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. / The growing of the world population caused an increase in waste generation which may contain high-value substances that can be used as raw materials in many applications. Therefore, tremendous research has been done towards the conversion of those wastes, that cause environmental pollution, in more sustainable and biodegradable materials. Part of these materials are fibers and textiles produced from polysaccharide materials especially from chitin and chitosan. Both chitin and chitosan are available as a by-product of seafood as well as in insects and cell walls of fungi, and can be used in many different applications. Chitin is the most abundant amino polysaccharide polymer after cellulose which has a very similar structure to cellulose, while chitosan is the deacylated form of chitin and it is the well-known and the most important derivative of chitin. Chitosan can be produced from chitin by either chemical deacetylation or enzymatic preparations. However, at commercial scale nowadays, the production of chitosan by chemical method like deacetylation of chitin with an alkali such as NaOH, is more suitable and preferable. Both chitin and chitosan are bio-based materials that have special properties such as high specific stiffness and strength, they are biodegradable and plentifully available in the nature, which make them an active competitive to the production of the synthetic fibers. Textiles are a big source for carbon emissions because of their large volume production and origin, in some cases, from non-biodegradable fibers. Fibers are the elementary units of textiles besides cotton that is traditionally used for textile production. There are different types of fibers that are usually divided into synthetic- and bio-based fibers derived from renewable resources which are getting a lot of interest in order to produce more biodegradable materials. Therefore, using chitin and chitosan in the textile industry is very important due to their versatility and large abundancy in nature. Additionally, they are biodegradable, biocompatible, non-toxic, and they are essentially able to form fibers and textiles. The purpose of this thesis was to make a literature review about the methods for the production of fibers and textiles from chitin and chitosan, including their applications and their environmentally friendly aspects. Different methods have been introduced in this thesis based on many researches and experiments in order to understand and evaluate which are the possible processes for chitin and chitosan fiber formation as well as the properties of the resulted fibers such as tensile strength and elongation. For fiber production from chitin has been studied by using different solvents including ionic liquids such as 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate [C2mim]OAc, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride [C4mim]Cl and 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride [C2mim]Cl, trichloroacetic acid (TCA) and methylene chloride, a combination of TCA, chloral hydrate and methylene chloride, a mixture of formic acid (FA), dichloroacetic acid (DCA) and isopropyl ether (iPE), as well as a direct dissolution in NaOH/ thiourea/ urea. Additionally, nanofibers production from crab shells, prawn shells, shrimp shells, commercial chitin powders and mushrooms has been studied. Finally, wound dressing which is one of the nonwoven fabrics applications is introduced by referring to two methods of production. For fiber production from chitosan, many studies have been listed focusing on the type of the spinning technique such as wet spinning by using a cellulose/chitosan composite solution as well as fibers formed from formic acid modified chitosan. In addition, dry spinning, dry-jet wet spinning and electrospinning techniques have been studied. The wound dressing process by using chitosan/hyaluronan nonwoven fabrics has also been introduced. In conclusion, the production of textile fibers made of chitin and chitosan is possible and can be made in different ways. And because of their properties as biocompatibility, nontoxicity as well as their antimicrobial effects, they become interesting candidates for medical applications such as in sutures, wound dressing, tissue engineering and as antimicrobial agent. Similar to other manufactural industries, the production of fibers and textiles from chitin and chitosan have many advantages such as good values for dry tensile strength and elongation at break, antimicrobial activity and many more. At the same time, this production has some disadvantages such as the weak and low tensile strength of the resulted fibers and that they are partially soluble at pH below 5.5. Producing fibers and textiles based on chitin and chitosan is still a challenge because of the many modification steps that are needed. The modifications include the solvent used for dissolution, choosing the proper spinning technique as well as using an appropriate coagulation bath followed by the conditions of washing and drying steps. Thus, the desired fibers with a very good quality mentioned before would be achieved. Therefore, a lot of future work is needed in this manner because the intention is to achieve a cost-effective, environmentally friendly and a competitive technology for the large scale textile production especially in clothing industries.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:hb-23315 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Hameed, Doaa, Manouel, Tamar |
| Publisher | Högskolan i Borås, Akademin för textil, teknik och ekonomi, Högskolan i Borås, Akademin för textil, teknik och ekonomi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.01 seconds