2004-08-12 00:00:00 來源：全球紡織網
甲殼質及其衍生物具有許多天然的優良性質，如吸溼透氣性、反應活性、生物活性、吸附性、粘合性、抗菌性等，人們利用這些性能來提高棉、毛、絲、麻等天然紡織品服裝的染色、抗菌、防皺、防縮等性能,符合綠色紡織品標準等優點，是二十一世紀新一代的保健紡織品。國內甲殼質資源豐富，因此充分利用這一巨大的再生資源，加?對甲殼素的研究意義深遠。
甲殼素及殼聚糖的化學結構、化學性質及生產方法
甲殼質(Chitin)，學名為β-1，4-聚N-乙醯-D-葡萄糖胺，由阿拉斯加深海雪蟹經脫鈣、脫蛋白、脫色等工藝加工而成，甲殼素是自然界中唯一帶正電荷的一種天然高分子聚合物，屬於直鏈氨基多糖。甲殼素有α，β，γ三種晶型。α型中甲殼素的存在最豐富，也最穩定。
殼聚糖（chitosan）, 學名為β-1，4-聚-葡萄糖胺，由阿拉斯加深海雪蟹經脫鈣、脫蛋白、脫色、脫乙醯等工藝加工而成，能溶於低酸度的水溶液中，因其含有游離氨基，能結合酸分子，故具有許多特殊的物理化學性質和生物功能,有人體第六生命要素之美譽。甲殼素及殼聚糖結構如下：
因分子中含有活潑的羥基和氨基，在一定條件下，甲殼素和殼聚糖都能發生水解、氧化、還原、縮合和絡合等化學反應，從而生成不同性質的衍生物，擴大了其應用範圍。
甲殼質及殼聚糖由脫鹽、脫蛋白和脫乙醯基三步生產而來，其製備方法很多，目前以化學加工法為主，生產流程一般為：
蝦、蟹殼→挑選、水洗→酸浸（4～6%鹽酸）→鹼煮（10%燒鹼）→脫色、乾燥→甲殼質→脫乙醯基→殼聚糖。
目前，世界上採用的甲殼素纖維和殼聚糖纖維的生產方法大致有交聯法（利用交聯劑使殼聚糖與纖維結合製成）、混入法（將甲殼素、殼聚糖進行微細粉末化後混入一般纖維製成）、塗層法（將一般纖維在殼聚糖溶液中浸漬後再脫水、乾燥製成）、克萊比昂法（將人造纖維與殼聚糖共同利用溶解酶以7:3的比例混合製成）、溼法紡絲法(將甲殼素或殼聚糖溶解在溶劑中配成紡絲原液噴絲,於凝固浴中處理而製成)。
甲殼素和殼聚糖纖維呈白色或灰白色半透明狀，無味、無臭、無毒性，殼聚糖纖維略帶珍珠光澤，其物理指標見表1。
表1 甲殼素和殼聚糖纖維物理指標
纖維
纖度tex
強度cN/dtex
伸長%
幹強
溼強
幹伸
溼伸
甲殼素纖維
0.17-0.44
0.97-2.20
0.35-0.97
4-8
3-6
殼聚糖纖維
0.17-0.44
0.97-2.73
0.35-1.23
8-14
6-12
甲殼素及殼聚糖在紡織領域中的應用
在紡織工業上，甲殼素可作為織物的上漿劑、整理劑，改善織物的洗滌性能，減少縐縮率，防氈縮，增強可染性；用甲殼素製作的無紡布加工成的生物衣具有吸水、擴散、抗菌等功能；另外,甲殼素具有增色和固色的作用，可作為直接染料和硫化染料的固色劑，提高染料對織物的染色效果，改善色度，提高色牢度。
據有關資料介紹，若紡織品中的甲殼素纖維含量為0.5%時，對金黃葡萄球菌即有抑菌效果;當甲殼素纖維含量在2%以上時，抑菌效果接近100%。
抗菌整理
紡織品是微生物附著、繁殖和傳播的良好介質，為細菌的生長繁殖提供了豐富的營養，並造成疾病的傳播。對紡織品進行抗菌處理，並賦予織物殺菌功能，可減消細菌對人體的危害。殼聚糖具有抗菌性，對細菌和黴菌等多種細菌的生長都有明顯的抑制作用，已經成為抗菌纖維開發和研究的熱點。殼聚糖的吸水能力很?，是纖維素的兩倍以上，而且經多次洗滌也不會減弱。
