Fibers and Textiles Produced from Chitin and Chitosan : A Literature Study For Different Production Methods

Abstract: Ökningen av världspopulationen har orsakat en ökad avfallsgenerering. Avfallet kan innehålla betydelsefulla ämnen, vilka kan användas som råvaror i många olika material och för olika ändamål. Därför har omfattande forskning genomförts för att ta till vara på avfall som orsakar miljöföroreningar och ur dessa utveckla mer hållbara och biologiskt nedbrytbara material. Exempel på detta är fibrer och textilier framställda av polysackaridmaterial, särskilt från kitin och kitosan, som finns tillgängliga som biprodukt från såväl skaldjur som insekter och cellväggar från svampar. Kitin är efter cellulosa den vanligaste aminopolysackarid-polymeren som har en liknande struktur, medan kitosan är den deacetylerade formen av kitin som är den mest välkända och det viktigaste derivatet av kitin. Kitosan kan framställas från kitin genom antingen kemisk deacetylering eller enzymatiska beredningar, men för kommersiell skala idag, är produktion av kitosan med kemisk metod som deacetylering av kitin med en alkali såsom NaOH, mer lämplig och att föredra. Både kitin och kitosan är biobaserade material som har speciella egenskaper såsom hög specifik styvhet och hållfasthet, samtidigt som biologisk nedbrytbarhet är möjlig. Dessutom förekommer materialen rikligt i naturen, vilket gör dem till passande och konkurrenskraftiga ersättare till traditionella fibrer. Textilier är en stor källa till koldioxidutsläpp på grund av massiv global produktion och att även icke-nedbrytbara fibrer i vissa fall används i produktionen. Fibrer är den elementära enheten i textilier förutom bomull, som traditionellt används för textilproduktion. Det finns olika typer av fibrer som vanligtvis delas in i syntet- och biobaserade fibrer härrörande från förnybara resurser. Dessa förnybara fibrer har skapat ett stort intresse från världens textiltillverkare för att ställa om sin produktion och exempelvis producera gasbindor med återvinningsbara och biologiskt nedbrytbara material. Användningen av kitin och kitosan i textilindustrin är mycket intressant och viktig, dels på grund av deras mångsidighet och stora överflöd i naturen, dels då materialen annars anses vara spill eller restprodukter utan signifikant betydelse. Syftet med denna avhandling var att göra en litteraturöversikt om metoder för produktion av fibrer och textilier från kitin och kitosan, samt att undersöka hur de kan användas och dess miljövänliga aspekter. I denna avhandling har olika metoder baserade på många undersökningar och experiment introducerats, för att förstå och utvärdera möjliga processer för bildning av kitin- och kitosanfibrer. Dessutom har egenskaperna hos de framtagna fibrerna såsom draghållfasthet och töjning undersökts. För kitinproduktion har fem olika metoder studerats med användning av olika lösningsmedel av joniska vätskor såsom 1-etyl-3-metylimidazoliumacetat [C2mim] OAc, 1-butyl-3-metylimidazoliumklorid [C4mim] Cl och 1-etyl-3-metylimidazoliumklorid [C2mim] Cl, triklorättiksyra (TCA) och metylenklorid, en kombination av TCA, klorhydrat och metylenklorid, en blandning av myrsyra (FA), diklorättiksyra (DCA) och isopropyleter (iPE), liksom en direkt upplösning i NaOH/tiourea/urea. Produktion av nanofibrer från krabbskal, räkskal, kommersiella kitinpulver och svamp har undersökts, samt sårförband som en icke-vävd textil, genom att undersöka två olika produktionsmetoder. Många studier på kitosanproduktion har listats med fokus på typen av spinnteknik såsom våtspinning med användning av en cellulosa/kitosan-kompositlösning samt fibrer bildade av myrsyramodifierad kitosan. Dessutom listas olika typer av tekniker för torrspinning, torrstråle-våtspinning och elektrospinning. Slutligen har sårförbandsprocessen med användning av icke-vävda textilier av chitosan/hyaluronan också inkluderats. Sammanfattningsvis är produktion av textilfibrer med kitin och kitosan möjlig och kan göras på olika sätt. På grund av deras egenskaper och antimikrobiella effekter blir de intressanta alternativ till medicinska tillämpningar såsom suturer, sårförband, vävnadsteknik och antimikrobiellt medel. I likhet med andra material har kitin och kitosan fördelar, men även vissa nackdelar såsom svag och låg draghållfasthet hos de framtagna fibrerna och att de är delvis lösliga i substanser med pH under 5,5. Produktion av fibrer och textilier baserade på kitin och kitosan är fortfarande en utmaning på grund av de många modifieringssteg som krävs. Bland annat måste man ta hänsyn till lösningsmedlet som används för upplösning, välja rätt spinnteknik samt att använda ett lämpligt koagulationsbad följt av en flerstegs tvätt- och torkningsprocess. Dessa metoder hjälper till för att uppnå önskade fibrer med en mycket god kvalitet. För att uppnå en kostnadseffektiv, miljövänlig, konkurrenskraftig och storskalig textilproduktion - särskilt inom klädindustrin - krävs därför framtida arbete för att förfina och utveckla tekniken.