甲壳素纤维-何丽云

甲壳素纤维

甲壳素是地球上存量极为丰富的一种自然资源，甲壳素纤维是近几年人们开发的一种新的纤维品种。甲壳素纤维具有抑菌、消炎、止血、促进组织生长等功效，是一种具有良好环保和服用性能的绿色纤维。甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳，贝类、软体动物的外壳和软骨，高等植物的细胞壁中，生物合成的资源量高达每年100亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，其中海洋生物的生成量在每年10亿吨以上。用甲壳素纤维制成的医用敷料，可以使肉芽新生，促进伤口愈合。临床上具有镇痛、止血的功效。当植入生物体内或覆盖在创伤表面，引起的生物组织反应小，且可被组织中的酶降解。此外，甲壳素纤维废弃物可自然降解．对环境不会造成污染。

一、甲壳素的化学结构及性能

甲壳素又名甲壳质，是聚乙酰胺基葡萄糖即聚(1，4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，其化学结构和纤维素类似（如图1），可以看作是纤维素分子中碳2位上的羟基(-OH)被乙酰胺基(-NHCOCH2)或胺基(-NH2)取代后的产物。因此，甲壳素是一种特殊的大然、无毒的纤维素。甲壳素几乎是以小片状或粉状存在，由于分子内、分子间极强的氢键作用，甲壳素呈紧密的晶态结构，只溶于吡咯烷酮-LiCl，六氟异丙酮等少数有机溶剂中，而难溶于水、稀无机酸碱和其他一般有机溶剂[1]。

二、甲壳素、壳聚糖的制备过程

1、提纯

自然界中的甲壳质都不是以纯粹的形式存在，需要经过一些方法、工艺来提取[2]：

壳聚糖的生产是以甲壳素为原料，在浓碱的条件下,脱除甲壳素大部分的乙酰基,即可得到壳聚糖产品。其生产工艺路线如下。

2 、纤维制备

将甲壳素纺制成甲壳素纤维的方法很多,下面简要介绍3种。

方法1 ：日本木船泓尔提出的方法是将甲壳素在室温下溶解,溶剂采用含有氯化锂的二甲基乙酰胺

溶液,其比例为m (LiCl) ∶m (DMAC) = 1∶20 。甲壳素质量分数为3 % ,经过滤脱泡后即得透明粘稠的纺丝液。纺丝凝固浴用异丙醇,凝固后的纤维用无离子水充分洗净,干燥后即得甲壳素纤维。

方法2 ：日本公开特许公报昭60259123 介绍了仓桥五男等采用的制备壳聚糖纤维的方法,是在搅拌中把壳聚糖溶解在由5 %醋酸溶液和1 %尿素组成的混合液中，经过滤脱泡后得到质量分数为315 %、粘度为1152 Pa·s 的纺丝溶液。用孔径0. 4 mm ，180 孔的喷丝头,将纺丝浆液挤压到室温的凝固浴中。凝固浴采用不同浓度的氢氧化钠与乙醇的混合液,凝固的纤维用温水洗涤，拉伸1125 倍后卷绕，在张力状态下，在80 ℃下干燥0. 5 h，即得壳聚糖纤维。

方法3 ：首先将甲壳素或壳聚糖溶解在合适的溶剂中,配置成有一定浓度的纺丝溶液，经过滤脱泡后，用压力把原液从喷丝头的小孔中喷入凝固浴中，成细流状的原液在凝固浴中凝固成固态纤维，再经拉伸、洗涤和干燥等后处理，即得到甲壳素或壳聚糖纤维。利用甲壳素或壳聚糖制造纤维的工艺方法还有很多，但其主要原理、操作过程是相似的,只是在溶剂及凝固浴的选择、溶解、纺丝及后处理工艺等方面进行不同的调整而已。其工艺路线一般为2 类。

