不同基團對海藻纖維親水性能的研究

朱順生 張立杰 李道浩 王魯靜 夏延致

（青島大學化學科學與工程學院，山東 青島 266071）

0 前言

纖維材料因為吸收表面大、容易加工和柔軟性好等特點，已經被廣泛的用于制作醫用敷料。天然原料制成的纖維在傷口表面具有良好的生物相容性和潛在的生物活性，且無毒，是研究最熱的、最有前途的醫用敷料纖維[1]。海藻酸鈉是從海洋植物中提取的生物大分子，由海藻酸鈉制成的海藻纖維具有高止血性、高透氧性、凝膠阻塞性、生物相容性等。[2]近年來，由海藻纖維制成的醫用敷料在治傷領域內取得了很大的成就，在西方醫療界，海藻酸醫用敷料已經屬于新型敷料之一。海藻酸醫用敷料通過給傷口提供一個潮濕的環境，這比其他的傳統紗布更能促進傷口的愈合。[3]

纖維材料的吸濕性，即親水、吸水性是最突出的性能，這將直接影響醫用敷料的吸濕性。由于海藻纖維中的G段可以與Ca2+形成穩固的“蛋殼結構”，會造成吸水倍數低，同時有部分羥基和羧基參與了螯合結構，將會影響海藻纖維本身的吸濕性。[4]到目前為止，還沒有針對海藻纖維吸濕性的研究，本文通過混合幾種親水性醫用材料，制得功能性海藻纖維，提高了海藻纖維吸濕性，能更好的把海藻纖維應用于醫用敷料方面。

1 實驗部分

1.1 原料

海藻酸鈉粉末（山東結晶集團股份有限公司），PVA（2488，廣州銀環化工有限公司），PVP（AR,國藥集團化學試劑有限公司），CMC（AR,國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 實驗儀器

濕法紡絲設備（自制）；TM-3000日立臺式掃描電鏡；DHG-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科技有限公司）。TG1650-WS離心機（上海盧湘儀），ME104E 天平（METTLER TOLEDO），WB2000-M 磁力攪拌器，SNB-1粘度計（上海方瑞儀器有限公司）。

1.3 實驗過程

親水性醫用材料具有親水基團，羥基，羧基，氨基是最常見的親水基團，實驗中選取了PVA,CMC和PVP作為親水性應用材料來制備混紡的海藻纖維，通過對比基團對海藻纖維的親水性影響，為海藻纖維的親水性研究提供依據。

1.3.1 制備混紡海藻纖維

按照 PVA 粉末質量分數 0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%，3%、4%、5%的比例取樣，與海藻酸鈉粉末混合均勻，分別用去離子水配制混合粉末質量分數4%的溶液500ml，在35℃恒溫水浴條件下攪拌3小時，靜置24小時脫泡，制成紡絲液。

用旋轉粘度計測量紡絲液的粘度變化，分析紡絲液的可紡性。

將紡絲液通過噴絲頭擠出到Ca2+濃度為5%的凝固浴中，通過拉伸，清洗，卷繞，烘干，制得混合海藻纖維樣品。

PVP粉末和CMC粉末按照上述實驗方法，進行實驗，制備混合海藻纖維樣品。

1.3.2 回潮率測試

一般來說，纖維材料的吸濕多少，取決于纖維材料的種類和所處的大氣環境。纖維材料的吸濕性指標通常用回潮率表示。纖維材料的回潮率是指纖維在各種大氣環境下自然吸收水分的能力，根據使用的目的的不同，還可分為標準大氣條件下回潮率和公定回潮率。[5]本實驗是在標準大氣條件下（溫度為20℃±2℃，相對濕度65%±2%）測試的回潮率，采取直接的測試法，用電子天平稱出纖維材料的干濕重，應用公式（W為纖維的回潮率，G為纖維的濕重，G0是纖維的干燥）是計算纖維的回潮率大小。

1.3.3 含水率測試

纖維材料的含水率是指纖維吸水后能保住它而不讓皮膚感覺濕潤的界限率，因此含水率的高低對于面料穿著舒適度具有重要影響。將海藻纖維浸泡在裝有蒸餾水的燒杯中，使之完全浸潤，待半小時后取出放入離心機中脫水（5000r/h，10min），取出用電子天平稱量。稱量后放入干燥箱內干燥，取出稱量，記錄。應用公式（R為纖維的含水率，G1為纖維脫水后的濕重，G2為纖維干燥后的干重），來計算纖維的含水率。

