天然高分子材料改性课程论文-甲壳素纤维介绍及其应用.doc

题目： 学院 专业班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期： 目 录中文摘要3英文摘要30 引言（4）1. 甲壳素概述（4）1.1 基本化学组成（4）1.2甲壳素的存在状况（5）2 甲壳素的性能（6）2.1抗菌及吸湿性（7）2.2生物医学功能（7）2.3可生物降解（8）2.4较好的可纺性（8）3 甲壳素纤维的应用方向（8）3.1在运动服装方面（9）3.2在纺织印染业方面（9）3.3在食品工业方面（9）3.4在化工及轻工业方面（10）3.5在医药卫生方面（10）4 甲壳素的发展前景（10）5 结论（11）参考文献（11）天然高分子材料改性课程论文甲壳素纤维介绍及其应用【摘要】本文简要介绍了甲壳素纤维的特性，由虾皮、蟹壳等为原料加工制成的一种新型绿色纤维.随着石油资源的日益减少,传统的合成高分子的发展受到制约。同时,合成高分子难生物降解,造成环境污染。天然高分子是可再生资源。而且,这些材料属于环境友好材料，其具有生物相容性、抗菌性、吸附功能和生物可降解性等。【关键词】天然高分子 甲壳素纤维 性能 应用方向The introduction and application of Chitin Fiber【Abstract】This paper mainly for the brief introduction of Chitin Fiber,a new kind of green fiber made by shrimps and crab shell.With the dwindling of oil resources,the development of the traditional way to synthetic polymer were being restricted.At the same time,polymers are difficult to biological degradation and cause environmental pollution.The natural polymer are renewable resources and it belonging to the environment friendly material.which have biological compatibility,antibacterial property,absorption function and biodegradable etc.【Keywords】Natural polymer Chitin Fiber Property Application direction0 引言众所周知,世界石油资源日益减少,原油价格不断上涨,使传统的合成高分子工业的发展受到制约。同时,合成高分子材料很难生物降解,造成的环境污染日益严重。可再生天然高分子来自自然界中动、植物以及微生物资源,它们是取之不尽、用之不竭的可再生资源。而且,这些材料废弃后容易被自然界微生物分解成水、二氧化碳和无机小分子,属于环境友好材料。尤其,天然高分子具有多种功能基团,可以通过化学、物理方法改性成为新材料,也可以通过新兴的纳米技术制备出各种功能材料,因此它们很可能在将替代合成塑料成为主要化工产品。由此,世界各国都在逐渐增加人力和财力的投入对天然高分子材料进行研究与开发。本文主要综述甲壳素这种主要天然高分子材料的研究进展,并探讨它的应用前景。1 甲壳素概述1.1基本化学组成 甲壳素的化学名称为(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖, 是由2-乙酰胺基-2-脱氧葡萄糖通过-(1-4) 苷键连接而成的线性含氮多糖高聚物, 它的主链结构与纤维素类似。 甲壳素纤维是以天然高聚物蟹壳、虾皮等为原料加工制成的一种新型绿色纤维素纤维。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 甲壳素的存在状况 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-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。 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。 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； 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%； 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%； 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； 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； 海藻，主要是绿藻； 真菌，包括子囊菌、担子菌、藻菌等，含甲壳素从微量到45%不等，只有少数真菌不含甲壳素； 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。 2 甲壳素的性能 甲壳素和壳聚糖具有生物相容性、抗菌性及多种生物活性、吸附功能和生物可降解性等,它们可用于制备食物包装材料、医用敷料、水处理离子交换树脂、药物缓释载体、抗菌纤维等。由于甲壳素分子结构中存在大量氨基, 这使得甲壳素纤维具有化学活性并表现出一定的正电性.使其在医疗营养和保健等方面具有广泛的应用价值。2.1抗菌及吸湿性甲壳素纤维在其大分子链上存在大量羟基和氨基等亲水性集团, 故纤维具有有良好的亲水性、吸湿性和表面触感良好的性能。另外, 在一定的温湿度条件下, 纺织品是微生物附着、繁殖和传播的良好介质,尤其是羊毛制品和蚕丝制品, 他们属于蛋白质纤维, 其脱落物与人体汗液混合, 为细菌霉菌生长繁殖提供了丰富的养料, 使制品极易产生虫蛀或霉变, 严重影响制品的使用价值, 甚至还会传播疾病。