甲殼素纖維服用性能

◎柯維

甲殼素纖維服用性能

◎柯維

甲殼素是地球上存量極為豐富的一種自然資源，甲殼素纖維是近幾年人們開發(fā)的一種新的纖維品種。其具有極好的生物特性，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)學(xué)、紡織、化妝品、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。本文對它的開發(fā)背景、應(yīng)用狀況，它的結(jié)構(gòu)特征、性能以及性能形成機理和研究現(xiàn)狀等方面進行了闡述。

甲殼素纖維是以天然高聚物蝦皮蟹殼為原料加工制成的一種新型纖維。甲殼素又名甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)，是一種從甲殼動物外殼或真菌細胞壁中提取的天然氨基多糖與纖維素類似生物聚合物，在自然界中主要存在于蝦、蟹、蜘蛛等節(jié)肢動物的外殼中，同時也存在于軟體動物、環(huán)節(jié)動物、原生動物、腔腸動物（如蠶蛹殼、 蠅蛹殼）以及真菌和藻類（主要是綠藻）的體內(nèi)。從20世紀60年代起對甲殼素及其衍生物的研究開發(fā)變得十分活躍，國外對甲殼素及衍生物在紡織領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用研究取得顯著成果，一些工業(yè)發(fā)達國家已開發(fā)了各種商業(yè)化的保健紡織產(chǎn)品。我國擁有十分豐富的甲殼素資源，從20世紀50年代開始對甲殼素的制備和應(yīng)用進行研究，工業(yè)化生產(chǎn)甲殼素雖起步較早，但落后于國際水平，對甲殼素的開發(fā)和應(yīng)用尚處于發(fā)展階段。

甲殼素纖維結(jié)構(gòu)特征

甲殼素纖維是從甲殼質(zhì)及其衍生物為原料制得的纖維的統(tǒng)稱，構(gòu)成甲殼素質(zhì)的基本單位是乙烯葡萄糖胺，重復(fù)單元數(shù)一般為1000～3000。

甲殼素,又稱甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì) ,它的主鏈結(jié)構(gòu)類似于纖維素。經(jīng)過脫乙酰基制取的甲殼素稱為殼聚糖（chitosan），其化學(xué)名稱為（1- 4）-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖,簡稱聚胺基葡萄糖,它與纖維素的結(jié)構(gòu)非常相似（見圖2-1），可以看作是纖維素分子中碳2位上的羥基（-OH）被乙酰胺基（-NHCOCH2）或胺基（-NH2）取代后的產(chǎn)物。

圖1 甲殼素、殼聚糖、纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

甲殼素纖維服用性能及形成機理

吸濕性能。纖維吸濕性通常用含水率和回潮率來表示。甲殼素纖維回潮率達到了 16.7% ,表明甲殼素纖維具及良好的吸濕性透汽性，穿著時不會有悶熱的感覺。這是由甲殼素纖維的結(jié)構(gòu)決定的。甲殼素纖維截面形態(tài)邊緣為不規(guī)則的鋸齒形或皮芯結(jié)構(gòu),芯層有較多細小的空隙,縱向表面有很多清晰的溝槽,這種結(jié)構(gòu)有利于吸濕、導(dǎo)濕和放濕,同時加上甲殼素大分子上存在羥基等親水性基團,所有這些因此使甲殼素纖維的具有良好的吸濕性透汽性。用其制作的服裝穿著舒適,特別適合于制作夏季及貼身穿著的服裝，具有良好的服用舒適性。

熱收縮性能。甲殼素纖維的干熱收縮率和濕熱收縮率都比較小,與竹纖維和大豆蛋白纖維比較接近。由甲殼素纖維制得的紡織品不管是干熱還是在濕熱的染整加工過程中,還是在服用過程中將具有良好的尺寸穩(wěn)定性。甲殼素纖維的熱收縮率是與纖維在加工過程中經(jīng)受的拉伸倍數(shù)有關(guān)的,拉伸倍數(shù)較小,熱收縮率也較小。同時,熱收縮率又隨熱處理的條件不同而異，溫度高, 熱收縮率大,溫度相同時,兩種纖維的濕熱處理的收縮率均大于熱處理的收縮率。這主要與甲殼素纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān),甲殼素纖維的耐熱性能很好,有著較高的熱分解溫度(約228℃)。良好的熱穩(wěn)定性有利于纖維的各種后整理加工。

力學(xué)性能。甲殼素纖維的摩擦系數(shù)較小,纖維比較光滑, 纖維的動、靜態(tài)摩擦系數(shù)相差0.027，拉伸強力比較低。表明纖維脆性大,纖維之間抱和力差,可紡性差,純紡比較困難。甲殼素纖維的卷曲數(shù)量比較少,卷曲穩(wěn)定性也比較差，表明用甲殼素纖維紡紗時纖維間的抱合力比較差。

以上幾項因素綜合作用的結(jié)果,決定了甲殼素纖維可紡性差、純紡困難。所以在甲殼素纖維產(chǎn)品開發(fā)中,一般都采用混紡,結(jié)合甲殼素纖維與其混紡纖維的不同特性來開發(fā)產(chǎn)品。

電學(xué)性能。纖維的導(dǎo)電性能是可紡性的重要指標,導(dǎo)電性用質(zhì)量比電阻來表示。甲殼素纖維的表面質(zhì)量比電阻明顯低于滌綸纖維及大豆蛋白纖維的表面質(zhì)量比電阻,與棉纖維的比較相近,這意味著甲殼素纖維具有良好的抗靜電能力。這是由于甲殼素纖維具有良好的吸濕性的原故。良好的抗靜電能力,使用其制用作的服裝穿著時比較舒服,不會有吸附在身上的貼身感,不易粘著灰塵。這也表明它具有良好的服用性能。

熱學(xué)性能。甲殼素纖維與其他纖維一樣無熔點，不軟化、不收縮、有明顯的燒紙味。甲殼纖維的耐熱性比羊毛纖維好,但比粘膠要差,故在染整加工時要特別注意控制染色溫度。

甲殼素在自然界中含量豐富，原材料價廉易得，用途廣泛，具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性等多種優(yōu)異性能，以甲殼質(zhì)為原料紡絲而成的甲殼質(zhì)纖維是理想的天然生物高分子紡織材料。甲殼素纖維是一種天然可再生資源，它完全符合向綠色環(huán)保紡織品方向發(fā)展的要求，又可充分利用海洋甲殼資源，同時對保護自然環(huán)境起到積極的作用。作為一種新型的健康舒適纖維，在人類日益關(guān)愛自身、關(guān)注生存環(huán)境、追崇天然舒適、回歸自然時尚的今天，甲殼素纖維具有良好的市場開發(fā)應(yīng)用前景。

（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院）