CN110656398A - 一种甲壳素纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及甲壳素纤维技术领域，且公开了一种甲壳素纤维，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末50‑60份、细菌纤维素凝胶100‑120份、NAOH40‑60份、尿素40‑60份、硫脲40‑60份、水120‑160份和乙醇80‑100份。该甲壳素纤维及其制备方法，通过利用NaOH、尿素、硫脲和水为溶剂体系，分别溶解壳聚糖粉末和细菌纤维素凝胶，得到壳聚糖和细菌纤维素溶液，再按一定比例配制壳聚糖/细菌纤维素混合纺丝液，得到均匀稳定、粘度适合和易于纺丝加工的复合纺丝液，使高分子总浓度达到3‑10％，粘度达到50‑100cPa.s，同时使用NaOH、尿素、硫脲和水为溶剂制备混合纺丝液，溶剂绿色环保、成本低和易回收，避免了现有其他技术溶剂价格高和纤维中溶剂脱除不尽及回收难等问题。

Description

一种甲壳素纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及甲壳素纤维技术领域，具体为一种甲壳素纤维及其制备方法。

背景技术

甲壳质又称几丁质，广泛存在于昆虫类和水生甲壳类的外壳及海藻的细胞壁中，如蟹、虾、鱿鱼骨、蛋壳、蟑螂和真菌等，其蕴藏量仅次于植物纤维，脱乙酰甲壳质又称甲壳胺，是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物高分子，由于它的分子结构中带有不饱和的阳离子基团，因而它对带有负电荷的各类有害物质和有害细菌具有强大的吸附作用，这样它就能对有害细菌的活动进行抑制，使其失去活性，从而达到抗菌的目的，并且甲壳素既具有植物纤维的结构，又具有与人体骨胶原组织相似的结构，与人体有很好的相容性，可以被人体的溶菌酶分解吸收，对人体受损的细胞进行修复和活化，从而使这种物质有很好的医学特性，甲壳素纤维是以天然高聚物虾皮和蟹壳等为原料加工制成的一种新型动物绿色纤维，近二十年来，随着人们绿色环保和抗菌保健意识的不断增强，甲壳素纤维以其天然的抗菌功能、良好的生物相容性、丰富的原料资源和优良的纺织加工性能成为开发的热点。

目前普遍采用的纺制甲壳素纤维的方法是湿法成形法，先将甲壳素类物质溶于适当的溶剂，首先将甲壳素或壳聚糖溶解在合适的溶剂中，配制成一定浓度的纺丝原液，纺丝原液经过滤脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入凝固浴槽中，呈细流状的原液在凝固浴中形成固态纤维，例如中国专利CN 101748499 B中涉及了一种甲壳素纤维及其制备方法，该方法采用的离子液体对甲壳素有很好的溶解性能，同时离子液体无毒和不挥发，可以避免对环境造成污染以及对操作人员身体造成伤害，而且离子液体可进行有效回收，降低生产成本，节约资源，同时该方法制得的甲壳素纤维力学性能优良，不仅有较高的干断裂强度，还有较高的湿断裂强度，较好的干断裂伸长率，是一种优质的甲壳素纤维，但该方法制得的甲壳素纤维的纤维柔软度和纤维取向性较低，故提出一种甲壳素纤维及其制备方法以解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种甲壳素纤维及其制备方法，具备纤维柔软度和纤维取向性较高的优点，解决了制得的甲壳素纤维的纤维柔软度和纤维取向性较低的问题。

(二)技术方案

为实现上述纤维柔软度和纤维取向性较高的目的，本发明提供如下技术方案：一种甲壳素纤维，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末50-60份、细菌纤维素凝胶100-120份、NAOH40-60份、尿素40-60份、硫脲40-60份、水120-160份和乙醇80-100份。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末50份、细菌纤维素凝胶100份、NAOH40份、尿素40份、硫脲40份、水120份和乙醇80份。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末60份、细菌纤维素凝胶120份、NAOH60份、尿素60份、硫脲60份、水160份和乙醇100份。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末55份、细菌纤维素凝胶110份、NAOH50份、尿素50份、硫脲50份、水140份和乙醇90份。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种甲壳素纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)取NAOH40-60份、尿素40-60份、硫脲40-60份和水40-60份，将40-60份NAOH、40-60份尿素、40-60份硫脲和40-60份水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得溶剂A，将溶剂A平均分成两份得到溶剂B和C；

