甲壳质 —— 低碳环保涂料印花粘合剂

文 | 刘永庆

甲壳质
—— 低碳环保涂料印花粘合剂

文 | 刘永庆

一、概 述

甲壳质最早在1811年由法国科学家Braconnot从霉菌中发现，1859年Rouget把甲壳质与浓KOH共煮，发现了甲壳胺。在以后大约100多年里对它的研究工作时断时续，直到20世纪50年代，才对甲壳质的化学结构、性质和制造方法有了透彻的了解。

甲壳质是一种天然有机高分子多糖，甲壳质资源丰富，广泛分布于自然界甲壳纲动物虾、蟹、昆虫的甲壳中。甲壳质是地球上仅次于植物纤维的第二大天然生物资源，是近年来在国际上颇为引起轰动的一种特殊物质，也是目前发现的自然界中唯一带正电荷的可食性动物纤维——含有氨基多糖的高分子化合物。

它的研究和应用在全球掀起了热潮并引起了各国注意，对人类社会的发展与进步有着巨大的作用，并将发生一系列革命性的变革，给面临全球资源枯竭危机的人类带来新的生机。中国和世界各国都在呼吁要进一步提高对甲壳质这种特殊物质的认识和重视，探讨发展甲壳质事业的最佳途径。

从60年代起，对甲壳质及其衍生物的研究开发变得十分活跃，尤其是近二十几年研究工作更深入广泛，已大规模地生产甲壳质和甲壳胺。应用的领域涉及农业、纺织、印染、造纸、医药、食品、化妆、水处理等，前景十分广阔。

我国是从20世纪50年代开始对甲壳质的制备和应用进行研究。1958年首先将可溶性甲壳质代替涂料印花成膜剂的阿克拉明粘合剂应用于印染印花工业，开始工业生产甲壳质，虽然起步较早，但以后又落后于国际水平。近十几年，在这一领域的研究开发又趋于活跃，我国是甲壳质资源大国，海虾等海产品资源丰富，产量潜力巨大，国家“八五”攻关、“星火”计划均列入了有关研究项目。

二、甲壳质的性质

1．一般性质

甲壳质又名甲壳素、壳多糖、几丁质，甲壳质为白色无定形成片状固体，甲壳质的溶解性能较差，甲壳质中含有游离氨基，能与醋酸生成醋酸盐而溶解，当醋酸挥发或中和时便结膜。

甲壳质皮膜脆性强、弹性差，不能作粘合剂单独使用。常与其它乳液拼混。如丁苯乳液与甲壳质粘合剂印花法就是丁苯橡胶乳液和甲壳质醋酸溶液的白火油乳化液，品种有粘合剂BH、707、705、BF等。实际应用较多的是其衍生物，最重要的是甲壳胺。

甲壳胺又名脱乙酰甲壳质、壳聚糖、可溶性甲壳质。国外商品名Flonac N，它是甲壳质脱去N-乙酰基的衍生物，甲壳质经浓氢氧化钠加热处理，脱去乙酰基得甲壳胺。商品呈白色或米黄色结晶性粉末或片状固体，甲壳质与甲壳胺在结构上的实际区别在于脱乙酰的程度。甲壳胺分子中仍有部分N-乙酰基存在。脱乙酰度在70%以上的甲壳质即为甲壳胺。甲壳胺的质量常以脱乙酰度、溶解度、溶液黏度、色泽、灰分来衡量。

国外根据溶液的黏度分为低、中、高3种规格：

① 高黏度＞1000mpa.s；

② 中黏度100～200mpa.s；

③ 低黏度25～50mpa.s。

质量好的甲壳胺在密闭、室温、干燥的条件下是稳定的，但质量差的产品，在一般贮存条件下分解，在特别潮湿、高温或暴露在光线下分解更快。

2．溶解和溶液性质

甲壳质分子间有强烈的氢键作用，所以几乎不溶于常用的有机溶剂、水、稀酸、稀或浓碱，只溶于浓盐酸、硫酸、78～97%磷酸、无水甲酸等。在这些酸中会发生降解。它还可以溶于一些特殊的或多元溶液中，如三氯乙酸-二氯乙烷等。甲壳胺可溶解在许多稀酸中，如水杨酸、酒石酸、乳酸、乙二酸、甲酸、乙酸等有机配和弱酸的稀溶液，也能溶于一些无机酸如盐酸、硝酸、高氯酸、磷酸中。

3．成膜、成丝及渗透性

甲壳质及其衍生物可以很容易地制成膜或拉成丝，把它们溶解在溶剂中进行涂布、喷丝很容易加工成需要的形式。这种膜或丝具有透气性、透湿性、渗透性、有一定的拉伸强度和防静电作用。

4．甲壳质的溶解性

甲壳质的溶解性较差，限制了它的应用。但甲壳质、甲壳胺分子中的羟基容易进行化学改性，引起多功能基团，这样不但改善其溶解性能，而且可以改变物化性质，从而赋予更多的特殊功效。

5．毒性

甲壳质、甲壳胺的毒性极低。长时期口服毒性试验均显示非常小的毒性，也未发现有诱变性、皮肤刺激性、眼黏膜刺激性、皮肤过敏、光毒性、光敏性。

三、甲壳质在涂料印花中的应用

甲壳质、甲壳胺可溶解于醋酸中，使分子中的-NH2基团生成-NH3COOCH3而溶解于水中，其水溶液可离解成高分子的阳荷性甲壳质-NH3和COOCH3的黏稠状胶体溶液。甲壳胺醋酸溶液作为涂料印花糊印在纺织品上，经烘干、汽蒸固化时，由于醋酸挥发后形成不溶性的膜层，它具有良好的披覆性。这种黏合剂黏着力高，印花后纺织品具有较好的摩擦牢度和手感柔软特点。机印、网印时不易粘刀口、不堵网，具有良好的弹性和拒水性。

目前，甲壳胺作为印花糊料很少有实际应用，应加大这方面的研究，很有可能开发出新型的天然印花糊料。在印刷油墨和油漆中加入20～25%的甲壳胺后，可以增加覆涂面积、降低油墨（油漆）的消耗量，而且不会影响油墨（漆）的原有光泽、耐腐蚀性和耐划痕性。

甲壳质对纺织品、皮革、纸张、玻璃、纤维等承印材料均有良好的亲和性，它不但具有牢固的吸着力，而且还有防皱、防缩和耐磨性能，可作为涂料和染料印花（它与酸性染料、直接染料有很好的相容性）的媒染剂。如当它与硝酸胍结合，使胍基与涂料的正离子结合，可提高印花的给色量及搓洗牢度（4～5级）。当用0.5%甲壳胺处理纤维后再染色，可以增加纤维的染色牢度。

甲壳质、甲壳胺作为黏合剂与其他黏合剂相比还具有如下一些功能。能够提供抗细菌和真菌的防护作用、生物降解性、生物相容性，提高穿着舒服性及增加水吸着作用。这些性质和性能的结合使它成为纺织工程和医疗中优良的非织造布的多功能黏合剂。

参考资料：

①《水溶性高分子》（第二版）严瑞喧 主编 化学工业出版社 2010年7月

②《天然产物在绿色纺织品生产中的应用》李群 赵昔慧 著 化学工业出版社 2008年3月