制备红藻胶纤维纺丝原液的优化方案

琼胶、卡拉胶属于大分子，经溶剂先溶胀再溶解过程，制备而成相应的溶液，而后经过滤、脱泡过程制得纺丝液。

（一）琼胶的纺丝溶剂的选择

DMSO和DMF是琼胶的良溶剂，在室温仍保持溶液状态，适合做湿法纺丝的溶剂，而THF则不溶解琼胶，水虽然能溶，但溶解温度太高，且在室温时达到凝胶状态，无法纺织成纤，故THF和水均不适合做琼胶湿法纺丝的溶剂，琼胶纤维纺丝液的制备采用DMSO或DMF，如表4-3所示。

表4-3　5%浓度琼胶在H2O、DMF、DMSO和THF中的溶解情况

（二）卡拉胶纺丝溶剂的选择

1.卡拉胶在水中的溶解性

随着卡拉胶浓度的提高，溶液的溶解温度和凝胶温度都有所提高，且溶液的溶解温度要高于凝胶温度才能溶解均匀。由于卡拉胶纤维制备采取的是湿法纺丝工艺，所以溶液的凝胶现象对后续纺丝极其不利，纺丝温度要高于溶液的凝胶温度。因此，以水作溶剂纺丝过程需要高温，对纺丝的设备要求很高，且纺丝工艺相对比较复杂，如表4-4所示。

表4-4　不同浓度的卡拉胶在水中的溶解性

2.卡拉胶在酸性溶液中的溶解性

卡拉胶不耐酸，且因加酸而降解，其水解程度与溶液的pH、加热温度和时间有关。在相同温度下，溶液的pH越低，加热时间越长，则降解越厉害，凝胶强度下降越多。在相同的pH条件下，加热温度越高时间越长，凝胶强度下降越多。因此，卡拉胶在酸性水溶液中不稳定，不利于制备高强度的纤维，故酸性水溶液不适合作卡拉胶的纺丝溶剂，如表4-5所示。

表4-5　卡拉胶在酸性水溶液的性质

3.卡拉胶在碱性溶液中的溶解性

卡拉胶的水溶液在80℃时溶解，65℃左右凝胶；随着碱浓度的提高，卡拉胶溶液的溶解温度随之降低，其凝胶温度也逐渐降低。当碱浓度升高到2mol/L时，卡拉胶溶液的溶解温度降低至20℃以下，且在常温不出现凝胶现象。因此采用2mol/L NaOH做卡拉胶的纺丝溶剂，可以实现卡拉胶纤维的常温制备。如表4-6所示。

表4-6　8%卡拉胶在不同浓度的NaOH水溶液中的溶解行为

（三）红藻胶纤维纺丝原液的黏度变化(www.xing528.com)

1.琼胶溶液黏度随温度浓度的变化

琼胶的DMSO、DMF溶液的黏度随温度浓度的变化如图4-30所示。琼胶溶液的黏度随温度升高而呈指数性下降，在高温低浓度区，溶液呈现线性牛顿流动状态，随温度的降低，分子间的缠绕作用逐渐增强，阻力增大，表现为黏度陡增的假塑性流动形式。两种溶剂对溶液的影响几乎一样。

图4-30　不同浓度的琼胶DMSO、DMF溶液的黏度随温度的变化

2.卡拉胶水溶液黏度随温度的变化

卡拉胶能形成高黏性的溶液，这是由于它的结构为不分叉的线性大分子并带有大量电荷造成的，聚合物长链上许多带阴电荷的硫酸基之间的排斥力使分子伸直伸长，硫酸基的亲水性又使分子周围形成了一层不动的水分子外层，这些特点都使卡拉胶不易流动。因为卡拉胶的水溶液在低温时会出现凝胶现象，所以测试时从80℃逐渐降低，直至溶液出现凝胶。

卡拉胶水溶液黏度随温度降低逐渐增加，呈指数关系，初始阶段卡拉胶黏度增加得较慢，当降低到一定温度时，黏度曲线会出现一个转折点，之后黏度会迅速增加，而这个转折点就是卡拉胶溶液的凝胶转变温度。卡拉胶的溶解和纺丝的温度，均应高于该凝胶转变温度，否则过高的黏度会增加溶解和纺丝的难度。

卡拉胶的黏度随浓度约成指数增加，这个性质是带有荷电基团的线性高分子的典型特点，也是浓度增加使分子间的相互作用增强造成的。

3.卡拉胶碱溶液黏度随温度浓度的变化

为预防卡拉胶的碱性水溶液由于高温，产生不可逆的降解，故测试时从室温开始逐渐升温。卡拉胶碱性水溶液的黏度随温度的升高而降低。升温的初始阶段，溶液的黏度降得较快，随温度的升高，黏度的降速逐渐减慢。0.5%的卡拉胶溶液黏度很低，当温度升高到37℃左右时，溶液黏度已基本可以忽略，2%和4%的卡拉胶溶液也分别只能加热至52℃和57℃，黏度几乎为零。8%浓度的卡拉胶溶液，升高至45℃以后，溶液黏度先增大后减小，具体原因不明，猜测可能与强碱性溶液带来的氢键作用有关。

卡拉胶碱性水溶液的黏度随浓度的增加而增大，而且溶液的浓度越高，黏度增大的越快。5%的卡拉胶溶液已经达到适合纺丝的黏度，且在常温下已经不凝胶，这将大大简化纺丝工艺。浓度超过5%，黏度呈指数级增大，浓度超过8%，由于黏度过高，不易测定。