JP5384772B2 - 純粋なキトサン繊維を工業的に製造するための紡糸液の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、キトサン繊維の紡糸液及びその製造方法に関し、特に、工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液及びその製造方法に関する。

純粋なキトサン繊維は、高純度のキトサン（Ｃｈｉｔｏｓａｎ）を原料とし、湿式紡糸により得られた正電荷を持つ産物であり、優れた広域抗菌性を持っていると共に、生分解性を持っていて、創傷の回復と癒合を促進し、止血の機能を有し、且つ優れた吸湿性と透気性を有するなどの利点があるため、医用品、敷料、抗菌紡績品などの面で巨大的な潜在力を有し、顕著な有益効果を奏することができる。

現在、キトサン繊維を製造するための紡糸液は、その製造プロセスの原因で、製品繊維のドライ状態における破断強度及び破壊伸び率が低く、且つ紡糸性と機能性の劣化を招来する。

従来のキトサン繊維の製造方法に関わる特許において、キトサン紡糸液の製造プロセスとして色々あるが、実験室での製造又は小ロットの工業生産において、いずれもキトサン粉末を用いてキトサン繊維紡糸液を製造しており、シート状キトサンを用いてキトサン繊維紡糸液を製造したことはない。現在市場で需要している高機能性の純粋なキトサン繊維は、高脱アセチル化度と超高脱アセチル化度、及び超高粘度を有するシート状キトサンを原料とすることを要求し、その理由は下記の通りである。

一、１、キトサンの脱アセチル化度が高いほど、細胞のキトサン膜（繊維）への貼付及び成長に有利し、細胞との相性が良く、細胞に対する損傷が軽くなる。これに対し、脱アセチル化度が低い（＜７０％）キトサン膜（繊維）と細胞との相性が悪く、細胞の貼付と成長に不利し、細胞に対して一定の損傷作用がある。この点は、生物医学工程学雑誌（２００６；２３（４）：８００〜８０４、「異なる脱アセチル化度の、キトサン膜と角膜基質との相性に対する影響」）を参照することができる。

２、キトサンの脱アセチル化度の増加に伴い、その抑菌作用も増強される。この点は、上海水産大学学報（第１０巻第４期、「異なる脱アセチル化度キトサンの抑菌作用」）を参照することができる。

以上の２点から分かる通り、キトサンの脱アセチル化度が高いほど、紡績したキトサン繊維の機能性が良くなる。

二、粘度と分子量との関係は、マルク‐ホウインク（Ｍａｒｋ−Ｈｏｕｗｉｎｋ）式により表される。即ち、［η］＝ｋＭ^α（ただし、ηは粘度（ｍｐａ・ｓ）であり；Ｋは常数で、体系の性質との関連度が低く、温度のみに依頼する数値であり；Ｍは相対分子質量であり；αは分子量と関係がある数値である）により表される。前記式からわかる通り、キトサン粘度の降下は、実際分子量が小さくなることを意味する。周知の通り、キトサン分子量が大きいほど、紡績したキトサン繊維のドライ状態における破断強度が高くなる。元のキトサン分子鎖構造を有するシート状キトサン原料が、高機能性の純粋なキトサン繊維の紡績需要をさらに満たすことができる。

現在の紡糸液の製造プロセスには、下記のような欠陥が存在する。

１、現在、キトサン繊維を製造するための原料は、その脱アセチル化度が中級レベル（７５％＜Ｄ・Ｄ＜８９％）であるため、産出した繊維の抑菌率が低く、細胞の相性が劣る。

２、シート状キトサンを粉砕して粉末にし、該キトサン粉末を用いてキトサン繊維の紡糸液を製造するため、工程数とコストの増加を招来するばかりでなく、さらに重要なのはキトサンの分子鎖構造を破壊したことにある。粘度１０００ｍｐａ・ｓのシート状キトサンを１−２ｍｍの粉末に粉砕した場合、その粘度は７００ｍｐａ・ｓまで低下され、３０％程度降下したため、製造した紡糸液の繊維形成能が低下され、製品繊維のドライ状態における破断強度及び破壊伸び率が低く、紡績性が劣る。

