甲壳素纤维服用性能

◎柯维

甲壳素纤维服用性能

◎柯维

甲壳素是地球上存量极为丰富的一种自然资源，甲壳素纤维是近几年人们开发的一种新的纤维品种。其具有极好的生物特性，被广泛应用于食品、医学、纺织、化妆品、农业、化工、环保等领域。本文对它的开发背景、应用状况，它的结构特征、性能以及性能形成机理和研究现状等方面进行了阐述。

甲壳素纤维是以天然高聚物虾皮蟹壳为原料加工制成的一种新型纤维。甲壳素又名甲壳质、几丁质，是一种从甲壳动物外壳或真菌细胞壁中提取的天然氨基多糖与纤维素类似生物聚合物，在自然界中主要存在于虾、蟹、蜘蛛等节肢动物的外壳中，同时也存在于软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物（如蚕蛹壳、 蝇蛹壳）以及真菌和藻类（主要是绿藻）的体内。从20世纪60年代起对甲壳素及其衍生物的研究开发变得十分活跃，国外对甲壳素及衍生物在纺织领域的开发与应用研究取得显著成果，一些工业发达国家已开发了各种商业化的保健纺织产品。我国拥有十分丰富的甲壳素资源，从20世纪50年代开始对甲壳素的制备和应用进行研究，工业化生产甲壳素虽起步较早，但落后于国际水平，对甲壳素的开发和应用尚处于发展阶段。

甲壳素纤维结构特征

甲壳素纤维是从甲壳质及其衍生物为原料制得的纤维的统称，构成甲壳素质的基本单位是乙烯葡萄糖胺，重复单元数一般为1000～3000。

甲壳素,又称甲壳质、几丁质 ,它的主链结构类似于纤维素。经过脱乙酰基制取的甲壳素称为壳聚糖（chitosan），其化学名称为（1- 4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖,简称聚胺基葡萄糖,它与纤维素的结构非常相似（见图2-1），可以看作是纤维素分子中碳2位上的羟基（-OH）被乙酰胺基（-NHCOCH2）或胺基（-NH2）取代后的产物。

图1 甲壳素、壳聚糖、纤维素的化学结构式

甲壳素纤维服用性能及形成机理

吸湿性能。纤维吸湿性通常用含水率和回潮率来表示。甲壳素纤维回潮率达到了 16.7% ,表明甲壳素纤维具及良好的吸湿性透汽性，穿着时不会有闷热的感觉。这是由甲壳素纤维的结构决定的。甲壳素纤维截面形态边缘为不规则的锯齿形或皮芯结构,芯层有较多细小的空隙,纵向表面有很多清晰的沟槽,这种结构有利于吸湿、导湿和放湿,同时加上甲壳素大分子上存在羟基等亲水性基团,所有这些因此使甲壳素纤维的具有良好的吸湿性透汽性。用其制作的服装穿着舒适,特别适合于制作夏季及贴身穿着的服装，具有良好的服用舒适性。

热收缩性能。甲壳素纤维的干热收缩率和湿热收缩率都比较小,与竹纤维和大豆蛋白纤维比较接近。由甲壳素纤维制得的纺织品不管是干热还是在湿热的染整加工过程中,还是在服用过程中将具有良好的尺寸稳定性。甲壳素纤维的热收缩率是与纤维在加工过程中经受的拉伸倍数有关的,拉伸倍数较小,热收缩率也较小。同时,热收缩率又随热处理的条件不同而异，温度高, 热收缩率大,温度相同时,两种纤维的湿热处理的收缩率均大于热处理的收缩率。这主要与甲壳素纤维的化学结构有关,甲壳素纤维的耐热性能很好,有着较高的热分解温度(约228℃)。良好的热稳定性有利于纤维的各种后整理加工。

力学性能。甲壳素纤维的摩擦系数较小,纤维比较光滑, 纤维的动、静态摩擦系数相差0.027，拉伸强力比较低。表明纤维脆性大,纤维之间抱和力差,可纺性差,纯纺比较困难。甲壳素纤维的卷曲数量比较少,卷曲稳定性也比较差，表明用甲壳素纤维纺纱时纤维间的抱合力比较差。

以上几项因素综合作用的结果,决定了甲壳素纤维可纺性差、纯纺困难。所以在甲壳素纤维产品开发中,一般都采用混纺,结合甲壳素纤维与其混纺纤维的不同特性来开发产品。

电学性能。纤维的导电性能是可纺性的重要指标,导电性用质量比电阻来表示。甲壳素纤维的表面质量比电阻明显低于涤纶纤维及大豆蛋白纤维的表面质量比电阻,与棉纤维的比较相近,这意味着甲壳素纤维具有良好的抗静电能力。这是由于甲壳素纤维具有良好的吸湿性的原故。良好的抗静电能力,使用其制用作的服装穿着时比较舒服,不会有吸附在身上的贴身感,不易粘着灰尘。这也表明它具有良好的服用性能。

热学性能。甲壳素纤维与其他纤维一样无熔点，不软化、不收缩、有明显的烧纸味。甲壳纤维的耐热性比羊毛纤维好,但比粘胶要差,故在染整加工时要特别注意控制染色温度。

甲壳素在自然界中含量丰富，原材料价廉易得，用途广泛，具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性等多种优异性能，以甲壳质为原料纺丝而成的甲壳质纤维是理想的天然生物高分子纺织材料。甲壳素纤维是一种天然可再生资源，它完全符合向绿色环保纺织品方向发展的要求，又可充分利用海洋甲壳资源，同时对保护自然环境起到积极的作用。作为一种新型的健康舒适纤维，在人类日益关爱自身、关注生存环境、追崇天然舒适、回归自然时尚的今天，甲壳素纤维具有良好的市场开发应用前景。

（作者单位：广州纤维产品检测研究院）