一种高强壳聚糖长丝及其界面光聚合制备方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高强壳聚糖长丝及其界面光聚合制备方法与装置。该装置包括纺丝液储存单元、纺丝单元和纺丝收集单元，所述纺丝液储存单元包括第一反应相储存箱和第二反应相储存箱，所述纺丝单元包括成膜孔板、聚集孔、加捻器、透明倾角导管和UV灯。基于该装置，本发明专利技术通过制备马来酰化壳聚糖，并配制以马来酰化壳聚糖为水相溶质的水相溶液和以酰氯化合物为油相溶质的油相溶液，利用界面聚合反应制备了聚合物膜，通过对聚合物膜的牵伸、加捻与光聚合，制备了高强壳聚糖长丝。通过上述方式，本发明专利技术能够将界面聚合与光聚合共同应用于壳聚糖纺丝，并将纺丝与加捻集于一步，不仅有效提高了壳聚糖长丝的强度，还使其具有较好的均匀性和连续性。

A kind of high strength chitosan filament and its interface photopolymerization preparation method and device

【技术实现步骤摘要】
一种高强壳聚糖长丝及其界面光聚合制备方法与装置
本专利技术涉及壳聚糖纺丝
，特别是涉及一种高强壳聚糖长丝及其界面光聚合制备方法与装置。
技术介绍
壳聚糖不仅是一种具有优良的生物相容性、抗菌能力和止血能力的可生物降解的天然高分子，还是一种很好的纺丝原料，其良好的成纤性使得壳聚糖在制备医用纱布、绷带和抗菌服方面具有得天独厚的优势。当前，纺制壳聚糖长丝的装置主要包括静电纺丝装置和湿法纺丝装置，这两类装置常应用于实验室中纺丝，且存在成丝不规则、不连续的问题，难以得到均匀、连续的壳聚糖长丝。因此，当前仍需要研制一种结构简单、能够大规模生产的纺丝装置，以便捷的方式纺制出均匀、连续的壳聚糖长丝。授权公告号为CN106591980B的专利提供了一种壳聚糖纤维一步法纺丝装置，该装置包括由前向后依次相连的喷丝成型机构、丝束处理机构和卷绕回收机构，整体结构简单，能够实现壳聚糖纤维的一次纺丝成品，提高壳聚糖纺丝的生产效率。但该装置在进行喷丝成型时，是通过喷丝头先形成原液射流，再与纺丝浴液反应形成壳聚糖纤维原丝，最后在凝固浴液中反应形成丝束，而按这种方法制备得到的壳聚糖纤维往往强度低、柔韧性差，限制了其在医用纱布、绷带和抗菌服等方面的应用。因此，如何设计一种更为适宜的制备方法来提高壳聚糖长丝的力学性能，也是当前研究的关键。界面聚合是指在两种互不相溶、分别溶解有两种单体的溶液的界面上进行的缩聚反应，通常被用于制备聚合物膜。公开号为CN108636140A的专利提供了一种基于乳酸化壳聚糖的荷正电聚酰胺复合纳滤膜的制备方法，该专利以乳酸化壳聚糖水溶液作为水相，以二元/多元酰氯的有机溶液为有机相，通过界面聚合反应制备了复合纳滤膜。然而，当前并没有将壳聚糖与酰氯化合物形成的聚合物膜用于纺丝的相关报道，且单一的界面聚合对壳聚糖长丝强度的提高作用有限，如何将界面聚合与其他聚合方式结合，并应用于壳聚糖长丝的制备仍有待研究。有鉴于此，当前仍有必要提供一种高强壳聚糖长丝及其界面光聚合制备方法与装置，将界面聚合与光聚合相结合，并用于壳聚糖长丝的制备，使制得的壳聚糖长丝均匀、连续，并具有较高的强度。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强壳聚糖长丝及其界面光聚合制备方法与装置，以简单的工艺流程、便捷的操作将界面聚合与光聚合相结合，实现一步成型壳聚糖长丝，并使制得的壳聚糖长丝具有较好的均匀性和连续性、较大的产量和较高的强度。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备装置，包括纺丝液储存单元、纺丝单元和纺丝收集单元；所述纺丝液储存单元由下至上依次包括第一反应相储存箱和第二反应相储存箱；所述纺丝单元包括成膜孔板、聚集孔、加捻器、透明倾角导管和UV灯，所述UV灯与所述透明倾角导管相对设置；所述纺丝收集单元沿水平方向依次包括导向轮、鼓风干燥器和卷绕筒；所述成膜孔板设于所述第一反应相储存箱和所述第二反应相储存箱之间，所述成膜孔板上设有若干个竖直贯穿所述成膜孔板的成膜孔，用于连通所述第一反应相储存箱和所述第二反应相储存箱，以使第一反应相和第二反应相在所述成膜孔中反应形成聚合物膜。进一步地，所述成膜孔板的厚度为5～100mm，所述成膜孔的直径为1～100mm，所述成膜孔的个数为1～100个，所述聚集孔的直径为1～10mm。