[发明专利]用于制备多糖纤维的新型组合物

说明书

本专利申请是PCT专利申请，根据35U.S.C.§119(e)要求于2011年10月5日提交的美国临时专利申请序列号61/543,423和于2011年10月5日提交的美国临时专利申请序列号61/543,428的优先权。上述申请的公开全文以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及用于从在水和N-甲基吗啉-N-氧化物的混合物中的溶液生成溶液纺丝聚(α(1→3)葡聚糖)的方法，以及涉及所述溶液本身。所用的聚(α(1→3)葡聚糖)是由酶的作用合成的。

背景技术

从文明之初就已知多糖，主要以纤维素的形式，一种由葡萄糖通过自然的方法经由β(1→4)糖苷键形成的聚合物；参见，例如Applied Fibre Science，F.Happey，Ed.，第8章，E.Atkins，Academic Press，New York，1979。其中也公开了许多其它多糖聚合物。

在许多已知多糖中仅纤维素作为纤维获得了商业的突出地位。具体地，棉花是一种高纯度形式的天然存在的纤维素，它在纺织物应用方面的有益特性是熟知的。

还已知纤维素在溶液中表现出充分的链延伸和主链刚度，以形成液晶溶液；参见，例如O′Brien，美国专利4,501,886。本领域的教导内容提出只有在β(1→4)链接的多糖中才能获得足够的多糖链延伸，并且来自主链几何形状的任何显著偏差会降低分子长宽比(分子长宽比是形成有序态所必需的)。

近来，葡聚糖聚合物，其特征在于α(1→3)糖苷键，已经通过将蔗糖水性溶液与GtfJ葡糖基转移酶接触操作被分离出来，该酶分离自唾液链球菌(Streptococcus salivarius)，Simpson等人，Microbiology，141卷，1451-1460页(1995)。已经制成了α→(1，3)-D-葡聚糖的高度结晶的、高度取向的、低分子量膜用于X射线衍射分析，Ogawa等人，Fiber Diffraction Methods，47，353-362页(1980)。在Ogawa的论文中，不溶解的葡聚糖聚合物被乙酰化，所述乙酰化的葡聚糖溶解以形成5％的氯仿溶液然后所述溶液浇铸成膜。然后所述膜在150℃甘油中经受拉伸，其定向所述膜并且拉长至所述溶液浇铸膜的初始长度的6.5倍的长度。在拉伸后，所述膜被去乙酰化并在压力容器中通过在140℃超热水中退火而结晶。将多糖暴露在此类热含水环境导致链裂解和分子量的损耗，并同时增加机械性能的劣化，这在本领域中是熟知的。

基于葡萄糖的多糖和葡萄糖本身是特别重要的，因为它们在光合作用和代谢过程中的突出作用。纤维素和淀粉，两者都是基于聚葡糖酐的分子链，是地球上最丰富的聚合物并且具有很大的商业重要性。此类聚合物提供了在其整个生命周期环境友好的材料，并且由可再生的能源和原材料源构造。

术语“葡聚糖”是专门术语，指包含β-D萄糖单体单元(其以八种可能的方式连接)的多糖，纤维素是一种葡聚糖。

在葡聚糖聚合物中，重复的单体单元可以多种构型继而以连接模式连接起来。所述连接模式的实质依赖于，部分地，当己醛糖环闭合以形成半缩醛时(己醛糖)环如何闭合。葡萄糖(一种己醛糖)的开链形式具有四个不对称的中心(见下文)。因此，葡萄糖有24或16种可能的开链形式，D-和L-葡萄糖是两种。当所述环闭合时，在Cl创建了新的不对称中心因此产生了5个不对称的碳。根据所述环如何闭合，对于葡萄糖，α(1→4)-连接的聚合物，如淀粉，或β(1→4)-连接的聚合物，如纤维素，能在进一步缩合时形成聚合物。聚合物中在Cl处的构型确定了其为α或β连接的聚合物，在α或β后面的括号中的数字是指通过其连接发生的碳原子。

*不对称碳中心

通过所述连接模式确定了葡聚糖聚合物表现出的特性。例如，纤维素和淀粉的非常不同的特性是由它们的连接模式的相应实质确定的。淀粉或直链淀粉包含α(1→4)连接的葡萄糖，此外不形成纤维，因为它会被水溶胀或溶解。另一方面，纤维素包含β(1→4)连接的葡萄糖，并且形成优异的同时结晶的和疏水的结构材料，常常被用于纺织物应用如棉纤维，以及被用于以木材形式的结构中。

与其他天然纤维类似，棉花发展受到制约其中多糖结构和物理特性没有经过针对纺织物用途的优化。具体地，棉花纤维是短长度纤维，在截面和纤维细度变化有限，并且是以一个高度劳动力和土地密集型的过程生产的。