论壳聚糖纤维织物及其性能

　　[摘要]通过介绍壳聚糖纤维的生产状况和抗菌原理，分析了壳聚糖纤维织物的保健、抗菌作用。生产试验结果表明，壳聚糖纤维混纺织物具有若干生物和染整加工特性。
　　[关键词]壳聚糖纤维;甲壳素;织物;抗微生物整理
　　1、引言
　　在自然界中，甲壳素的年生物合成量为1000亿t以上，是一种仅次于纤维素、蕴藏量极为丰富的有机再生资源。壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(Chitin)脱乙酰基程度比较高的产物，乙酰基脱去55%以上的甲壳素称为"壳聚糖"。工业品壳聚糖脱乙酰度(即甲壳素分子中脱去乙酰基的链节数占总链节数的百分比)一般在70%以上[1]。组成壳聚糖的基本单位是D-葡胺糖，其结构与纤维素十分相似。由于甲壳素分子结构中-O…H-O-型及-O…H-N-型氢键的作用，大分子链间存在着有序结构，导致甲壳素不能溶化，也难溶于一般溶剂中，这就给其纤维生产带来了不便。在浓碱溶液中加热甲壳素粉末，将发生N-乙酰氨基转变为氨基的脱乙酰基反应，生成能溶于酸溶液的壳聚糖，为其纤维生产提供了可能。壳聚糖的理论含氮量为8.7%，而目前多数壳聚糖的含氮量仅在7%左右，说明100%脱乙酰化较难达到[2]。而脱乙酰度越高，制成纤维的活性就越高，抗菌效果也越好。
 

　　2、壳聚糖纤维的生产状况
　　目前，生产甲壳素、壳聚糖纤维的方法大致有交联法、涂层法、多聚体法、克莱比昂法和湿法纺丝法。现简述如下:
　　①交联法是利用交联剂，使壳聚糖与棉纤维结合而制得的纤维，有人认为该法因采用化学助剂而失去了天然产品的特性。
　　②涂层法是将一般纤维在壳聚糖溶液中浸渍后，经脱水、干燥而制得纤维，但存在着随洗涤次数增加而导致抗菌效果下降的问题。
　　③多聚体法(Chitopoly)是将壳聚糖磨成微细粉末(＜5μm)后，混人一般纤维内而制得纤维。由于微细粒子的混入，引起纤维的部分物理指标下降，目前有日本富士纺织株式会社等公司采用该法。
　　④克莱比昂法(Crabyon)是将人造纤维原料与甲壳素以7:3比例混合，再利用共同的溶剂、经纺丝制得的纤维。由于生产采用的是甲壳素，其抗菌效果与壳聚糖相比要低一些，现有日本Omikanshi公司采用此方法进行生产。
　　⑤湿法纺丝法是将壳聚糖溶解在溶剂中配成纺丝原液，经喷丝于凝固浴中制成固态原丝，再经拉伸、洗涤、干燥等后处理而得到纤维成品。目前此法得到了较多的应用，且都用脱乙酰度在80%-90%范围内的壳聚糖为原料，但生产规模较小。
　　韩国企业于1999年采用97%-100%脱乙酰度的壳聚糖进行了工业化湿法纺丝生产，年产量已达到54t。2000年，我国采用湿法纺丝生产壳聚糖纤维的年生产能力为180t。目前，所有生产壳聚糖纤维方法的共同缺点是成本太高，如日本等
　　国家的高级医疗用壳聚糖纤维制品，大多按1000美元/kg以上的价格在销售;国内亮聚糖纤维(脱乙酰度80%-100%)的售价为1000-2300元/kg。由工业化生产、按湿法纺丝制得的壳聚糖纤维(脱乙酰度97%-100%)，其湿态强度可达4.3cN/dtex，干态强度达6.3cN/dtex，断裂伸长率26%，熔点360℃，标准状态下纤维的含水率13.0%-13.8%，吸水率65%(参见表1)。

