壳聚糖纤维的成型.pdf

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1、第2 6 卷第2 期 2 0 0 5 年4 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 2 A p r ，2 0 0 5 壳聚糖纤维的成型 高洗，林敏怡，邬国铭 ( 华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州5 1 0 6 4 0 ) 摘要对壳聚糖纤维的成型机理及条件进行了研究，发现壳聚糖纺丝原液以壳聚糖的质量分数为3 5 ，乙酸的 质量分数为2 ，脲素的质量分数为l ，甘油的用量为壳聚糖质量的0 5 倍为宜。凝固浴以双组分及三组分效果 较好。较佳的纺丝条件：喷丝头拉伸率一6 8 ，塑化拉伸率2 2 ，水洗拉伸率

2、9 ，塑化拉伸温度以6 0 、水洗拉伸 温度以8 0 、纤维水洗温度以5 5 为宜。 关键词壳聚糖；壳聚糖纤维；纺丝；凝固浴；拉伸 中图分类号：T Q3 4 2 6 9文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 5 ) 0 2 0 0 4 1 0 3 F 0 r m i n go fc h i t o s a nn b e r G A 0G u a n g ，L I NM i n y i ，W UG u o m i n g ( c o 如g e 妒M 砒砌f 曲n 口以E n 舒n e e ，i ，2 9 ，s D 以 观i 踟沁m 毋矿h m 地眇，7 舻幻u ，

3、G ，础增 5 1 0 6 4 0 ，吼i m ) A b s 们c t E x p e r i m e n t sw e r ec a 耐e do u tt os t u d yt l em o l d i “gm e c h a n i c sa n do p t i m a lc o n d i 6 0 n so ft h ef o m i “go fc h i t o s a n6 b e r A n di tw a sf o u n do u t 出a t 山es o u n dc o n t e n t so fc h i t o s a n ，a c e t i ca c i d

4、a n dc a r b 锄i d ei nt l l ec h i t o s a ns p i n n i n gd o p es h o l l l db e3 5 w t ，2w t a n dl 们，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h eg l y c e d n e0 5t i m e so fc h i t o s a J l C o m p o u n dc 0 8 9 u l a t i n gb a t l lo fb i c o m p o n e n to r 啊c o m p o n e n tw e r ef o u n dh a v

5、 i n gb e t t e rm o l d i n ge 奢c t T h es u i t a b l e8 p i n n i n gc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d ：s p i n n e r e td r a f t f a c t o r 一6 8 ，p l a s t i c i z a t i o nd r a w i I l gf a c t o r2 2 w a t e rb a t hd r a w i n g9 ，t l l e s ed r a w i n gb a 出s t e m p e r a t u r

6、e sw e r er e s p e c t i v e l y6 0 a n d8 0 f i b e rw 8 sw a s h e di nt l l ew a t e ro f5 5 K e yw o r d sc K t o s a n ；c h j t o s a I I6 b e r ；s p j n n i n g ；c 0 8 9 u l a t i r l gb a t h ；d m w i n g 甲壳素是从虾蟹等动物甲壳中提炼出来的天然 高分子，可制成纤维作为服装及医用。甲壳素纤维 的早期研究多效仿人造纤维的成型方法制备，随着 研究的深入，现多采用甲酸、多卤酸或某些有

7、机溶剂 溶解、纺丝。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的衍生物， 能溶于稀乙酸中，成纤性好，以碱作凝固浴纺制成壳 聚糖纤维。壳聚糖纤维具有无毒、止血、消炎、与人 体相容性好，能在人体内酶的作用下降解等性能，可 作为医用可吸收手术缝线、伤口敷料等，也可与其它 纤维混纺做服装面料u 。1 。本文主要研究壳聚糖纤 维的成型机理及条件。 1 实验部分 1 1 原料 壳聚糖，相对分子质量1 0 6 1 0 6 ，脱乙酰度 9 2 6 ，灰分0 2 7 ，水分5 5 。 1 2 纺丝工艺流程 壳聚糖纺丝原液一过滤一脱泡一纺丝一凝固浴 一塑化拉伸浴一水洗拉伸浴一切断一洗涤一上油一 干燥一壳聚糖纤维。 1 3 纤维性能测