2)取乙醇80-100份和水80-100份，将80-100份乙醇和80-100份乙醇水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得凝固浴；

3)取壳聚糖粉末50-60份，将50-60份壳聚糖粉末放入步骤1)中制得的溶剂B中，在50-150℃温度下溶解1-50小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得壳聚糖溶液；

4)取细菌纤维素凝胶100-120份，将100-120份细菌纤维素凝胶放入步骤1)中制得的溶剂C中，在50-150℃温度下溶解1-50小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得细菌纤维素溶液；

5)将步骤3)和步骤4)中分别制得的壳聚糖溶液和细菌纤维素溶液均放入配制釜中进行混合，充分混合后制得混合纺丝液；

6)将步骤5)中制得的混合纺丝液进行过滤和脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入存有步骤2)制得的凝固浴的凝固浴槽中，进行干喷湿法纺丝，在进行干喷湿法纺丝时凝固浴为温度30-60℃，纺丝之后得到丝束；

7)将步骤6)制得的丝束进行拉伸，拉伸倍数在1-2倍之间，拉伸时以热水浴或饱和水蒸汽做拉伸介质，拉伸的温度为70-90℃，之后进行水洗，然后再进行干燥，干燥时温度为90-150℃，干燥结束后制得甲壳素纤维。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种甲壳素纤维及其制备方法，具备以下有益效果：

1、该甲壳素纤维及其制备方法，通过利用NaOH、尿素、硫脲和水为溶剂体系，分别溶解壳聚糖粉末和细菌纤维素凝胶，得到壳聚糖和细菌纤维素溶液，再按一定比例配制壳聚糖/细菌纤维素混合纺丝液，得到均匀稳定、粘度适合和易于纺丝加工的复合纺丝液，使高分子总浓度达到3-10％，粘度达到50-100cPa.s，同时使用NaOH、尿素、硫脲和水为溶剂制备混合纺丝液，溶剂绿色环保、成本低和易回收，避免了现有其他技术溶剂价格高和纤维中溶剂脱除不尽及回收难等问题，同时采用干喷湿纺法对混合纺丝液进行纺丝，使纺丝过程中纤维有序排列，提高纤维取向性，增强纤维强度和纺丝速度，优化了纺丝液浓度、空气层长度、拉伸倍数和拉伸速率等纺丝参数，所得纤维断裂强度比湿法纺丝提高百分之二十。

2、该甲壳素纤维及其制备方法，通过以细菌纤维素及其衍生物为壳聚糖纤维性能调节剂，通过改变细菌纤维素在混合纺丝液中的含量，调节纺丝液粘度及可纺性，提高了纺丝过程中纤维排列的有序性，增强壳聚糖纤维的断裂强度和伸长率，改善纤维柔软度，同时以水和低沸点乙醇为凝固浴，通过低温凝固及两段拉伸，增加纤维强度和长度，改善纤维并丝现象，凝固浴和纺丝溶剂均为绿色环保易回收试剂，低排放无污染，提质降耗效果明显。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：一种甲壳素纤维，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末50份、细菌纤维素凝胶100份、NAOH40份、尿素40份、硫脲40份、水120份和乙醇80份。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种甲壳素纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)取NAOH40份、尿素40份、硫脲40份和水40份，将40份NAOH、40份尿素、40份硫脲和40份水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得溶剂A，将溶剂A平均分成两份得到溶剂B和C；

2)取乙醇80份和水80份，将80份乙醇和80份乙醇水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得凝固浴；

3)取壳聚糖粉末50份，将50份壳聚糖粉末放入步骤1)中制得的溶剂B中，在50℃温度下溶解1小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得壳聚糖溶液；

4)取细菌纤维素凝胶100份，将100份细菌纤维素凝胶放入步骤1)中制得的溶剂C中，在50℃温度下溶解1小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得细菌纤维素溶液；

