再生甲壳质纤维（chitinfibre）与壳聚糖纤维（chitosanfibre）的结构、形成、性能...

再生甲壳质纤维（chitinfibre）与壳聚糖纤维（chitosanfibre）
甲壳质是指由虾、蟹、昆虫的外壳及从菌类、藻类细胞壁中提炼出来的天然高聚物，壳聚糖是甲壳质经浓碱处理后脱去乙酰基后的化学产物。由甲壳质和壳聚糖溶液再生改制形成的纤维分别被称为甲壳质纤维和壳聚糖纤维。
１．甲壳质与壳聚糖的结构　
; c* M+ @' \7 g甲壳质又称甲壳素、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖高聚物，它是由α?乙酰胺基?α?脱氧?β?Ｄ?葡萄糖通过糖苷连接起来的直链多糖，它的化学名称是（１，４）?α?乙酰胺基?α?脱氧?β?Ｄ?葡萄糖，简称为聚乙酰胺基葡萄糖。
壳聚糖是甲壳质大分子脱去乙酰基的产物，又称为脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳质、甲壳胺。
它的化学名称是“聚氨基葡萄糖”。甲壳质、壳聚糖和纤维素有十分相似的结构，如图５－６所示。可将它们视为纤维素大分子Ｃ_２位上的羟基（—ＯＨ）被乙酰基（—ＮＨＣＯＣＨ_２）或氨基（—ＮＨ_２）取代后的产物。存在于自然界的甲壳质是多晶形态的，有三种结晶形态的甲壳质。
4 e. T& t4 K# v2 y& X# I（１）α甲壳质：结晶结构最稳定，结晶中分子链呈平行排列，有堆砌紧密的晶胞，存在于虾、蟹、昆虫等甲壳纲生物及真菌中，在甲壳质中占有的比例最大。
* M, C* j6 {* K0 F) C) {# ~% r6 I（２）β甲壳质：含有结晶水，结构稳定性较差，但可以通过溶胀或溶解沉淀转变成α甲壳质，存在于鱿鱼骨、海洋硅藻中。
2 J! u1 L) z" Q/ F( ~; r3 e（３）γ甲壳质：结晶结构不完善，只存在于少量甲虫壳中。

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甲壳质和壳聚糖的分子结构

２．甲壳质纤维和壳聚糖纤维的形成　
  ]& U/ x: Y- g/ [8 i" D* x. m7 g, j甲壳质纤维和壳聚糖纤维主要采用湿法纺丝。首先将制备的甲壳质或壳聚糖粉末溶解在合适的溶剂中成为纺丝液，然后经过滤脱泡，再用压力将纺丝原液从喷丝板喷出进入凝固浴中，可经历多次凝固成为固态纤维，再经拉伸、洗涤、干燥成为甲壳质纤维或壳聚糖纤维。
能够溶解甲壳质或壳聚糖的溶剂比较多，可以根据纺丝效率进行选择。如三氯乙酸和二氯甲烷混合溶剂（１∶１）、含有氯化锂的二甲基乙酰胺混合溶液（１∶２０）均可溶解甲壳质，由５％醋酸溶液和１％尿素组成的混合溶液可溶解壳聚糖。
% S; E9 G& t3 s- \3 G/ |' }凝固成纤的过程可分成多次循序进行，用作甲壳质纤维凝固液的有丙酮、甲醇、异丙醇等，用作壳聚糖纤维凝固液的可以是不同浓度的氢氧化钠与乙醇的混合液。

３．甲壳质和壳聚糖纤维的性能
- I3 n# v5 s$ p$ `（１）生物医药性能：生物医药性能是甲壳质与壳聚糖的优势性能，所以将它们再生纺制成纤维后，仍是该纤维的一种应用优势。由于它和人体组织具有很好的相容性，可以被人体的溶解酶溶解并被人体吸收，甲壳质和壳聚糖纤维还具有消炎、止血、镇痛、抑菌和促进伤口愈合的作用。
（２）化学性能与衍生物性能：在一定条件下，甲壳质与壳聚糖都能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、碘化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合等化学反应，从而生成各种具有不同性能的甲壳质或壳聚糖的衍生物。
9 k/ @  E( B5 X$ n, [4 }  S（３）溶解性能：由于甲壳质大分子内具有稳定的环状结构，并在大分子之间存在较强的氢键，因而甲壳质纤维溶解性能较差，它不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂，但能在浓硫酸、盐酸、硝酸和高浓度（８５％）的磷酸等强酸中溶解，并在溶解的同时发生剧烈的降解，使相对分子质量明显下降。可以溶解甲壳质纤维的有机溶剂主要有六氟丙酮、三氯乙酸或二氯乙酸与氯烃类的混合物、二甲基乙酰胺与氯化锂的混合物等。由于壳聚糖纤维分子中存在着大量的氨基（—ＮＨ２），所以能在甲酸、乙酸、盐酸、环烷酸、苯甲酸等稀酸中制成溶液，而且因为壳聚糖大分子活性较大，其溶液即使在室温下也能被分解，黏度下降并完全水解成氨基葡萄糖。
- ~5 X2 v1 R5 d4 e" X5 s) A（４）其他性能：甲壳质和壳聚糖的其他性能见下表。
- O0 p6 k! a2 l- m3 t. d& K甲壳质纤维具有良好的吸湿性，染色性能优良，可采用直接染料、活性染料及硫化染料等多
7 `; O3 R. ?, b0 P% X9 m$ B种染料进行染色，而且色泽鲜艳。但甲壳质和壳聚糖纤维的强度均低于一般的纺织纤维，因此其在纺纱和织造时均有一定的困难，进一步提高甲壳质和壳聚糖纤维的力学性能将是今后需要解决的一个重要课题。

甲壳质和壳聚糖的性能
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性能纤维	断裂比强度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）	断裂伸长率（％）	打结强度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）	回潮率（％）	密度（ｇ／ｃｍ３）
甲壳质纤维	０．９７～２．２０	４～８	０．４４～１．１４	１２．５	１．４５
壳聚糖纤维	０．９７～２．２０	８～１４	０．４４～１．３２	—	—
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４．甲壳质和壳聚糖纤维的应用　
甲壳质纤维和壳聚糖纤维是优异的生物工程材料，可以制成无毒性、无刺激的安全生物材料。可以用作医用材料，用于创可贴及制作手术缝线，在直径为０．２１ｍｍ时的断裂强力可达９００ｃＮ以上，打结断裂强力也大于４５０ｃＮ；缝在人体内后，１０天左右即可被降解并由人体内排出。还可用其制成各种抑菌防臭纺织品，具有一定的保健作用。
2 j9 _0 [& ~3 z, v用甲壳质纤维与超级淀粉吸水剂结合制成的妇女卫生巾、婴儿尿不湿等具有卫生和舒适的特点。甲壳质纤维还可为功能性保健内衣、裤袜、服装及床上用品、医用非织造织物提供新型材料。
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