В последние годы природные полимеры привлекают значительное внимание благодаря своей биоразлагаемости, возобновляемости и многофункциональным свойствам. Среди них хитозан, биополимер, получаемый из хитина, выделяется как важный материал в биомедицинских, фармацевтических и экологических приложениях.
Однако присущие хитозану ограничения, такие как плохая растворимость в воде, стимулировали разработку производных хитозана с улучшенными свойствами. Одним из таких производных является гидроксиэтилхитозан этиламина (EHC), который демонстрирует улучшенную растворимость, биосовместимость и биологическую активность. В частности, EHC продемонстрировал многообещающие антибактериальные свойства против распространенных патогенов, таких как Escherichia coli (E. coli), что делает его подходящим кандидатом для различных применений в текстильной и биомедицинской промышленности.
В данной статье рассматривается синтез EHC, его растворимость, антибактериальные свойства и потенциальное применение EHC в производстве антибактериальных волокон EHC/целлюлозный лиоцелл. Мы также подробно рассмотрим процесс производства лиоцелла — устойчивый и экологически чистый метод изготовления волокон, — и то, как включение EHC улучшает свойства получаемых волокон. Будут обсуждены потенциальные области применения этих волокон в различных отраслях промышленности, с акцентом на антимикробный текстиль.
Синтез EHC включает модификацию хитозана путем введения этиламиновых и гидроксиэтильных групп в его молекулярную структуру. Сам хитозан получают путем деацетилирования хитина, природного полимера, содержащегося в экзоскелетах ракообразных и насекомых.
Однако хитозан в своей природной форме нерастворим в воде, что ограничивает его более широкое применение. Введение этиламиновых и гидроксиэтильных групп значительно повышает растворимость хитозана, особенно в водных растворителях, таких как N-метилморфолин-N-оксид (NMMO). NMMO, являющийся экологически чистым растворителем, особенно эффективен для растворения производных хитозана, что делает его идеальным выбором для обработки в волоконной промышленности.
Этиламиновая группа придает производному хитозана положительный заряд, улучшая его растворимость и гидрофильность. Эта модификация позволяет полимеру растворяться в NMMO в контролируемых условиях, что имеет решающее значение для дальнейшей переработки в волокна.
Гидроксиэтильная группа повышает химическую стабильность и биосовместимость полимера, позволяя ему более эффективно взаимодействовать с различными субстратами.
Одним из ключевых преимуществ EHC по сравнению с природным хитозаном является улучшенная растворимость в водных растворителях, особенно в NMMO. Это свойство имеет решающее значение в контексте производства лиоцеллового волокна, где высокая растворимость полимера необходима для создания высококачественных однородных волокон. Растворимость EHC позволяет смешивать его с целлюлозой, природным полимером, являющимся основным материалом для лиоцелловых волокон.
Лиоцелл производится с помощью процесса на основе растворителя, который включает растворение целлюлозы в NMMO с последующей экструзией через фильеры для образования волокон. Включение EHC в этот процесс улучшает механические свойства и функциональность получаемых волокон.
Растворимость EHC в NMMO позволяет ему беспрепятственно интегрироваться с целлюлозой, образуя композитный материал с превосходными свойствами по сравнению с традиционными целлюлозными волокнами.
Одним из наиболее перспективных применений EHC является его антибактериальная активность. Введение этиламиновых групп в полимерную цепь усиливает его способность взаимодействовать с мембранами микробных клеток, проявляя тем самым бактерицидное действие. Было установлено, что EHC особенно эффективен против Escherichia coli (E. coli), распространенной патогенной бактерии, устойчивой ко многим традиционным антибиотикам.
Антибактериальная активность EHC в основном обусловлена электростатическим взаимодействием между положительно заряженными этиламиновыми группами и отрицательно заряженными клеточными мембранами бактерий.
Это взаимодействие разрушает клеточную мембрану бактерий, приводя к утечке содержимого клетки и, в конечном итоге, к гибели бактериальной клетки.
Кроме того, гидроксиэтильные группы в EHC способствуют его растворимости и биосовместимости, обеспечивая безопасность материала для использования в различных областях, включая текстиль и биомедицинские устройства.
