[发明专利]一种以二元溶剂体系制备高强度壳聚糖纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于壳聚糖纤维制备领域，特别涉及一种以二元溶剂体系制备高强度壳聚糖纤维的方法。

背景技术

壳聚糖是脱乙酰化的甲壳素，是地球上仅次于纤维素的第二大天然有机化合物，广泛存在于虾、蟹等甲壳类动物之中，具有抗菌、除臭、吸附等一系列优点，此外，壳聚糖材料在组织工程、农作物保护、食品贮存和废水处理等方面被广泛应用。然而，壳聚糖因其分子内强烈的氢键作用而很难溶解于一般溶剂之中，进而使其加工变得极其困难，到现在为止，其溶剂主要是基于酸体系，如冰醋酸、二氯乙酸、三氟乙酸等。而且目前市场上的壳聚糖纤维都是以冰醋酸为溶剂，通过湿法纺丝制得，而且其强度并不理想，进而限制了其应用。其它溶剂因腐蚀性和危害人体健康等因素也未能大规模推广，因此开发新型绿色溶剂就迫在眉睫。近年来，离子液体因其热稳定性好、不挥发、可回收利用等优点被誉为21世纪绿色溶剂而应用在有机合成、电化学等各个方面，特别要指出的是，离子液体还表现出了对多糖和蛋白质极强的溶解能力。目前关于用单个离子液体制备纤维素溶液的方法已有相关专利报道，如CN1491974A、CN101085838A等。但有关本发明所涉及的用二元离子液体溶剂体系制备高强度壳聚糖纤维至今尚未见公开，其制备方法也是由本发明首次提及。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以二元溶剂体系制备高强度壳聚糖纤维的方法，本发明所构建的二元离子液体溶剂体系对壳聚糖具有极好的溶解性，所制得的壳聚糖纺丝原液可以进行湿法纺丝和干喷湿法纺丝，且纺制的壳聚糖纤维具有极高的断裂强度，在生物医用材料领域具有巨大应用前景。此外，本发明所使用的溶剂可以完全回收，不污染环境，具有可持续发展的战略意义。

本发明的一种以二元溶剂体系制备高强度壳聚糖纤维的方法，包括：（1）将干燥壳聚糖粉末、二元离子液体溶剂体系混合，壳聚糖的质量百分含量为1-15%，在机械搅拌下溶解制得纺丝原液；（2）通过湿法纺丝和干喷湿法纺丝分别制得高强度的壳聚糖纤维。

所述步骤（1）的二元离子液体溶剂体系由酸性离子液体和中性离子液体组成，酸性离子液体为甘氨酸硫酸盐、甘氨酸盐酸盐、甘氨酸磷酸盐、丙氨酸盐酸盐、谷氨酸盐酸盐、氨基丁酸盐酸盐、氨基己酸盐酸盐等氨基酸盐中的一种或几种；中性离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐中的一种或几种，酸性离子液体在整个溶剂体系中所占质量百分比为1-50%。

所述步骤（1）中的壳聚糖脱乙酰度为50-99%，粘度为50-1000cP。

所述步骤（1）中的溶解参数为：溶解温度为50-150℃，时间为10分钟到100小时，机械搅拌速率为10r/min-500r/min。

所述步骤（2）中的湿法纺丝工艺参数为：纺丝压力：0.3-0.5MPa；纺丝温度：80-120℃；凝固浴为水、无水乙醇、丙酮、含碱性物质的水、含碱性物质的无水乙醇、含碱性物质的丙酮中的一种或几种；凝固浴温度：0-100℃；水洗温度：10-100℃。

所述步骤（2）中的干喷湿法纺丝的工艺参数为：纺丝压力：0.2-0.4MPa；纺丝温度80-110℃；凝固浴为水、无水乙醇、丙酮、含碱性物质的水、含碱性物质的无水乙醇、含碱性物质的丙酮中的一种或几种；凝固浴温度为0-100℃，优选10—80℃，更优选30—60℃；水洗温度：10-100℃，优选30—80℃，更优选40—70℃；空气浴长度为0.1-20厘米，优选1-10厘米，更优选3-8厘米。

所述碱性物质为强碱、弱碱、强碱弱酸盐、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或几种。

所述强碱为纯碱、碱土中的一种或几种；纯碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙中的一种或几种；弱碱为氨水；强碱弱酸盐为碱金属、碱土金属的碳酸氢盐、碳酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、磷酸氢盐、磷酸盐、磷酸二氢盐、磷酸氢二盐中的一种或几种；

本发明的高强度壳聚糖纤维可应用于生物医用材料、组织工程材料和抗菌服饰。

有益效果

本发明所构建的二元离子液体溶剂体系对壳聚糖具有极好的溶解性，所制得的壳聚糖纺丝原液可以进行湿法纺丝和干喷湿法纺丝，且纺制的壳聚糖纤维具有极高的断裂强度，在生物医用材料领域具有巨大应用前景。此外，本发明所使用的溶剂可以完全回收，不污染环境，具有可持续发展的战略意义。

附图说明

图1是实施例1通过湿法纺丝工艺纺制得壳聚糖纤维的SEM图片；