第三节 抗菌纤维的生产
合成纤维纺织品的抗菌防臭功能可以通过三种途径来实施，其一是开发本身具有抗菌性能的纤维，即天然抗菌纤维，如甲壳素或壳聚糖纤维；其二是制造抗菌纤维，即将抗菌剂混入纺丝母粒中，纺丝后纤维本身即含有抗菌剂，具有抗菌防臭功能，则纺织品必然具有功能性；其三是形成织物后进行抗菌整理，从而赋予纺织品抗菌防臭功能。抗菌纤维制成的纺织品的抗菌效果的耐久性要比织物后整理方式好，但其成本相对较高。
一、甲壳素与壳聚糖纤维的生产
甲壳素广泛存在于虾、蟹、昆虫的外壳以及真菌和一些藻类植物的细胞壁中，是自然界中仅次于纤维素的第二大天然高分子物质。
甲壳素又称甲壳质、壳质、几丁质，是一种带正电荷的天然多糖高聚物。它是由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过β（1，4-）糖苷连接起来的直链多糖，它的化学名称是（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，或简称聚乙酰氨基葡萄糖。壳聚糖是甲壳素大分子脱去乙酰基的产物，故又称脱乙酰甲壳素、可溶性甲壳素、甲壳胺。它的化学名称是（1，4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，或简称聚氨基葡萄糖。经计算壳聚糖的理论含氮量为8.7%，而目前壳聚糖成品的含氮量仅在7%左右，说明产品壳聚糖分子中尚有相当一部分乙酰基未脱除。壳聚糖的脱乙酰度一般可用甲壳素分子中脱除乙酰基的链节数占总链节数的百分数来表示。凡是脱乙酰度在70%以上时即称壳聚糖。正是由于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。
甲壳素、壳聚糖与纤维素有相似的结构，它们可以看作是纤维素大分子中2位碳上的羟基（―OH）被乙酰氨基（—NHCOCH3）或氨基（—NH2）取代后的产物。它们的化学结构见图3-1。
甲壳素和壳聚糖具有广谱的抗菌效果，对多种细菌、真菌均具有抑制作用。它们具有极好的生物特性，与人体有很好的相容性，可被人体内溶菌酶分解而被人体吸收。用其制成的纤维或薄膜，可用作外科可吸收的手术缝合线、人造皮肤、止血棉、医用非织造布、纱布等，具有消炎、镇痛、止血、抑菌、促进伤口愈合等作用。
目前较普遍采用的纺制甲壳素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纤维或壳聚糖纤维。其主要工艺流程如图3-2所示。
图3-1 纤维素、甲壳素和壳聚糖的化学结构式
甲壳素或壳聚糖纤维生产的工艺很多，其主要原理、操作过程相似，只是在溶剂、凝固剂的选择，溶解、纺丝及后处理工艺等方面有所不同。
其工艺路线一般分为两类：
（1）甲壳素（壳聚糖）→溶解→纺丝原液→过滤→脱泡→计量→纺丝→一浴→牵伸→二浴→定型→洗涤→干燥→纤维
（2）甲壳素（壳聚糖）→改性处理→纺丝原液→过滤→脱泡→计量→纺丝→凝固浴→牵伸→定型→洗涤→干燥→纤维
以上两种工艺路线，后者制得的纤维强力比前者高一倍，其他性能变化不大。
甲壳素或壳聚糖纤维的生产工艺举例如下：
