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虾壳制备壳聚糖纤维及其应用


壳聚糖纤维是以壳聚糖为主要原料,在适当的溶剂中将其溶解,配制成一定浓度的胶体纺丝原液,再经喷丝、凝固成形、拉伸等工艺,制备成具有一定机械强度的高分子功能陛材料。早在1942年,美国就首先研制成功壳聚糖纤维,由于当时对壳聚糖纤维的特陛研究不太深入,尤其是壳聚糖纤维的抗菌陛未被发现,因而未被人们接受。20世纪80年代,日本开展壳聚糖和甲壳素及其衍生物纤维的研究,到90年代初期,日本的富士纺织株式会社实现了壳聚糖纤维的工业化生产,我国自90年代中期才真正开始对壳聚糖纤维制备及其功能性进行广泛研究。壳聚糖纤维的生物相容性,广谱抗菌性、生物可降解性等特殊功能,已为人们所关注。
  一、壳聚糖纤维的制备 
  1、工艺流程
  虾壳—壳聚糖—溶解—纺丝原液—过滤—脱泡—喷丝—凝固—拉伸—淋洗—干燥—切断—成品
  2、主要工艺过程
  将壳聚糖溶解于2%-5%稀乙酸溶液中,适当添加0.5%~1%尿素、0.2%-0.4%乙酸锌等助剂制备成含1%一5%壳聚糖的纺丝原液,将过滤、真空脱气后的纺丝原液,经直径为0.10mm~]112111喷丝头喷入5%——10%NaOH溶液中使其凝固,再经1.3-3倍拉伸、洗涤,在张力状态下干80℃干燥o.5h制备而成。
  二。壳聚糖纤维的主要性能与特性
  1、机械强度
  机械强度是衡量纤维品质的重要指标之一。壳聚糖是2—氨基—2—脱氧葡萄糖单体通过9—(1,4)糖甙连接起来的直链多糖,其分子量通常达100万以上,经溶解、凝固、拉伸制备成分子排列规则,结构紧密的壳聚糖纤维,其干强一般为0.97-2.73cN.dtex-1,湿强为0.35—1.23cN.dtex-1
  2、伸长率
  纤维伸长率通常采用断裂伸长率表示,纤维伸长率愈大,表示纤维抵抗外力破坏的能力愈强,壳聚糖纤维的伸长率一般干伸S—l 4 (%)、湿伸6~1 2(% )。
  3、吸湿性
  纤维吸湿性的强弱与纤维分子中亲水性基团的数量、纤维结构的微孔性及纤维之间的饱合性有关。壳聚糖纤维因其大分子结构中含有大量的亲水性基团,同时又是通过湿法纺丝而成,分子间形成了许多微孔结构,致使纤维具有很好的透气性和保水率,一股保水率在130%以上。
  4、广谱抗菌性
  壳聚糖具有广谱抗菌性。自[979年Allan提出壳聚糖的抗菌性以来,其抗菌性和抗菌机理一直是国内外学者研究的热点,尽管对其抗菌机理尚有争议,然其抗菌性能已是一个公认的事实。
  5,牛物相容性和可降解性
  壳聚糖作为低等动物组织中的纤维成分,从大分子结构上来看,它们既相似于植物组织中的纤维素结构,又与高等动物组织中的胶原质结构相类似。因此它们不但与人体有着极好的生物相容性,同时又可被生物体内的溶解酶分解成糖原蛋白为人体吸收。
  6、安全性
  壳聚糖经急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性、Am田试验、染色体畸形试验、胚胎毒性和致畸胎试验、骨髓细胞微核试验等一系列毒理学试验,研究表明壳聚糖对人体无毒。
  三,影响壳聚糖纤维强伸度的主要因素
  壳聚糖纤维的强伸度(强度、伸长率)主要取决于壳聚糖分子量的大小,脱乙酰度及分子取向度。分子量大小则取决于原料的质量及脱乙酰反应。而分子取向度不仅取决于壳聚糖的浓度、凝固剂的类型及浓度,而且还取决于拉伸倍率和拉伸取向效果。
  1、原料质量
  原料的质量是制备分子量大、高脱乙酰壳聚糖的基础。因此,消化前必须将虾壳肉质、污物等杂质去除, 用水洗净I原料短期内不加工,经除杂后晒干贮藏。不能用发酵、腐败、变质的虾壳提取的壳聚糖作为原料。
  2,壳聚糖的制备
  壳聚糖制备过程中脱钙、脱脂、脱蛋白必须彻底,必要时还需要采用高锰酸钾—草酸法进行脱色处理。否 则制备纺丝原液不透明,易发生冻胶现象,造成过滤困难,甚至堵塞滤孔。制备高脱乙酰度的壳聚糖时,可在
  浓碱液中加入苯硫酚或硼氢化钠,或在惰性气体N:保护下进行脱乙酰化反应此外,及时通过溶解—沉淀处 理法清理中间产物,增加反应次数,能有效地提高壳聚糖的脱乙酰化度,减少壳聚糖的降解。
  3、纺丝原液的制备
  (1)溶剂及其浓度的选择
  目前,多采用稀乙酸溶解壳聚糖,乙酸浓度一般控制在20/Q一5%之间,浓度的增加,虽然有利于壳聚糖的溶解,但会造成凝固浴中NaOH溶液浓度不足,同时导致壳聚糖部分降解而影响纤维的性能。


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