３、シート状キトサンを用いてキトサン繊維の紡糸液を製造する従来のプロセスにおいて、その溶解速度が遅すぎで、質量が不安定になることがあり、理論的に言えば、シート状キトサン自身は、脱カルシウム、脱蛋白質を行った後、その組織中に多くの間隙が生じ、これらの間隙には空気が充填されるようになる。一方、シート状キトサン原料は、２枚又は複数枚を重ねてなり、その間隙にも多くの気体が存在している。酢酸溶液とシート状キトサンが接する場合、シート状キトサン原料の表面に粘稠した溶解液を生成し、シート状原料の表面を被覆して、キトサン間隙内の気体の脱気を阻害するばかりでなく、溶液の浸入も阻害して、シート状キトサン原料の溶解に要する時間が長くなる。工業的生産を行う際に、同じ攪拌槽に大量のシート状キトサン原料を投入した場合、一部分が溶解したが、他の一部分は溶解していないことになり、全部溶解した時点においては、先に溶解したキトサン溶液の一部分が既に加水分解して、粘度が低下される。このような紡糸液を用いて紡績する場合、糸が切れ易く、高品質の繊維を紡績することができない。そのため、このような形態は工業的連続生産の要求に適さなく、わが国の純粋なキトサン繊維の工業化への発展を阻害していた。

従って、工業化生産中で如何にシート状キトサン原料を用いて高機能性純粋なキトサン紡糸液を製造するのかは、本分野で解決しなければならない重要な課題となっている。

本発明の目的は、工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液及びその製造方法を提供することにある。本発明によれば、キトサンの分子鎖自身の状態と構造を確保すると共に、単位時間内に快速且つ均一にシート状キトサンを溶解させることができる。また、本発明の製造方法で紡糸液を製造することで，工業的連続生産の要求を満たすことができる。

本発明の上記目的は、以下の技術方案により達成される。

本発明の工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液は、用いられたキトサン原料がシート状であり、且つ脱アセチル化度≧９２％、粘度≧１０００ｍｐａ・ｓであることを特徴とする。

前記工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液において、用いられたキトサン原料の脱アセチル化度≧９５％、粘度≧１５００ｍｐａ・ｓであることが好ましい。

本発明の前記工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液の製造方法は、
シート状キトサン原料を選別して、不純物を除去するステップ（ａ）と、
選別したシート状キトサン原料を、紡糸液重量全体の３％−８％になるように秤取って攪拌槽に投入し、密封した後、真空引きを行うステップ（ｂ）と、
０．９％−６％酢酸溶液を加え、室温下で４０−６０分浸漬するステップ（ｃ）と、
攪拌槽内の圧力≦５０００ｐａの条件下で、回転数２６−６０回／分で等速に７．５−１９時間攪拌した後、１−３時間静置して、紡糸液を得るステップ（ｄ）と、を含むことを特徴とする。

前記工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液の製造方法において、前記ステップ（ｄ）での攪拌槽圧力≦３０００ｐａであることが好ましい。

１．従来のように元のシート状キトサンを粉末に粉砕しないため、工程数とコストを低下させるばかりでなく、元のシート状キトサンの分子鎖構造を維持して、キトサンの粘度及び脱アセチル化度が変更せず、製造した紡糸液の繊維形成能を向上し、製品繊維のドライ状態における破断強度及び破壊伸び率を向上して、紡績性を向上した。

本発明の紡糸液を、原料としてキトサン粉末、シート状キトサン（先行技術）を用いる紡系液と比較する場合、同じ製造プロセスにより製造された製品繊維のドライ状態における破壊伸び率、破断強度及び紡糸液の製造に要する時間は下記の通りである。

