Способ получения хитозансодержащего волокна, волокно

Изобретение относится к области производства искусственных волокон, обладающих антибактериальной и антигрибковой активностью, в частности к производству хитозансодержащего волокна. Способ включает измельчение хитина, однократную обработку его раствором гидроксида натрия до степени деацетилирования более 91%, последующую обработку сероуглеродом и формование из полученного раствора. Полученное из вискозы хитозана хитозансодержащее волокно имеет соотношение хитозана к хитину более 10:1. Изобретение позволяет осуществлять промышленный способ получения хитозансодержащего волокна, обладающего биосовместимостью, антимикробной активностью, хорошей биодеградируемостью, и использовать его в медицине, промышленности, здравоохранении. 2 н.п.ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства искусственных волокон, обладающих антибактериальной и антигрибковой активностью.

Хитин(поли-2-ацетамидо-2-дезокси-β-D-глюкан) является одним из самых распространенных в природе биополимеров. Хитин широко распространен в природе как структурообразующий материал в основном у членистоногих, кольчатых червей и моллюсков, особенно внешних скелетов членистоногих.

Получаемый на его основе хитозан(поли-2-амино-2-дезокси-β-D-глюкан) обладает антимикробной и антигрибковой активностью, что определяет возможность его использования в медицине (R.A.A.Muzzarelli "Chitin", Pergamon, 1977, R.A.A.Muzzarelli "Chitosan per os", Atec, 2000).

Продукты, получаемые на основе вискозы хитозана, обладают биосовместимостью, антимикробной активностью, хорошей биодеградируемостью и могут быть использованы для производства волоконных материалов, вязаных и текстильных изделий, нетканых материалов и других видов изделий.

Известны органические растворители хитозана, которые позволяют получать хитозансодержащие волокна. К таким растворителям относятся уксусная кислота, трихлоруксусная кислота, система диметилформамид-хлористый литий, дихлоруксусная кислота (M.N.F.Ravi Kumar "Chitin and Chitosan fibres" Bull. Mater Sci. Vol.22, №5. August 1999, pp.905-915).

Использование прямых растворителей хитозана для получения хитозансодержащих волокон осложнено тем, что возникает необходимость создания сложной регенерации растворителей хитозана и компонентов осадительной ванны.

Большой интерес представляет собой возможность получения хитозансодержащего волокна по вискозному способу.

Известен процесс получения хитин-хитозан вискозы и продуктов на ее основе (United States Patent Yoshikawa et al. 5.756.111, Int. CL. A 01 N 25/34; A 61 L 15/16; U.S. CL. 424/402; 424/443; 424/445; 424/446; 424/447; 604/289; 604/304, May 26, 1998).

Процесс заключается в том, что хитин, измельченный в порошок до величины 60 меш., подвергают деацетилированию 30-40% раствором гидроксида натрия в воде при температуре 40-95°С. Соотношение хитина к хитозану в полученном соединении составляет от 25 до 75% (степень деацетилирования хитозана 25-75%).

Полученное соединение, обладающее структурной единицей хитина с аминоацетильными группами и структурной единицей хитозана с аминогруппами (далее хитин-хитозан), подвергают обработке 30-40% раствором гидроксида натрия в воде (процесс называют мерсеризацией) при температуре 30-70°С в течение 10-60 мин и отжимают до 3-5-кратного веса от веса исходного хитина. Полученный хитин-хитозан размалывают и проводят реакцию ксантогенирования, добавляя в хитин-хитозан сероуглерод в количестве, составляющем 30-80% от веса исходного хитина при температуре 20-35°С в течение 2-4 часов при пониженном давлении. Затем добавляют колотый лед и осуществляют растворение хитин-хитозана, при помешивании на протяжении 2-30 часов, до получения вискозы хитин-хитозана.

Полученную вискозу хитин-хитозана смешивают в желаемом весовом соотношении с вискозой целлюлозы для получения вискозы хитин-хитозана и целлюлозы.

Вискозную смесь хитин-хитозана и целлюлозы используют для формования волокон, пленок и губок по традиционному мокрому способу.

К недостатку процесса следует отнести двукратную щелочную обработку хитина, предшествующую стадии ксантогенирования, и сравнительно низкую степень деацетилирования хитина.

Задачей изобретения является получение хитозансодержащего волокна с более высокой степенью деацетилирования путем однократной щелочной обработки хитина с последующим ксантогенированием и формованием волокна по мокрому способу.

Поставленная задача достигается следующим образом:

Сырье хитина, полученное из крошки крабового панциря, измельчают в порошок до величины 10-20 меш.

Измельченное сырье подвергают деацетилированию 50-60% (масс) водным раствором гидроксида натрия при температуре более 98°С в течение 3,5-5,5 часов.

Полученный щелочесодержащий хитозан подвергают вакуумному отжиму, а затем проводят реакцию ксантогенирования сероуглеродом в количестве 40-80% от веса хитозана. Полученную вискозу хитозана фильтруют, а затем формуют традиционным мокрым способом.

Важным признаком полученного хитозансодержащего волокна является его высокая степень деацетилирования - более 91%, что обеспечивает высокую степень антибактериальной и антигрибковой активности.

Изобретение позволяет сократить, по сравнению с прототипом, число стадий производственного цикла получения вискозы хитозана за счет однократной щелочной обработки хитина.

Обоснованием пригодности заявляемого изобретения является опыт его реализации в промышленном масштабе.

Авторами определена зависимость биоцидной активности образцов хитозансодержащих волокон от содержания хитозана в волокнах. Результаты проведенных испытаний отражены в таблице.

