新型纤维材料蜘蛛丝与甲壳素.pptVIP

第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日1.甲壳素和壳聚糖的化学结构甲壳素又名甲壳质、几丁质、聚乙酰氨基葡萄糖等，是一种丰富的自然资源，每年生物合成近10亿吨之多，是继纤维素之后地球上最丰富的天然有机物。壳聚糖是甲壳素最重要的衍生物，是甲壳素脱乙酰度达到70％以上的产物。第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日甲壳素和壳聚糖的化学结构第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日甲壳质、壳聚糖与纤维素有相似的结构，可以看作是纤维素大分子中碳2位上的羟基(-OH)被乙酸胺基(-NHCOCH)或氨基(-NH2)取代后的产物。由于甲壳质的分子间存在—OH……O—型及—NH……O—型的强氢键作用，使大分子间存在着有序结构。甲壳质在自然界中是以多晶形态出现的。脱乙酰化后的壳聚糖大分子中大量氨基的存在，才使壳聚糖的溶解性能大为改善，化学性质也较活泼。第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日2.甲壳素和壳聚糖纤维的制备

2.1甲壳素和壳聚糖的制备虾、蟹壳中甲壳质的含量一般为15%-25%，从虾蟹壳制备甲壳质主要由两部分工艺组成。第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日虾、蟹壳主要由三种物质组成，即以碳酸钙为主的无机盐、蛋白质和甲壳质。第一步用稀盐酸脱除碳酸钙；第二步用热稀碱脱除蛋白质，再经脱色处理便可得甲壳质。甲壳质再用浓碱处理脱去乙酰基基后，即得壳聚糖。第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日（1）把原料虾、蟹壳用水洗净后用1mol/LHCl在室温下浸渍24h，使甲壳中所含的碳酸钙转化为氯化钙溶解除去；（2）经脱钙的甲壳水洗后在3%-4%NaOH中煮沸4-6h，除去蛋白质，得粗品甲壳质。（3）把粗品甲壳质在0.5%高锰酸钾中搅拌浸渍1h，水洗后在1%草酸中于600C-70℃搅拌30-40min脱色，再经充分水洗、干燥后即得白色纯甲壳质成品。（4）上法制得的粗品甲壳质用50%NaOH于140℃加热1h得白色沉淀，水洗干燥后即为壳聚糖成品。第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日2.2甲壳素和壳聚糖纤维的成形普遍采用的纺制甲壳质或壳聚糖纤维的方法是湿法纺丝法。把甲壳质或壳聚糖先溶解在合适的溶剂中配制成一定浓度的纺丝原液，经过滤脱泡后，用压力把原液从喷丝头的小孔中呈细流状喷入凝固浴槽中，在凝固浴中凝固成固态纤维，再经拉伸、洗涤、干燥等后处理就得到甲壳质或壳聚糖纤维。甲壳素的溶剂为含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液，甲壳素浓度为3%，凝固浴用异丙醇。壳聚糖的溶剂为5%的醋酸和1%的尿素组成的混合溶液，壳聚糖浓度3.5%，凝固浴为氢氧化钠和乙醇的混合液。第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日甲壳素纤维的纺丝工艺第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日3.甲壳素和壳聚糖纤维的结构

3.1形态结构第10页，共33页，星期日，2025年，2月5日甲壳素和壳聚糖纤维原液细流一经喷出便进入凝固浴形成固体，纤维内部含有大量的溶剂，溶剂扩散后会形成孔洞，同时体积收缩，表面形成凹槽。纤维内部出现原纤结构，不过有大量空洞或毛细孔，同时没有很明显的皮、芯层结构。第11页，共33页，星期日，2025年，2月5日3.2聚集态结构甲壳质和壳聚糖的结构与纤维素很相似；增加了胺基，破坏了大分子的结构规整性，不易结晶、更亲水，因此甲壳质和壳聚糖纤维的湿强／干强比更低于纤维素纤维，低达25％左右；壳聚糖纤维的结晶度和晶粒尺寸比甲壳质纤维低。第12页，共33页，星期日，2025年，2月5日4.甲壳素和壳聚糖纤维的性能

4.1甲壳素与壳聚糖力学性能和吸湿性能第13页，共33页，星期日，2025年，2月5日经测定甲壳素和壳聚糖纤维的平衡回潮率为15-17%，这与甲壳素和壳聚糖的大分子链上含有大量的亲水基团-OH和-NHCO-等有关。第14页，共33页，星期日，2025年，2月5日4.2化学吸附性壳聚糖是一种性能优良的螯合剂，其羟基和亚胺基具有配位螯合作用，可通过螯合、离子交换作用吸附许多重金属离子、蛋白质、氨基酸、染料，对一些阴离子和农药也有吸附第15页，共33页，星期日，2025年，2月5日4.3多功能反应性甲壳素含有羟基、乙酰氧基和氨基多种官能基团，极具反应活性，可以进行交联、接枝、酰化、磺化、羧甲基化、烷基化、硝化卤化、氧化、还原、络合等多种反应。其分子中的活性侧基为氨基，可酸化成盐。羧基官能团取代合成侧链铵盐、混合醚、聚氧乙烯醚等等，制备具有水溶性、醇溶性、有机溶剂溶解性、表面活性以及纤维性等各种衍生物。第16页，共33页，星期日，2025年，2月5日4.4生物降解性实验结