5)将步骤3)和步骤4)中分别制得的壳聚糖溶液和细菌纤维素溶液均放入配制釜中进行混合，充分混合后制得混合纺丝液；

6)将步骤5)中制得的混合纺丝液进行过滤和脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入存有步骤2)制得的凝固浴的凝固浴槽中，进行干喷湿法纺丝，在进行干喷湿法纺丝时凝固浴为温度30℃，纺丝之后得到丝束；

7)将步骤6)制得的丝束进行拉伸，拉伸倍数在1倍，拉伸时以热水浴或饱和水蒸汽做拉伸介质，拉伸的温度为70℃，之后进行水洗，然后再进行干燥，干燥时温度为90℃，干燥结束后制得甲壳素纤维。

实施例二：一种甲壳素纤维，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末60份、细菌纤维素凝胶120份、NAOH60份、尿素60份、硫脲60份、水160份和乙醇100份。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种甲壳素纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)取NAOH60份、尿素60份、硫脲60份和水60份，将60份NAOH、60份尿素、60份硫脲和60份水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得溶剂A，将溶剂A平均分成两份得到溶剂B和C；

2)取乙醇100份和水100份，将100份乙醇和100份乙醇水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得凝固浴；

3)取壳聚糖粉末60份，将60份壳聚糖粉末放入步骤1)中制得的溶剂B中，在150℃温度下溶解50小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得壳聚糖溶液；

4)取细菌纤维素凝胶120份，将120份细菌纤维素凝胶放入步骤1)中制得的溶剂C中，在150℃温度下溶解50小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得细菌纤维素溶液；

5)将步骤3)和步骤4)中分别制得的壳聚糖溶液和细菌纤维素溶液均放入配制釜中进行混合，充分混合后制得混合纺丝液；

6)将步骤5)中制得的混合纺丝液进行过滤和脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入存有步骤2)制得的凝固浴的凝固浴槽中，进行干喷湿法纺丝，在进行干喷湿法纺丝时凝固浴为温度60℃，纺丝之后得到丝束；

7)将步骤6)制得的丝束进行拉伸，拉伸倍数在2倍，拉伸时以热水浴或饱和水蒸汽做拉伸介质，拉伸的温度为90℃，之后进行水洗，然后再进行干燥，干燥时温度为150℃，干燥结束后制得甲壳素纤维。

实施例三：一种甲壳素纤维，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末55份、细菌纤维素凝胶110份、NAOH50份、尿素50份、硫脲50份、水140份和乙醇90份。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种甲壳素纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)取NAOH50份、尿素50份、硫脲50份和水50份，将50份NAOH、50份尿素、50份硫脲和50份水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得溶剂A，将溶剂A平均分成两份得到溶剂B和C；

2)取乙醇90份和水90份，将90份乙醇和90份乙醇水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得凝固浴；

3)取壳聚糖粉末55份，将55份壳聚糖粉末放入步骤1)中制得的溶剂B中，在100℃温度下溶解25小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得壳聚糖溶液；

4)取细菌纤维素凝胶110份，将110份细菌纤维素凝胶放入步骤1)中制得的溶剂C中，在100℃温度下溶解25小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得细菌纤维素溶液；

5)将步骤3)和步骤4)中分别制得的壳聚糖溶液和细菌纤维素溶液均放入配制釜中进行混合，充分混合后制得混合纺丝液；

6)将步骤5)中制得的混合纺丝液进行过滤和脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入存有步骤2)制得的凝固浴的凝固浴槽中，进行干喷湿法纺丝，在进行干喷湿法纺丝时凝固浴为温度45℃，纺丝之后得到丝束；

7)将步骤6)制得的丝束进行拉伸，拉伸倍数在1.5倍，拉伸时以热水浴或饱和水蒸汽做拉伸介质，拉伸的温度为80℃，之后进行水洗，然后再进行干燥，干燥时温度为120℃，干燥结束后制得甲壳素纤维。

