甲殼質(zhì)
—— 低碳環(huán)保涂料印花粘合劑

文 | 劉永慶

甲殼質(zhì)
—— 低碳環(huán)保涂料印花粘合劑

文 | 劉永慶

一、概 述

甲殼質(zhì)最早在1811年由法國科學家Braconnot從霉菌中發(fā)現(xiàn)，1859年Rouget把甲殼質(zhì)與濃KOH共煮，發(fā)現(xiàn)了甲殼胺。在以后大約100多年里對它的研究工作時斷時續(xù)，直到20世紀50年代，才對甲殼質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和制造方法有了透徹的了解。

甲殼質(zhì)是一種天然有機高分子多糖，甲殼質(zhì)資源豐富，廣泛分布于自然界甲殼綱動物蝦、蟹、昆蟲的甲殼中。甲殼質(zhì)是地球上僅次于植物纖維的第二大天然生物資源，是近年來在國際上頗為引起轟動的一種特殊物質(zhì)，也是目前發(fā)現(xiàn)的自然界中唯一帶正電荷的可食性動物纖維——含有氨基多糖的高分子化合物。

它的研究和應(yīng)用在全球掀起了熱潮并引起了各國注意，對人類社會的發(fā)展與進步有著巨大的作用，并將發(fā)生一系列革命性的變革，給面臨全球資源枯竭危機的人類帶來新的生機。中國和世界各國都在呼吁要進一步提高對甲殼質(zhì)這種特殊物質(zhì)的認識和重視，探討發(fā)展甲殼質(zhì)事業(yè)的最佳途徑。

從60年代起，對甲殼質(zhì)及其衍生物的研究開發(fā)變得十分活躍，尤其是近二十幾年研究工作更深入廣泛，已大規(guī)模地生產(chǎn)甲殼質(zhì)和甲殼胺。應(yīng)用的領(lǐng)域涉及農(nóng)業(yè)、紡織、印染、造紙、醫(yī)藥、食品、化妝、水處理等，前景十分廣闊。

我國是從20世紀50年代開始對甲殼質(zhì)的制備和應(yīng)用進行研究。1958年首先將可溶性甲殼質(zhì)代替涂料印花成膜劑的阿克拉明粘合劑應(yīng)用于印染印花工業(yè)，開始工業(yè)生產(chǎn)甲殼質(zhì)，雖然起步較早，但以后又落后于國際水平。近十幾年，在這一領(lǐng)域的研究開發(fā)又趨于活躍，我國是甲殼質(zhì)資源大國，海蝦等海產(chǎn)品資源豐富，產(chǎn)量潛力巨大，國家“八五”攻關(guān)、“星火”計劃均列入了有關(guān)研究項目。

二、甲殼質(zhì)的性質(zhì)

1．一般性質(zhì)

甲殼質(zhì)又名甲殼素、殼多糖、幾丁質(zhì)，甲殼質(zhì)為白色無定形成片狀固體，甲殼質(zhì)的溶解性能較差，甲殼質(zhì)中含有游離氨基，能與醋酸生成醋酸鹽而溶解，當醋酸揮發(fā)或中和時便結(jié)膜。

甲殼質(zhì)皮膜脆性強、彈性差，不能作粘合劑單獨使用。常與其它乳液拼混。如丁苯乳液與甲殼質(zhì)粘合劑印花法就是丁苯橡膠乳液和甲殼質(zhì)醋酸溶液的白火油乳化液，品種有粘合劑BH、707、705、BF等。實際應(yīng)用較多的是其衍生物，最重要的是甲殼胺。

甲殼胺又名脫乙酰甲殼質(zhì)、殼聚糖、可溶性甲殼質(zhì)。國外商品名Flonac N，它是甲殼質(zhì)脫去N-乙?；难苌?，甲殼質(zhì)經(jīng)濃氫氧化鈉加熱處理，脫去乙?；眉讱ぐ?。商品呈白色或米黃色結(jié)晶性粉末或片狀固體，甲殼質(zhì)與甲殼胺在結(jié)構(gòu)上的實際區(qū)別在于脫乙酰的程度。甲殼胺分子中仍有部分N-乙酰基存在。脫乙酰度在70%以上的甲殼質(zhì)即為甲殼胺。甲殼胺的質(zhì)量常以脫乙酰度、溶解度、溶液黏度、色澤、灰分來衡量。