Интеграция EHC с целлюлозой в процессе производства лиоцелла приводит к созданию волокон лиоцелла на основе EHC/целлюлозы, которые сочетают в себе природные преимущества целлюлозных волокон с антимикробными свойствами EHC. Эти волокна производятся с использованием экологически чистого процесса, не требующего применения агрессивных химикатов, что делает их привлекательным вариантом для устойчивого текстильного производства.
В процессе производства лиоцелла целлюлоза растворяется в NMMO, а EHC добавляется в раствор перед экструзией. Полученные волокна обладают улучшенными механическими свойствами, такими как повышенная прочность на разрыв и эластичность, по сравнению с волокнами, изготовленными из чистой целлюлозы.
Добавление EHC также придает волокнам антибактериальные свойства, что может значительно снизить рост вредных микроорганизмов, особенно кишечной палочки, на поверхности волокна.
Эти волокна обладают большим потенциалом в областях применения, где гигиенические и антимикробные свойства имеют решающее значение, например, в медицинском текстиле, гигиенических изделиях и одежде для активного отдыха. Кроме того, улучшаются влагоудерживающие свойства волокон EHC/целлюлозы, что может повысить их долговечность и комфорт в различных условиях окружающей среды.
Было показано, что включение EHC в целлюлозные волокна улучшает ряд важных свойств:
Механические свойства: EHC повышает прочность на разрыв и эластичность целлюлозных волокон, делая их более долговечными и устойчивыми к износу. Это делает EHC/целлюлозные волокна подходящими для высокоэффективных применений, где важна механическая прочность.
Антибактериальная активность: Компонент EHC придает волокнам антимикробные свойства, делая их эффективными в предотвращении роста бактерий. Это особенно полезно для текстильных изделий, требующих высокого уровня гигиены, таких как медицинские ткани, хирургические халаты и спортивная одежда.
Влагоудержание: Волокна EHC/целлюлозы демонстрируют лучшее влагоудержание по сравнению с чистыми целлюлозными волокнами, что может улучшить комфорт и отвод влаги в текстильных материалах. Это свойство особенно важно для спортивной одежды и медицинского текстиля, где контроль влажности имеет первостепенное значение.
Воздействие на окружающую среду: Технология производства лиоцелла в сочетании с использованием EHC представляет собой экологически устойчивую альтернативу традиционным методам текстильного производства. В процессе используется NMMO, нетоксичный и биоразлагаемый растворитель, что снижает воздействие производства волокна на окружающую среду.
Медицинский текстиль: Антибактериальные свойства волокон лиоцелла EHC/целлюлозы делают их идеальными кандидатами для использования в медицинском текстиле, включая перевязочные материалы, хирургические маски и больничное белье. Эти волокна могут помочь снизить риск инфекции и улучшить результаты лечения пациентов.
Гигиенические изделия: Волокна EHC/целлюлозы могут использоваться в производстве подгузников, гигиенических салфеток и влажных салфеток. Антибактериальные свойства помогают снизить рост вредных бактерий, улучшая гигиену и комфорт.
Устойчивая мода: По мере роста потребительского спроса на экологически чистые продукты, устойчивые текстильные материалы приобретают все большую популярность. Волокна EHC/целлюлоза лиоцелл, будучи биоразлагаемыми и антимикробными, представляют собой экологичный вариант для индустрии моды, особенно в производстве спортивной и верхней одежды.
Применение в охране окружающей среды: Благодаря превосходной способности удерживать воду и антимикробным свойствам, эти волокна могут использоваться в таких изделиях, как фильтрующие материалы и защитная одежда для суровых условий окружающей среды.
Разработка гидроксиэтилхитозана этиламина (EHC) в качестве производного хитозана открыла новые возможности для производства антибактериальных волокон. Сочетание EHC с целлюлозой в процессе лиоцелла позволяет создавать волокна EHC/целлюлоза, обладающие улучшенными механическими свойствами, водоудерживающей способностью и антибактериальной активностью. Эти волокна экологически устойчивы, биоразлагаемы и имеют широкий спектр применения в текстильной и биомедицинской промышленности.
Будущие исследования могут быть сосредоточены на оптимизации синтеза EHC, улучшении его растворимости и изучении дополнительных областей применения этих волокон в различных отраслях промышленности.
