增强改性海藻酸纤维的制备及其结构与性能研究
发布时间：2021-10-29 18:43
经湿法纺丝法制备的海藻酸纤维具有高吸湿性和优异的生物降解性,可作医用敷料、传输药物的载体、美容面膜及金属离子吸附材料,已在医疗、美容护肤、纺织及工业等领域得到广泛应用。但由于海藻酸纤维中蛋壳结构的特殊性,造成其强力较低,海藻酸纤维钙离子在盐溶液中易与钠离子发生离子交换,耐盐性较差,限制了海藻酸纤维的广泛应用。为提高海藻酸纤维的强度,本文通过物理共混及化学交联法对海藻酸纤维进行改性,探究不同工艺条件对海藻酸纤维力学性能的影响,并通过红外光谱仪（FTIR）、X-衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分析仪（TGA）等对改性海藻酸纤维进行结构表征及性能测试。研究内容主要包括以下3个部分:（1）羟丙基纤维素（HPC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）改性海藻酸纤维的制备将具有良好水溶性与成膜性的HPC及HPMC与海藻酸钠（SA）进行物理共混,制备了不同共混比例的HPC、HPMC改性海藻酸纤维。红外谱图显示改性海藻酸纤维缔合羟基伸缩振动峰较海藻酸纤维向高波数移动,表明HPC、HPMC与海藻钠钙大分子之间缔合氢键增强。改性海藻酸纤维XRD谱图中新峰的出现和旧峰的消失证明了改性海藻酸纤维各组分之间存...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海藻酸钠的化学结构
青岛大学硕士学位论文3图1.2海藻酸钠与Ca2+形成的“蛋壳”结构Fig.1.2Illustrationof“Egg-box”structureofcalciumalginate海藻酸钠的湿法纺丝工艺流程包括：（1）溶解：室温下，海藻酸钠溶解在一定量的水中机械搅拌3~4h至溶胀完全。（2）消泡：溶解好的海藻酸钠溶液经静置消泡后得到均匀的海藻酸钠纺丝原液。（3）计量喷丝：将纺丝原液倒入纺丝泵经过计量泵输送至喷丝孔喷出。（4）凝固成型：纺丝液经喷丝孔挤出后进入氯化钙凝固浴得到初生海藻酸纤维。（5）牵伸：将初生海藻酸纤维水洗后缠绕至第一个滚筒，再经过无水乙醇洗，收集至第二个滚筒，两个滚筒转速比为1:1.2。1.2.3海藻酸纤维性能及其应用（1）高的回潮率及吸水性：相比于棉、毛等天然纤维，海藻酸纤维回潮率较高。一方面是由于其大分子结构上羟基和羧基等亲水性基团含量更高，且无定形区较大，促进水分子的吸收；另一方面是湿法纺丝工艺制得海藻酸纤维在凝固成型时需脱去大量溶剂，造成表面收缩不均，出现沟槽与条纹结构，有助于水分子的吸收和扩散。因此海藻酸纤维具有高吸水性且其吸湿后易形成亲水性凝胶[19-20]。（2）自阻燃性：海藻酸纤维LOI可达34%，为难燃纤维，其阻燃性主要与其结构中的羧基和Ca2+的存在密切相关。羧基的存在有利于吸收空气中水分同时还可通过脱羧反应释放出CO2，促进了燃烧温度的降低和可燃性气体浓度的稀释；羧基还可通过与羟基发生脱水酯化改变既有的热裂解方式。海藻酸钙纤维燃烧生成的氧化钙和碳酸钙沉积在纤维表面，起到隔绝氧气的作用。海藻酸纤维特殊的组成赋予其自阻燃的性能[21-22]。（3）电磁屏蔽和抗静电作用：向海藻酸纤维湿法纺丝凝固浴中添加不同种类金属离子(Cu2+、Ba2+)，提高凝固浴金属离子浓度，海藻酸纤维结合?
