海藻酸钠_羧甲基纤维素钠共混纤维的制备及其吸湿性能

功　能　高　分　子　学　报Journal of Functional Polymers Vol.23No.12010年3月

收稿日期:2009210222

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50773032);教育部博士点基金资助项目(20061065002);湖北省自然科学基金资助项目(2009CDA033)作者简介:王　柳(19852),女,湖北武汉人,硕士生,主要从事功能纤维及功能纺织品的研究。E 2mail :xiaone85@

通讯联系人:朱　平,E 2mail :pzhu99@

海藻酸钠2羧甲基纤维素钠共混纤维的制备及其吸湿性能

王　柳,　张传杰,　朱　平

(武汉科技学院新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室,武汉430073)

摘　要:　以海藻酸钠(AL G )和羧甲基纤维素钠(CMC )两种天然高分子材料为纺丝原料,氯化钙水溶液为凝固浴,制得了吸湿性能优异、力学性能良好的海藻酸钠2羧甲基纤维素钠共混纤维。采用离心脱水法,系统研究了纺丝工艺条件、吸收环境对共混纤维吸湿性的影响,并在此基础上获得了海藻酸钠2羧甲基纤维素钠共混纤维的吸湿动力学模型。

关键词:　海藻酸钠;羧甲基纤维素钠;共混纤维;吸湿性

中图分类号:　TQ342.87 文献标志码:　A 文章编号:　100829357(2010)0120012205

Preparation and H ygroscopicity of AL G 2CMC B lend Fiber

WAN G Liu ,　ZHAN G Chuan 2jie ,　ZHU Ping

(Key Laboratory of Green Processing and Functional Textiles of New Textile Materials of

Minist ry of Education ,Wuhan U niversity of Science and Engineering ,Wuhan 430073,China )

Abstract :　Sodium alginate (AL G )2carboxymet hyl cellulose (CMC )blend fiber wit h excellent hygrosco 2picity and good mechanical p roperties was p repared by ext ruding AL G 2CMC blend solution into calcium chloride solution.Influences of spinning process parameters and absorbing condition on t he moist ure absorption performance of AL G 2CMC blend fiber were st udied in t his article ,and t he best spinning para 2meters and t he moist ure absorbing p roperties of AL G 2CMC blend fiber were found by using t he centrif ugal dewatering met hod.The absorbing kinetic curve of AL G 2CMC blend fiber was obtained according to t he experimental result s.

K ey w ords :　sodium alginate ;sodium carbo xymet hyl cellulose ;blend fiber ;hygroscopicity

海藻酸钠(AL G )是从天然海藻中提取的一种线形多糖,由β2D 2甘露糖醛酸(简称M 单元)和α2L 2古罗糖醛酸(简称G 单元)两种组分构成[122]。羧甲基纤维素钠(CMC )是纤维素葡萄糖环上羟基的氢原子被羧甲基取代后的一种水溶性纤维素醚[3]。以AL G 或CMC 为原料开发的纤维,具有生物可降解、生物活性高、与人体相容性好等优点,非常适合用作医用纤维,是近年来开发的两种典型高科技医用敷料[427]。

海藻酸钠结构中的G 单元能够与Ca 2+形成特殊的“蛋壳”结构[8210],因此以氯化钙水溶液为凝固浴可以制得海藻酸盐纤维[11212],当海藻酸盐纤维中G 单元的含量较高时,纤维的强度较好,但是吸湿性较差[7,13]。Walker 等[14]研究表明,羧甲基纤维素钠纤维比海藻纤维具有更好的吸湿性,用作伤口敷料时,前者能将细菌固定到凝胶膜内部,可以更好地保护伤口,促进伤口的治愈,但是这种敷料容易过度溶胀,与伤口渗出液粘连到一起,影响敷料的移除。

本研究将高取代度的CMC 钠添加到G 单元含量较高的AL G 纺丝液中,以氯化钙水溶液为凝固浴,通过湿法得到了既有良好的物理力学性能又有优异吸湿性能的AL G 2CMC 共混纤维,改善了单一组分纤维的使用性能,并降低了海藻酸盐纤维的成本[15]。在此基础上,本文采用离心脱水法测试了纺丝液的浓度、纺丝21

液中CMC 的含量、凝固浴的浓度和温度等纺丝工艺条件对纤维吸收蒸馏水的影响,测试了吸收液的组成和浓度、温度以及p H 等吸收液的特性对纤维吸收性能的影响,获得了AL G 2CMC 共混纤维对蒸馏水的吸湿动力学模型,为其制备和应用奠定了基础,这部分工作目前尚鲜见报道。

