甲壳素纤维百科

甲壳素纤维_百度百科我的百科我的贡献草稿箱百度首页 | 登录新闻网页贴吧知道 MP3 图片视频百科帮助设置首页自然文化地理历史生活社会艺术人物经济科学体育编辑词条甲壳素纤维 1. 1 甲壳素的发现和命名1811年，法国一位研究自然科学史的H. Braconnot教授，用温热的稀碱溶液反复处理蘑菇，最后得到一些纤维状的白色残渣，他以为从蘑菇中得到了纤维，并把这种来源于蘑菇的的纤维称之为Fungine，意即真菌纤维素。

1823年．又一位法国科学家A.Odier从甲壳类昆虫的翅膀中分离出同样的物质，他认为此物质是一种新型的纤维素，使命名为Chitin。

1843年，法国的A.Payen发现Chitin与纤维素的性质不大相同。

同年，法国人J. L.Lassaigne发现Chitin中含有氮元素，从而证明Chitin不是纤维素，而是一种新的具有纤维性质的化合物。

1878年，G.Ledderhose从Chitin 的水解反应液中检出了氨基葡萄糖和乙酸；1894年，E.Gilson进一步证明了Chitin中含有氨基葡萄糖，而后来的研究表明，Chitin是由N-乙酰氨基葡萄糖缩聚而成的，或者说组成Chitin的单体是N-乙酰氨基葡萄糖。

从1811年发现Chitin 到研究清楚其结构，前后几乎用了将近100年的时间。

Chitin这个词是由希腊文衍变而来的，意即“被膜、铠甲”。

Chitin译为中文，叫甲壳素。

甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1，4糖苷键形式连接而成的多糖，也就是N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖。

1. 2 甲壳素的存在地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素，前者主要由植物生成，后者主要由动物生成。

估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。

甲壳素亦是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。

仅此两点，就足以说明甲壳素的重要地位。

1. 2. 1 在自然界的存在甲壳素广泛存在于甲壳纲动物虾和蟹的甲壳、昆虫的甲壳、真菌（酵母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中，详细的情况大致如下所述。

①节肢动物，主要包括甲壳纲，如虾、蟹等，含甲壳素20%~30%，高的达58%~85%；其次是昆虫纲，如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳中含甲壳素20%~60%；多足纲如马陆、蜈蚣等；②软体动物，主要包括双神经纲如石鳖，腹足纲如鲍，蜗牛等，头足纲如乌贼、鹦鹉等，甲壳素含量为3%~26%；③环节动物，包括原环虫纲如角蜗牛，毛足纲如沙蚕，蚯蚓和蛭纲如蚂蟥三纲，有的含甲壳素极少，但高的含20%~38%；④原生动物，简称原虫，也叫单细胞动物，包括鞭毛虫纲如锥体虫，肉足纲如变形虫，纤毛虫纲如草履虫等；⑤肛肠动物，包括水螅虫纲如中水螅、筒螅等，钵水母纲和珊瑚虫纲等；⑥海藻，主要是绿藻；⑦真菌，包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含甲壳素从微量到45%不等，只有少数真菌如Olmycetes和Trichomycetes不含甲壳素；⑧动物的关节、蹄、足、的坚硬部分，以及动物肌肉与骨接合处均有甲壳素存在。

甲壳素在自然界的存在，还有一个重要的方面往往被人忽视，那就是在自然界生长、繁衍着的含有甲壳素的各种各样的生物，在其死亡腐烂后成为肥料的同时释放出甲壳素，甲壳素在自然界经受降解和脱乙酰基过程，产生不同分子量的甲壳素及不同分子量、不同脱乙酰度的壳聚糖。

在广袤的田野、森林和大草原的土壤中，都有甲壳素和壳聚糖的存在；而在贫瘠的土壤和沙化的土壤中，则很少有甲壳素和壳聚糖的存在，这从一方面反映出甲壳素在自然界生态平衡中的重要性。

尽管自然界存在大量的甲壳素，但估计全世界每年可获得的甲壳素只有15万吨，真正能生成出来的，估计不过数万吨而已，而据专家掌握的数据显示，目前全世界产生的甲壳素还没有超过1万吨。

