一种通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法

本发明属于纤维制备，涉及一种通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧的聚多糖纤维的方法。

背景技术：

1、天然多糖材料源于大自然，它的种类繁多，分布广泛，具有无毒性、降解性和生物相容性等特征，可以用来制备纤维。

2、到目前为止，人们开发了几种增强纤维的策略，最常用的方法是添加第二相和物理处理。通过添加第二相来提高纤维的强度是最常见的方法，广泛的添加剂被成功使用，包括无机纳米粒子、二维纳米材料、金属和聚合物等。例如中国专利cn201710110321.0公开了一种石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法，利用强酸、破坏剂，在氧化剂作用下，分别制备得到三维石墨烯絮状物和表面改性碳纳米管；然后通过高速剪切混合、超声分散工艺得到石墨烯/改性碳纳米管上浆剂；通过上浆工艺制备石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料。中国专利cn202210146054.3公开了一种长-短碳纳米管增强增韧纤维复合材料及其制备方法，制备方法包括：a)将短碳纳米管、热固性树脂和添加剂混合，得到树脂基浆料；b)将所述树脂基浆料灌注到纤维预制体中并固化成型，得到长-短碳纳米管增强增韧纤维复合材料；其中：所述纤维预制体包括依次层叠接触的：上部纤维布层，长碳纳米管纤维纱层，下部纤维布层；所述长碳纳米管纤维纱层为长碳纳米管形成的纱状结构；所述短碳纳米管的长度为0.5～3μm，平均长度≤2μm；所述长碳纳米管的长度为50～1000μm，平均长度>100μm。本发明优化了长和短的碳纳米管在复合材料内的空间布局，同步实现纤维复合材料的层内增强和层间增韧的双重目的。现有技术存在的问题是，除了添加剂的力学性能外，纤维的整体力学性能和稳定性在很大程度上取决于与第二相形成界面的强度和韧性。如果要解决相界面的问题，会浪费大量的时间，成本比较高。另一个问题则是考虑到添加剂生物安全性的要求，在生物医用领域，第二相增强体可能会引起毒性、生物降解性等生物安全性问题。

3、另一方面，物理处理的目的是通过加强分子间的缔合来提高纤维强度，如促进分子纠缠；通过预拉伸来提高纤维内部结晶度；构建高密度分子网络；在不良溶剂的处理下增强分子间氢键等方法。虽然抗拉强度得到了显著的提高，但纤维韧性在很大程度上被牺牲，制备的纤维伸长率很低。因此，如何同时提高纤维的强度和韧性仍然具有挑战性。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法。通过在凝固浴中加入醇和酸，在湿法纺丝过程中构筑聚多糖二级结构，所制得的聚多糖纤维机械性能优异；其制备工艺简单，制备成本低且适于规模化生产。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，具体步骤如下：

3、(1)在可溶性盐水溶液中加入醇，再调节溶液ph为2-5，制备得三元凝固浴；

4、(2)制备质量百分比浓度为1～10％的高分子量多糖水溶液作为纺丝液；

5、(3)采用湿法纺丝技术制备聚多糖纤维，将步骤(2)的纺丝液喷丝到步骤(1)的凝固浴里，用辊轮收集纤维，所得纤维在室温下风干收集，得到增强增韧的聚多糖纤维。

6、本发明所述的高分子量多糖为壳聚糖、海藻酸钠、κ-型卡拉胶、ι-型卡拉胶、λ-型卡拉胶、黄原胶或羧甲基纤维素。

7、本发明所述的高分子量多糖的分子量为100000～800000da，优选为200000～700000da。

8、本发明所述凝固浴里的可溶性盐为醋酸钾、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化钡或氯化铁等。

9、本发明所述的步骤(1)的醇为无水乙醇，调节溶液ph的具体方法是：加入盐酸。

10、本发明所述无水乙醇的加入量与可溶性盐水溶液的体积相等。

11、本发明步骤(3)湿法纺丝参数为注射器针头直径为0.7mm，辊轮直径为5cm，凝固浴长度为1.5米，辊轮的线速度为0.15m/s，纺丝液挤出速度为0.03m/s，牵伸比为5:1。

12、所述的聚多糖纤维直径为0.002mm～0.2mm。

13、本发明与现有技术相比，针对现有纤维增强机制，虽然抗拉强度得到了显著的提高，但韧性在很大程度上被牺牲，产生的纤维伸长率很低的问题，通过在凝固浴中加入醇和酸，能够在湿法纺丝过程中调控海藻酸钠纺丝液的二级结构，使得制备出的海藻纤维在增加强度的同时增加韧性，机械性能优异；该制备方法不用额外添加增强元素，使得聚多糖纤维具有很强的生物相容性；制备工艺简单，可规模化生产，拥有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，所述的高分子量多糖为壳聚糖、海藻酸钠、κ-型卡拉胶、ι-型卡拉胶、λ-型卡拉胶、黄原胶或羧甲基纤维素。

3.根据权利要求1所述的通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，所述的高分子量多糖的分子量为100000～800000da，优选为200000～700000da。

4.根据权利要求1所述的通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，所述凝固浴里的可溶性盐为醋酸钾、氯化钾、氯化镁、氯化钙氯化钡或氯化铁等。

5.根据权利要求1所述的通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，所述的步骤(1)的醇为无水乙醇，调节溶液ph的具体方法是：加入盐酸。

6.根据权利要求1所述的通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，所述无水乙醇的加入量与可溶性盐水溶液的体积相等。

7.根据权利要求1所述的通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，其特征在于，步骤(3)湿法纺丝参数为注射器针头直径为0.7mm，辊轮直径为5cm，牵伸比为5:1。

技术总结本发明属于纤维制备技术领域，涉及一种通过调控聚多糖二级结构制备增强增韧聚多糖纤维的方法，在可溶性盐水溶液中加入醇，再调节溶液pH为2‑5，制备得三元凝固浴；将高分子量多糖水溶液作为纺丝液，采用湿法纺丝技术将纺丝液喷丝到三元凝固浴里，用辊轮收集纤维，风干，得到增强增韧的聚多糖纤维。本发明通过在凝固浴中加入醇和酸，能够在湿法纺丝过程中调控海藻酸钠纺丝液的二级结构，使得制备出的海藻纤维在增加强度的同时增加韧性，机械性能优异；该制备方法不用额外添加增强元素，使得聚多糖纤维具有很强的生物相容性；制备工艺简单，可规模化生产，拥有广阔的应用前景。技术研发人员：林敏,谢学来,崔敏,隋坤艳受保护的技术使用者：青岛大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29