8、定 用Y G 一0 0 1 A 型纤维电子强力仪在温度2 0 ，湿 度6 5 的条件下测定。 2 结果与讨论 壳聚糖纺丝原液中壳聚糖的质量分数为 3 5 ，乙酸的质量分数为2 ，脲素的质量分数为 1 ，甘油的用量为壳聚糖质量的o 5 倍。其中脲素 可降低纺丝原液的粘度，甘油为增塑剂。 2 1 凝固浴组分的影响 采用单组分N a 0 H 溶液为凝固浴进行纺丝，结 果发现纤维性能很差。 2 1 1双组分凝固浴选用N a 0 H ( 5 ) ，乙醇 ( 9 5 ) 混合液作凝固浴，在其它工艺参数固定仅改 变N a 0 H 和乙醇体积比的情况下进行纺丝，结果列 作者简介：高洗( 1 9 4 4 一)

9、，女，副教授，硕士。主要从事化学纤维的结构与性能的研究，包括纤维素、甲壳素纤维及其衍生物的 制备、结构与性能等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【4 2 】 纺织学报 2 0 0 5 年第2 期 于表l 。 表l 凝固浴中0 H 和乙醇体积比对纺丝及纤维性能的影响 由表1 可见，当N a O H 与乙醇的体积比为5 ：5 时效果最好。因为5 的N a O H 对原液细流的凝固 较快，而乙醇在凝固浴中不起任何化学反应，仅起稀 释作用，因而延缓了凝固

10、作用，有利于形成较细密的 纤维结构。随乙醇的比例增大，延缓作用逐渐明显， 纤维性能提高。但乙醇的比例过大，易造成凝固不 充分，不利于形成较规整的初级结构，拉伸时的取向 效果也不能很好的固定，因而纤维的性能反而下降。 2 1 2三组分凝固浴选用N a O H ( 5 ) 、乙醇 ( 9 5 ) 、N a 2 s 0 4 混合液作凝固浴，以N a 0 H 与乙醇的 体积比为9 ：l 作凝固浴，添加N a 2 S 0 4 ，研究添加量对 纺丝及纤维性能的影响，结果如表2 所示。 表2 三组分凝固浴中N a 2 s 仉的添加量对纺丝及纤维性能的影响 由表2 可看出，随N a 2 s 0 。量的增加纺丝

11、趋向于 正常，纤维的强度和延伸度不断提高，手感变好；但 如继续加入N a 2 S 0 。，纺丝变得不正常，纤维的强度 开始下降。在三组分凝固浴中，N a 2 s 0 4 是一种强电 解质，它能使原液细流中的大分子因脱溶剂化而凝 固，凝固作用较缓慢。4 1 。当N a 2 S 0 4 加入量较少时， 凝固浴中的N a O H 浓度较高，凝固以中和反应为主， 凝固作用较强烈，易形成粗大的凝胶结构，使纤维的 强度及拉伸性变差；当N a 2 s 0 。加入量逐渐增多， N a 2 S 0 。的盐析作用增强，使凝固条件变得较为温 和，纤维结构较为致密，凝胶丝条虽已溶剂化，但尚 未固化完全，具有较大的拉伸

12、塑性，在拉伸过程中能 获得较好取向，使纤维的力学性能提高；但当 N a 2 s 0 。加入量过多时，盐析作用太强烈，凝固过快， 使丝条内外层结构差异过大，导致内应力增大，易产 生缺陷，使纤维性能下降。 2 2 拉伸及分配的影响 纺丝采用三组分凝固浴，其中N 如s 0 。的质量分 数为4 7 ，N a 0 H 的质量分数为4 4 ，乙醇的质量 分数为7 3 。 2 2 1 喷丝头拉伸( 凝固浴拉伸)当纺丝原液刚 从喷丝头挤出时，原液尚未固化，液流十分脆弱，不 宜施加过大的拉伸。表观喷丝头拉伸率为一6 8 时，丝条能顺利进入三浴。 2 2 2 塑化拉伸 采用甘油一水溶液作为塑化拉 伸浴，温度为6

13、0 ，研究拉伸对纤维性能的影响见 表3 。 表3 水洗浴拉伸对纤维性能的影响 刚离开凝固浴的丝条是一种高度溶胀的冻胶 体，内部充满了液体，减小了大分子链和链段的运动 阻力，在适度的拉伸下，大分子及链段沿拉伸方向取 向，在拉伸的同时壳聚糖进一步凝固，并将拉伸效果 固定下来。表3 中1 E 、2 E 、3 E ，随塑化拉伸率的提 高，纤维强度不断提高，断裂伸长减小。但拉伸过大 时( 达5 5 ) ，丝条容易造成损伤，强度大大下降。 2 2 3 水洗浴拉伸由塑化拉伸浴出来的丝条结 构的重建已基本完成，但仍未稳定，同时丝条内部还 残留有一定量的溶剂凝固剂等，必须经水洗拉伸在 张力下把残留液挤出，并进一