國外根據(jù)溶液的黏度分為低、中、高3種規(guī)格：

① 高黏度＞1000mpa.s；

② 中黏度100～200mpa.s；

③ 低黏度25～50mpa.s。

質(zhì)量好的甲殼胺在密閉、室溫、干燥的條件下是穩(wěn)定的，但質(zhì)量差的產(chǎn)品，在一般貯存條件下分解，在特別潮濕、高溫或暴露在光線下分解更快。

2．溶解和溶液性質(zhì)

甲殼質(zhì)分子間有強烈的氫鍵作用，所以幾乎不溶于常用的有機溶劑、水、稀酸、稀或濃堿，只溶于濃鹽酸、硫酸、78～97%磷酸、無水甲酸等。在這些酸中會發(fā)生降解。它還可以溶于一些特殊的或多元溶液中，如三氯乙酸-二氯乙烷等。甲殼胺可溶解在許多稀酸中，如水楊酸、酒石酸、乳酸、乙二酸、甲酸、乙酸等有機配和弱酸的稀溶液，也能溶于一些無機酸如鹽酸、硝酸、高氯酸、磷酸中。

3．成膜、成絲及滲透性

甲殼質(zhì)及其衍生物可以很容易地制成膜或拉成絲，把它們?nèi)芙庠谌軇┲羞M行涂布、噴絲很容易加工成需要的形式。這種膜或絲具有透氣性、透濕性、滲透性、有一定的拉伸強度和防靜電作用。

4．甲殼質(zhì)的溶解性

甲殼質(zhì)的溶解性較差，限制了它的應(yīng)用。但甲殼質(zhì)、甲殼胺分子中的羥基容易進行化學改性，引起多功能基團，這樣不但改善其溶解性能，而且可以改變物化性質(zhì)，從而賦予更多的特殊功效。

5．毒性

甲殼質(zhì)、甲殼胺的毒性極低。長時期口服毒性試驗均顯示非常小的毒性，也未發(fā)現(xiàn)有誘變性、皮膚刺激性、眼黏膜刺激性、皮膚過敏、光毒性、光敏性。

三、甲殼質(zhì)在涂料印花中的應(yīng)用

甲殼質(zhì)、甲殼胺可溶解于醋酸中，使分子中的-NH2基團生成-NH3COOCH3而溶解于水中，其水溶液可離解成高分子的陽荷性甲殼質(zhì)-NH3和COOCH3的黏稠狀膠體溶液。甲殼胺醋酸溶液作為涂料印花糊印在紡織品上，經(jīng)烘干、汽蒸固化時，由于醋酸揮發(fā)后形成不溶性的膜層，它具有良好的披覆性。這種黏合劑黏著力高，印花后紡織品具有較好的摩擦牢度和手感柔軟特點。機印、網(wǎng)印時不易粘刀口、不堵網(wǎng)，具有良好的彈性和拒水性。

目前，甲殼胺作為印花糊料很少有實際應(yīng)用，應(yīng)加大這方面的研究，很有可能開發(fā)出新型的天然印花糊料。在印刷油墨和油漆中加入20～25%的甲殼胺后，可以增加覆涂面積、降低油墨（油漆）的消耗量，而且不會影響油墨（漆）的原有光澤、耐腐蝕性和耐劃痕性。

甲殼質(zhì)對紡織品、皮革、紙張、玻璃、纖維等承印材料均有良好的親和性，它不但具有牢固的吸著力，而且還有防皺、防縮和耐磨性能，可作為涂料和染料印花（它與酸性染料、直接染料有很好的相容性）的媒染劑。如當它與硝酸胍結(jié)合，使胍基與涂料的正離子結(jié)合，可提高印花的給色量及搓洗牢度（4～5級）。當用0.5%甲殼胺處理纖維后再染色，可以增加纖維的染色牢度。

甲殼質(zhì)、甲殼胺作為黏合劑與其他黏合劑相比還具有如下一些功能。能夠提供抗細菌和真菌的防護作用、生物降解性、生物相容性，提高穿著舒服性及增加水吸著作用。這些性質(zhì)和性能的結(jié)合使它成為紡織工程和醫(yī)療中優(yōu)良的非織造布的多功能黏合劑。

參考資料：

①《水溶性高分子》（第二版）嚴瑞喧 主編 化學工業(yè)出版社 2010年7月

②《天然產(chǎn)物在綠色紡織品生產(chǎn)中的應(yīng)用》李群 趙昔慧 著 化學工業(yè)出版社 2008年3月