甲殼素及甲殼胺纖維在紡織中的應用

甲殼素及甲殼胺纖維在紡織中的應用

1甲殼素纖維在紡織中的應用自1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會確定了經濟與環(huán)境協(xié)調發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以來，綠色意識迅速得到增強，并在世界各地得到了傳播。隨著全球經濟一體化進程的加快，目前國際市場對紡織品的環(huán)境保護、人體健康等提出了新要求。甲殼素纖維是一種具有良好環(huán)保和服用性能的綠色纖維，其原料來源于蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物，是一種可再生的自然資源。甲殼素纖維具有良好的吸附性、殺菌性和透氣性等優(yōu)良性能，制成的紡織品可以抵抗細菌感染并能防治皮膚病，還能防臭、吸汗保濕，穿著也十分舒適。用甲殼素纖維制成的醫(yī)用敷料，可以使肉芽新生，促進傷口愈合，臨床上具有鎮(zhèn)痛、止血的功效。甲殼素纖維廢棄物可自然降解，對環(huán)境不會造成污染。目前各種形式的甲殼素纖維產品在紡織和服裝領域正得到越來越廣泛的應用。由于特殊的大分子鏈結構，導致甲殼素不能熔化，也難溶于一般的溶劑中，這給纖維的生產帶來了不便。在濃堿溶液中加熱甲殼素粉末后發(fā)生N-乙酰胺基轉變?yōu)榘坊拿撘阴；磻?，生成能溶于稀酸溶液的甲殼胺，為纖維的生產提供了方便。由于脫乙?；蟮募讱ぐ房梢院苋菀椎乇蝗芙獠⑶彝ㄟ^濕法紡絲加工成纖維，因此，目前市場上的纖維產品一般為甲殼胺纖維。2甲殼素纖維混紡紗線目前，甲殼素和甲殼胺纖維已經以許多不同的方式被應用在紡織服裝領域。采用的方法大致有交聯(lián)法、涂層法、濕法紡絲法、共混紡絲法、混紡紗線法等。⑴交聯(lián)法是利用交聯(lián)劑，使甲殼素和甲殼胺與棉纖維結合而制得纖維。這種方法由于采用化學助劑而失去了天然產品的部分特性。⑵涂層法是將一般纖維在甲殼素和甲殼胺溶液中浸漬后，經脫水、干燥而制得纖維。這種方法存在著隨洗滌次數(shù)增加而導致抗菌效果下降的問題。⑶濕法紡絲法是將甲殼素和甲殼胺溶解在溶劑中配成紡絲原液，經噴絲于凝固浴中制成固態(tài)原絲，再經拉伸、洗滌、干燥等后處理而得到纖維成品。目前此法得到了較多的應用，且都用脫乙酰度在80%～90%范圍內的甲殼胺為原料。所得到的纖維可以被加工成紗線，或被直接加工成非織造布后應用于醫(yī)療衛(wèi)生領域。⑷目前采用的共混紡絲法有兩種。日本富士紡織株式會社生產的Chitopoly產品所采用的是將甲殼胺磨成直徑小于5μm的微細粉末后混入纖維素纖維內而制得共混纖維。但是由于微細粒子的混入，引起纖維的部分物理指標下降。日本Omikenshi公司生產的Crabyon是將人造纖維原料與甲殼素混合后利用共同的溶劑，經濕法紡絲制得的纖維。但是由于生產中采用的是甲殼素，其抗菌效果與甲殼胺相比要低一些。⑸混紡紗線法是將甲殼素和甲殼胺纖維與其它紡織用纖維以一定的比例混合后紡成紗線，并進一步加工成各種類型的面料。目前我國已經有不少企業(yè)采用濕法紡絲生產甲殼胺纖維，但是生產規(guī)模一般比較小。所有生產甲殼胺纖維的共同缺點是成本太高。日本等國家的高級醫(yī)療用甲殼胺纖維制品大多按1000美元/kg以上的價格銷售。國內生產的甲殼胺纖維(脫乙酰度80%～100%)的售價約為600元/kg。通過對濕法紡絲工藝的控制可以制備甲殼素長絲產品。這種產品可用于捻制或編制成醫(yī)用可吸收縫合線或用于織造針織物或機織物。甲殼素和甲殼胺的短纖維經過開松、梳理成網、疊網、針刺或水刺等加工后可制成各種醫(yī)用敷料。