14、步提高取向度，把已获 得的结构及取向效果固定下来，使纤维性能进一步 提高。 在水洗浴温度为8 0 时拉伸及未拉伸纤维的 性能见表3 。表3 中1 F 塑化拉伸率较低，再经水洗 拉伸，虽然总拉伸率不高，但丝条经过较均匀而稳定 的塑化和水洗拉伸后，纤维强度提高；2 F 塑化拉伸 率较高，水洗拉伸的余地较少，拉伸效果差，3 F 由于 塑化拉伸率过高，无法进行水洗拉伸，纤维强度无法 提高。 2 3 拉伸温度的影响 采用三组分凝固浴( 其中8 9 N a 2 s 0 4 ，4 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWaterma

15、rkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第2 期纺织学报 【4 3 】 N a 0 H ，7 0 乙醇) ，研究塑化拉伸浴和水洗拉伸浴 的温度对拉伸及纤维力学性能的影响。 2 3 1 塑化拉伸浴温度水洗拉伸浴的温度为 8 0 时塑化拉伸浴温度对拉伸及纤维力学性能的 影响见表4 。 表4 拉伸浴温度对拉伸及纤维力学性能的影响 指标焉型等焉型警等 由表4 可知，塑化拉伸浴温度在6 0 7 0 时拉 伸稳定，纤维性能较好，尤其是在6 0q C 时，纤维强度 最高；当塑化拉伸浴温度在5 0 时，纤维出现毛丝， 强度下降。 2 3 2 水洗拉伸浴温度当塑化拉伸浴温度为

16、6 0 时，水洗拉伸浴温度对拉伸及纤维性能的影响 见表4 。 当水洗拉伸浴温度过低( 7 0 ) 时，不能提供大 分子链段活动的足够的能量，造成纤维可塑性不足， 出现毛丝现象，纤维性能下降。随水洗拉伸浴温度 提高，纤维的可塑性提高，有利于进一步拉伸，纤维 性能提高。但水洗拉伸浴温度过高，纤维过度溶胀 易发生解取向产生断丝，纤维的性能下降。 2 4 纤维水洗温度的影响 由拉伸浴出来的纤维仍含有一定的溶剂，如果 不洗干净会影响纤维的外观及强度。水洗温度过 低，纤维溶胀不大，造成水洗困难，纤维性能下降；水 洗温度升高有利于溶剂在水中的扩散及水分子向纤 维内的渗透，达到洗净的目的，且纤维性能提高；但

17、温度过高，纤维的解取向严重，导致性能下降。研究 发现水洗温度为5 5 时，纤维强度比较高。 2 5 壳聚糖纤维的力学性能 表5 为双组分和三组分凝固浴纺丝的壳聚糖纤 维的力学性能，其中3 B 是采用双组分凝固浴( 5 N a 0 H 和9 5 乙醇的体积比为l ：1 ) ，3 C 是采用三组 分凝固浴( 6 4 N a 2 S O 。、4 3 N a O H 和7 2 乙醇) 。 表5 壳聚糖纤维的力学性能 由表5 可见，壳聚糖纤维的干强和干断裂伸长 与普通粘胶纤维相近，湿强与钩接强度比普通粘胶 纤维高，但湿断裂伸长较低。 3 结 论 1 ) 壳聚糖的质量分数为3 5 ，乙酸的质量分 数为2

18、，脲素的质量分数为1 ，甘油的用量为壳 聚糖质量的0 5 倍的纺丝原液，凝固浴为双组分或 三组分时，纤维性能较好。 2 ) 本研究所得的较佳纺丝条件为：喷丝头拉伸 率一6 8 ；塑化拉伸率2 2 ，拉伸温度为6 0 ；水洗 拉伸率9 ，拉伸温度为8 0 。 3 ) 纤维的水洗温度5 5 为宜。 参考文献： 1 蒋挺大甲壳素 M 北京：中国环境科学出版社。1 9 9 6 【2J E a s t ( k 。g ec ，Q i nY i I I l i n w e t5 p i n n i “g 0 fc K t o s 肌肌dt h e a c e t y l a l i o n0 fc K t o s a n6 b e r s J JA P P IP o I y ms c i ，1 9 9 3 ，( 5 0 ) ： 1 7 7 3 一1 7 7 9 3 于勋译大有潜力的纤维原料一甲壳质和脱乙酰甲壳质 J 】 北京化纤。1 9 9 2 ( 4 ) ：3 0 一3 3 4 杨之礼，王庆瑞，邬国铭粘胶纤维工艺学 M 北京：纺织 工业出版社，1 9 9 l + 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark