壳聚糖在棉织物抗菌整理中应用
中图分类号：ts 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2012）12-0014-02
摘要：甲壳素（chitin）是天然生物高聚物，广泛存在于低等植
物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、蝇蛆和昆虫的外壳，贝类、
软体动物的外壳和软骨，高等植物的细胞壁等，生物合成的资源量
高达100亿t/a，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源。

又
由于是纯天然物质，具有很好的生物相溶性，所以世界各国对它的
应用研究十分活跃，在纺织领域，壳聚糖的应用越来越受到人们的
重视，并对其具有的优良性能进行了研究应用。

关键词：甲壳素壳聚糖抗菌多元羧酸季铵类化合物
一、引言
甲壳素有α，β，γ晶型。

α—甲壳素的存在最丰富，也最稳定，
其化学结构为：聚[β（1—4）]—2—乙酰胺基—2—脱氧—d—葡
聚糖。

由于分子链中o……h—o型及o……h --- n 型氢键的作用，
分子间作用力较小，存在着有序结构，导致甲壳素的溶解性能很差，
一般不溶化，也不溶于一般的有机溶剂和酸碱，化学性质非常稳定，
应用范围有限。

当甲壳素经过脱乙酰基反应（脱乙酰度75%—90%）
转变为可溶性甲壳素（chitosan）或称壳聚糖（壳聚胺、几丁聚糖），
其化学结构为：聚〔β（1—4）—2—氨基—2—脱氧—d—葡聚糖〕，
单体之间以β（1—4）苷键连接，分子质量一般在1×105—3×105。

由于游离氨基的产生，溶解性能大为改观，可以溶于有机酸（如甲酸、乙酸等）的稀溶液，以及盐酸等部分无机酸中，同时生成盐，这是壳聚糖首要的性质之一。

使其在工业、农业、医药、化妆品、环境保护、水处理等领域有极其广泛的用途。

二、甲壳素（chitin），壳聚糖（chitosan），棉纤维的结构与性能的关系
甲壳素又名甲壳质，他脱去分子中的乙酰基转变为壳聚糖，甲壳素和壳聚糖的结构和纤维素类似。

甲壳质几乎是以小片状或粉状存在，其基本单元结构上存在乙酰胺基和羟基，因而分子间氢键作用比纤维素更强，在一般溶剂中难以溶解，客观上限制了它的推广应用。

壳聚糖在其单元结构上有游离氨基，故其溶解性能较好，反应性也较高。

壳聚糖能溶于乙酸、甲酸、水杨酸、酒石酸、乳酸、苹果酸等有机酸的稀溶液中，也能溶于硝酸、盐酸、磷酸等无机酸中。

一般，分子量越小，脱乙酰化度越大，溶解度越大。

壳聚糖的质量一般以乙酰化度、溶解度、溶液粘度、色泽、灰分等来衡量。

三、壳聚糖的抗菌机理（壳聚糖的抗菌机理归纳起来基本有两种）
1、在酸性条件下，壳聚糖分子中的nh3+与细菌细胞壁所含的硅酸、磷酸酯等解离出的阴离子结合，细菌的自由活动受阻，不能大量繁殖。

2、壳聚糖进一步低分子化。

通过细胞壁进入微生物的细胞内，使遗传因子从dna到ran的转变过程受阻，造成微生物无法繁殖。

四、抗菌整理剂及其抗菌效果
（1）最简单的壳聚糖抗菌整理方法是将壳聚糖溶解于各种稀的有机酸溶液中，然后均匀地施加在织物上，即可获得抗菌效果。

此时各种有机酸与壳聚糖的--nh2，基生成盐式键。

随着壳聚糖浓度的上升，其粘度也增加，则渗透到棉织物内的壳聚糖减少，而大多沉聚在织物表面，影响其杀菌效果。

（2）多元羧酸与壳聚糖复配抗菌
用有机酸合成盐式键的方法，壳聚糖和纤维素之间并没有生成坚牢的化学键，因此其耐洗性很有限；其次，经碱处理后，会生成游离的壳聚糖，从而失去抗菌性。

随着多元羧酸在棉织物免烫整理中取得的可喜进展，理所当然地想到，应用多元羧酸（如btca或ca 等）作为壳聚糖的新溶剂（生成盐式键），同时，多元羧酸又有与纤维素和壳聚糖上的羟基产生共价键的可能，不仅做到了多元羧酸固着了壳聚糖，又实现棉织物的免烫和抗菌整理的两种功能。

用柠檬酸（ca）作为壳聚糖的溶剂，可起到与棉纤维的交联剂作用。

此酯化反应不仅发生在ca（--cooh）与纤维素（--oh）之间，而且也在（--cooh）与壳聚糖（--oh）间产生。

另外，游离的羧酸酯与壳聚糖上的氨基（--nh2）可形成盐。

以此处理的棉织物具有极佳的抗微生物能力，同时还发现具有很好的抗皱能力。

①用金黄色葡萄球菌作为微生物来测定抗菌性。

经过不同次数洗涤的抗菌活性，在洗20次以后抗菌性还在80%
以上。

②壳聚糖处理棉织物后对其性能影响
2%醋酸液中不同壳聚糖浓度处理棉织物的性能
k/s值表明，随着壳聚糖浓度的增加， k/s值增大，这是壳聚糖结构上供酸性染料染座的氨基增加之故，即k/s值间接表示壳聚糖的含量。

然而，在相同的壳聚糖浓度时，由醋酸液处理的棉织物的k/s值均大于由ca液处理的棉织物，这表明壳聚糖的氨基部分被ca的游离按酸所占领，ca与壳聚糖之间产生了离子键（盐式键）以及共价控的结合。

（3）壳聚糖的季铵盐化
季铵类化合物是织物的很好的一类抗茵整理剂。

而水溶性缩水甘油三甲基氯化铵（由glycidyltrimetylammonium ，gtmac）是棉纤维阳离子化改性剂之一，用gtmac作为壳聚糖的改性剂，可望提高其水溶性和抗菌性，在中性和碱性条件下，gtmac优先与壳聚糖分子中的氨基反应，生成n—（2--羟基）丙基—3--三甲基壳聚糖氯化铵[n—（2—hydroxyl）—propyl—3--trimetylammonium —chitosan chloride， htcc]。

季铵盐化的壳聚糖htcc的抗菌性是很好的。

五、结论
1、用有机酸合成盐式键的方法，壳聚糖和纤维素之间并没有生成坚牢的化学键，因此其耐洗性很有限；其次，经碱处理后，会生
成游离的壳聚糖，从而失去抗菌性。

应用多元羧酸（如btca或ca 等）作为壳聚糖的新溶剂（生成盐式键），同时，多元羧酸又有与纤维素和壳聚糖上的羟基产生共价键的可能，不仅做到了多元羧酸固着了壳聚糖，又实现棉织物的免烫和抗菌整理的两种功能。

2、季铵类化合物是织物的很好的一类抗菌整理剂。

季铵盐化的壳聚糖htcc处理织物后获得了良好的抗菌。

3、由于壳聚糖具可生物降解性、无毒和生物相容性等优点。

在纺织印染业中，甲壳素可以用于制作抗菌纤维、服用纺织品、床上用品、印染固色剂、粘合剂、涂料印花成膜剂、上浆剂、抗静电剂等。

壳聚糖的应用将越来越深入越来越广阔。

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