以上2 种工艺路线，后者制得的纤维强力比前者高1 倍，其他性能变化不大。甲壳素或壳聚糖纺丝

的工艺流程见图2。

3、甲壳素或甲壳胺纤维在服装领域的应用

目前，甲壳素和甲壳胺纤维已经以许多不同的方式被应用在纺织服装领域。采用的方法大致有交联法、涂层法、湿法纺丝法、共混纺丝法、混纺纱线法等[3]。

（1）交联法是利用交联剂，使甲壳素和甲壳胺与棉纤维结合而制得纤维。这种方法由于采用化学助剂而失去了天然产品的部分特性。

（2）涂层法是将一般纤维在甲壳素和甲壳胺溶液中浸渍后，经脱水、干燥而制得纤维。这种方法存在着随洗涤次数增加而导致抗菌效果下降的问题。

（3）湿法纺丝法是将甲壳素或甲壳胺溶解在溶剂中配成纺丝原液，经喷丝于凝固浴中制成固态原

丝，再经拉伸、洗涤、干燥等后处理而得到纤维成品。

（4）目前采用的共混纺丝法有两种。日本富士纺织株式会社生产的Chitopoly产品所采用的是将甲壳胺磨成直径小于5 μm的微细粉末后混入纤维素纤维内而制得共混纤维。但是由于微细粒子的混入，引起纤维的部分物理指标下降。日本Omikenshi公司生产的Crabyon是将人造纤维原料与甲壳素混合后利用共同的溶剂，经湿法纺丝制得的纤维。但是由于生产中采用的是甲壳素，其抗菌效果与甲壳胺相比要低一些。

（5）混纺纱线法是将甲壳素和甲壳胺纤维与其他纺织用纤维以一定的比例混合后纺成纱线，并进

一步加工成各种类型的面料。

三、性能

1）吸湿透气性好：甲壳素纤维具有优良的吸湿和透气性能，吸汗保温,穿着十分舒适。甲壳素纤维的吸湿率可达400 %～500 % ,是纤维素纤维的2 倍多；其平衡回潮率超过粘胶15 %以上。

2）优良的抗菌性活性：甲壳素纤维具有优良的抗菌性活性，对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、乳酸杆菌等常见菌种具有很好的抑菌作用。因此，由甲壳素纤维制成的纺织品不需要进行抗微生物整理就具有良好的抗菌防臭作用，并且可以防治皮肤病。

3）良好的生物相容性：甲壳素及其衍生物在生物体内可以被降解，不会有蓄积作用，产物也不与体液反应，对组织无排异反应,因此有良好的生物相容性。

4）染色性好：甲壳素纤维呈碱性和高度的化学活性,对活性染料等纤维素纤维染色用染料有优异的染色性能和上染率。

5）生物可降解性好：甲壳素和纤维素都是天然的高分子材料，具有生物可降解的特性,是真正的绿色环保纺织原料。

6）安全性：通常使用的抗菌处理剂都不可避免毒性,对皮肤、眼睛也有刺激,经水洗后抗菌作用还会下降，细菌还易产生耐药性。而甲壳素制品作为保健品的原材料，对人体的耐刺激性、急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性和过敏性毒性合格,其持久性强,不存在耐药性等副作用。

甲壳素纤维和壳聚糖纤维的保健功能主要有以下几方面：

（1）抗菌除臭功能。

（2）对皮肤的护理功能。

（3）对过敏性皮肤的辅助治疗功能。

（4）对环境的保护功能。

（5）抗静电功能。

四、应用

甲壳素纤维具有优异的安全性、独特的生物医学性能和良好的舒适性能, 可以维护皮肤表面处于良好的微生物平衡和微气候舒适状态, 是理想的贴肤纤维材料。可以应用于纺织服装和医用材料的诸多领域，对改善人类的健康状况有重要作用。甲壳素与壳聚糖纤维可纺成长丝或短纤维两大类。长丝用于捻制医用缝合线，免除病人拆线痛苦，或切成一定长度的短纤维，纺成纱线，用做纺织材料；短纤维以