２．本発明のステップ（ｂ）において、攪拌槽にシート状キトサンを投入して密封した後真空引きを行うため、シート状キトサン自身が脱カルシウム、脱蛋白質を行う際に生じた多くの間隙中に存在するガス、及びシート状キトサン原料を重ね合う際に生じた間隙中に存在するガスが全部抽出される。そのため、酢酸溶液を加えた後、酢酸溶液とシート状キトサン原料の内外とが十分に接触されて、溶解速度を促進すると共に、少量の紡糸液の気泡のみが生成されるため、次の紡糸液の脱気工程の難しさを低下させることができる。また、ステップ（ｄ）における等速攪拌も、紡糸液の粘度を均一にさせることに有利し、安定した高品質の純粋なキトサン繊維を紡績することができる。

以下、工業的に純粋なキトサン繊維を製造するための紡糸液及びその製造方法について、詳細に説明する。

実施例１
粘度２６００ｍｐａ・ｓ、脱アセチル化度９２％のシート状キトサン原料を選別し、不純物を除去した後、１００Ｋｇを秤取った。秤取ったシート状キトサン原料を攪拌槽内に投入し、密封した後真空引きを行い、０．９％酢酸溶液を３１８０Ｋｇ加えた後、室温下で６０分間浸漬した。攪拌槽内の圧力を５０００ｐａとし、回転数２６回／分で等速攪拌を１９時間行った後、３時間静置させて紡糸液を得た。

実施例２
粘度１４００ｍｐａ・ｓ、脱アセチル化度９４％のシート状キトサン原料を選別し、不純物を除去した後、２００Ｋｇを秤取った。秤取ったシート状キトサン原料を攪拌槽内に投入し、密封した後真空引きを行い、３％酢酸溶液を２９６０Ｋｇ加えた後、室温下で５０分間浸漬した。攪拌槽内の圧力を３５００ｐａとし、回転数４０回／分で等速攪拌を１２時間行った後、２時間静置させて紡糸液を得た。

実施例３
粘度１０００ｍｐａ・ｓ、脱アセチル化度９６％のシート状キトサン原料を選別し、不純物を除去した後、３００Ｋｇを秤取った。秤取ったシート状キトサン原料を攪拌槽内に投入し、密封した後真空引きを行い、６％酢酸溶液を３４５０Ｋｇ加えた後、室温下で４０分間浸漬した。攪拌槽内の圧力を２０００ｐａとし、回転数６０回／分で等速攪拌を７．５時間行った後、１時間静置させて紡糸液を得た。

Claims (4)

1. 純粋なキトサン繊維を工業的に製造するための紡糸液の製造方法であって、
   シート状キトサン原料を選別して、不純物を除去するステップ（ａ）と、
   選別したシート状キトサン原料を、紡糸液重量全体の３％−８％になるように秤取って攪拌槽に投入し、密封した後、真空引きを行うステップ（ｂ）と、
   ０．９％−６％酢酸溶液を加え、室温下で４０−６０分浸漬するステップ（ｃ）と、
   攪拌槽内の圧力が５０００Ｐａ以下の条件下で、回転数が２６−６０回／分で等速攪拌を７．５−１９時間行った後、１−３時間静置して、紡糸液を得るステップ（ｄ）と、を含むことを特徴とする、純粋なキトサン繊維を工業的に製造するための紡糸液の製造方法。
2. 前記ステップ（ｄ）において、攪拌槽内の圧力が３０００Ｐａ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の純粋なキトサン繊維を工業的に製造するための紡糸液の製造方法。
3. 前記シート状キトサン原料の脱アセチル化度が９２％以上、粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の純粋なキトサン繊維を工業的に製造するための紡糸液の製造方法。
4. 前記シート状キトサン原料の脱アセチル化度が９５％以上、粘度が１５００ｍＰａ・ｓ以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の純粋なキトサン繊維を工業的に製造するための紡糸液の製造方法。