一种壳聚糖纤维的生产方法与流程

本发明属于纺丝技术领域，具体说是一种壳聚糖纤维的生产方法。

背景技术：

甲壳素是地球上储藏量仅次于纤维素的天然高分子材料，广泛存在于节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物及真菌和藻类的细胞壁中。壳聚糖是甲壳素的重要衍生物，是由甲壳素经过脱乙酰基后得到的。脱乙酰基后的壳聚糖具有大量活泼的-nh2，-oh，因此，经湿法纺丝得到的壳聚糖纤维带正电荷，具有良好的抗菌性，生物相容性，吸附性。制成的纺织品可以抵抗细菌感染并能防治皮肤病,还能防臭、吸汗保湿,穿着也十分舒适。作为医用敷料时，具有止血，减小疼痛，加快愈合速度，促进新皮肤生成的作用，可应用于止血棉，医用无纺布，

手术缝合线，人造皮肤等。

壳聚糖纤维是由湿法纺丝得到，湿法纺丝一般都包含以下纺丝过程：原料溶解-过滤-脱泡-计量-凝固浴凝固-牵伸-水洗-干燥。在现有的生产壳聚糖纤维的专利中，制备壳聚糖纤维的工艺很多，但大都离不开一种有机溶剂醇类（大部分是甲醇、乙醇、丙醇等）。因为壳聚糖大都是经过酸溶解，在碱性凝固浴中凝固，在凝固过程中加入醇，可以减缓酸碱反应速度，有利于纤维成型；在干燥过程中，用醇先置换出壳聚糖纤维中的大部分水分，避免在烘干或自然晾干过程中形成并丝，影响纤维的

品质。

醇类一般都易挥发，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起爆炸，与氧化剂接触发生化学反应也可能引起燃烧，在火场中，受热的容器有爆炸危险。能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。因此，在生产中使用醇类存在极大的安全隐患，同时由

于是易燃易爆品，对生产车间的要求也比较高。

安全生产是企业管理的重点，是企业发展的根本保证，是一个日积月累、持续不断的过程。众所周知，安全事大，人命关天，一旦发生安全事故，将会给国家、人民和企业带来巨大的损伤和伤害。现有壳聚糖纺丝专利中，都不能完全脱离醇类，因此，目前急需一种安全性高、纤

维性能好的壳聚糖纺丝工艺。

中国专利（专利申请号cn201110222083.5）所公开的技术方案中，在生产中的凝固浴中用到4%-8%（w/w）的乙醇，醇洗过程为高浓度的乙醇。在中国专利（专利申请号cn201710510660.8）所公开的技术方案中，在洗涤过程中用无水乙醇浸洗2-4min，中国专利（专利申请号cn200810015053.5）所公开的技术方案中，在洗涤过程中用到乙醇，凝固后一次洗涤的纤维通过20-30℃的温水处理，然后用无水乙醇浸洗后进行一次水洗。

技术实现要素：

本发明是针对现有存在的上述问题，提供一种壳聚糖纤维的生产方法，在整个壳聚糖纤维湿法纺丝工艺中，不使用醇类溶剂，既可彻底消除使用并存储醇类溶剂所带来的安全隐患，又可降低材料成本，还能提高壳聚糖纤维品质；进一步的目的，实现连续不间断生产，既减少了操作人员，又能降低生产成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种壳聚糖纤维的生产方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

（1）纺丝液制备→（2）过滤→（3）脱泡→（4）计量泵计量→（5）纺丝→（6）凝固浴凝固→（7）牵伸→（8）水洗→（9）上油→（10）真空冷冻干燥→（11）卷曲切断；

其中，所述步骤（6）凝固浴凝固：凝固剂为0.1%-5%w/w的氢氧化钠水溶液、2%-8%w/w的硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠或磷酸钠中的一种或几种；纺丝液从喷丝板挤出后进入5-25℃的凝固浴中，边凝固边牵伸，牵伸倍数为1-2倍。

对上述技术方案的一种改进：经过所述步骤（9）之后，进行所述步骤（10）真空冷冻干燥：所述真空冷冻干燥不需要对纤维进行预处理，纤维上油挤压脱水后摆放到托盘上，再将托盘放置到物料车的托盘架上，物料车将托盘送到真空冷冻干燥仓内的加热板上，封闭好仓门开始冻干，抽真空至200pa以下，使纤维全部结冰；然后，开始给加热板加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板温度在30℃-120℃，纤维温度达到0℃以上，纤维完成干燥。