而甲壳素纤维是自然界中带正电荷的阳离子纤维, 具有其它纤维所不具备的特性, 可利用其静电吸附起到抗菌杀菌功能，该成果已通过医学检定。日本早在1990年就利用甲壳素纤维的优良性能, 研制成高性能的甲壳素涂布加工产品, 使成品织物具有抗菌、防臭、透湿、防水与防止结露等特性, 并得到广泛应用。2.2生物医学功能 甲壳素大分子结构与人体的氨基酸、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, 即它们对人体无毒、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, 并具有消炎、止血、镇痛，促进伤口愈合等功能。这些特性都为甲壳素及其衍生物纤维在医药卫生领域获得广泛应用莫定了基础。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。 2.3可生物降解由于甲壳素纤维是从海洋生物的壳体中经过高科技提取的一种动物纤维，其成分是氨基多糖，无毒、无味、无刺激性、无副作用，化学性质和生物性质与人体组织接近，其制品与人体不存在排斥问题。一方面甲壳素是地球上存量极为丰富的一种自然资源, 其使用可减少虾蟹类产品的废弃物对环境的污染, 另一方面甲壳素纤维的废弃物可生物降解, 不会造成周边环境的污染。完全符合现代人类对纺织品绿色、安全、环保的要求。所以该类纤维又可称为“绿色纤维”。2.4较好的可纺性 目前国内生产的甲壳素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。 3 甲壳素纤维的应用方向 甲壳素和壳聚糖具有生物相容性、抗菌性及多种生物活性和生物可降解性等,它们可用于制备食物包装材料、医用敷料、造纸添加剂、药物缓释载体、抗菌纤维等。3.1在运动服装方面甲壳素己经被人们用作开发运动衣的素材, 由于人体激烈运动时常大量出汗, 要求运动衣的材质要有较强的吸汗性以前开发的各种防水、透湿材料因不能够迅速吸汗, 而令运动员穿着感到闷热、不舒适。由于甲壳素具有很强的吸湿性, 它将吸收的汗液通过中间的多孔层逐渐向外层扩散蒸发, 比以前开发的防水、透湿材料效果提高一倍左右, 再加上甲壳素织物具有良好的舒适性和抗菌性, 其制成的运动衣穿着舒适、无闷热感及发粘感。3.2在纺织印染业方面 甲壳素纤维用于制作抗菌防臭纤维、服用纺织品、床上用品、装饰用品、印染固色剂、粘合剂、涂料印花成膜剂、上浆剂、抗静电剂等, 它在非织造布中的应用较为突出, 它被用于人造皮肤、创面保护覆盖材料、美容面膜、食品盖布和包装材料。甲壳素可作为粘合剂用于印花工艺中, 该类粘合剂成膜后, 具有高度的粘合力, 使其连同涂料很牢固地粘着在织物的纤维上, 使织物具有较好的搓洗牢度及手感柔软性。另外由于印染废水中含有多种重金属离子, 而甲壳素纤维含有大量的氨基和经基, 可以与废水中的许多金属离子形成络合物, 其中应用甲壳素从废水中回收铜离子已实现工业化。3.3在食品工业方面甲壳素可用作食品增稠剂、防腐剂、减肥食品添加剂、肠道有益菌生长活性剂、机体免疫增强食品和水果保鲜剂及果汁、啤酒、饮料的澄清剂等。3.4在化工及轻工业方面在化工及轻工业方面, 甲壳素可用作摄影胶片的增感剂、纸张施胶剂、涂料添加剂、头发调理剂、保温剂、固发剂、洗发香波、香皂、护肤剂、口腔卫生制剂、凝聚剂、重金属离子吸收剂、接触镜片等。3.5在医药卫生方面甲壳素纤维经过毒性、诱变性、致热性、溶血性等一系列试验, 证明对人体无毒、无刺激性,是一种非常安全的机体用材料。另外, 甲壳素纤维对余黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大肠埃希氏菌、白色念珠菌等均有抑制作用, 特别是对革兰氏阳性细菌效果显著。因此以甲壳紊为原料制备的纤维具有生物活性、生物降解性、生物相容性、无毒、免疫抗原性小等特殊性能, 而被广泛用于制造特殊医用产品。现已用来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜、药物缓释剂等。除此之外，甲壳素在降脂和防治动脉硬化、抗病毒、抗肿瘤、抗凝血等方面也有不俗的表现。4 甲壳素的发展前景近三十年来，甲壳素在临床医学、医药生物材料方面显示出了多方面的作用，甚至取得了许多意想不到的效果。甲壳素具有资源丰富、价格便宜、安全无毒、生物相容性等优点, 应用领域十分广阔,因而在生物医疗工程上具有极大的发展潜力。由甲壳素纤维制的可收手术缝合线、人工皮肤和医用敷料等产品将朝着性能提高、种类增多、价格低廉、使用方便、美观无痛的方法改进, 它们必将在医疗领域发展更大的作用。5 结论 综上所述, 甲壳素是一类功能多样用途广泛的氨基葡萄糖聚合物,甲壳素及其衍生物纺制的纤维及其纺织品具有优良的生物医学功能。它是一种新型纤维素纤维, 它具有独特的性能, 用其加工的高档仿丝绸产品具有抗菌抑菌和防臭等功效, 生物降解性好, 吸湿和透气性好。随着对甲壳素纤维研究地不断深入, 其应用领域将进一步扩大。我们有理由相信甲壳素纤维的产品将造福于人类！参考文献【1】张俐娜. 天然高分子改性材料及应用. 北京: 化学工业出版社, 2006.【2】张俐娜. 天然高分子科学与材料. 北京: 科学出版社, 2007.【3】张瑞文,李嵘, 张英礼.甲壳素纤维制备工艺研究进展, 化纤与纺织技术, 2007, 3【4】梁列峰,翁杰,甲壳素壳聚糖成纤性研究纺织科技进展 2004-5【5】唐海山.甲壳素纤维服装领域的新材料国际纺织导报 2004-3【6】汪多仁.甲壳素的开发与应用进展J.陕西纺织,2002 ,54(2):4045【7】吴清基.甲壳质与壳聚糖纤维J. 高科技纤维与应用,1998,23(2):312【8】刘世英,吴清基,等医用甲壳质与壳聚糖纤维的开发现状及前景J. 产业用纺织品,1994,12(3):612【9】王爱勤,贾宝全,等水溶性甲壳质、甲壳胺及其衍生物的制备与应用J. 中国海洋物,1996,59(3):31【10】刘流,刘晓岚,等. 甲壳素、壳聚糖在医药领域的应用J. 辽宁化工,2001(12) :537【11】季益萍.甲壳素