青岛大学硕士学位论文4海藻酸大分子独特的结构特点使其制备的材料具有高吸湿成胶性、易去除性、“凝胶阻塞”性等诸多优良特性[27]。故海藻酸医用敷料得到重要应用。海藻酸医用敷料与传统棉质纱布相比更易促进伤口愈合，其在与伤口接触时，可大量吸收伤口渗出液，在伤口表面形成湿润水凝胶，在保证伤口组织透气的同时，又可隔绝细菌，且易去除，不致对伤口造成二次损伤。另外海藻酸纤维制品也已在组织工程[28]、药物缓释系统[29]、纺织品[30]、食品[31]等方面得到广泛应用。1.3羟丙基纤维素(HPC)1.3.1HPC的结构特征纤维素是具有良好的生物降解性、阻隔性等诸多优异性能的天然可再生生物质材料[32]。HPC是一类由纤维素与环氧丙烷醚化改性而得到的羟丙基单醚[33]，其基本结构单元D-吡喃葡萄糖残基上含有-CH2-CHOH-CH3和未醚化羟基，可被取代基进一步取代。经过醚化改性后，纤维素大分子链间、链内的氢键作用遭到破坏，大幅度提高了HPC在水中的溶解性[34]。根据醚化取代度的不同，可将HPC分为高取代羟丙基纤维素(H-HPC)和低取代羟丙基纤维素(L-HPC)。H-HPC由于羟基醚化取代度提高，使得纤维素大分子链内、链间的氢键作用力明显降低，取代侧链上引入亲水基团(-OH)，大大提高了水溶性[35]。HPC结构单元见图1.3。图1.3羟丙基纤维素结构单元Fig.1.3Thestructuralunitofhydroxypropylcellulose1.3.2HPC的性能及其应用HPC是经过醚化取代后引入羟丙基支链结构的纤维素衍生物，保留纤维素优良的生物降解性和生物相容性的同时，又具有优于纤维素的性能，如冷水易溶性，HPC可溶解在40°C以下的冷水中，且溶液具有一定的黏度。当温度过高，超过40°C时，
【参考文献】：
期刊论文
[1]羟丙基纤维素/明胶复合膜的制备及性能表征[J]. 曹蓓,靳杜娟,李亦然. 塑料科技. 2020(02)
[2]高直链玉米淀粉/羟丙基甲基纤维素可食性膜的制备及性能研究[J]. 翟晓松,秦洋,陆慧玲,代养勇,张慧,王文涛,侯汉学,陈宁. 中国粮油学报. 2019(07)
[3]化学交联改性海藻酸钠/磷虾蛋白复合纤维的制备[J]. 姚强,郭静,吴静. 纺织学报. 2019(02)
[4]纤维素纳米晶增强海藻酸复合纤维的制备及性能[J]. 张瑞,刘杰,隋淑英,刘云,朱平. 纤维素科学与技术. 2018(03)
[5]海藻酸钠改性材料的研究进展[J]. 柴雍,王鸿儒,姚一军,王瑞瑞. 现代化工. 2018(07)
[6]BTCA交联纳米纤维素气凝胶的结构及性能[J]. 郭丽敏,陈志林,吕少一,王思群. 林业科学. 2018(04)
[7]硼酸交联海藻酸钠/磷虾蛋白复合纤维的制备与表征[J]. 张芮,郭静,杨云明,张森,于跃. 纺织学报. 2018(03)
[8]羧甲基纤维素/海藻酸钠/壳聚糖复合膜的制备及其性能测定[J]. 兰文婷,张蓉,王毅豪,邹倩,刘耀文. 塑料工业. 2017(11)