濟南太和生物工程有限公司采用特殊紡紗工藝，用100%甲殼胺纖維原料紡成紗線，其強度可與棉紗線接近。該產品可以用于醫(yī)用紗布、醫(yī)用敷料、醫(yī)用口罩、醫(yī)用褥單的制作。紗線的規(guī)格有18.2dtex(32s)、14.6dtex(40s)、9.7dtex(60s)細紗。甲殼素混紡紗線可以改善甲殼素纖維在紡紗過程中由于短絨率增加而影響成紗質量的不足?；旒徍蠹炔粫绊懠讱に乩w維的抗菌、保健功能，又可降低生產成本?；旒徏喚€可用于機織物、針織物的生產。目前國產的甲殼素纖維原料存在的主要問題是束纖維含量較高。如不將這些束纖維預先松解，在開清棉工序經多次打擊易形成蘿卜絲狀纖維束，到梳棉工序又易產生大量棉結，影響成紗質量。由于甲殼素纖維偏粗、單強偏低，在紡紗加工中短絨率增加，所以預處理宜采用“多松、少打、多落”的工藝路線，使纖維得到充分松解，便于纖維之間能夠均勻混合，同時也為后道工序能順利加工創(chuàng)造條件。甲殼素纖維吸濕能力強，對周圍環(huán)境的溫濕度比較敏感。當溫濕度發(fā)生變化時，該纖維的回潮率會很快發(fā)生變化。從紡紗實踐看，在紡制過程中，嚴格控制溫濕度，是順利生產的基本條件。甲殼素纖維與棉混紡可在開清棉工序采用纖維原料混合，也可在并條工序采用條子混合。原料混合是兩種纖維原料之間的混合，在開清棉工序進行，先制成棉卷，然后再經過梳棉、并條、粗紗、細紗等工序加工。條子混合的工藝流程如下：生產實踐表明：采用條混工藝比較合理。它不破壞清梳棉條的結構，可減少纖維損傷，有利于提高成紗的強力。3甲殼素和甲殼胺纖維制劑3.1日本chh-案例：碳五軸纖維由于甲殼素的原料來源不如纖維素豐富，并且它的分布比較疏散，加工提純的成本較高，作為一種工業(yè)用原料，其成本比其它的紡織用材料高。為了在保持其性能的同時降低生產成本，纖維行業(yè)在很早以前就探討了甲殼素作為一種添加劑的工藝路線。日本的富士紡織株式會社利用共混技術開發(fā)出了Chitopoly纖維。在該產品的生產中，甲殼素首先被溶解成溶液，然后用噴霧干燥方法制備直徑小于5μm的甲殼素粉末。這種粉末再與纖維素的溶液混合后通過濕法紡絲制成纖維。圖1顯示了Chitopoly纖維的表面結構?？梢钥闯觯豪w維的表面分布著甲殼素的顆粒。這些顆粒使纖維具有抗菌和保健功能。3.2甲殼素和金屬離子纖維與Chitopoly纖維相似，Crabyon纖維也是一種由甲殼素和纖維素共混后經濕法紡絲形成的功能性纖維。其制造方法是將甲殼素和纖維素分別經過不同的工藝進行堿化、磺化、溶解、過濾和脫泡制備得到甲殼素和纖維素磺原酸酯溶液，然后按照一定比例混合、紡絲和后處理即得到甲殼素和纖維素的共混纖維。與Chitopoly纖維相比，Crabyon纖維具有更高的吸濕性和對金屬離子的吸附性能。這與甲殼胺分子中的胺基在纖維中的均勻分布有密切的聯(lián)系。這種纖維可以很容易地用活性染料和酸性染料進行染色。上海百瑞紡織引進日本Omikenshi公司的Crabyon纖維，與棉混紡或與滌綸長絲交織制成了一系列功能性織物。由于織物中帶正電荷的甲殼素可使帶負電荷的細菌等微生物電荷中和，從而使細菌活動受到抑制，失去活性，達到持久的抗菌防臭的保健目的。此外，織物還具有優(yōu)良的吸汗、透氣功能，穿著舒適，手感柔軟。表1顯示了上海百瑞紡織的一些產品的規(guī)格。3.3甲殼素和纖維素共混纖維日本富士紡和Omikenshi公司相繼開發(fā)出Chitopoly和Crabyon甲殼素與纖維素的共混纖維。這兩種纖維具有一定的生物醫(yī)學功效和優(yōu)異的舒適性。但由于共混纖維中甲殼素的含量較低(小于5%)，在混紡制品中有效成分有限，且價格昂貴，影響了其性能和大批量應用。上海士林纖維材料有限公司和吉林化纖股份有限公司采用自主研究的專利技術，在國內成功地開發(fā)出了甲殼素和纖維素共混纖維———Crabtex纖維。