【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 壳聚糖   纺织品   后整理   应用
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正文：
[摘要]  简要介绍了壳聚糖的性质和制备方法，系统地阐述了壳聚糖在纺织品抗菌、防皱、抗静电、防毡缩及改善染色性能等方面的应用，并对其作用机理进行了详细的探讨。
[关键词]  壳聚糖   纺织品   后整理   应用
[Abstract] The properties and preparation methods of chitosan are briefly introduced. Based on the current research, the applications of chitosan on textiles to impart the fabrics antibacterial, non-ironing, antistatic and anti-felt properties and improve the dyeing process are systematically narrated, and the mechanisms are discussed in details.
[Keywords]  chitosan   textile   finishing   application

1. 前言

随着社会进步与人们生活质量的提高，人类自我保护意识随之觉醒，可持续发展成为时代的要求，追求回归自然成为时尚。在织物后处理所用的助剂中，壳聚糖因其良好的生物相容性和生物可降解性且资源丰富、无毒、无污染的特点而受到研究者们的关注。
目前壳聚糖在纺织品后整理方面的应用主要有：天然纤维织物的抗菌、防皱整理及染色性能的改善，化纤织物的抗静电处理和羊毛的防毡缩等方面。
2．壳聚糖的性质和制备方法
自然界中存在的有机物最多的是多糖，而多糖中数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素，再次是淀粉。而壳聚糖是由甲壳素葡萄糖单元上的N-乙酰基部分被脱乙酰化而得到的。其分子结构式如下：
图 1 甲壳素的结构式
Figure 1  The structure of chitin
图2  壳聚糖的结构式
Figure 2  The structure of chitosan
由甲壳素和壳聚糖的分子结构式可以看出：两者的分子结构式与纤维素得非常相似，属于碳水化合物中的多糖。
甲壳素是一种白色或灰白色、无定型、半透明、耐热、耐腐蚀的固体，相对分子质量因原料不同而有数十万至数百万，不溶于水、稀酸、稀碱、浓碱、一般有机溶剂，可溶于浓的盐酸、硫酸、磷酸和无水甲酸，但同时主链发生降解^[1~2]。
自然界中存在的甲壳素有三种结晶聚合形式：α-甲壳素、β-甲壳素、γ-甲壳素。这三种形式的甲壳素的主要区别在于结晶区内分子结构排列不同。α-甲壳素的分子链是反向排列的，而β-甲壳素分子链是平行排列的，γ-甲壳素则一般认为是由两条平行链与一条反向链组成。尽管α-和β-甲壳素均有C=O…H-N分子间氢键，但β-甲壳素的-CH₂OH基团间没有氢键的作用，而α-甲壳素有。因而β-甲壳素在水中的溶胀性比α-甲壳素好 ^[3]。
壳聚糖是白色、无定型、半透明、略有珍珠色泽的固体。可溶于矿酸、有机酸及弱酸稀溶液，但不溶于稀的硫酸、磷酸、水和碱溶液。在稀酸中，壳聚糖主链也会缓慢水解，溶液的粘度逐渐降低。因材料来源、制备工艺条件和需求的不同，相对分子质量也从数十万至数百万不等，脱乙酰度由60%至100%不等^[1~5]。
通常以虾蟹壳为原料，在常温下用稀盐酸溶去无机盐，且尽量缩短反应时间，然后用稀碱溶液浸泡，脱去蛋白质，得到粗壳素，再用高锰酸钾浸泡脱色、水洗，然后用草酸处理30～40min，再经浓碱脱乙酰基得壳聚糖^[6]。USP2002025945 将含甲壳素的微生物用浓度大于25%的碱性溶液在高于95℃的温度下反应至少10h,可得到高脱乙酰度的壳聚糖^[7]。根据产品粘度不同可将其分为高粘度（粘度大于1 Pa·s的1%壳聚糖醋酸溶液）、中粘度（粘度在0.1～0.2 Pa·s之间的1%壳聚糖醋酸溶液）和低粘度（粘度在0.025～0.05 Pa·s之间的1%壳聚糖醋酸溶液）三大类。
壳聚糖的主要质量指标是脱乙酰度和粘度（可用来表征分子量）。
可以用来测定壳聚糖脱乙酰度的方法有很多，如红外光谱法^[8]、核磁共振光谱法、紫外光谱法^[9]、平衡染料吸附法、X射线衍射法^[10]、¹H核磁共振法^[11]、凝胶色谱法、滴定法、元素分析法、热分析法和热解质谱测量法等。其中最简单的方法是酸-碱滴定法^[12]。该法中取一定量的壳聚糖溶解于过量的稀酸（如盐酸）中，用标准的氢氧化钠溶液滴定，通过测量pH值确定等电点，但目前研究发现该法受环境湿度和酸碱条件影响，测定结果较¹H核磁共振法不够准确。
甲壳素和壳聚糖的分子量取决于它的来源和脱乙酰化条件（时间、温度和NaOH溶液的浓度）。从甲壳类动物中提取的甲壳素脱乙酰化后得到的壳聚糖分子量一般高于100000。壳聚糖分子量可用数种方法测得，如高压液相色谱法^[13]、凝胶渗透色谱法^[14]和粘度法^[15]。其中用粘度法测定壳聚糖分子量操作简单、迅速。
3．壳聚糖在纺织品后整理方面的应用
3．1 壳聚糖在纺织品抗菌方面的应用
3．1．1 壳聚糖的抗菌机理
目前对壳聚糖抗菌机理的推测有两种^[16~19]：1.在酸性条件下,壳聚糖分子中的质子化铵—NH₃⁺具有正电性，吸附带有负电荷的细菌，使细菌细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不匀，干扰细胞壁的合成，打破了在自然条件下的细胞壁合成与溶解平衡，使细胞壁趋向于溶解，细胞膜因不能承受渗透压而变形破裂，细胞的内容物如水、蛋白质等渗出，发生细菌溶解而死亡。2.壳聚糖齐聚物（Mw=8000）吸附细菌后，穿过大肠杆菌的多孔细胞壁进入到细菌细胞内，可能与DNA形成稳定的复合物，干扰DNA聚合酶或RNA聚合酶的作用，阻碍了DNA或RNA的合成，从而抑制了细菌的繁殖。对于后一种抗菌机理目前还有争议。
3．1．2 壳聚糖抗菌性的影响因素
壳聚糖抗菌的能力是受分子量、取代度、pH值、温度等内、外因素综合影响的^[20~22]。了解这些因素对壳聚糖作为抗菌剂的应用效果的影响是非常必要的。实际上我们对壳聚糖的化学改性就是为了提高壳聚糖作为抗菌剂的应用效果。
3.1.2.1分子量（MW）
壳聚糖的抗菌性与壳聚糖的分子量有很大关系。Tanigawa et al.^[23]报道说，D-葡糖胺氯化物（壳聚糖单体）对许多细菌都没有抗菌性，而壳聚糖的却有。这表明壳聚糖的抗菌性不仅与壳聚糖的阳离子性有关，而且与其链长有关。Hirano&Nagao^[24]研究了壳聚糖聚合度与其对数种植物病原体抑制作用之间的关系。他们使用了三种不同分子量的壳聚糖：高分子量壳聚糖（分子量400000，取代度0.95），低分子量壳聚糖（分子量、取代度不明）和壳聚糖低聚物（聚合度为2~8）。实验表明壳聚糖对真菌的抑制作用随分子量的增加而增加，低分子量壳聚糖的抗菌性最强，高分子量壳聚糖的抑菌性最弱。这种现象可以解释为高分子量壳聚糖由于其粘度较高很难分散到含测试用有机物的琼脂中。

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