CN105063802A - 一种壳聚糖纤维 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖纤维，该壳聚糖纤维的断裂伸长率为12%-22%。本发明壳聚糖纤维的制备过程简单、易于控制、成本低，且制备得到的壳聚糖纤维具有较高的断裂伸长率。

Description

一种壳聚糖纤维

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖纤维，具体涉及一种具有高断裂伸长率的壳聚糖纤维。

背景技术

壳聚糖是一种具有优良的生物相容性、抗菌能力，止血能力和可生物降解的天然高分子。壳聚糖是一种很好的纺丝原料，具有良好的成纤性，使得其在制备医用纱布，绷带和抗菌服方面具有得天独厚的优势。就目前来看，制备壳聚糖纤维的主要方法是用稀酸或者离子液溶解壳聚糖进行湿法纺丝，这类方法制得的壳聚糖纤维往往伸长率较低（<12%），柔韧性差，手感僵硬，限制了其在医用纱布，绷带和抗菌服方面更好的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种具有较高断裂伸长率的壳聚糖纤维。

为了达到上述目的，本发明提供了一种壳聚糖纤维，该壳聚糖纤维的断裂伸长率为12%-22%。

上述壳聚糖纤维通过以下步骤制备：

（1）将壳聚糖粉末分散于甲酸水溶液中，搅拌反应2h，静置出去体系中的气泡，得到壳聚糖纺丝液；所述甲酸水溶液的浓度为80%-100%，优选浓度85%-100%；反应温度为30℃-90℃，优选反应温度40℃-50℃；所述壳聚糖纺丝液中壳聚糖的浓度为5wt%-15wt%，优选浓度8wt%-10wt%；

（2）在凝固浴中，将步骤（1）中制得的壳聚糖纺丝液在温度15℃-30℃下湿法纺丝，制得原纤维；所述凝固浴采用乙醇、丙酮、硫酸钠/氢氧化钠混合水溶液，优选乙醇或硫酸钠/氢氧化钠混合水溶液；所述硫酸钠/氢氧化钠混合水溶液中硫酸钠为饱和浓度，氢氧化钠的浓度为5M-10M。

当步骤（2）中凝固浴采用乙醇或丙酮时，本发明壳聚糖纤维的制备还包括以下步骤：

（3）将步骤（2）中制备得到的原纤维置于中和浴中15min-30min除去未反应完的甲酸，水洗晾干得到所述壳聚糖纤维；

其中，步骤（3）中和浴采用氢氧化钠水溶液或乙醇溶液，其中氢氧化钠水溶液的浓度为0.5M-1M，乙醇溶液的浓度为0.01M-0.5M。

步骤（1）中壳聚糖粉末中壳聚糖的脱乙酰度大于80%，重均分子量为8×10⁴-6×10⁵。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明利用高浓度甲酸一方面作为溶剂溶解壳聚糖，另一方面使甲酸与壳聚糖上的氨基发生反应来降低壳聚糖的结晶度，从而改善纤维的力学表现。本发明壳聚糖纤维的制备过程简单、易于控制、成本低，且制备得到的壳聚糖纤维具有较高的断裂伸长率。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的壳聚糖纤维的实物照片；

图2为本发明实施例1至5及对比实施例制备得到的壳聚糖纤维的红外光谱对比图；

图3为本发明实施例1至5及对比实施例制备得到的壳聚糖纤维的力学性能对比图。

图中，CA-对比实施例制备得到的壳聚糖纤维，CF1-本发明实施例1制备得到的壳聚糖纤维，CF2-本发明实施例2制备得到的壳聚糖纤维，CF3-本发明实施例3制备得到的壳聚糖纤维，CF4-本发明实施例4制备得到的壳聚糖纤维，CF5-本发明实施例5制备得到的壳聚糖纤维，Ch-壳聚糖粉末。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。（建议以下各实施例均补充各原料的具体用量）