這種纖維可以根據(jù)實際應用在很大范圍內調節(jié)甲殼素含量(1%～99%)，并具有優(yōu)異的性價比。Crabtex纖維分棉型、毛型和醫(yī)用型等幾種。根據(jù)應用的要求，各種類型中又有甲殼素含量的區(qū)分。纖維素原料可以采用木漿粕、棉漿粕或竹漿粕，形成各種不同原料來源的Crabtex纖維。另外，針對不同應用領域，Crabtex纖維還有有色絲和長絲品種。Crabtex纖維可以與棉、毛、絲、亞麻、苧麻、羅布麻、滌綸、錦綸、腈綸、再生纖維素纖維、聚乳酸纖維、大豆蛋白纖維等混紡制成各種用途的混紡紗線，這些混紡紗線可以進一步加工成各種針織和機織面料。4甲殼素纖維在紡織服裝行業(yè)的應用通過各種形式的混紡加工，甲殼素纖維可以應用在以下的一些領域。4.1甲殼素纖維在各類服裝中的應用(1)內衣：包括棉毛內衣、汗衫、背心、短褲、T恤等。甲殼素纖維對引起婦女某些疾病的細菌如念珠菌等具有很好的抑制作用。(2)胸罩：甲殼素纖維可以改善因為化學纖維引起的過敏反應。(3)嬰幼兒內衣和尿布：甲殼素纖維是目前唯一能夠應用于嬰幼兒內衣的對皮膚無刺激、不過敏的材料，可以改善尿濕疹和紅臀。(4)睡衣：甲殼素纖維可以與棉混紡，應用于睡衣。(5)老年人內衣：甲殼素纖維對老年人皮膚干燥、搔癢等具有很好的改善作用。(6)運動服裝：甲殼素纖維可以充分吸取汗液、抑制微生物繁殖和由此產生的異味。(7)毛衫：甲殼素纖維可以拓寬毛衫原料范圍，改善其服用性能，對羊毛、蠶絲等蛋白質類纖維制品可以消除異味。4.2．預防病原菌的應用嬰幼兒用嘴舔吸衣服的情況較多，所以，對外衣的的清潔也很重要。兒童的抵抗能力較弱，容易受到外來病菌的侵害，童裝須注意不要成為病原菌的媒介物。甲殼素纖維由于其良好的抗菌性能而特別適合用于童裝的生產。4.3甲殼素纖維抑制抗菌性能對衛(wèi)生要求高的工作場所的工作服，須注意不要使工作服成為病原菌的媒介物。甲殼素纖維可以很好地抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，可以有效地抑制醫(yī)院、食品廠中各種耐藥菌引起的交叉感染。甲殼素纖維可以應用于一些惡劣工作環(huán)境的工作服，如潛艇、海軍、科學考察、野外作業(yè)等。4.4牛仔服甲殼素纖維優(yōu)異的吸濕、保濕性和柔軟性可以改善牛仔服裝的服用性能，抗菌性能可以保證服裝處于清潔、無味的狀態(tài)。4.5襪子腳部產生的水分超過一般皮膚表面幾倍甚至幾十倍，加上鞋子的束縛，細菌極易繁殖，產生臭味和腳氣。甲殼素纖維與棉混紡可制成舒適抗菌保健襪。4.6床墊甲殼素纖維與棉混紡可制成各種舒適、抗菌的床上用品。4.7毛巾防護甲殼素纖維柔軟舒適、吸濕性高、吸附性強，是巾被的理想材料。甲殼素纖維與棉混紡制成毛巾，可以抑制細菌在巾被上的繁殖，保持清潔。4.8甲醛污染物的凈化在酸性條件下，甲殼素上的氨基可吸附甲醛，利用此特點可以抑制室內裝修所造成的甲醛污染。結合其抑菌性，可以營造清新健康的室內環(huán)境。具體可以應用于地毯、窗簾、沙發(fā)罩等。在堿性條件下，甲殼素上吸附的甲醛可以脫去，從而再生出甲殼素以循環(huán)利用。4.9女性的毛巾甲殼素纖維的吸濕、抑菌、柔軟、無刺激和不過敏等性能特別適合于衛(wèi)生材料領域。4.10用于工業(yè)過濾材料由于甲殼素可以吸附難以處理的重金屬、染料、氯等，其制品可以用于工業(yè)過濾材料，用于凈化、環(huán)保污水處理等。甲殼素纖維具有比活性炭材料更大的吸附能力、安全清潔、選擇性吸附、產品形式豐富和成本低的特點。4.11靜電除臭法甲殼素本身已經廣泛應用于煙草工業(yè)。由于它安全無毒，且能抗菌除臭、具有高吸附性能、帶有陽電荷的性質，它可以與帶陰離子的毒性致癌物質通過靜電結合。4