对上述技术方案的另一种改进：所述步骤（5）纺丝：纤维为长纤维束湿法纺丝；经过水洗或上油后的长纤维束，在进行所述步骤（10）之前，所述长纤维束不剪断，连续的摆在托盘上，将摆放好的各托盘放到物料车的托盘架上，每一托盘间的长纤维束也是连续不剪断的，再将托盘放置到物料车的托盘架上，开始进行所述步骤（10），物料车将托盘送到真空冷冻干燥仓内的加热板上，封闭好仓门开始冻干，抽真空至200pa以下，使纤维全部结冰；然后，开始给加热板加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板温度在30℃-120℃，纤维温度达到0℃以上，纤维完成干燥后，将物料车推出真空冷冻干燥仓，再将干燥后的所述长纤维束的一端拉出，通过张力架导辊引入压曲切断设备，实现长纤维的连续化生产。

对上述技术方案的进一步改进：所述步骤（10）中，物料车将托盘从真空冷冻干燥仓一端的进料口送到真空冷冻干燥仓内；所述长纤维束完成干燥后，将物料车从所述真空冷冻干燥仓另一端的出料口推出。

对上述技术方案的进一步改进：所述步骤（1）纺丝液制备：将片状或粉状壳聚糖原料溶解到1%-5%w/w的分析纯醋酸溶液中，配成2%-8%的壳聚糖纺丝液；具体是先在搅拌釜中加入适量的去离子纯化水，并控制水的温度在20-30℃，然后加入壳聚糖原料搅拌1-4小时，再加入醋酸，继续搅拌3-10小时；所述步骤（2）过滤：将搅拌好的纺丝液过滤到纺丝釜，过滤器为板框式或储罐式；所述的过滤过程分为粗滤、一次过滤和二次过滤，所述粗滤、一次过滤和二次过滤所用滤网的孔径分别为：40-80μm、20-40μm和1-20μm；所述步骤（3）脱泡：脱泡采用静态或动态脱泡，脱泡时要求的真空度为小于0mpa。

对上述技术方案的进一步改进：所述步骤（7）牵伸：所述牵伸为两道牵伸，牵伸辊为3辊或者5辊，牵伸浴分为第一牵伸浴和第二牵伸浴，第一牵伸浴是由5%-20%w/w的的硫酸钠、氯化钠、醋酸钠、磷酸钠或者去离子水中的一种或几种组成，温度为20-60℃，第二牵伸浴是由5%-20%w/w的硫酸钠、氯化钠、醋酸钠、磷酸钠或者去离子水中的一种或几种组成，温度为30-60℃。

对上述技术方案的进一步改进：所述步骤（8）水洗：为水洗槽水洗，为20-50℃的去离子纯化水；所述步骤（9）上油：经过水洗的纤维经过挤压辊进入上油槽上油，然后再经过挤压辊进行干燥。

本发明与现有技术相比有如下的优点和积极效果：

1.本发明在整个壳聚糖纤维生产过程中不使用甲醇，乙醇等醇类，彻底消除了使用并存储醇类物质带来的安全隐患；

2.本发明由于不使用醇类有机溶剂，极大地降低了原料的成本；

3.纤维在凝固浴中的凝固过程本质是酸碱中和反应，因naoh与hac的酸碱中和反应比剧烈，会使纤维产生皮芯结构从而因凝固不好影响纤维的品质，因此，需要加入一定的助剂来缓和二者的中和反应速度，醇类有机溶剂能发挥很好的作用，使二者的反应缓和平稳，并且不产生皮芯结构。本发明的凝固浴步骤，在不使用醇有机溶剂的条件下，凝固剂为0.1%-5%w/w的氢氧化钠水溶液、2%-8%的硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠或磷酸钠中的一种或几种，减缓了反应速度，凝固过程中不会产生皮芯结构，纤维质量较好；

4.本发明打破了间歇式生产方式，实现了壳聚糖纤维的连续化生产；

5.本发明的工艺简单，流程较短，操作容易，生产成本较低，便于批量生产，有很大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明采用的湿法纺丝真空冷冻干燥设备的俯视示意图。

图2是本发明采用的真空冷冻干燥仓打开进料口仓门的主视图。

图中，1-真空冷冻干燥仓；2-仓内轨道；3-气动连接装置；4-仓外轨道；5-物料车；6-升降摆丝台；7、加热板；8、加热板支架；9、温度探头；10、仓门；11、冷阱。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

参见图1，本发明采用的湿法纺丝真空冷冻干燥设备的实施例，包括物料车5、仓外导轨4及真空冷冻干燥仓1，在真空冷冻干燥仓1的仓体两端分设置进料口和出料口，在进料口和出料口上分别设置仓门10。仓外导轨4靠近真空冷冻干燥仓1进料口和出料口的一端上分别设置气动连接装置3。真空冷冻干燥仓1包括仓体、仓内导轨2、冷阱11、制冷系统、抽真空系统、温度探头9、加热板支架8及加热板7。

