海藻酸鈉(ALG)是從天然海藻中提取的一種線形 多糖，由P-D-甘露糖醛酸(簡稱M單元)和a-L-古羅 糖醛酸(簡稱G單元)兩種組分構(gòu)成斤21竣甲基纖維素 鈉(CMC)是纖維素葡萄糖環(huán)上羥基的氫原子被羧甲 基取代后的產(chǎn)物，是一種水溶性纖維素醚.131以ALG或CMC為原料開發(fā)的纖維，具有生物可降解、生物活性 高、與人體相容性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用作醫(yī)用纖維, 也是近年來開發(fā)的兩種典型的高科技醫(yī)用敷料.^1在 海藻酸鈉(G單元含量較高)紡絲液中加人羧甲基纖維 素鈉，可以制得綜合兩種纖維優(yōu)勢(shì)的ALG/CMC共混

纖維.該共混纖維既有優(yōu)異的吸濕性能，又有良好的 物理-機(jī)械性能.另外，在海藻酸鹽纖維中添加羧甲基 纖維素鈉，有利于降低纖維的成本，易于這種新型敷 料推廣.MCI

可紡性能優(yōu)良的紡絲原液是紡制優(yōu)良品質(zhì)纖維 的前提條件，紡絲液性能的好壞不僅影響其加T性能, 還影響紡絲工藝的選擇和成品纖維的質(zhì)量指標(biāo).因此， 對(duì)海藻酸鈉/竣甲基纖維素鈉紡絲原液流變性能的研 究，不但在理論上有重要價(jià)值，而ft對(duì)海藻酸鈉/羧甲 基纖維素鈉共混纖維紡絲工藝的選擇具有一定的指 導(dǎo)意義.

1試驗(yàn)

1.1藥品與儀器

藥品:海藻酸鈉(ALG),數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量(風(fēng)〇為 357 475,相對(duì)分子質(zhì)量分布(MyMJ為1.392,M/G值為 0.32,青島明月海藻集團(tuán)有限公司;羧甲基纖維素鈉 (CMC),數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量(紙)為197 018,相對(duì)分子質(zhì) 量分布為1.429,取代度為0.913,安丘市雄鷹纖 維素有限責(zé)任公司.

儀器:DZF銦真空干燥箱(北京市永光明醫(yī)療儀器 廠)，JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)(上海市標(biāo)本模型廠), RT-2000毛細(xì)管流變儀(德閏GOETTFERT公司)，HH- 4恒溫水浴鍋(江蘇省金壇市宏華儀器廠

1.2ALG/CMC共混溶液的制備

稱取一定量的ALG和CMC混合均勻，然后加人 一定量的蒸餾水，機(jī)械攪拌得到ALG/CMC共混溶液. 其中，ALG的質(zhì)M分?jǐn)?shù)為3.6%,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0、5%、10%、15%、20%、25%(對(duì) ALG 質(zhì)量，下同).上述 共混溶液分別標(biāo)記為1#、2*、3#、4#、5#、6*，然后將1*~6# 溶液放入真空烘箱中脫泡，待用.

1.3ALG/CMC共混溶液的流變性能測(cè)試

采用毛細(xì)管流變儀，在不同溫度(25丈、30尤、35 140L45 1)和剪切速率下，分別測(cè)定1#~6#紡絲溶 液的表觀粘度和剪切應(yīng)力測(cè)試參數(shù)如下:毛細(xì) 管直徑1 mm;毛細(xì)管長度40 mm;操作模式為恒定速 度;活塞起始速度0.3 mm/s.

2結(jié)果與討論

2.1影響ALG/CMC紡絲溶液表觀粘度的因素 2.1.1 CMC 含霣

從圖1可以看出，隨著剪切速率的增加，1*~6#溶液 的也都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表現(xiàn)出“切力變稀”行為.原因 是紡絲液中的ALG與CMC大分子鏈之間發(fā)生了纏 結(jié)，形成了一些纏結(jié)點(diǎn).這些纏結(jié)點(diǎn)具有瞬變性質(zhì)，不 斷地拆散和重建，并在某一特定條件下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡. 當(dāng)剪切速率增大時(shí)，部分纏結(jié)點(diǎn)被拆散，纏結(jié)點(diǎn)濃度 的下降相應(yīng)地使r/a下降.另外，當(dāng)剪切速率增大時(shí)，纏 結(jié)點(diǎn)間鏈段中的應(yīng)力來不及松弛，在剪切方向發(fā)生取 向，導(dǎo)致大分子鏈在流層間傳遞動(dòng)量的能力減小，故流 層間的牽曳力也隨之減小,表現(xiàn)為％的下降.因此，紡 絲流體在切力變稀的同時(shí)顯現(xiàn)彈性現(xiàn)象，這也是％中 包括有彈性貢獻(xiàn)的原因.1I1PW0°

從圖1還可以看出，隨著紡絲液中CMC含量的提 高，紡絲液的&升高，特別是剪切速率較小時(shí)，增加的 幅度越明顯.原因是:隨著紡絲液中CMC含量的增加， 紡絲液中大分子間的纏結(jié)點(diǎn)濃度升高，紡絲液的％升 高，當(dāng)剪切速率較大時(shí)，大部分纏結(jié)點(diǎn)被破壞掉，所以 1#~6#紡絲液的爪之間的差距在高剪切速率段比剪 切速率較小時(shí)減小.另外，當(dāng)紡絲液中CMC的含量低 于20%時(shí)，紡絲液的rja增加較緩慢，可以滿足紡絲液 的要求;當(dāng)CMC的含量高于ALG的20%時(shí)，紡絲液的 ^比海藻酸酸鈉紡絲液1#增加較大，使得紡絲液的 流動(dòng)性變差.所以，應(yīng)該控制紡絲液中CMC的含量低 于 20%.