　　3、壳聚糖纤维及其织物的抗菌保健作用
　　壳聚糖纤维具有明显的生理保健和抗菌作用，这些作用主要表现在以下几个方面:首先是壳聚糖有利于抗菌酶的增生，当穿着壳聚糖纤维织物时，壳聚糖纤维与皮肤接触，能杀死各种细菌的溶菌酶数量在皮肤上增加1.5-2.0倍。溶菌酶的大量生成，大大抑制了有害菌的生长，同时激活了使皮肤再生的有丝分裂原，进而能促进人体皮肤再生。其次是抗霉作用，脱乙酰度99%的壳聚糖在0.15%的低浓度条件下，对霉菌进行4天的培养，使无霉菌孢子增殖，壳聚糖的浓度和纯度越高，效果越明显。第三是其保湿性，在壳聚糖的分子结构内部，含有许多羟基、氨基等极性基团，单位化学基团的电荷、极性基密度大，保湿力高，可以有效地防止静电。第四是壳聚糖的抗菌作用，它对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄葡萄球菌、乳酸杆菌等多种常见菌种有很好的抗菌作用[3]。有资料表明，壳聚糖含量为0.5%时，对金黄葡萄球菌的抑菌率为86%;含量为2.0%以上时，抑菌率接近100%。壳聚糖对大肠杆菌、金黄葡萄球菌的最小生育阻止浓度(MIC)为10-2Omg/kg，对灰霉菌、斑点霉菌的MIC为lOmg/kg，显示出非常高的抗菌性。壳聚糖纤维的抗菌、抗霉原理较为复杂，一般认为，壳聚糖分子中的氨基阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸或磷脂质阴离子发生离子结合，束缚了微生物的自由度，阻碍其生育。壳聚糖分子还能分解成低分子，渗透到微生物细胞壁内，阻碍遗传因子从DNA到RNA的转移，从而阻止了细菌或霉菌的发育。日本有试验表明，壳聚糖纤维(脱乙酰度＞97%)对金黄葡萄球菌(ATCC6538)的抑菌率为99.9%。壳聚糖纤维织物还具有耐久抗菌效果，有试验结果表明，壳聚糖纤维(脱乙酰度＞97%)/棉混纺织物(棉97%，壳聚糖纤维3%)水洗前对金黄葡萄球菌的抑菌率为99.9%，水洗20次后为99.8%，抑菌率居高不下。
　　山东省卫生防疫站卫生检测中心采用FZ/T01021-92织物抗菌性能试验方法，对潍坊二印纺织印染有限公司生产的壳聚糖纤维(脱乙酰度＞97%)7%/棉93%混纺活性染料染色针织物(60S/2，200g/m2)进行了金黄葡萄球菌抗菌性能定量试验，
　　结果表明其抑菌率为99.3%。采用连续平幅染整加工方式，对纤维含量分别为T63.2%/C34.3%/壳聚糖纤维2.5%的14.5/14.5+433/299+119cm府绸和棉97.5%/壳聚糖纤维2.5%14.5/14.5+535/283+119cm平布进行实际生产加工后发现，其对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抗菌效果显著。由表2、表3可见，壳聚糖纤维与棉和涤棉混纺织物的对大肠杆菌的2Omin平均抑菌率分别为92.86%和93.27%，对金黄葡萄球菌的2Omin平均抑菌率分别为99.92%和98.23%，由此可见，壳聚糖纤维棉织物与壳聚糖纤维涤棉织物的抗菌效果基本相同。壳聚糖纤维混纺织物对金黄葡萄球菌的抗菌效果好于对大肠杆菌的抗菌效果。

　　注:抗菌实验方法GB15979-1995一次性卫生用品卫生标准(下同)。实验菌液
　　浓度(cfu/mL)2.2×104，检测温度20℃，相对湿度56%。
　　由于壳聚糖纤维呈阳离子性和具有高度的化学活性，对活性染料等纤维素纤维染色用的染料有很好的染着性和上染率。壳聚糖纤维混纺织物适用于活性染料及分/活、分/还等染色处理，也能用其生产出理想的漂白产品。但壳聚糖纤维的上染速率较快，这给其混纺织物的匀染带来了一定的困难。
　　通过对壳聚糖纤维(脱乙酰度＞97%)含量为1%的棉织物和涤棉织物印染成品的抗菌实验，还发现当壳聚糖纤维在织物中的含量为1%时，织物对金黄葡萄球菌有抗菌效果，对大肠杆菌则无抗菌效果(抑菌率＜40%＝，这说明在壳聚糖纤维混
　　纺织物中，壳聚糖纤维的含量对其抗菌作用是有明显影响的。进一步改善壳聚糖
　　纤维的物理指标，提高其可纺性，在纺纱、织造、染整加工过程中保证壳聚糖纤
　　维的有效含量，是值得我们今后深人研究的课题。

　　注:实验菌液浓度（cfu/ml）2.0×104，检测温度20℃，相对湿度56%。
　　4、结语
　　壳聚糖纤维织物的研究开发在我国尚属起步阶段，而壳聚糖纤维织物的若干优良性能已不断引起人们的兴趣。随着生态纺织品及生态加工技术的兴起，这一新兴纺织品必将得到不断地开发应用，其纤维功能化原理、纺丝工艺技术、织造和染整加工技术等也将得到深入研究。

　　（本文作者：董瑛 山东潍坊二印纺织印染有限公司）