仓内导轨2设置在真空冷冻干燥仓1的仓体内顶部，仓内导轨2两端分别位于进料口和出料口处，上述仓内导轨2两端分别通过气动连接装置3与仓外导轨4连接形成环形导轨，靠近真空冷冻干燥仓1进料口的仓外导轨4下方设置升降摆丝台6。

在真空冷冻干燥仓1上设置真空微调阀及放气阀，增加真空微调阀，这是为提高真空冷冻干燥仓内热循环速率，使冻干仓内均匀补入空气，增加空气流动速度，使物料快速干燥。

本发明一种壳聚糖纤维的生产方法的实施方式，包括如下工艺步骤：

（1）纺丝液制备→（2）过滤→（3）脱泡→（4）计量泵计量→（5）纺丝→（6）凝固浴凝固→（7）牵伸→（8）水洗→（9）上油→（10）真空冷冻干燥→（11）卷曲切断；

其中，上述步骤（6）凝固浴凝固的具体工艺为：凝固剂为0.1%-5%w/w的氢氧化钠水溶液、2%-8%w/w的硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠或磷酸钠中的一种或几种；纺丝液从喷丝板挤出后进入5-25℃的凝固浴中，边凝固边牵伸，牵伸倍数为1-2倍。

进一步地，经过步骤（9）之后，进行步骤（10）真空冷冻干燥：所述真空冷冻干燥不需要对纤维进行预处理，纤维上油挤压脱水后摆放到托盘上，再将托盘放置到物料车5的托盘架上，物料车5将托盘送到真空冷冻干燥仓内的加热板7上，封闭好仓门10开始冻干，抽真空至200pa以下，使纤维全部结冰；然后，开始给加热板7加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓1内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板温度在30℃-120℃，纤维温度达到0℃以上，纤维完成干燥。

具体而言：步骤（1）纺丝液制备：将片状或粉状壳聚糖原料溶解到1%-5%w/w的分析纯醋酸溶液中，配成2%-8%的壳聚糖纺丝液；具体是先在搅拌釜中加入适量的去离子纯化水，并控制水的温度在20-30℃，然后加入壳聚糖原料搅拌1-4小时，再加入醋酸，继续搅拌3-10小时。步骤（2）过滤：将搅拌好的纺丝液过滤到纺丝釜，过滤器为板框式或储罐式；所述的过滤过程分为粗滤、一次过滤和二次过滤，所述粗滤、一次过滤和二次过滤所用滤网的孔径分别为：40-80μm、20-40μm和1-20μm；步骤（3）脱泡：脱泡采用静态或动态脱泡，脱泡时要求的真空度为小于0mpa。

上述步骤（7）牵伸：所述牵伸为两道牵伸，牵伸辊为3辊或者5辊，牵伸浴分为第一牵伸浴和第二牵伸浴，第一牵伸浴是由5%-20%w/w的硫酸钠、氯化钠、醋酸钠、磷酸钠或者去离子水中的一种或几种组成，温度为20-60℃，第二牵伸浴是由5%-20%w/w的硫酸钠、氯化钠、醋酸钠、磷酸钠或者去离子水中的一种或几种组成，温度为30-60℃。

上述步骤（8）水洗：为水洗槽水洗，为20-50℃的去离子纯化水，水洗槽可以分为4层。步骤（9）上油：经过水洗的纤维经过挤压辊进入上油槽上油，然后，再经过挤压辊进行干燥。

本发明一种壳聚糖纤维的湿法纺丝连续化生产方法的实施方式，包括如下步骤：

（1）纺丝液制备→（2）过滤→（3）脱泡→（4）计量泵计量→（5）纺丝→（6）凝固浴凝固→（7）牵伸→（8）水洗→（9）上油→（10）真空冷冻干燥→（11）卷曲切断；

其中，上述步骤（5）纺丝：纤维为长纤维束湿法纺丝；经过水洗或上油后的长纤维束，在进行步骤（10）之前，所述长纤维束不剪断，连续的摆在托盘上，将摆放好的各托盘放到物料车的托盘架上，每一托盘间的长纤维束也是连续不剪断的，再将托盘放置到物料车的托盘架上，开始进行所述步骤（10），物料车5将托盘送到真空冷冻干燥仓1内的加热板上，封闭好仓门10，开始冻干，抽真空至200pa以下，使纤维全部结冰；然后，开始给加热板加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板温度在30℃-120℃，纤维温度达到0℃以上，纤维完成干燥后，将物料5推出真空冷冻干燥仓1，再将干燥后的所述长纤维束的一端拉出，通过张力架导辊引入压曲切断设备，实现长纤维的连续化生产。

进一步地，上述步骤（10）中，物料车5将托盘从真空冷冻干燥仓1一端的进料口送到真空冷冻干燥仓1内；所述长纤维束完成干燥后，将物料车5从真空冷冻干燥仓1另一端的出料口推出。