1. 2. 2 存在状态甲壳类动物外壳的结构材料就是甲壳素，它既有生理作用，又能保护机体防止外来机械性冲击；同时，还具有吸收高能辐射的性能。

在真菌的细胞壁中，甲壳素与其他多糖相连，在动物体内，则是与蛋白质结合成蛋白聚糖。

虾、蟹壳中的甲壳素与蛋白质是共价结合，是以蛋白聚糖的形式存在的，同时伴生着碳酸钙。

甲壳素在蟹壳中呈纤维状互相交错或无规的网状结构，并平行于壳面分层生长，蛋白质以甲壳素为骨架，沿甲壳素层以片状生长；无机盐呈蜂窝状多孔的结晶结构，充填在甲壳素与蛋白质组成的层与层之间的空隙中。

甲壳素与蛋白质之间共价结合以蛋白聚糖的形式存在，1955年Hackman证明甲壳素和N-乙酰氨基葡萄糖（甲壳素的残糖基）能与α——氨基酸、肽和角蛋白反应，得到稳定的共价结合物，但这种结合物在某种pH条件下会分解。

1. 3 甲壳素的生物合成甲壳素在体内的生物合成，与其他多糖一样，是一个想到相当复杂的生物化学过程，在乙酰CoA的存在下，磷酸氨基葡萄糖转移酶催化6-磷酸氨基葡萄糖合成6-磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖。

与甲壳素合成酶共存的还有甲壳素脱乙酰酶，在甲壳素的合成过程中同时发生着N-脱乙酰基的过程，因此，合成出来的甲壳素，其分子链的糖单元不是100%的N-乙酰氨基葡萄糖，还有一部分是氨基葡萄糖，也就是说，生物合成不只是生成甲壳素，也生成少量的壳聚糖。

在自然界中，非但存在着大量的甲壳素，也还存在着一些壳聚糖。

1.4 甲壳素的性质甲壳素是白色或灰白色无定形、半透明固体、分子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。

借口属于纤维素相仿，在细胞壁中构成一种称为微纤维学的结构单元。

甲壳素微纤维由一束沿分子长轴平行排列的甲壳素分子构成。

微纤维束的横切面呈椭圆形，微纤维核心中的甲壳素分子常排列成三维的晶格结构。

微纤维核心晶格结构之外的甲壳素分子大致上仍然处于平行排列的构象，但未形成完善的三维晶格，称为亚结晶相结构。

从1935年起，就不断出现用X射线衍射和红外光谱法研究甲壳素的晶体结构的报道。

1963年，Rudall根据X射线衍射光谱得到的结果，提出了甲壳素存在着α—、β—、γ—三种晶型。

这三种晶型是分子内和分子间不同的氢键而形成的。

甲壳素存在三种晶型决定了它有不同的物理化学性质，甚至有很大差别。

在植物体中，甲壳素与纤维素密切相关；在动物体中，它与胶原密切相关。

α—甲壳素通常与矿物质沉积在一起，形成坚硬的外壳，节肢动物如虾、蟹的外壳含有30%以上的碳酸钙，所以这些壳中主要是α—甲壳素；而β—甲壳素和γ—甲壳素与胶原相联结，表现出一定的硬度、柔韧性和流动性，还具有与支承体不同的许多生理功能，如电解质的控制和聚阴离子物质的运送等。

2 甲壳素纤维的发展概况早在20世纪60年代末，富士纺公司的研究人员就对甲壳素进行了研究。

这些天然材料来源广泛且安全无毒性，特别适合制作绷带类的产品，能加速伤口的愈合，并且通过动物试验证明：这种新型的材料对由细菌引起的感染具有比普通抗菌素相同或更好的疗效。

20世纪90年代初期，日本最先利用甲壳素纤维的特性，制成与棉混纺的抗菌防臭类内衣和裤袜，深受广大消费者的青睐。

其后，日本织物加工公司与旭化成纺织品公司合作，开发了既能吸汗又能防水透湿的材料，这种材料以具有无数细孔的聚氨酯布作中间层，并通过对接触皮肤的一侧加涂甲壳素涂层，外表粘合一层锦纶织物基布制作而成。