殼聚糖的抗菌作用原理是:殼聚糖帶的陽離子與構成微生物細胞壁的唾液酸(SIALIC)或磷脂質陰離子發生離子結合，束縛了微生物的自由度，阻礙其發育。殼聚糖還被分解成低分子，滲透到微生物細胞壁內，阻礙遺傳因子從DNA到RNA的轉移，從而阻止了微生物的發育。對細菌中的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的最小生育阻止濃度為10-2Omg/kg，對灰黴菌、斑點病菌的最小生育阻止濃度為l0mg/kg,均顯示出極高。
經過生產證明，甲殼素纖維含量2?5%的棉織物和滌棉混紡織物的染色和漂白產品均具有明顯的抗菌效果，且因為這種抗菌效果來自於甲殼素纖維，故其具有耐久性, 甲殼素纖維棉織物和滌棉混紡織物對大腸桿菌的平均抑菌率分別為92.86%和93.27%，對金黃色葡萄球菌的平均抑菌率分別為99.92%和98.23%。由此可見，甲殼素纖維棉織物與甲殼素纖維滌棉混紡織物的抗菌效果基本相同，但對金黃葡萄球菌的抗菌效果好於對大腸桿菌的。另外，運用甲殼質纖維與棉纖維混紡技術,解決了甲殼質纖維成纖難以及織布、染整方面存在的問題。
經過實驗可知,甲殼素纖維在織物中的含量是決定抗菌效果的主要因素,且當其含量為1%時，混紡織物對金黃色葡萄球菌有抗菌效果，對大腸桿菌基本無抗菌效果,見表3。
表3 甲殼素纖維含量為1%時織物的抗菌效果
序
號
對大腸桿菌的平均抑菌率%
對金黃葡萄球菌的平均抑菌率%
5min
20min
5min
20min
1
28.27
31.89
96.93
97.65
2
25.46
39.86
30.24
98.59
3
27.24
27.61
64.21
74.19
4
32.81
33.92
96.15
99.69
注: 實驗菌液濃度(cfu/ml)3.2×104，檢測溫度20℃，相對溼度55%。1#為甲殼素纖維棉織物煮煉後半成品樣;2#為甲殼素纖維棉織物漂白後半成品樣;3#為甲殼素纖維棉織物絲光後半成品樣;4#為甲殼素纖維棉織物活性染料焙固法染色樣。
提高織物抗折皺性能
將殼聚糖溶於乙酸溶液中，在一定工藝條件下對織物進行浸軋處理，還可提高織物的抗折皺性能。如：棉織物用相對分子質量較大的殼聚精溶液處理後，折皺回復角（經緯向之和，下同）可由1090提高到1520；真絲織物用殼聚糖溶液處理，折皺回復角可由2350提高到2850。由於用殼聚糖的乙酸溶液時，殼聚糖可滲入纖維?部，乾燥後形成一層不溶於水的保護膜，能使坯布挺括。若用此溶液漿絲，絲的?力可提高20％～25％，且滑爽、硬挺，織造時不易斷頭，不起毛。另有研究表明，將殼聚糖溶液與乙酸酐乙醇體系混合後對亞麻織物進行浸?，可使殼聚糖轉化為甲殼素，在織物表面形成一層甲殼素整理膜，掃描電鏡分析顯示該膜與亞麻纖維有很?的親和力。由於形成的甲殼素整理膜增加了纖維無定形區的?度，故織物的抗折皺性能大大提高，折皺回復角提高了60％----70％。
改善織物染色性能
殼聚糖可作為永久整理劑，具有固色和增?作用，由於殼聚糖與纖維素有相似的結構，很容易吸附到織物表面上，且在稀酸溶液中，殼聚糖?有正電荷，可以提高陰離子染料上染速率和固色率，對日曬牢度及水洗牢度有所改善。殼聚糖也可提高直接染料染色織物的皂洗牢度及汗漬牢度。並使織物具有滑爽光潔和挺括的外觀和手感。研究發現，用殼聚糖處理織物還可以提高染料的上染率，掩蓋染色過程中由於不成熟棉引起的疵布，有利於環境保護。真絲織物經殼聚糖處理後，上染率大大提高，與未經處理的真絲織物相比，可節省染料30％。