其余步骤与前面所述的实施方式基本相同，故不再赘述。

以下为本发明一种壳聚糖纤维的生产方法的具体实施例：

实施例1：

1.在搅拌釜中加入去离子水，控制水温在20℃，加入3.5%的片状的壳聚糖原料搅拌1小时，然后按1.8%的量加入醋酸，继续搅拌4小时，配置成的壳聚糖纺丝液；

2.溶解好的壳聚糖纺丝液依次经过孔径为50μm、20μm、10μm的过滤器过滤，进入纺丝釜，抽真空并保持在-0.05mpa直到脱泡结束；

3.通过计量泵计量后挤压进入凝固浴中。凝固浴中为4%的naoh，2.5%nahco3，凝固浴温度为10℃；

4.然后进行牵伸，牵伸倍数为1.5倍，第一牵伸浴为30℃的15%na2so4溶液，第二牵伸浴为50℃的去离子水；

5.然后，在25℃的去离子水中清洗，经过油剂槽上油挤压脱水后，进行真空冷冻干燥，真空冷冻干燥不需要对纤维进行预处理，纤维上油挤压脱水后摆放到托盘上，再将托盘放置到物料车的托盘架上，物料车将托盘送到真空冷冻干燥仓1内的加热板7上，封闭好仓门10，开始冻干，抽真空至180pa，使纤维全部结冰；然后，开始给加热,7加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓1内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板7温度在60℃，纤维温度达到10℃，纤维完成干燥；

6.得到的壳聚糖纤维指标为：含水率：12.3%，线密度：1.4dtex；强度：2.67cn/dtex；断裂伸长率：14.8%。

实施例2：

1.在搅拌釜中加入去离子水，控制水温在22℃，加入4%的片状的壳聚糖原料搅拌1小时，然后按2%的量加入醋酸，继续搅拌5小时，配置成的壳聚糖纺丝液；

2.溶解好的壳聚糖纺丝液依次经过孔径为60μm、30μm、20μm的过滤器过滤，进入纺丝釜，抽真空并保持在-0.06mpa直到脱泡结束；

3.通过计量泵计量后挤压进入凝固浴中，凝固浴中为1.0%的naoh和5%的硫酸钠、3.0%的磷酸钠，凝固浴温度为15℃；

4.然后进行牵伸，牵伸倍数为1.8倍，第一牵伸浴为30℃，浓度为15%的氯化钠水溶液，第二牵伸浴为40℃的10%的硫酸钠；

5.然后，在35℃的去离子水中清洗，经过油剂槽上油挤压脱水后，进行真空冷冻干燥，真空冷冻干燥不需要对纤维进行预处理，纤维上油挤压脱水后摆放到托盘上，再将托盘放置到物料车5的托盘架上，物料车5将托盘送到真空冷冻干燥仓1内的加热板7上，封闭好仓门10，开始冻干，抽真空至150pa，使纤维全部结冰；然后，开始给加热7加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓1内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板温度在70℃，纤维温度达到12℃，纤维完成干燥；

6.得到的壳聚糖纤维指标为：线密度：0.8dtex；强度：2.9cn/dtex；断裂伸长率：12.8%。

实施例3：

1.在搅拌釜中加入去离子水，控制水温在25℃，加入4.5%的片状的壳聚糖原料搅拌2小时，然后按3%的量加入醋酸，继续搅拌6小时，配置成的壳聚糖纺丝液；

2.溶解好的壳聚糖纺丝液依次经过孔径为40μm、30μm、10μm的过滤器过滤，进入纺丝釜，抽真空并保持在-0.04mpa直到脱泡结束。

3.通过计量泵计量后挤压进入凝固浴中。凝固浴中为3.5%的碳酸钠，凝固浴温度为20℃。

4.然后进行牵伸，牵伸倍数为2.0倍，第一牵伸浴为30℃去离子水，第二牵伸浴为50℃的去离子水。

5.然后在35℃的去离子水中清洗，经过油剂槽上油挤压脱水后，进行真空冷冻干燥，真空冷冻干燥不需要对纤维进行预处理，纤维上油挤压脱水后摆放到托盘上，再将托盘放置到物料车的托盘架上，物料车5将托盘送到真空冷冻干燥仓1内的加热板7上，封闭好仓门10，开始冻干，抽真空至120pa，使纤维全部结冰；然后，开始给加热,7加热升温，同时抽真空，使真空冷冻干燥仓1内的真空度在10pa到800pa范围内，同时，控制加热板温度在80℃，纤维温度达到12℃，纤维完成干燥。

6.得到的壳聚糖纤维指标为：线密度：2.0dtex；强度：2.3cn/dtex；断裂伸长率：14.3%。

在上述各实施例中，整个壳聚糖纤维生产过程中都不使用甲醇、乙醇等醇类，彻底消除了使用并存储醇类物质带来的安全隐患，同时，也降低了生产成本。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。