甲壳素和壳聚糖纤维的力学性能取决于纤维的高分子结构,而高分子结构又受到纺丝成型过程中加工条件的影响。由于乙酰胺基团有很高的氢键形成能力,甲壳素是一种结晶度很高的高分子材料。甲壳素的结晶结构有α、β和γ三种,其中α甲壳素中的高分子链以一正一反的形式排列,β甲壳素中的高分子链排列在同一个方向,γ甲壳素中的高分子链以两个正方向和一个反方向的形式组成。甲壳素纤维的结晶度随着纤维中乙酰度的提高而提高,结晶度的增加可以使纤维强度增加。当纤维部分乙酰化时,纤维的高分子结构变得无规则,影响纤维的结晶度,使湿强度下降。
通过湿法纺丝制备的甲壳素和壳聚糖纤维具有与普通黏胶纤维相似的性能,拉伸断裂强度在17.64cN/tex(2gf/旦)左右。采用液晶纺丝、干湿法纺丝等特殊的加工方法可以获取很高强度的纤维。在干湿法纺丝过程中,成纤高分子溶液挤入一个空气间隔层后再进入凝固液,可以得到结构均匀、取向度较高的纤维。
乙酰度对甲壳素和壳聚糖类纤维的性能有较大影响。理论上,纯甲壳素纤维中氨基葡萄糖单体上的氨基全部被乙酰化,而纯壳聚糖纤维中的氨基葡萄糖单体处于脱乙酰状态。实际生产中,甲壳素纤维的氨基50%以上处于乙酰化状态,而壳聚糖纤维中50%以上的单体是氨基葡萄糖。East和Qin报道了用乙酸酐处理壳聚糖纤维使氨基乙酰化后把壳聚糖纤维转化成再生甲壳素纤维。处理过程中随着乙酰度的增加,纤维的湿强度开始有所下降,之后随着乙酰度的增加而有很大的增加。
作为亲水性很强的纤维材料,环境湿度对甲壳素和壳聚糖纤维的性能有很大影响。壳聚糖纤维受潮时的强度很低,完全潮湿状态下纤维的强度只是干燥条件下的20%。表8-3显示环境湿度对壳聚糖纤维性能的影响。表8-4显示甲壳素、壳聚糖和其他纺织纤维的基本性能。(www.xing528.com)
表8-3 环境湿度对壳聚糖纤维性能的影响
表8-4 甲壳素、壳聚糖和其他纺织纤维的基本性能
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