[9]戊二醛交联改性壳聚糖纺丝原液流变性及成纤性能[J]. 李代洋,宋婧媛,何勇,梁列峰. 成都纺织高等专科学校学报. 2016(03)
[10]改善棉织物BTCA免烫整理撕破强力保留率的研究[J]. 李春荣,李富强,姚金龙,唐文君,董霞,何瑾馨. 染整技术. 2016(07)
博士论文
[1]羟丙基纤维素/聚丙烯腈共混膜的制备及性能表征[D]. 李慧.东华大学 2008
硕士论文
[1]海藻酸纤维的增强、增韧改性及其结构与性能研究[D]. 张瑞.青岛大学 2019
[2]壳聚糖改性多糖纤维的制备及性能研究[D]. 苟莎.青岛大学 2014
[3]低取代羟丙基纤维素制备及其成型加工性的研究[D]. 张伟.苏州大学 2013
[4]交联海藻酸钙纤维的制备与性能研究[D]. 朱立华.青岛大学 2012
[5]用于成纤的羟丙基纤维素的制备及溶液性质研究[D]. 徐琴.东华大学 2012
[6]壳聚糖/羟丙基甲基纤维素包装薄膜及其改性研究[D]. 吴俊红.浙江理工大学 2010
本文编号：3465199
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海藻酸钠的化学结构
青岛大学硕士学位论文3图1.2海藻酸钠与Ca2+形成的“蛋壳”结构Fig.1.2Illustrationof“Egg-box”structureofcalciumalginate海藻酸钠的湿法纺丝工艺流程包括：（1）溶解：室温下，海藻酸钠溶解在一定量的水中机械搅拌3~4h至溶胀完全。（2）消泡：溶解好的海藻酸钠溶液经静置消泡后得到均匀的海藻酸钠纺丝原液。（3）计量喷丝：将纺丝原液倒入纺丝泵经过计量泵输送至喷丝孔喷出。（4）凝固成型：纺丝液经喷丝孔挤出后进入氯化钙凝固浴得到初生海藻酸纤维。（5）牵伸：将初生海藻酸纤维水洗后缠绕至第一个滚筒，再经过无水乙醇洗，收集至第二个滚筒，两个滚筒转速比为1:1.2。1.2.3海藻酸纤维性能及其应用（1）高的回潮率及吸水性：相比于棉、毛等天然纤维，海藻酸纤维回潮率较高。一方面是由于其大分子结构上羟基和羧基等亲水性基团含量更高，且无定形区较大，促进水分子的吸收；另一方面是湿法纺丝工艺制得海藻酸纤维在凝固成型时需脱去大量溶剂，造成表面收缩不均，出现沟槽与条纹结构，有助于水分子的吸收和扩散。因此海藻酸纤维具有高吸水性且其吸湿后易形成亲水性凝胶[19-20]。（2）自阻燃性：海藻酸纤维LOI可达34%，为难燃纤维，其阻燃性主要与其结构中的羧基和Ca2+的存在密切相关。羧基的存在有利于吸收空气中水分同时还可通过脱羧反应释放出CO2，促进了燃烧温度的降低和可燃性气体浓度的稀释；羧基还可通过与羟基发生脱水酯化改变既有的热裂解方式。海藻酸钙纤维燃烧生成的氧化钙和碳酸钙沉积在纤维表面，起到隔绝氧气的作用。海藻酸纤维特殊的组成赋予其自阻燃的性能[21-22]。（3）电磁屏蔽和抗静电作用：向海藻酸纤维湿法纺丝凝固浴中添加不同种类金属离子(Cu2+、Ba2+)，提高凝固浴金属离子浓度，海藻酸纤维结合?
