖新生纤维构成产生的影响。自然干燥和加热干燥等方式都会让纤维出现粘连的状况，可是纤维其表面则会比较顺滑。 丙酮干燥的纤维其看似并不是很黏，可是纤维表面却较为粗糙。文章选择二次缠绕的方式，把缠绕的纤维划分为滚筒，然后对其进行干燥处置，这有效的克服了纤维本身具备的黏附力，通过这样才能够制备质量符合标准的纤维[5]。

3 结语

脱乙酰度相对较高的壳聚糖其可以快速底在乙酸中溶解，壳聚糖新生纤维其结晶度则要高出一些。壳聚糖纺丝原液的时候，乙酸其自身的体积分数并不会过高。混凝浴要求在其中添加适当含量的乙醇以及浓度为5%的Na2SO4以及浓度为5%的NaOH溶液，并且需要将温度控制到20～30 ℃。在混凝浴中，纤维制长丝的质量较高；因此可以适当延长凝固时间得到延长并且让卷绕速度得到提升，通过这样的方式得到一种较高的取向度以及强度较高的壳聚糖新生纤维。