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备方法，该高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备方法使用上述高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备装置进行制备，包括如下步骤：S1、制备马来酰化壳聚糖；S2、以步骤S1制备的马来酰化壳聚糖为水相溶质，按预设的质量体积比将所述马来酰化壳聚糖溶于去离子水中，并加入预定量的光引发剂，配制成水相溶液，注入所述第一反应相储存箱；S3、以二元或多元酰氯化合物为油相溶质，按预设的质量体积比配制所述油相溶质与有机溶剂的油相溶液，注入所述第二反应相储存箱；S4、将所述第二反应相储存箱中的所述油相溶液加入所述第一反应相储存箱中的所述水相溶液表面，在常温常压下静置1～120min，在所述成膜孔内形成聚合物膜；S5、对步骤S4得到的所述聚合物膜进行牵引拉伸，使其通过所述聚集孔，进入所述加捻器中进行加捻，形成长丝；S6、将步骤S5得到的长丝通过所述透明倾角导管进行挤压拉伸，去除多余的反应液，并在所述UV灯的照射下发生光聚合交联；经光聚合交联后的长丝在所述导向轮的作用下发生转向，并保持一定捻度，再经所述鼓风干燥器干燥后，在所述卷绕筒的作用下卷绕收集，得到高强壳聚糖长丝。进一步地，在步骤S1中，所述马来酰化壳聚糖的制备方法包括如下步骤：S11、将壳聚糖按质量体积比1g:(20～200)mL溶于非质子溶剂中，配制壳聚糖溶液；并将马来酸酐按质量体积比(1～7)g:10mL溶于所述非质子溶剂中，配制马来酸酐溶液；所述壳聚糖与所述马来酸酐的质量比为1:(1～7)；S12、将步骤S11得到的所述马来酸酐溶液缓慢加入所述壳聚糖溶液中，在30～80℃的环境中反应12～48h后，用碱液调节溶液pH至8～9，得到混合溶液；S13、向步骤S12得到的所述混合溶液中加入无水丙酮，使产物在丙酮环境中完全沉淀析出；对析出的沉淀物进行收集，并用去离子水透析2～3天，经冷冻干燥后，得到马来酰化壳聚糖。更进一步地，在步骤S11中，所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的任意一种。进一步地，在步骤S2中，所述马来酰化壳聚糖与去离子水的预设的质量体积比为1g:(20～2000)mL，所述光引发剂在所述水相溶液中的质量分数为0.1％；所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,2-二甲氧基-苯基乙酮中的任意一种。进一步地，在步骤S3中，所述油相溶质与有机溶剂的预设的质量体积比为1g:(20～2000)mL；步骤S3中所述油相溶液中的油相溶质与步骤S2中所述水相溶液中的水相溶质的物质的量之比为1:1～2:3。进一步地，在步骤S3中，所述二元或多元酰氯化合物为芳香族多官能酰氯化合物、脂肪族多官能酰氯化合物或脂环族多官能酰氯化合物中的一种或多种混合；所述有机溶剂包含但不限于正己烷、环己烷、三氟三氯乙烷、正庚烷、正辛烷、甲苯、乙苯、ISOPAR溶剂油中的至少一种。更进一步地，所述芳香族多官能酰氯化合物包括但不限于对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、邻苯二甲酰氯、联苯二甲酰氯、苯二磺酰氯、均苯三甲酰氯中的至少一种，所述脂肪族多官能酰氯化合物包括但不限于丁三酰氯、丁二酰氯、戊三酰氯、戊二酰氯、己三酰氯、己二酰氯、癸二酰氯、癸三酰氯中的至少一种，所述脂环族多官能酰氯化合物包括但不限于环丙烷三酰氯、环丁烷二酰氯、环丁烷四酰氯、环戊烷二酰氯、环戊烷三酰氯、环戊烷四酰氯、环己烷二酰氯、环己烷三酰氯、环己烷四酰氯、四氢呋喃二酰氯、四氢呋喃四酰氯中的至少一种。为实现上述目的，本专利技术还提供了一种高强壳聚糖长丝，该高强壳聚糖长丝根据上述高强壳聚糖长丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备装置，其特征在于：包括纺丝液储存单元、纺丝单元和纺丝收集单元；所述纺丝液储存单元由下至上依次包括第一反应相储存箱和第二反应相储存箱；所述纺丝单元包括成膜孔板、聚集孔、加捻器、透明倾角导管和UV灯，所述UV灯与所述透明倾角导管相对设置；所述纺丝收集单元沿水平方向依次包括导向轮、鼓风干燥器和卷绕筒；所述成膜孔板设于所述第一反应相储存箱和所述第二反应相储存箱之间，所述成膜孔板上设有若干个竖直贯穿所述成膜孔板的成膜孔，用于连通所述第一反应相储存箱和所述第二反应相储存箱，以使第一反应相和第二反应相在所述成膜孔中反应形成聚合物膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备装置，其特征在于：包括纺丝液储存单元、纺丝单元和纺丝收集单元；所述纺丝液储存单元由下至上依次包括第一反应相储存箱和第二反应相储存箱；所述纺丝单元包括成膜孔板、聚集孔、加捻器、透明倾角导管和UV灯，所述UV灯与所述透明倾角导管相对设置；所述纺丝收集单元沿水平方向依次包括导向轮、鼓风干燥器和卷绕筒；所述成膜孔板设于所述第一反应相储存箱和所述第二反应相储存箱之间，所述成膜孔板上设有若干个竖直贯穿所述成膜孔板的成膜孔，用于连通所述第一反应相储存箱和所述第二反应相储存箱，以使第一反应相和第二反应相在所述成膜孔中反应形成聚合物膜。