1.3.4 吸液量測試

纖維的吸液量是指纖維容納液體的能力，作為醫用敷料的材料，海藻纖維的吸液量將直接影響敷料的吸液量，這是敷料在應用上是很重要的一個特征。實驗中，把海藻纖維浸泡在裝有蒸餾水的燒杯中，使之完全浸潤，半小時后取出懸掛起來，直至不在有水滴滴下為止，稱量記錄。應用公式（X為纖維的吸液量，G2為纖維干燥后的干重，G3為纖維浸泡后的濕重），來計算海藻纖維的吸液量。

2 結果與討論

在紡絲過程中，當CMC質量分數超過1%時，在相同的實驗條件下，不能得到連續的纖維，因為海藻酸鈉與Ca2+形成蛋殼結構，羧基參與了其中的螯合結構，添加CMC后，CMC中的部分羧基會參與螯合結構，不再形成剛性的蛋殼結構，因此海藻酸鈉不會形成凝膠，所以CMC不適合用作提高海藻纖維的親水性研究。

2.1 紡絲液粘度分析

紡絲液的粘度是海藻纖維紡絲成型的關鍵，用摻雜法制備紡絲液的過程中，摻雜后的粘度直接影響后續的紡絲過程，通過旋轉粘度計對各個摻雜量的混合紡絲液進行測量（如圖1所示）。

如上圖所示，摻雜PVA,PVP后，紡絲液的粘度都發生了比較明顯的變化，粘度下降幅度較大。分析其原因：純海藻酸鈉紡絲液中，海藻酸鈉大分子通過次價鍵（靜電相互作用，氫鍵）[6]，分子鏈之間相互作用較強，宏觀表現為粘度較大。摻雜其他分子后，會部分打亂分子鏈間的相互作用，粘度降低。粘度發生了變化，對紡絲過程中纖維的成型會造成一定的影響。

2.2 纖維外貌的分析

用SEM觀察了混合海藻纖維的形貌，以便分析摻雜后對纖維成型的影響（如圖2所示）。

如圖2所示，純海藻纖維表面和摻雜后的混合海藻纖維表面都有著明顯的溝壑，當摻雜量達到5%時，雖然粘度有了明顯的下降，但是纖維的過程成型沒有受到太大的影響，形貌變化不大。

2.3 親水性分析

對混紡的海藻纖維，按照上述的試驗過程和方法，每組實驗重復三次取平均值，得到數據，處理成點線圖后對比分析（如圖3所示）。

如圖3所示，黑色曲線代表摻雜PVA，紅色曲線代表摻雜PVP。海藻纖維添加PVA和PVP后，混合海藻纖維在回潮率、含水率和吸液量方面較純的海藻纖維有了明顯的提高，摻雜PVA提高的程度要優于摻雜PVP。證實了纖維的回潮率與其本身的親水性基團有著密切的關系，羥基比氨基更能提高纖維的回潮率。

3 結論

通過摻雜PVA和PVP后，海藻纖維在回潮率、含水率和吸液量方面都有了明顯的提高，證實了通過增加親水性官能團能改進纖維的親水性，在親水性官能團中，摻雜羥基的效果更加明顯和有效，能更好的增加纖維的親水性。

［1］Petrulyte,S.Advanced textile materials and biopolymers in wound management[J].Danish Medical Bulletin,2008,55(1):72-77.

［2］駱強,王玥,等.醫用海藻纖維的研究[J].非織造布,2011,19(1):33-36.

［3］秦益民.海藻酸醫用敷料吸收機理分析[J].紡織學報,2005,26(1):2641-44.

［4］Masshiro lachi Shinichi Hirabayashi.Comparision of Bacteria Retaining.Ability of Absorbent Woud Dressing[J].international woud journal,2004,(3):177-181.

［5］王麗萍,李創.棉纖維回潮率及回潮率測試實驗誤差分析[J].北京紡織,2005(6):45-47.

［6］黃光佛,卿勝波,李勝彪,等.多糖類生物醫用材料-甲克素和殼聚糖的應用與研究[J].高分子通報,2001(3):43-49.