改善毛織物的防氈縮整理及其染色性
由於殼聚糖能填充到鱗片夾角?或某些損傷處，不必包覆整根纖維，即可起到防氈縮作用。因此，用次氯酸鈉和高錳酸鉀一起對纖維進行氧化處理後，再用殼聚糖進行整理，可以收到良好的防氈縮效果。這種方法只需用少量的殼聚糖，同時由於殼聚糖具有可生物降解性，從而消除了使用人工合成樹脂所造成的環境汙染，應用前景廣闊。另外，由於羊毛是蛋白質纖維，而殼聚糖作為一種離子型化合物，具有親水的活性氨基和羥基，在酸性溶液中，具有很高的電荷密度，對蛋白質有很好的親和力，可以用來處理毛織物，賦予織物特殊的風格。
羊毛織物經殼聚糖酸性溶液處理後，使染料的上染速率提高，上染率增大。首先，經殼聚糖酸性溶液處理後，羊毛纖維上所帶的?電荷量減少，從而減少染色過程中纖維上的?電荷對染色素陰離子的庫侖斥力；另外，殼聚糖在織物上均?分布，使毛纖維表面的氨基正離子（－NH3+」）密度增加，表面的極性基因數量大大增加，親水性大大提高，殼聚糖上的氨基對染料陰離子的吸附也增加，染料迅速吸附到殼聚糖的吸附層上，顯著提高了羊毛表面相對於?部的染料濃度梯度，使染料更易向纖維?部擴散，擴散速度提高，也使上染率提高。研究還表明用殼聚糖處理羊毛織物後，可降低染色?度，縮短染色時間。
印染助劑
隨著印染技術的發展，塗料印花工藝越來越受到人們的重?。據報導，在中國塗料印花僅佔織物印花總數的20％，而國際平均水平已達到55％，差距大的主要原因在於印花原料的落後。殼聚糖同澱粉、纖維素一樣，可作為天然印花糊料。殼聚糖在酸性溶液中膨化為粘稠性溶液，與酸性染料、直接染料有很好的相容性。
目前染色常用的固色劑中，存在或能釋放一定量的游離甲醛，對人體與環境產生毒害，而且有些固色劑的固色牢度也不夠理想。而殼聚糖分子中含有大量的-NH2與-OH，與纖維的親和性能好，可以溶入到纖維?部，與纖維活性基團-OH與-NH2以氫鍵或共價鍵結合。又由於殼聚糖是含氮的陰離子型聚合物，除陽離子型染料外，幾乎不會與各類染料生成不溶性的沉澱。因此，殼聚糖被認為是陰離子型染料的理想固色劑。
處理印染廢水
目前甲殼素和殼聚糖作為絮凝劑或吸附劑在廢水處理中的應用研究取得了很大進展，其原因主要是常?使用的無機或有機絮凝劑儘管有效，但用量大，操作繁瑣，處理成本高；或者處理後的殘留物毒性大，易造成二次汙染；紡織工業產生的廢水，通常含有對人體健康及環境危害的物質。殼聚糖因其獨特的分子結構，對許多類型的染料具有極高的親和力，如分散、酸性、還原、硫化染料。同時，由於殼聚糖分子結構上含有大量的伯氨基，通過配位鍵結合，形成極好的高分子整合劑，因此它既可凝集廢水中的染料，無毒，不產生二次汙染，又可捕集銅、鉻、鋅等重金屬離子，在印染工業環保方面應用前景廣闊。
醫用縫合線
利用高質量的甲殼素為原料製作的手術縫合線能加速傷口癒合，能被組織降解並吸收，可替代腸衣手術線，而性能在許多方面優於腸衣線。將高純度的甲殼素粉末溶於適當的溶劑（如醯胺類溶劑），經溼法紡絲製得細絲，然後紡製成不同型號的縫合線。甲殼素縫合線的力學性質良好，能很好滿足臨床要求。
理想的制膜材料
甲殼素是一種多分子聚合物，無毒、無味、耐曬、耐熱、耐腐蝕，而且不怕蟲蛀和鹼的浸蝕。目前許多國家已經開發出強度大大超過纖維膜的甲殼素材料，不僅可製成工業上用的過濾膜和反滲透膜，還可製成保健服裝、醫用紗布和手套等。