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甲壳素纤维的性能及生产要点

                                 甲壳素又称几丁质(Chitin)是一种特殊的纤维素,其蕴藏量仅次于植物纤维,全球每年有近千亿吨的甲壳素在进行生成和分解,也是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。由于它的分子结构中带有不饱和的阳离子基团,因而它对带有负电荷的各类有害物质具有强大的吸附作用,能清除人体内的“垃圾”,从而对人体受损的细胞进行修复和活化,因此该纤维被人们称作为“保健型纤维”。
      用甲壳素制成的纤维,这种纤维属纯天然素材,具有抑菌、镇痛、吸湿、止痒等功能,用它可制成各种抑菌防臭纺织品,被称为甲壳素保健纺织品。在医用方面主要用作甲壳素缝线和人造皮肤,由于这种纤维可以生物降解,不污染环境,是新世纪开发的又一种绿色纤维。近十年来国内外科学家都将甲壳素的研究作为人类生命的第六要素来开发(蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质、甲壳素)。
      甲壳素广泛存在于昆虫类、水生甲壳类的外壳和海藻的细胞壁中,如蟹、虾、鱿鱼骨、蛋壳、蟑螂、真菌等。它的化学名称叫做聚乙酰胺基葡萄糖。
纯甲壳素是一种无味无毒的白色或灰白色半透明固体,在水、稀酸、稀碱以及一般的有机溶剂中难以溶解,如经浓碱处理脱去其中的乙酰基就变成可溶性甲壳素叫做甲壳胺或壳聚糖,它的化学名称为(1—4)—2—氨基—2—脱氧—β—D—葡萄糖,或简称聚胺基葡萄糖。我们通常所指的甲壳素,大多数情况下就是指壳聚糖,在应用实践中,也大多用的是壳聚糖。这种壳聚糖由于它的分子结构中存在大量氨基,从而大大改善了甲壳素的溶解性和化学活性,因此使它在医疗、营养和保健等方面具有广泛的应用价值。
      甲壳素与壳聚糖同纤维素有着相似的结构,是长链型高分子化合物,它们可以看作是纤维大分子中第2碳原子上的羟基(—OH)被乙酰胺基(—NHCOCH2)或氨基(—NH2)取代后的产物。它们的化学结构如图。
               

图  纤维素、甲壳素和壳聚糖的化学结构式
1、甲壳素与壳聚糖纤维的制造与品质
      如将甲壳素或壳聚糖粉末,在适当的溶剂中溶解,配制成一定浓度、一定粘度有良好稳定性的溶液,经过过滤去污后,加压喷丝入凝固浴槽中,变成固体丝状纤维,经拉伸、洗涤、烘干、卷绕即成为甲壳素纤维。
      利用甲壳素或壳聚糖制造纤维的工艺方法很多,但其主要原理、操作过程都是相似的,只是在溶剂,凝固浴的选择、溶解、纺丝及后处理工艺等方面有所不同,进行不同的调整而已。
近两年我国生产制造的甲壳素与壳聚糖纤维的主要质量指标如表。
 2、甲壳素纤维的纺纱性能与工艺
       甲壳素长丝可用于捻制或编制成医用可吸收缝合线或用于织造多种针织物或机织物。短纤维经过开松、梳理成网、叠网、针刺或水刺等加工可制成各种医用敷料,同时甲壳素短纤维还可进行纯纺或与棉、毛、麻、丝及其它化纤混纺,用于制作各种保健内衣,童装、运动衣、抗菌防臭袜及床上用品等。
      用甲壳素短纤维纺纱,纺纯甲壳素纱确有一定的难度,因此大多数采用与其他天然纤维或化学纤维进行混纺的工艺路线。
2-1 纤维预处理  目前国产的甲壳素纤维原料存在的主要问题是束纤维含量较高,如不将这些束纤维预先松解,在开清棉工序经多次打击易形成萝卜丝状纤维束,到梳棉工序又易产生大量棉结,影响成纱质量。又因甲壳素纤维偏粗,单强偏低,在纺纱加工中短绒率增加,所以预处理宜采用,“多松、少打、多落”的工艺路线,使纤维得到充分松解,便于纤维之间能够均匀混合,同时也为后道工序能顺利加工创造条件。
2-2 纺纱工艺流程  甲壳素纤维与棉混纺可在开清棉工序采用纤维原料混合,也可在并条工序采用条子混合。原料混合是两种纤维原料之间的混合在开清棉工序进行,先制成棉卷,然后再经过梳棉、并条、粗纱、细纱等工序加工。条子混合的工艺流程如下:
       甲壳素生条
                        预并条   头并   两并   三并 粗纱细纱
        精梳棉条                                        
      生产实践表明采用条混工艺比较合理,它不破坏精梳棉条的结构,可减少纤维损伤,有利于提高成纱强力。
3、壳聚糖纱线的上浆
壳聚糖与淀粉、纤维素一样,可作为天然纤维的上浆材料,与其他浆料并用可提高对纱线的上浆性能。壳聚糖还可用作无纺布的粘合剂,它对不同表面具有优良的粘合作用、良好的弹性和拒水性与其他浆料相比,是一个优良的无纺布多功能粘合剂。
壳聚糖分子中含有大量的—NH2和—OH基团,与纤维的亲和性较好,可溶入到纤维内部,使纤维与活性基团—OH及—NH2以氢键或共价键结合获得很好的粘结性。又因壳聚糖是含氮的阳离子型聚合物,因此它又是羊毛、真丝纤维和阳离子纤维的好浆料。例如甲壳素与棉混纺比为CS30/C70 平纹的浆料配方应为:
                              

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