【天然纤维专栏】纯甲壳素（壳聚糖）工艺指标和性能与应用分析

　　　何谓甲壳素？甲壳素又名几丁质、甲壳质、壳多糖等，也是壳聚糖的统称。它是一种维持和保护甲壳动物和微生物躯体的线性氨基多糖，广泛存在于虾、蟹和昆虫的外壳以及藻类、菌类的细胞壁中，是一种极为丰富的天然高分子聚合物。甲壳素其实是聚基葡萄糖即聚(1，4)-2-基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，其化学结构和纤维素类似。壳聚糖是甲壳素经浓碱处理脱去其中的乙酰基，变成了可溶性的甲壳素，称为甲壳胺或壳聚糖，我们通常所说的甲壳素、甲壳质在很多情况下，也是指壳聚糖。

    甲壳素（壳聚糖）纤维的制备方法，包括下述步骤：1)采用壳聚糖溶剂溶解低分子量壳聚糖，制得载体溶液；2)通过搅拌设备提供的强剪切作用，将功能性粉体与载体溶液混合，制得功能性母液；3)将功能性母液以在线添加的方式注入壳聚糖纺丝液得到功能性纺丝液，功能性纺丝液经挤出、凝固和拉伸工序后制得功能壳聚糖纤维。

    纯甲壳素（壳聚糖）纤维的的工艺流程是：从利用自有技术生产的优质虾蟹壳原料开始，把它们溶解于2%的醋酸溶液中，经过滤后在2%乙醇溶液中纺丝，拉伸1.6～1.8倍，在蒸馏水中水洗两次后烘干，即可得到纯甲壳素纤维。

（甲壳素纤维表面图）

（甲壳素纤维截面图）

表1   韩国甲壳素公司纯甲壳素（壳聚糖）纤维技术指标等

　　　回顾历史，其实韩国公司制作这种产品也算是元老级别了，例如：韩国甲壳素公司根据Tottori大学教授Shigehiro Hirano的理论，成功地生产出纯甲壳素纤维。这是世界上首次对商业用甲壳素纤维制造工艺技术的突破，并为此建了一套大规模的生产系统，利用溶于醋酸中的虾蟹壳中萃取纯脱乙酰甲壳素材料，在专用设备系统中进行纺丝拉伸，产品不同于仅含部分甲壳素的纤维。该公司于1999年8月建成了一座纯甲壳素纤维生产厂,其日产能力达150公斤,是采用2500孔喷丝板纺丝。生产的纯甲壳素纤维有如下特点：纤维强力大于4.5克／旦，伸长率26%。这种纤维有多种功能：它的防菌特性能保护皮肤免受溶酶侵扰，此外还有抗霉菌功能，以及很好的保湿性，可染性，并且有抗静电性。韩国甲壳素公司的纯甲壳素纤维的用途十分广泛：在医疗领域，可用于生产缝合线，它在人体内被吸收，体外可被生物降解。还可用于制作烧伤、烫伤用纱布和非织造布等，可用作人造皮肤。在工业领域可作吸收放射性的罩布，超级话筒布，特殊抗沾污罩布等。在纺织品方面可制尿布、婴儿服、男女内衣、礼仪衬衫、卫生餐巾、防脚癣袜类、病号服、手术袍、床上用品以及独特的抗沾污非织造布等产品。

    甲壳素（壳聚糖）纤维的特点是：甲壳素纤维针织品具有手感柔软亲切、无刺激、高保湿、保温、抑菌除臭功能，对皮肤有很好的养护作用，还有对过敏皮炎的辅助医类功能，并符合绿色纺织品标准等优点，是21世纪新一代的保健针织品。

    甲壳素（壳聚糖）纤维性能也是具有较好的可纺性，中国国内地区生产企业生产的甲壳素、壳聚糖纤维具有较好的可纺性。但与棉纤维相比，甲壳素纤维线密度偏大，强度偏低，在一定程度上影响了甲壳素纤维的成纱强度。在一般条件下用甲壳素纤维进行纯纺还有一定困难，通常采用甲壳素纤维与棉纤维或其他纤维混纺来改善其可纺性。甲壳素纤维由于吸湿性良好。根据了解获悉，山东荣宜达纤维有限公司是以海洋技术为主导的集研发、生产、销售、商城、平台于一体的综合型企业。

甲壳素（壳聚糖）纤维的全面具体性能如下：

1.生物相容性好

　　甲壳素及其衍生物从大分子结构上来看，它们既相似于纤维素结构，又与动物组织中的胶原质结构相类似。无毒性，具有生物可降解性、生物活性、生物可相容性，有加速伤口愈合及较好的螯合能力，它不仅有很强的反应性能，而且它与人体有很好的生物相容性，有加速伤口愈合及较好的螯合能力，可被生物体内的溶菌酶分解而吸收，其化学和生物性质与人的组织相近，与人体有着良好的生物相容性，对组织无排异反应。

2.生物活性优异

　　甲壳素纤维活性优良，具有生物活性，有抗菌性、抑菌性和防臭性能，并抑制纤维细胞生长，直接抑制肿瘤细胞以及促进上皮细胞生长，促进体液免疫和细胞免疫等作用。

3.优良的抗菌活性

　　甲壳素纤维大分子带有的正电荷与细菌类微生物的负荷相中和，从而抑制细菌的活性，达到抗菌目的。甲壳素，壳聚糖纤维具有优良的广谱抗菌性，自1979年Auan提出壳聚糖的抗菌性来，其优良抗菌性能已是不争的事实。实验表明对大肠杆菌、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。