1　实验部分

1.1　实验药品与仪器

海藻酸钠(AL G ):食品级,M n =357475,M n /M w =1.392,M 单元与G 单元的摩尔比为0.32,青岛明月海藻集团有限公司;羧甲基纤维素钠(CMC ):食品级,M n =197018,M n /M w =1.429,取代度为0.913,安丘市雄鹰纤维素有限责任公司;无水氯化钙、氯化钠均为分析纯。

800型电动离心机:江苏金坛市金城国胜实验仪器厂;小纺丝机:实验室自制。

1.2　AL G 2CMC 共混纤维的制备

溶解釜内加入一定量的蒸馏水,称取一定量的海藻酸钠和羧甲基纤维素钠,边搅拌边加入溶解釜内,搅拌4h 后得到清澈透明的混合溶液,真空脱泡24h 制得均匀的纺丝原液。纺丝时,纺丝原液在氮气压力作用下依次经过计量泵、过滤器后从喷丝头挤出,进入氯化钙凝固浴中,再经拉伸、水洗、卷绕、干燥后得到共混纤维。

1.3　AL G 2CMC 共混纤维吸湿性的测试

取一定量的纤维试样并称重(m 0),在一定温度下放入待测液体中,纤维必须浸没达到充分润湿,1h 后取出,在自然状态下排水2～3min 。再将试样放入离心机(转速为4000r/min )脱水4～5min ,取出纤维试样,迅速称重(m )。纤维的吸湿性用吸液量N 表示。

N =m -m 0

m 0(1)

2　结果与讨论

2.1　纺丝工艺对纤维吸湿性的影响

以纺丝液总质量分数、纺丝液中CMC 的质量分数、凝固浴中氯化钙的质量分数和凝固浴温度为因素,AL G 2CMC 共混纤维对室温蒸馏水的吸液量为指标,设计正交试验,研究纺丝工艺条件对纤维吸湿性的影响,得到该纤维具有最大吸液量的生产工艺条件:溶液总质量分数为4%,CMC 的质量分数为20%,凝固浴质量分数为4%,凝固浴温度为40℃。另外,对纤维吸湿性影响强弱的顺序是:CMC 的质量分数>纺丝液总的质量分数>凝固浴中氯化钙的质量分数>凝固浴温度。为进一步考察各因素对纤维吸湿性的影响,在最佳工艺条件基础上进行单因素变量实验。

2.1.1　CMC 的质量分数 图1是吸液量与CMC 质量百分数的关系曲线。由图1可以看出,随着纤维中CMC 含量的提高,纤维对室温蒸馏水的吸液量逐步提高,且随着CMC 含量的提高,其增加速率逐步减小。纤维成形过程中,AL G 分子结构中的羧基与Ca 2+螯合,形成三维网状结构凝胶,而CMC 大分子均匀分散于其中,并与AL G 形成较强的分子间作用力[16]。CMC 分子结构中—C H 2OCH 2COO -的空间体积效应使纤维分子间的空隙增大[17],有利于水分子进入到纤维内部,提高其吸湿性。另外CMC 分子结构中的羧基与钙离子形不成凝胶,纤维吸水时羧基电离使CMC 大分子带负电荷,电荷效应可以进一步增大纤维大分子结构的空间体积,减弱大分子间的作用力,显著提高其吸湿性。但是,CMC 的含量也不宜太高,以免严重并丝,影响纤维的强度。

2.1.2　纺丝液质量分数 图2是吸液量与纺丝液质量分数的关系曲线。从图2可以看出,随着纺丝液质量分数的增加,纤维对室温蒸馏水的吸液量先增大后减小。纺丝液质量分数较小时,海藻酸钠大分子间的距离太远,不利于形成吸水网络,导致纤维的水溶性增加,吸湿性能下降。而纺丝液质量分数过高时,海藻酸钠与钙离子形成的凝胶的交联点密度下降,纤维吸水后呈水溶性状态或部分水溶性状态,吸湿性能下降。实验表明,当纺丝液总质量分数为4%,CMC 的质量分数为20%,凝固浴中氯化钙的质量分数为4%时,可以形31第1期　王　柳,等:海藻酸钠2羧甲基纤维素钠共混纤维的制备及其吸湿性能