殼聚糖紡絲原液性能及其成纖性能的研究*

顏曉菜 何 勇 黃 勝 梁列峰

(1.西南大學紡織服裝學院，重慶，400715;2.重慶市纖維檢驗局，重慶，401121)

甲殼素主要來源于蝦、蟹、昆蟲等甲殼類動物，年自然產量僅次于產量居首的纖維素，是自然界中唯一存在的堿性多糖［1］。殼聚糖是甲殼素經濃堿高溫處理后，脫N-乙酰后的產物，化學結構與纖維素相似。殼聚糖無毒，可被生物降解，具有顯著抑制真菌繁殖等作用，廣泛應用于醫藥、農業、輕紡、功能材料等方面［2-6］。殼聚糖纖維可用于醫用吸收性手術縫合線、醫用棉、醫用敷料和高級服裝材料等。殼聚糖分子的本體立構規整性和較強的分子間氫鍵，在多數有機溶劑、水、堿中難以溶解。目前對殼聚糖纖維的開發多采用共混紡絲法，純殼聚糖纖維的報道相對較少［7-11］。殼聚糖在稀酸溶液中是陽離子聚電解質，其溶液性質同普通高分子溶液有較大差異，并會影響纖維的性能，所以有必要研究殼聚糖紡絲原液的性能。本試驗希望通過研究殼聚糖紡絲原液性能及后期成纖工藝的改進，如紡絲原液濃度、紡絲溫度、凝固浴濃度等因素，制備較理想的純殼聚糖纖維。

1 試驗部分

1.1 儀器和材料

JA-2003A型電子天平(0.000 1 g);HDI-3型恒溫磁力攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司);醫用注射器;NDJ-8S型數字顯示黏度計(上海精密科學儀器有限公司);Y802N型八籃恒溫烘箱(南通宏大試驗儀器有限公司);HH-4型數顯恒溫水浴鍋(常州澳華儀器有限公司)。

殼聚糖(浙江澳興生物技術有限公司);冰乙酸(重慶北碚化學試劑廠);無水乙醇［慶川東化工(集團)有限公司］。

1.2 試驗方法

①分別配制不同質量濃度的殼聚糖紡絲原液，常溫下靜置脫泡，觀測其黏度隨時間的變化，研究其穩定性;②觀測不同質量濃度殼聚糖紡絲原液黏度隨溫度的變化規律，以確定紡絲溫度;③通過殼聚糖質量濃度、凝固浴中的氫氧化鈉質量濃度、紡絲溫度、凝固溫度四個因素的正交試驗，觀測各個初生纖維表面形貌，從而確定紡絲工藝路線。

2 結果分析

2.1 不同質量濃度殼聚糖紡絲液的穩定性

圖1為三種不同質量濃度的殼聚糖紡絲原液(用體積分數3%乙酸水溶液配制)在常溫(20℃)下放置的黏度變化情況。在20℃，三種質量濃度的殼聚糖紡絲原液都比較穩定，黏度曲線基本上平穩，且隨著殼聚糖質量濃度的提高，其黏度有較大升高，尤其當質量濃度上升到0.05 g/mL時，黏度增加更大。這是因為殼聚糖在酸溶液中會有一定程度溶脹，質量濃度大時，甚至會形成凍膠。所以在殼聚糖紡絲過程中，對于中等黏度的殼聚糖也只能配制成質量濃度小于0.05 g/mL的溶液。

圖1 放置時間對殼聚糖紡絲原液黏度的影響

2.2 不同溫度條件下殼聚糖紡絲原液的黏度變化

圖2為兩種不同質量濃度的殼聚糖原液，在不同的溫度條件下，其黏度變化情況。由圖2可知，兩種質量濃度的殼聚糖原液隨著溫度的升高，其黏度都有較大的變化，總體呈下降趨勢，符合一般高聚物黏度隨溫度的變化規律。且圖2中反映出在20～30℃條件下，黏度變化較小，說明在該溫度區間內，殼聚糖紡絲液的穩定性較好，所以紡絲溫度應選擇20～30℃為宜。

2.3 正交試驗分析

本試驗選擇對殼聚糖成纖性影響較大的四個因素：殼聚糖質量濃度(A)，凝固浴中NaOH質量濃度(B)，紡絲溫度(C)，凝固浴溫度(D)。參照正交試驗表，設計了一組L9(34)試驗，以10%～90%來表征初生纖維的成纖效果，如表1所示。

圖2 不同質量濃度的殼聚糖紡絲原液黏度隨溫度的變化

表1 殼聚糖纖維正交試驗表

利用“正交試驗設計助手”對試驗結果進行分析，得到各因素對試驗指標的影響程度。取均值最大時，可得到殼聚糖紡絲成型的最佳工藝組合為：A3B1C1D2。同時根據極差分析可知，影響殼聚糖濕法紡絲成型的因素排序為：A＞B＞C=D。

圖3和圖4分別為正交試驗中5號和7號樣品實物。圖中可明顯看出，7號試驗所制得的初生纖維表面較為平滑，纖維連續性好，條干均勻，而5號試驗所制得的初生纖維則有較多斷絲，纖維連續性較差，纖維粗細不一。

圖3 7號試驗樣品

圖4 5號試驗樣品

3 結語

殼聚糖紡絲纖維的結構穩定性受工藝的影響，主要是紡絲原液質量濃度、凝固浴NaOH質量濃度、紡絲原液溫度及凝固浴溫度等。通過對這幾個因素的正交試驗，得到殼聚糖成纖的最佳工藝組合為：殼聚糖質量濃度0.05 g/mL，凝固浴中NaOH質量濃度0.15 g/mL，紡絲原液溫度20～25℃，凝固浴溫度25℃。

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