海藻酸纤维

天然高分子材料

海藻酸是从褐藻类植物中提取的一种天然高分子材料，是一种无毒、无害、可生物降解的纯天然绿色材料，以海藻酸为原料，通过湿法纺丝制备的海藻酸纤维，可以应用于纺织、服装、医疗卫生等领域，是一种具有很高附加值的功能纤维材料。

简介

海藻酸又称褐藻酸、海带胶、褐藻胶，是从褐藻类植物中提取的一种天然高分子材料，海藻酸具有许多优良的性能，在食品、医药、纺织、印染造纸、日用化工、废水处理等领域有十分广阔的应用，是我们日常生活中使用最多的高分子材料之一。英国化学家ECC Stanford在1881年1月12日发表的一项英国专利中，首先介绍了从褐藻类海藻植物狭叶海带 (Laminaria Stenophylla)中提取出的一种凝胶状物质他把用稀碱溶液提取出的物质命名为 Algin，加酸后生成的凝胶为Alginic acid ，即海藻酸。随后的研究证明，海藻酸是一种由两种单体组成的天然高分子共聚物

图1显示了海藻酸中两种单体的化学结构。

生产方法

作为一种天然高分子，海藻酸具有很高的相对分子质量，从褐藻中提取的高黏度海藻酸的聚合度达600~1000，对应的相对分子质量为120000~190000，由于海藻酸的钠盐可溶解于水中，因此将海藻酸钠溶于水中制备纺丝液后，可以很容易地通过湿法纺丝制备海藻酸纤维。海藻酸与大多数二价或多价金属离子形成的盐是不溶于水的，因此可以采用二价金属离子的水溶液作为凝固液，由于氯化钙价格便宜，并且对人体无任何毒性，因此用氯化钙为凝固液生产海藻酸钙纤维是工业上最常用的生产方法。从化学的角度来看，海藻酸纤维的成形过程是一个水溶性的海藻酸钠转变成不溶于水的海藻酸钙的过程，二价的钙离子通过离子键结合临近海藻酸分子链上的羧酸基团后，钙离子被包围在相邻的分子链之间，形成一个类似鸡蛋盒的结构。

这种结构的形成使海藻酸失去了溶解性，同时大量的水分被包围在大分子之间，使初生的海藻酸钙纤维形成一种含水量极高的纤维状胶体Thomas等在研究海藻酸钙纤维的成形过程中发现，当海藻酸钠溶液通过喷丝孔被挤入氯化钙水溶液时，丝条的表面很快形成海藻酸钙而后，氯化钙通过已经沉淀的海藻酸钙进入圆柱状的海藻酸钠溶液之后，与海藻酸钠发生反应，形成海藻酸钙由于海藻酸钠和氯化钙的反应速度很快，成胶的速度取决于氯化钙的渗透速度。

我国的研究历史

甘景镐等最早报道了我国对海藻酸纤维的研究情况，该课题组早在 1981 年就结合国外对海藻酸纤维的研究，采用含5 %海藻酸钠的纺丝溶液，通过湿法纺丝制备海藻酸钙纤维研究中发现，由于凝固液中的钙离子的浓度因为不断被消耗而减稀，为便于控制，使用饱和的氯化钙水溶液作为凝固液最为适宜纤维在 2 000 Pa 压力下，于60 下进行干燥后得到的强度为0.44~1.76 cN/dtex。

孙玉山等在1990 年详细研究了海藻酸纤维的生产工艺，该课题组通过湿法纺丝，在气体介质中拉伸后得到的纤维强度达2.67 cN/dtex，为了改善海藻酸钙纤维的化学稳定性，课题组采用纤维素醋酸酯、聚乙烯醇、甲壳质等对纤维进行涂层处理，使纤维具有一定的化学稳定性，可以在生理盐水中维持两周保持不溶解，在用锌、铝、铁、铬等金属离子处理海藻酸钙纤维后，纤维可以在生理盐水中浸渍两个月后不溶解。

进入 21 世纪，随着石化资源的日益枯竭以及消费品市场环保意识的加强，具有可持续发展特性的天然高分子材料变得越来越重要，很多化工原料正在由化学原料向天然提取原料转变作为一种从海藻植物中提取的天然高分子材料，海藻酸及各种海藻酸盐正在得到越来越多的关注海藻酸纤维的研究也在各级政府部门的支持下得到重视，并取得了重要的进展。目前我国已经是海藻酸原料的生产大国，经过各界的进一步努力，我国必将在海藻酸纤维的研究开发和生产中达到世界先进水平。

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