甲壳素浆料的开发现状及前景

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1、万方数据·4·纺织科技进展2009年第4期甲壳素浆料的开发现状及前景申芳，郭建生(东华大学纺织学院，上海201620)摘要：甲壳素作为一种纯天然的全新材料，在纺织业可用作绿色环保浆料。在简要介绍了甲壳素与壳聚糖特点基础上，针对甲壳素浆料开发中存在的水溶性差等问题，详述了目前开发中主要的解决方法。关键词：绿色环保；甲壳素；浆料；水溶性；生物酶中图分类号：TSl03．84文献标识码：A文章编号：1673一0356(2009)04一o004一02随着纺织业对绿色纺织浆料开发的日益重视，用一种全新的完全绿色环

2、保的材料甲壳素制成的浆料也引起了纺织浆料工作者的关注。甲壳素浆料具有成膜性良好、耐磨性能好等特点，对特种纤维也有良好的上浆效果；而且还具有良好的生物降解性和生物活性，优良的抗菌和抑菌作用，对人体有益，不会造成环境污染。目前研究可用于上浆的甲壳素浆料多为壳聚糖类。1甲壳素和壳聚糖甲壳素(chitin)又名甲壳质、几丁质，广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及藻类细胞壁内[1]。自然界甲壳素年产量达100×108t，其中海洋生物生成量在10×108t以上。这些虾蟹壳原本是废弃物，几乎

3、成为环境的污染源。但是经过近40多年国内外学者的研究，竟变废为宝，一跃成为跨世纪的引人瞩目的全球性科研热点课题，并竞相开发出了一系列的甲壳素类高科技产品，广泛用于工业、农业、国防、化工、环保、医药、保健、美容和纺织诸多领域[2]。壳聚糖(Chitosan)又称脱乙酰甲壳素，化学名称是聚2一氨基一2一脱氧一2一npl，4一葡萄糖，是甲壳素脱乙酰化的产物。脱乙酰甲壳素即壳聚糖溶于l％乙酸溶液后形成透明粘稠的壳聚糖胶体溶液，是其最重要的性质之一[3]。壳聚糖是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体，是一种天

4、然的阳离子聚合物，无毒无害，安全可靠，易生物降解。其相对分子质量因原料不同和制备方法不同而异，约为2×105～7×105。N-脱乙酸度和粘度(平均相对分子质量)是壳聚糖的两项主要性能指标。一般而言，N一乙酰基脱去55％以上的就可称之为壳聚糖。而作为工业品的壳聚糖，N-脱乙酰度一般在70％以上。N-脱乙酰度在55％～70％的是低脱乙酰度壳聚糖。70％～85％的是中脱乙酰度壳聚糖，85％～95％的是高脱乙酰度壳聚糖，95％～100％的是超高脱乙酰度壳聚糖。目前N_脱乙酰度100％的壳聚糖极难制备。从粘度看

5、，通常粘度在1ooO×101Pa·s以上的(1％的壳聚糖乙酸溶液)被定为高粘度壳聚糖，在(1000～100)×101Pa·s的被定为中粘度壳聚糖，100×10．3Pa·s以下的被定为低粘度壳聚糖。国外将大于1000×10qPa·s的收稿日期：2009_06-06；修回日期：2009一06—19作者简介：申芳(1983)．女，山东聊城人，在读硕士研究生，主要研究方向为环保浆料、绿色纺织品开发。定为高粘度壳聚糖。在(200～100)×10_3Pa·s的被定为中粘度壳聚糖，而(50～25)×10_3Pa·s

6、以下的被定为低粘度壳聚糖‘“。2甲壳素浆料的特点2．1甲壳素浆料的优点甲壳素浆料成膜性好，浆膜强力高，弹性好，耐磨性佳。除对棉、麻、丝、毛等纤维有良好的上浆性能外，对特种纤维如陶瓷纤维、玻璃纤维等也有良好的上浆效果[5]。甲壳素浆料由于有良好的生物相容性，可不退浆，且经织造后仍存留于织物中的甲壳素使织物还有抗菌等作用。这不仅缩短了加工工序，而且在无形中也降低了甲壳素浆料的使用成本。甲壳素浆料具有良好的生物降解性和生物活性，以及优良的抗菌和抑菌作用[1]。对人体有益，不会造成环境污染，因而是真正的绿色环

7、保浆料。目前研究町用于上浆的甲壳素浆料多为脱乙酰甲壳素，即壳聚糖类。2．2甲壳素浆料开发中存在的问题甲壳索浆料开发中最主要的问题就是浆料的水溶性差。这是由于脱乙酰甲壳素是长链型高分子化合物，其链的规整性大并具有刚性，形成分子内和分子间的强氢键，导致其水溶性差，必须在2％的醋酸溶液中才能溶解(此时溶液的pH值为4、5左右)。这就必然会导致对上浆纤维尤其是棉型等惧酸纤维受损伤，同时酸性环境也会加速上浆设备老化。3改善甲壳素浆料水溶性的途径改善甲壳素在水中的溶解性是开拓甲壳素浆料应用的重要环节。目前改善甲壳

8、素的水溶性主要有如下3种途径。3．1控制甲壳素的脱乙酰条件和脱乙酰度有研究表明[6J．甲壳素的水溶性与其脱乙酰度密切相关，脱乙酰度在50％左右时水溶性最好，脱乙酰度超过60％和低于40％时水溶性降低甚至完全不溶于水。脱去甲壳素的乙酰基有化学法和生物酶法两种。用化学法脱乙酰制备水溶性甲壳素有两个方向：一是在40％氢氧化钠的水溶液中溶解甲壳素，然后在室温下水解[7]；二是在高脱乙酰度壳聚糖的稀酸溶液中进行乙酰化¨]。其中后者得到的水溶性甲壳素具有较高的分子量