实施例1

将8g分子量为5.6×10⁵，脱乙酰度为85%的壳聚糖粉末分散于92g88%的甲酸，30℃搅拌反应2h，静置脱泡，得到8wt%的壳聚糖纺丝液；

以乙醇为凝固浴，在20℃下将上述纺丝液湿法纺丝，得到壳聚糖原纤维；

将制得的壳聚糖原纤维置于0.5M的氢氧化钠乙醇溶液中20min后取出水洗两次晾干，制得的壳聚糖纤维质地柔软（如图1所示），断裂伸长率为16.5%。

实施例2

将10g分子量为5.6×10⁵，脱乙酰度为85%的壳聚糖粉末溶于90g100%的甲酸，40℃搅拌反应2h，静置脱泡，得到10wt%的壳聚糖纺丝液；

以乙醇为凝固浴，在30℃下将上述纺丝液湿法纺丝，得到壳聚糖原纤维；

将制得的壳聚糖原纤维置于0.1M的氢氧化钠水溶液中20min后取出水洗两次晾干，制得的壳聚糖纤维质地柔软，断裂伸长率为18.7%。

实施例3

将10g分子量为5.6×10⁵，脱乙酰度为85%的壳聚糖粉末溶于90g100%的甲酸，50℃搅拌反应2h，静置脱泡，得到10wt%的壳聚糖纺丝液；

以乙醇为凝固浴，在30℃下将上述纺丝液湿法纺丝，得到壳聚糖原纤维；

将制得的壳聚糖原纤维置于0.1M的氢氧化钠水溶液中20min后取出水洗两次晾干，制得的壳聚糖纤维质地柔软，断裂伸长率为21.6%。

实施例4

将10g分子量为5.6×10⁵，脱乙酰度为85%的壳聚糖粉末溶于90g88%的甲酸，70℃搅拌反应2h，静置脱泡，得到10wt%的壳聚糖纺丝液；

以硫酸钠/氢氧化钠混合溶液为凝固浴，其中硫酸钠为饱和硫酸钠，氢氧化钠浓度为6M，在25℃下将上述纺丝液湿法纺丝，得到壳聚糖原纤维；

将制得的壳聚糖原纤维水洗三次晾干，制得的壳聚糖纤维质地柔软，断裂伸长率为12.2%。

实施例5

将分子量为10g1.0×10⁵，脱乙酰度为90%的壳聚糖粉末溶于90g100%的甲酸，30℃搅拌反应2h，静置脱泡，得到10wt%的壳聚糖纺丝液；

以丙酮为凝固浴，在20℃下将上述纺丝液湿法纺丝，得到壳聚糖原纤维；

将制得的壳聚糖原纤维置于1M的氢氧化钠水溶液中20min后取出水洗两次晾干，制得的壳聚糖纤维质地柔软，断裂伸长率为18.9%。

对比实施例

将10g分子量为5.6×10⁵，脱乙酰度为85%的壳聚糖粉末分散于90g3wt%的稀醋酸中，30℃搅拌溶解，静置脱泡，得到10wt%的壳聚糖纺丝液；

以乙醇为凝固浴，在30℃下将上述纺丝液湿法纺丝，得到壳聚糖原纤维；

将制得的壳聚糖原纤维置于0.5M的氢氧化钠水溶液中，20min后取出水洗两次晾干，制得的壳聚糖纤维断裂伸长率为8.2%。

取各实施例制备得到的壳聚糖纤维进行检测，如图2所示为其红外光谱对比，图中峰1672cm^-1是酰胺键的特征峰，峰1595cm^-1是壳聚糖上氨基的特征峰，CF1，CF2，CF3、CF4和CF5红外谱图中峰1672cm^-1的出现和峰1595cm^-1峰强的减小表明浓甲酸在溶解壳聚糖的过程中，不仅能够使壳聚糖上的氨基质子化，而且在加热的条件下能够发生酰胺化反应，从而大大降低壳聚糖原料的结晶度。而对比实施例采用醋酸进行常规湿法纺丝不具备这种效果。

如图3所示为各实施例制备得到的壳聚糖纤维的力学性能对比。从图中可以看出，相比以稀醋酸为溶剂进行常规湿法纺丝制备壳聚糖纤维，本发明采用浓甲酸改性壳聚糖的方法制备得到的壳聚糖纤维具有更好的韧性，这是由于甲酸能与壳聚糖上的氨基发生酰胺化反应，从而对壳聚糖的高结晶有更强的破坏作用。随着甲酸浓度的增加或反应温度的升高，有利于酰胺化反应，能增强壳聚糖纤维的韧性（如CF1至CF3），但随着温度升高至70℃以上，过高的温度会使壳聚糖热降解，从而降低壳聚糖纤维的性能，如CF4。同时原料壳聚糖粉末的分子量也对纤维的断裂伸长率有影响，同等反应条件下，低分子量的原料制备得到的纤维具有更高的断裂伸长率，如CF5。

Claims (4)

1.一种壳聚糖纤维，其特征在于：所述壳聚糖纤维的断裂伸长率为12%-22%。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖纤维，其特征在于：所述壳聚糖纤维通过以下步骤制备：

（1）将壳聚糖粉末分散于甲酸水溶液中，搅拌反应2h，静置出去体系中的气泡，得到壳聚糖纺丝液；所述甲酸水溶液的浓度为80%-100%；反应温度为30℃-90℃；所述壳聚糖纺丝液中壳聚糖的浓度为5wt%-15wt%；

（2）在凝固浴中，将步骤（1）中制得的壳聚糖纺丝液在温度15℃-30℃下湿法纺丝，制得原纤维；所述凝固浴采用乙醇、丙酮、硫酸钠/氢氧化钠混合水溶液；所述硫酸钠/氢氧化钠混合水溶液中硫酸钠为饱和浓度，氢氧化钠的浓度为5M-10M。

3.根据权利要求2所述的壳聚糖纤维，其特征在于：所述壳聚糖纤维的制备还包括以下步骤：

（3）将步骤（2）中制备得到的原纤维置于中和浴中15min-30min除去未反应完的甲酸，水洗晾干得到所述壳聚糖纤维；

所述步骤（2）中凝固浴采用乙醇或丙酮；

所述步骤（3）中和浴采用氢氧化钠水溶液或乙醇溶液，其中氢氧化钠水溶液的浓度为0.5M-1M，乙醇溶液的浓度为0.01M-0.5M。

4.根据权利要求2或3所述的壳聚糖纤维，其特征在于：所述壳聚糖粉末中壳聚糖的脱乙酰度大于80%，重均分子量为8×10⁴-6×10⁵。