甲殼質
—— 低碳環保涂料印花粘合劑

文 | 劉永慶

甲殼質
—— 低碳環保涂料印花粘合劑

文 | 劉永慶

一、概 述

甲殼質最早在1811年由法國科學家Braconnot從霉菌中發現，1859年Rouget把甲殼質與濃KOH共煮，發現了甲殼胺。在以后大約100多年里對它的研究工作時斷時續，直到20世紀50年代，才對甲殼質的化學結構、性質和制造方法有了透徹的了解。

甲殼質是一種天然有機高分子多糖，甲殼質資源豐富，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，也是目前發現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。

它的研究和應用在全球掀起了熱潮并引起了各國注意，對人類社會的發展與進步有著巨大的作用，并將發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這種特殊物質的認識和重視，探討發展甲殼質事業的最佳途徑。

從60年代起，對甲殼質及其衍生物的研究開發變得十分活躍，尤其是近二十幾年研究工作更深入廣泛，已大規模地生產甲殼質和甲殼胺。應用的領域涉及農業、紡織、印染、造紙、醫藥、食品、化妝、水處理等，前景十分廣闊。

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

二、甲殼質的性質

1．一般性質

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

甲殼質皮膜脆性強、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粘合劑印花法就是丁苯橡膠乳液和甲殼質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、殼聚糖、可溶性甲殼質。國外商品名Flonac N，它是甲殼質脫去N-乙酰基的衍生物，甲殼質經濃氫氧化鈉加熱處理，脫去乙酰基得甲殼胺。商品呈白色或米黃色結晶性粉末或片狀固體，甲殼質與甲殼胺在結構上的實際區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%以上的甲殼質即為甲殼胺。甲殼胺的質量常以脫乙酰度、溶解度、溶液黏度、色澤、灰分來衡量。

國外根據溶液的黏度分為低、中、高3種規格：

① 高黏度＞1000mpa.s；

② 中黏度100～200mpa.s；

③ 低黏度25～50mpa.s。

質量好的甲殼胺在密閉、室溫、干燥的條件下是穩定的，但質量差的產品，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

甲殼質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

甲殼質及其衍生物可以很容易地制成膜或拉成絲，把它們溶解在溶劑中進行涂布、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．甲殼質的溶解性

甲殼質的溶解性較差，限制了它的應用。但甲殼質、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，從而賦予更多的特殊功效。

5．毒性

甲殼質、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，也未發現有誘變性、皮膚刺激性、眼黏膜刺激性、皮膚過敏、光毒性、光敏性。

三、甲殼質在涂料印花中的應用

甲殼質、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-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，經烘干、汽蒸固化時，由于醋酸揮發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、網印時不易粘刀口、不堵網，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用，應加大這方面的研究，很有可能開發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。如當它與硝酸胍結合，使胍基與涂料的正離子結合，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、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。這些性質和性能的結合使它成為紡織工程和醫療中優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 化學工業出版社 2010年7月

②《天然產物在綠色紡織品生產中的應用》李群 趙昔慧 著 化學工業出版社 2008年3月