本发明的有益效果是：该甲壳素纤维及其制备方法，通过利用NaOH、尿素、硫脲和水为溶剂体系，分别溶解壳聚糖粉末和细菌纤维素凝胶，得到壳聚糖和细菌纤维素溶液，再按一定比例配制壳聚糖/细菌纤维素混合纺丝液，得到均匀稳定、粘度适合和易于纺丝加工的复合纺丝液，使高分子总浓度达到3-10％，粘度达到50-100cPa.s，同时使用NaOH、尿素、硫脲和水为溶剂制备混合纺丝液，溶剂绿色环保、成本低和易回收，避免了现有其他技术溶剂价格高和纤维中溶剂脱除不尽及回收难等问题，同时采用干喷湿纺法对混合纺丝液进行纺丝，使纺丝过程中纤维有序排列，提高纤维取向性，增强纤维强度和纺丝速度，优化了纺丝液浓度、空气层长度、拉伸倍数和拉伸速率等纺丝参数，所得纤维断裂强度比湿法纺丝提高百分之二十，通过以细菌纤维素及其衍生物为壳聚糖纤维性能调节剂，通过改变细菌纤维素在混合纺丝液中的含量，调节纺丝液粘度及可纺性，提高了纺丝过程中纤维排列的有序性，增强壳聚糖纤维的断裂强度和伸长率，改善纤维柔软度，同时以水和低沸点乙醇为凝固浴，通过低温凝固及两段拉伸，增加纤维强度和长度，改善纤维并丝现象，凝固浴和纺丝溶剂均为绿色环保易回收试剂，低排放无污染，提质降耗效果明显，解决了制得的甲壳素纤维的纤维柔软度和纤维取向性较低的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种甲壳素纤维，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末50-60份、细菌纤维素凝胶100-120份、NAOH40-60份、尿素40-60份、硫脲40-60份、水120-160份和乙醇80-100份。

2.根据权利要求1所述的一种甲壳素纤维，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末50份、细菌纤维素凝胶100份、NAOH40份、尿素40份、硫脲40份、水120份和乙醇80份。

3.根据权利要求1所述的一种甲壳素纤维，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末60份、细菌纤维素凝胶120份、NAOH60份、尿素60份、硫脲60份、水160份和乙醇100份。

4.根据权利要求1所述的一种甲壳素纤维，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：壳聚糖粉末55份、细菌纤维素凝胶110份、NAOH50份、尿素50份、硫脲50份、水140份和乙醇90份。

5.一种甲壳素纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)取NAOH40-60份、尿素40-60份、硫脲40-60份和水40-60份，将40-60份NAOH、40-60份尿素、40-60份硫脲和40-60份水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得溶剂A，将溶剂A平均分成两份得到溶剂B和C；

2)取乙醇80-100份和水80-100份，将80-100份乙醇和80-100份乙醇水放入配制釜中进行混合，充分混合后制得凝固浴；

3)取壳聚糖粉末50-60份，将50-60份壳聚糖粉末放入步骤1)中制得的溶剂B中，在50-150℃温度下溶解1-50小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得壳聚糖溶液；

4)取细菌纤维素凝胶100-120份，将100-120份细菌纤维素凝胶放入步骤1)中制得的溶剂C中，在50-150℃温度下溶解1-50小时，在进行溶解时，可以进行搅拌或者进行超声震荡，充分溶解后制得细菌纤维素溶液；

5)将步骤3)和步骤4)中分别制得的壳聚糖溶液和细菌纤维素溶液均放入配制釜中进行混合，充分混合后制得混合纺丝液；

6)将步骤5)中制得的混合纺丝液进行过滤和脱泡后，在一定压力下通过喷丝头喷入存有步骤2)制得的凝固浴的凝固浴槽中，进行干喷湿法纺丝，在进行干喷湿法纺丝时凝固浴为温度30-60℃，纺丝之后得到丝束；

7)将步骤6)制得的丝束进行拉伸，拉伸倍数在1-2倍之间，拉伸时以热水浴或饱和水蒸汽做拉伸介质，拉伸的温度为70-90℃，之后进行水洗，然后再进行干燥，干燥时温度为90-150℃，干燥结束后制得甲壳素纤维。