Таблица Биоцидная активность образцов хитозансодержащих волокон (радиус зоны ингибирования, мм)
Тест-культуры	Содержание хитозана в волокне, % (масс)
10,1	23,3	50,4	100
Staphylococcus aureus	3	6	7	10
Streptococcus salivarius	1	3	3	4
Pseudomonas aeruginosa	-	2	2	3

Примеры конкретного осуществления способа получения вискозы хитозана и хитозансодержащего волокна.

Пример 1.

Хитин, полученный из крошки крабового панциря, измельченный до 10 меш., подвергают деацетилированию 55% (масс) водным раствором гидроксида натрия при температуре 98°С в течение 5,5 часов.

Полученный щелочесодержащий хитозан, со степенью деацетилирования 94%, подвергают вакуумному отжиму на нутч-фильтре до содержания в нем 11% (масс) гидроксида натрия и 22,4% (масс) хитозана.

После отжима щелочесодержащий хитозан подвергают реакции ксантогенирования. Количество сероуглерода составляет 50% от веса хитозана, температура 19°С.

После фильтрации вискоза хитозана содержит 3,0% (масс) хитозана.

Полученную вискозу хитозана смешивают с вискозой целлюлозы в аппарате с мешалкой в соотношении, равном 1:3.

Формование хитозан-вискозного волокна осуществляют традиционным мокрым способом.

После отделки и сушки хитозан-вискозное волокно толщиной 16,6 текс содержит - 10,1% (масс) хитозана и обладает бактерицидной активностью к Staphylococcus aureus и к streptococcus salivarius. Прочность волокна - 120 мн/текс, удлинение при разрыве - 12%.

Испытания на бактерицидность осуществляют in vitro. Испытуемый материал помещают на поверхность агаризированной среды Чапека-Докса, инокулированной соответствующими тест-культурами.

Пример 2.

Хитин, полученный из крошки крабового панциря, измельченный до 10 меш., подвергают деацетилированию 50% (масс) водным раствором гидроксида натрия при температуре 105°С в течение 5,0 часов.

Полученный щелочесодержащий хитозан, со степенью деацетилирования 95%, подвергают вакуумному отжиму на нутч-фильтре до содержания в нем 12% (масс) гидроксида натрия и 25,4% (масс) хитозана.

После отжима щелочесодержащий хитозан подвергают реакции ксантогенирования. Количество сероуглерода составляет 60% от веса хитозана, температура 21°С.

После фильтрации вискоза хитозана содержит 3,2% (масс) хитозана.

Полученную вискозу хитозана смешивают с вискозой целлюлозы в аппарате с мешалкой в соотношении, равном 0,8:1.

Формование хитозан-вискозного волокна осуществляют традиционным мокрым способом.

После отделки и сушки хитозан-вискозное волокно толщиной 16,6 текс содержит 23,3% хитозана и обладает бактерицидной активностью к staphylococcus aureus, к streptococcus salivarius и к pseudomonas aeruginosa. Испытание на бактерицидность проводят в условиях примера 1.

Прочность волокна - 105 мн/текс, удлинение при разрыве - 11%.

Пример 3.

Хитин, полученный из крошки крабового панциря, измельченный до 20 меш., подвергают деацетилированию 56% (масс) водным раствором гидроксида натрия при температуре 106°С в течение 4,5 часов.

Полученный щелочесодержащий хитозан, со степенью деацетилирования 94%, подвергают вакуумному отжиму на нутч-фильтре до содержания в нем 10% (масс) гидроксида натрия и 26,4% (масс) хитозана.

После отжима щелочесодержащий хитозан подвергают реакции ксантогенирования. Количество сероуглерода составляет 80% от веса хитозана, температура 22°С.

После фильтрации вискоза хитозана содержит 3,5% (масс) хитозана.

Полученную вискозу хитозана смешивают с вискозой целлюлозы в аппарате с мешалкой в соотношении, равном 3:1.

Формование хитозан-вискозного волокна осуществляют традиционным мокрым способом.

После отделки и сушки хитозан-вискозное волокно толщиной 16,6 текс содержит 50,4% хитозана и обладает бактерицидной активностью к staphylococcus aureus, к streptococcus salivarius и pseudomonas aeruginosa. Испытание на бактерицидность проводят в условиях примера 1.

Прочность волокна - 115 мн/текс, удлинение при разрыве - 12%.

Пример 4.

Хитин, полученный из крошки крабового панциря, измельченный до 20 меш., подвергают деацетилированию 56% (масс) водным раствором гидроксида натрия при температуре 110°С в течение 5,0 часов.

Полученный щелочесодержащий хитозан, со степенью деацетилирования 98%, подвергают вакуумному отжиму на нутч-фильтре до содержания в продукте 14,1% (масс) гидроксида натрия и 27,2% (масс) хитозана.

После отжима щелочесодержащий хитозан подвергают реакции ксантогенирования. Количество сероуглерода составляет 60% от веса хитозана, температура 20°С.

После фильтрации вискоза хитозана содержит 3,5% (масс) хитозана.

Формование хитозансодержащего волокна осуществляют традиционным мокрым способом.

После отделки и сушки хитозансодержащее волокно толщиной 16,6 текс содержит 100% хитозана и обладает бактерицидной активностью к staphylococcus aureus, к streptococcus salivarius и pseudomonas aeruginosa. Испытание на бактерицидность проводят в условиях примера 1.

Прочность волокна - 110 мн/текс, удлинение при разрыве - 12%.

1. Способ получения хитозансодержащего волокна из хитина путем измельчения хитина, деацетилирования, ксантогенирования и мокрого формования, отличающийся тем, что хитин измельчают до величины 10-20 меш., деацетилирование хитина проводят до величины более 91%, а затем проводят ксантогенирование щелочесодержащего хитозана.

2. Хитозансодержащее волокно, полученное способом по п.1, имеющее соотношение хитозана и хитина более 10:1.