蝦殼和蟹殼是水產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)的固體廢棄物。隨著我國海產(chǎn)及人工養(yǎng)殖蝦、蟹業(yè)的發(fā)展，這些廢棄物數(shù)量越來越大，并造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。
另一方面，它們又是一類寶貴的生物資源。從1811年法國人發(fā)現(xiàn)甲殼素以來，從這類廢棄物中提取的甲殼素、其脫乙酰產(chǎn)物殼聚糖以及各種改性殼聚糖等已廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)的保鮮劑、沉降劑，紡織印染工業(yè)的染料增深劑、水處理絮凝劑，冶金工業(yè)的貴金屬離子回收助劑，日化工業(yè)的添加劑以及應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、造紙和化學(xué)工業(yè)等。
1 甲殼素
甲殼素是地球上含量僅次于纖維素的天然高分子化合物，它廣泛存在于類細(xì)胞壁、昆 蟲和甲殼類動(dòng)物的硬殼中。估計(jì)自然界每年生物合成的甲殼素將近 100億噸。另外，甲殼素還是地球上數(shù)量最大的含氮有機(jī)化合物。
甲殼素與纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似分子鏈為線形直鏈。不同點(diǎn)在于甲殼素 c2 上有一個(gè)乙酰胺基( ch3conh-)。甲殼素脫去乙酰基便得到殼聚糖，三者結(jié)構(gòu)比較如下。
甲殼素為白色或灰白色無定型、半透明固體，不溶于水、稀酸、稀堿及一般的有機(jī)溶劑，可溶于濃無機(jī)酸，但同時(shí)主鏈會(huì)發(fā)生降解生成 α- 氨基葡萄糖。甲殼素中并非所有結(jié)構(gòu)單元都帶 n——乙�；�。元素分析表明，天然甲殼素分子約有 12.5的氨基沒有 n—乙�；�，甲殼素的難溶性使其應(yīng)用大受限制，因而近些年的研究開發(fā)主要集中在殼聚糖及其改性上。
殼聚糖
甲殼素一般在 100-180攝氏度，40％——60％ 的氫氧化鈉溶液中非均相脫去乙�；戕D(zhuǎn)化成殼聚糖。工業(yè)上把脫乙酰度大于７0％，含氮量為7.0％～8.7%的殼聚糖視為合格產(chǎn)品。它為白色無定型、透明的、略有珍珠光澤的固體，不溶于水和堿溶液，其化學(xué)結(jié)構(gòu)見上面的結(jié)構(gòu)式。殼聚糖是目前自然界中唯一發(fā)現(xiàn)的堿性糖類天然高分子。其最重要的性質(zhì)便是可溶于大多數(shù)稀酸并生成鹽。但它在稀酸中也會(huì)發(fā)生水解，使其粘度降低。殼聚糖有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纖性、吸濕性和保濕性。
2 殼聚糖改性
為了改善殼聚糖的多種性能，可利用化學(xué)或物理改性的方法來改變其結(jié)構(gòu)，以滿足某些特殊需要，目前國內(nèi)外在此領(lǐng)域做了大量的研究，并發(fā)表了相當(dāng)數(shù)量的論文。殼聚糖改性現(xiàn)在主要集中在以下幾方面：羥乙基化、羧甲基化、氰乙基化、季銨鹽陽離子化、與乙烯類單體進(jìn)行接枝共聚、在醛和酸酐作用下進(jìn)行自身交聯(lián)以及重新進(jìn)行乙酰基化保護(hù)甲殼素等。
研究表明，甲殼素和殼聚糖可以做到任何纖維素做到的事情并能做得更好，且殼聚糖的酸溶性質(zhì)與造紙中的抄紙酸性介質(zhì)相似，是一種有待研究很有前景的新型造紙助劑。
從理論講，殼聚糖是一種直鏈型高分子聚合物，分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)羥基和氨基。這些基團(tuán)可充分與纖維素表面接觸，具備形成氫鍵能力，而且分子量大，有足夠的纖維間架橋能力，同時(shí)它在酸性條件下作為一種天然陽離子聚合物，具有許多正電荷中心和氫鍵中心，可以與纖維素的負(fù)電荷結(jié)合成離子鍵，因此殼聚糖是一種很好的增強(qiáng)劑，它既可增加紙頁的干強(qiáng)度，也可以作為紙頁的濕強(qiáng)劑。
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與漿料混合后，甲殼素和殼聚糖可以同時(shí)提高新聞紙和其它類型紙的干強(qiáng)度與濕強(qiáng)度。它們還可以提高紙盒、紙袋、尿片紙的濕強(qiáng)度并提高打漿效率。
由于殼聚糖顯著提高紙的強(qiáng)度，造紙公司就可以用一些質(zhì)量較差、價(jià)格便宜的纖維代替好的纖維，同時(shí)保證不降低成紙的質(zhì)量，從而降低成本。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼聚糖可以減少達(dá) $"%的打漿過程，在輕度打漿的硫酸鹽漿中加入 #%的殼聚糖便可以使?jié){料強(qiáng)度達(dá)到經(jīng)高度打漿的水平。殼聚糖由于相對分子量大而且有更大的正電荷密度，可以同時(shí)發(fā)揮凝聚和附聚作用，助留效果好。殼聚糖加強(qiáng)了纖維間的連接，減少了印刷過程中的“拉毛”現(xiàn)象，使紙頁有一平滑的表面并提高其適印性。
另外殼聚糖還可以通過特殊加工制得多孔性殼聚糖體。它具有較低的密度和較大的比表面積，可廣泛用做工業(yè)中的絕緣體、吸附劑、離子交換樹脂和載體等。
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