4.降解性好

　　甲壳素纤维在自然界又可被溶解酶分解成糖原蛋白，不污染环境，因此是一种真正的绿色环保纺织原料，生物降解性良好。甲壳质及其衍生物在酶的作用下会分解为低分子物质，其制品作用于一般的有机组织被生物降解而被机体组织完全吸收。

5.染色性

　　由于高分子链上大量氨基的存在，甲壳素、壳聚糖纤维呈碱性，具有高度的化学活性。对活性染料等有优异的染色性能和上染率，它对反应性染料和直接染料的亲和性较好。

6.安全性

　　通常使用的抗菌处理剂都不可避免有一定毒性，经水洗后抗菌作用会下降。而甲壳素，壳聚糖纤维制品研究表明对人体无毒，对人体的耐刺激性、急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性和过载性毒性合格，其持久性强，不存在耐药性等副作用，是真正的安全环保纤维。

7.吸湿透气性

　　甲壳素，壳聚糖纤维因其大分子结构中含有大量的亲水性基团，同时在湿法纺丝过程中，分子间形成了许多微孔结构，因此纤维具有很好的吸湿和透气性能。由于其单位化学基因的电荷，极性基密度大，保湿性能优良，穿着十分舒适。其吸湿率可达400％-500％，是纤维素纤维的2倍多。

8.螯合金属离子性能　　

　　　 与其它甲壳材料一样，甲壳素和壳聚糖纤维有一定的螯合性能，在用硫酸铜(CuSO₄)和硫酸锌(ZnSO₄)溶液处理后，吸附在纤维上的Cu2+和Zn2+占整个纤维的含量可达9.0％和6.2％，而且这种对金属离子的螯合是一个相当快的过程。随着金属离子的吸收，纤维的强度也有明显的增加。带9.0％Cu₂+的纤维的湿强度是原始纤维的2倍以上。有趣的是，在把壳聚糖纤维乙酰化后，纤维的螯合性能渐渐下降，由此证明甲壳材料的螯合性能主要来自于纤维中的自由胺基团。而把吸附了金属离子的纤维用EDTA处理后，纤维上的金属离子可以被完全洗除。这证明壳聚糖纤维可以被循环地使用在金属离子的回收利用上。

    针对甲壳素（壳聚糖）纤维的这些特点，甲壳素纤维应用领域广泛，与棉混纺可制作抑菌除臭保健内衣，各种婴儿服装，医用纺织品等。指出壳聚糖的氨基多糖结构及其对体液中金属离子的吸附性能使壳聚糖纤维和壳聚糖基纺织品在医用止血材料、伤口敷料、面膜制品、日用卫生品、抑菌纺织品等领域起到止血、抑菌、促愈、美白等生物活性和应用功效,具有很高的应用价值。

    采用甲壳素（壳聚糖）纤维制作医用或者防护用纺织品终端产品确实超级适合，理由如下：因为甲壳素（壳聚糖）纤维是自然界中少数的阳离子性纤维，其所带阳离子与构成细菌细胞壁的唾液酸(SIALIC)或磷脂质阴离子发生离子结合，通过正负电荷相互作用，吸附在细菌细胞表面产生穿刺作用，渗透到细菌细胞壁内，阻碍遗传因子从DNA到RNA的转移，造成细菌细胞代谢的紊乱，同时，甲壳素纤维能诱导细菌自身产生甲壳酶，促使细菌细胞壁分解而抑制细菌细胞生长，可以抑制葡萄状球菌和绿脓菌等细菌的增殖，以及镰刀菌等霉菌的生育。甲壳素纤维与棉花混纺针织布经医学检测其对金葡萄抑菌率均高达99%以上，除此以外，还有一点就是甲壳素纤维能增强溶菌酶活性。人体皮肤随着出汗能分泌一种溶菌酶，能杀灭多种致病菌，甲壳素纤维直接接触皮肤，在起到抑菌作用的同时可将溶菌酶活性化,活性平均增加至原来的1.5~2.0倍，可杀灭霉菌、真菌等多种致病菌，多管齐下，可从根本上彻底去除由霉菌、真菌引发的臭。皮肤存在微生态环境，微生态平衡是皮肤健康的核心。皮肤不宜处在无菌的真空状态下，对皮肤表面存在的细菌不能一概杀灭。甲壳素纤维的模式是诸多抑菌方法中科学合理的。

    另外，从绿色环保角度分析，甲壳素（壳聚糖）纤维的原料采用人们废弃的虾、蟹壳类，不仅不对自然资源造成危害，而且可减少这类废弃物对环境的污染。甲壳素纤维废弃物可自然生物降解，对环境不会造成破坏。2020年前后，其实中国有几大权威厉害企业生产的甲壳素（壳聚糖）纤维都超级高水平，甲壳素（壳聚糖）纤维在中国也早就实现了批量生产，但是因为其成本仍较高，主要用于医疗卫生领域。用于纺织品时，主要利用其优良的抗菌性能，开发抗菌防臭产品，但由于其强力偏低，价格偏高，主要采取混纺或交织的方法，以改善使用性能和降低产品成本，产品以内衣、袜类等有抗菌防臭功能需求的产品为主。