青岛大学硕士学位论文4海藻酸大分子独特的结构特点使其制备的材料具有高吸湿成胶性、易去除性、“凝胶阻塞”性等诸多优良特性[27]。故海藻酸医用敷料得到重要应用。海藻酸医用敷料与传统棉质纱布相比更易促进伤口愈合，其在与伤口接触时，可大量吸收伤口渗出液，在伤口表面形成湿润水凝胶，在保证伤口组织透气的同时，又可隔绝细菌，且易去除，不致对伤口造成二次损伤。另外海藻酸纤维制品也已在组织工程[28]、药物缓释系统[29]、纺织品[30]、食品[31]等方面得到广泛应用。1.3羟丙基纤维素(HPC)1.3.1HPC的结构特征纤维素是具有良好的生物降解性、阻隔性等诸多优异性能的天然可再生生物质材料[32]。HPC是一类由纤维素与环氧丙烷醚化改性而得到的羟丙基单醚[33]，其基本结构单元D-吡喃葡萄糖残基上含有-CH2-CHOH-CH3和未醚化羟基，可被取代基进一步取代。经过醚化改性后，纤维素大分子链间、链内的氢键作用遭到破坏，大幅度提高了HPC在水中的溶解性[34]。根据醚化取代度的不同，可将HPC分为高取代羟丙基纤维素(H-HPC)和低取代羟丙基纤维素(L-HPC)。H-HPC由于羟基醚化取代度提高，使得纤维素大分子链内、链间的氢键作用力明显降低，取代侧链上引入亲水基团(-OH)，大大提高了水溶性[35]。HPC结构单元见图1.3。图1.3羟丙基纤维素结构单元Fig.1.3Thestructuralunitofhydroxypropylcellulose1.3.2HPC的性能及其应用HPC是经过醚化取代后引入羟丙基支链结构的纤维素衍生物，保留纤维素优良的生物降解性和生物相容性的同时，又具有优于纤维素的性能，如冷水易溶性，HPC可溶解在40°C以下的冷水中，且溶液具有一定的黏度。当温度过高，超过40°C时，
【参考文献】：
期刊论文
[1]羟丙基纤维素/明胶复合膜的制备及性能表征[J]. 曹蓓,靳杜娟,李亦然. 塑料科技. 2020(02)
[2]高直链玉米淀粉/羟丙基甲基纤维素可食性膜的制备及性能研究[J]. 翟晓松,秦洋,陆慧玲,代养勇,张慧,王文涛,侯汉学,陈宁. 中国粮油学报. 2019(07)
[3]化学交联改性海藻酸钠/磷虾蛋白复合纤维的制备[J]. 姚强,郭静,吴静. 纺织学报. 2019(02)
[4]纤维素纳米晶增强海藻酸复合纤维的制备及性能[J]. 张瑞,刘杰,隋淑英,刘云,朱平. 纤维素科学与技术. 2018(03)
[5]海藻酸钠改性材料的研究进展[J]. 柴雍,王鸿儒,姚一军,王瑞瑞. 现代化工. 2018(07)
[6]BTCA交联纳米纤维素气凝胶的结构及性能[J]. 郭丽敏,陈志林,吕少一,王思群. 林业科学. 2018(04)
[7]硼酸交联海藻酸钠/磷虾蛋白复合纤维的制备与表征[J]. 张芮,郭静,杨云明,张森,于跃. 纺织学报. 2018(03)
[8]羧甲基纤维素/海藻酸钠/壳聚糖复合膜的制备及其性能测定[J]. 兰文婷,张蓉,王毅豪,邹倩,刘耀文. 塑料工业. 2017(11)
[9]戊二醛交联改性壳聚糖纺丝原液流变性及成纤性能[J]. 李代洋,宋婧媛,何勇,梁列峰. 成都纺织高等专科学校学报. 2016(03)
[10]改善棉织物BTCA免烫整理撕破强力保留率的研究[J]. 李春荣,李富强,姚金龙,唐文君,董霞,何瑾馨. 染整技术. 2016(07)
博士论文
[1]羟丙基纤维素/聚丙烯腈共混膜的制备及性能表征[D]. 李慧.东华大学 2008
硕士论文
[1]海藻酸纤维的增强、增韧改性及其结构与性能研究[D]. 张瑞.青岛大学 2019
[2]壳聚糖改性多糖纤维的制备及性能研究[D]. 苟莎.青岛大学 2014
[3]低取代羟丙基纤维素制备及其成型加工性的研究[D]. 张伟.苏州大学 2013
[4]交联海藻酸钙纤维的制备与性能研究[D]. 朱立华.青岛大学 2012
[5]用于成纤的羟丙基纤维素的制备及溶液性质研究[D]. 徐琴.东华大学 2012
[6]壳聚糖/羟丙基甲基纤维素包装薄膜及其改性研究[D]. 吴俊红.浙江理工大学 2010
本文编号：3465199
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