剪切速率y/ri

圖1 CMC含量不同時(shí)ALG/CMC紡絲液的7/,-y曲線(25 *C)

2.1.2溫度

從圖2可以看出，相同剪切速率下,隨著溫度的升 高，紡絲液的％呈下降趨勢(shì).根據(jù)高分子流動(dòng)的分段 躍遷機(jī)理，高分子溶液的流動(dòng)主要是分子鏈重心沿著 流動(dòng)方向發(fā)生了位移和鏈間的相互滑動(dòng).溫度升高，為 鏈段的滑移提供了能量，鏈段的活動(dòng)能力增強(qiáng)，分子 間相互摩擦力減小，導(dǎo)致紡絲液的％下降.1121

提高紡絲液的溫度能夠改善紡絲流體的流動(dòng)性， 但是增加了能源消耗，而且高溫容易造成紡絲高分子 的降解，所以，紡絲過程要嚴(yán)格控制紡絲液的溫度_從 圖2還可以看出，當(dāng)紡絲液的溫度達(dá)到40 ^時(shí)，再升 高溫度，紡絲液的&變化不大.故紡絲過程中,應(yīng)控制 紡絲液的溫度在40尤左右.

樣品編號(hào)

2.2 ALG/CMC紡絲溶液的非牛頓指數(shù)n

從圖1和圖2可知，ALG/CMC紡絲溶液是假塑 性流體，其偏離牛頓流體的程度可以用非牛頓指數(shù)《 表本,非牛頓流體的n值都小于1(牛頓流體的n值= 1),且n值越小，偏離牛頓流體的程度越大.根據(jù)“冪律 定律”叫l(wèi)g r=lg A+ralg y(r是剪切應(yīng)力，y是剪切速率)， 作lgr~lg7曲線，直線的斜率即為n，由此可求出1#~ 6#紡絲液在不同溫度下的非牛頓指數(shù)n,所得結(jié)果見 表1.

表1不同組成的ALG/CMC紡絲液在不同溫度的非牛頓指數(shù)

非牛頓指數(shù)n

樣品編號(hào)

25 1C 30 X. 35 X. 40 X. 45 X

0.6330.6990.7230.7930.807

0.6170.6620.6930.7670.782

0.5920.6470.6710.7350.752

0.5690.6130.6430.6900.717

0*4720.5300.5630.6030.629

0.4390.4860.5100.5620.602

從表1可以看出,隨著紡絲液中CMC含量的增 加，紡絲液的非牛頓指數(shù)《呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明紡絲 液中大分子纏結(jié)愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致體系粘度增大，紡絲 液的流動(dòng)更加偏離牛頓流體.其次，隨著溫度的升高， 紡絲液的非牛頓指數(shù)《呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說明溫度的升 高有助于改善紡絲液的流變性能，使紡絲液的流動(dòng)更 接近于牛頓流體.

2.3 ALG/CMC紡絲溶液的結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)％

紡絲液對(duì)紡絲的影響在于其有結(jié)構(gòu)粘性，當(dāng)溶液 靜止時(shí)粘度會(huì)隨著時(shí)間的延長而上升,當(dāng)受剪切作用 B寸，溶液內(nèi)部由高分子的次價(jià)結(jié)合而產(chǎn)生的構(gòu)造就會(huì) 發(fā)生變化,使得溶液的表觀粘度隨著剪切速率的增大 而下降.紡絲液的結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)AT?值可以用來表征切力變稀流體的結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)值越 大，表明紡絲溶液的結(jié)構(gòu)化程度越大.有研究表明:結(jié) 構(gòu)粘度指數(shù)與紡絲溶液的可紡性相關(guān),紡絲溶液的結(jié) 構(gòu)化程度越小，不僅吋紡性好,而且制備的纖維質(zhì)量 也好_«M2〇從表2可以看出隨著紡絲液溫度的升高 和CMC含量的降低，海藻酸鈉/羧甲基纖維素鈉紡絲 溶液的結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)AT?值減小.因此,可以通過提高 紡絲液的溫度和降低紡絲液中CMC含量的方法，改 善ALG/CMC溶液的可紡性.

3結(jié)論

(1)ALG/CMC紡絲溶液為“切力變稀”型流體，隨 著剪切速率的增大，溶液的表觀粘度％逐步下降.

(2)隨著紡絲_中CMC含量的增加，紡絲液的表 觀粘度仏增加，當(dāng)CMC的含量達(dá)到20%時(shí)，紡絲液的 流動(dòng)性變差.所以，應(yīng)該控制紡絲液中CMC的含量低 于20%;隨著溫度的升高，紡絲液的表觀粘度％下降， 當(dāng)紡絲液的溫度達(dá)到40弋時(shí)，再升高溫度，紡絲液的 %變化不大，因此，紡絲過程中，應(yīng)控制紡絲液的溫度 在40 ^左右.

(3)隨著溫度的升高和紡絲液中CMC含量的降低， 海藻酸鈉/竣甲基纖維素鈉紡絲溶液的非牛頓指數(shù)/I 上升.因此，可以通過提高紡絲液的溫度和降低紡絲 液中CMC的含量的方法，使紡絲液的流動(dòng)更接近于 牛頓流體，從而改善紡絲液的流變性能.

(4)隨著溫度的升高和紡絲液中CMC含量的降低， 海藻酸鈉/羧甲基纖維素鈉紡絲溶液的結(jié)構(gòu)粘度指數(shù) △7?值減小,因此可以通過降低紡絲液中CMC的含量

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