2.根据权利要求1所述的一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备装置，其特征在于：所述成膜孔板的厚度为5～100mm，所述成膜孔的直径为1～100mm，所述成膜孔的个数为1～100个，所述聚集孔的直径为1～10mm。


3.一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备方法，其特征在于：该高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备方法使用权利要求1～2中任一权利要求所述的装置进行制备，包括如下步骤：
S1、制备马来酰化壳聚糖；
S2、以步骤S1制备的马来酰化壳聚糖为水相溶质，按预设的质量体积比将所述马来酰化壳聚糖溶于去离子水中，并加入预定量的光引发剂，配制成水相溶液，注入所述第一反应相储存箱；
S3、以二元或多元酰氯化合物为油相溶质，按预设的质量体积比配制所述油相溶质与有机溶剂的油相溶液，注入所述第二反应相储存箱；
S4、将所述第二反应相储存箱中的所述油相溶液加入所述第一反应相储存箱中的所述水相溶液表面，在常温常压下静置1～120min，在所述成膜孔内形成聚合物膜；
S5、对步骤S4得到的所述聚合物膜进行牵引拉伸，使其通过所述聚集孔，进入所述加捻器中进行加捻，形成长丝；
S6、将步骤S5得到的长丝通过所述透明倾角导管进行挤压拉伸，去除多余的反应液，并在所述UV灯的照射下发生光聚合交联；经光聚合交联后的长丝在所述导向轮的作用下发生转向，并保持一定捻度，再经所述鼓风干燥器干燥后，在所述卷绕筒的作用下卷绕收集，得到高强壳聚糖长丝。


4.根据权利要求3所述的一种高强壳聚糖长丝的界面光聚合制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述马来酰化壳聚糖的制备方法包括如下步骤：
S11、将壳聚糖按质量体积比1g:(20～200)mL溶于非质子溶剂中，配制壳聚糖溶液；并将马来酸酐按质量体积比(1～7)g:10mL溶于所述非质子溶剂中，配制马来酸酐溶液；所述壳聚糖与所述马来酸酐的质量比为1:(1～7)；
S12、将步骤S11得到的所述马来酸酐溶液缓慢加入所述壳聚糖溶液中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周应山，李尚志，万婷婷，刘欣，杨红军，顾绍金，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42