由于甲壳素具有很强的吸湿性，汗液被它吸收并通过中间多空层向外层扩散、蒸发。

用这种材料制作的运动衣不仅具有良好抗菌性而且穿着舒适、无闷热及发粘感。

日本富士纺织公司开发了一种适合婴儿服面料的高湿模量粘胶纤维（商品名“キトソィ”）。

这种纤维在制造过程中加入了具有保湿抗菌成分的甲壳素，可抑制微生物的繁殖，对皮肤过敏者有预防效果。

用这种材料制成的服装或床上用品，对人体无刺激，对皮肤的亲和性较好，临床经验也证实它对预防过敏性皮炎有效。

与国外相比，我国开发研制甲壳素纺织品的工作起步较晚。

中国是1952年开展甲壳素试验的，先是上海，后来是青岛等沿海城市，1954年发表第一篇实验报告。

20世纪90年代是我国甲壳素、壳聚糖研究和开发的全盛时期，到90年代中期，全国有上百家大专院校和科研单位投入到甲壳素的研究和开发中来。

1991年东华大学（原中国纺织大学）研制成功甲壳素医用缝合线，接着又研制成功甲壳胺医用敷料（人造皮肤）并已申请专利。

1999年至2000年，东华大学研制开发了甲壳素系列混纺纱线和织物并制成各种保健内衣、裤袜和婴儿用品。

2000年在山东潍坊，世界第一家量产纯甲壳素纤维的韩国独资企业投入生产，月产3吨（见图：盈甲壳100纯甲壳素纤维）。

除上海之外，北京、江苏、浙江等省市的有关厂家也开发了甲壳素保健内衣或床上用品，并已推向市场。

3甲壳素纤维的主要特性甲壳素和它的衍生物壳聚糖，具有一定的流延性及成丝性，都是很好的成纤材料，选择适当的纺丝条件，通过常规的湿纺工艺可制的具有较高强度和伸长率的甲壳素纤维。

在壳聚糖大分子结构中由于含有大量的氨基，其溶解性能和生物活性高。

甲壳素纤维具有以下特性。

（1）优异的生物医学功能甲壳素的大分子结构与人体内的氨基葡萄糖的构成相同，而且具有类似于人体骨胶原组织结构，这种双重结构赋予了它们极好的生物医学特性：即它对人体无毒无刺激，可被人体内的溶菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，它具有抗菌、消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能。

因此，甲壳素和壳聚糖是理想的医用高分子材料，广泛用于制造特殊的医用产品。

国外，尤其是日本和美国已用它来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及各种医用敷料等。

（2）可生物降解由于制造甲壳素纤维的原料一般采用虾、蟹类水产品的废弃物，一方面这可减少这类废弃物对环境的污染，另一方面甲壳素纤维的废弃物又可生物降解，不会污染周边环境，所以甲壳素纤维又被称为绿色纤维。

（3）优良的吸湿保温功能由于甲壳素纤维在其大分子链上存在大量的羟基（—OH）和氨基（—NH2）等亲水性基团，故纤维有很好的亲水性和很高的吸湿性。

甲壳素纤维的平衡回潮率一般在12%~16%之间，在不同的成形条件下，其保水值均在130%左右。

（4）较好的可纺性目前国内生产的甲壳素、壳聚糖纤维具有较好的可纺性。

但与棉纤维相比，甲壳素纤维线密度偏大，强度偏低，在一定程度上影响了甲壳素纤维的成纱强度。

在一般条件下用甲壳素纤维进行纯纺还有一定困难，通常采用甲壳素纤维与棉纤维或其他纤维混纺来改善其可纺性。

随着甲壳素原料及纺丝工艺的不断改进，纤维线密度和强度将会进一步提高，用它可开发出各种甲壳素纯纺或混纺产品。

此外，甲壳素纤维由于吸湿性良好，具有优良的染色性能，可采用直接、活性、还原、碱性及硫化等多种染料进行染色，且色泽鲜艳。

甲壳素与壳聚糖纤维可纺成长丝或短纤维两大类。