取3份甲壳质粉，溶解在5℃的50份三氯乙酸和50份二氯甲烷的混合溶剂中配成甲壳质纺丝浆液，用577网孔数/cm（1480目）不锈钢网过滤，再抽真空脱泡。纺丝时第一凝固浴用14℃丙酮，喷丝头孔径为0.08mm，孔数为48孔，纺丝速度10m/min。为确保纺丝顺利进行，在喷丝头前的输浆管用循环热水加热，以保证甲壳素纺丝浆液的温度为20℃。凝固后的丝条通过输送带使纤维在无张力状态下引入第二凝固浴（15℃甲醇），处理时间为5min，然后以9m/min的速度卷绕，将绕好的纤维浸在0.3g/L KOH的水溶液中中和1h，用去离子水洗至中性，干燥后即得甲壳质纤维。
图3-2 甲壳素与壳聚糖纺丝工艺流程图
1—溶解釜 2—过滤器 3—中间桶 4—贮浆桶 5—计量泵 6—过滤器 7—喷丝头 8—凝固浴 9—受丝辊 10—拉伸浴 11—拉伸辊 12—洗涤浴 13—卷绕辊
将甲壳素在室温下溶解，溶剂是含有氯化锂的二甲基乙酰胺溶液，比例是LiC1∶DMAc=1∶20。甲壳素浓度为3%，过滤脱泡后即得呈透明黏稠的纺丝浆液。纺丝凝固浴用异丙醇，凝固后纤维用去离子水冲洗干净，干燥后得甲壳素纤维。
在搅拌下把壳聚糖溶解在由5%醋酸水溶液和1%尿素组成的混合液中，经过滤脱泡后得到浓度为35%，黏度为1.52Pa•s的纺丝浆液。用孔径0.4mm、180孔的喷丝头，将纺丝浆液挤出到室温的凝固浴中，凝固浴为不同浓度的氢氧化钠与乙醇的混合液，凝固的纤维用温水洗涤，按1.25倍的伸长率卷绕，在张力状态下80℃干燥0.5h即得壳聚糖纤维。
除了甲壳素与壳聚糖可以生产纤维外，它们的衍生物也可以生产不同用途的纤维。
甲壳质与壳聚糖纤维可纺制成长丝或短纤维。长丝主要通过去捻或编织成可吸收医用缝合线。切成一定长度的短纤维，经开松、梳理、纺纱、织布制成各种规格的医用纱布。将开松的甲壳质或壳聚糖短纤维梳理加工成网，再经叠网、上浆黏合、干燥或用针刺即成医用非织造布。这种纱布或非织造布由于多孔，有良好的透气性和吸水性，透气量为1500L/（m2•s），吸水性为15%，裁剪成各种规格，经包装消毒，就成为理想的医用敷料。另外，可把甲壳质与壳聚糖短纤维制成各种规格与用途的纤维纸和纤维毡等，用于水和空气的净化。甲壳素和壳聚糖纤维的质量指标见表3-3。
表3-3 甲壳素和壳聚糖纤维的质量指标
二、共混型抗菌纤维的生产
共混纺丝法是将抗菌剂和分散剂等添加剂与纤维母体树脂混合，通过熔融纺丝、干法纺丝或湿法纺丝来生产抗菌纤维。熔融法共混纺丝时，要求抗菌剂耐高温性能要好。采用熔融法生产的抗菌纤维包括涤纶、锦纶、丙纶等，它们的纺丝温度一般在250～320℃，因此要求抗菌剂在该纺丝温度下不分解。抗菌剂的粒径要足够小，对于成纤体系，一般要求抗菌剂的平均粒径小于1μm，甚至达到纳米级才能有良好的可纺性。
1.抗菌母粒制备 熔融纺丝法生产抗菌纤维，首先要制造抗菌剂含量较高的抗菌母粒。在纺丝时将普通切片加入一定比例的抗菌母粒，通过共混纺丝制成抗菌涤纶、锦纶、丙纶等。抗菌母粒制备工艺流程：
抗菌剂的精制→复配抗菌剂与载体树脂掺混、干燥→螺旋挤出机熔融共混挤出→造粒→抗菌母粒
抗菌母粒中抗菌剂的含量一般在5%～20%。
2.抗菌纤维的生产 抗菌纤维生产工艺流程为：
如抗菌涤纶的生产，是将一定比例的抗菌聚酯母粒加入聚酯切片中，在转鼓干燥机中充分混合、干燥，以达到均匀分散的目的。工艺条件及过程按聚酯切片的干燥工艺实施。纺丝时，纺丝机卷绕速度3200m/min，牵伸加捻变形机牵伸速度150～800m/min；纺丝温度282～288℃。如规格为150dtex/36f纤维的加工工艺为：加捻参数D/T为1.55～1.70；卷绕速度350～450m/min；热定型超喂量8.80%～9.50%，第二加热器温度125～135℃；拉伸比1.55～1.66。