醫用脫脂棉紗布的氧化改性處理及性能分析

熊 濤，吳俊伍

（荊楚理工學院，湖北 荊門 448000）

現階段，我國正處于老齡化社會，這對醫療領域提出了挑戰，對醫療材料的需求不斷加大。在醫用敷料的組成中，傳統的醫用脫脂棉紗布具有非常高的性價比，材料來源廣泛，加工過程簡單等，在我國得到了廣泛應用[1]。

1 實驗

1.1 材料和試劑

組織為平紋的醫用脫脂棉紗布，其經緯紗線的密度標準為27.8 tex；過碳酸鈉，氫氧化鈉，硅酸鈉。

1.2 儀器

DK-S16數顯恒溫水浴鍋，FA2004A電子天平，Y802A電熱鼓風干燥箱等。

1.3 氧化改性處理

采用氧化法進行醫用脫脂棉紗布的改性處理，改性流程為：醫用棉紗布進行氧化之后進行中和反應，并進行充分的洗滌、烘干，形成氧化醫用棉紗布。

首先，將醫用脫脂棉紗布裁剪為25 cmh30 cm的試驗小塊，并烘干至恒定的質量。其次，在不同質量濃度的過碳酸鈉中加入硅酸鈉，硅酸鈉質量分數為2%，過碳酸鈉溶液控制在100 mL。充分攪拌使氫氧化鈉能夠中和過碳酸鈉的pH，達到氧化條件，并在水域中加熱到正常的溫度。再次，將烘干過后的試樣放入過碳酸鈉溶液中，經過不同時間段的氧化處理，將試樣取出，并將6%的鹽酸溶液進行中和處理，使其充分烘干和洗滌，得到氧化醫用棉紗布。最后，將醫用棉紗布放置到20 ℃的環境中，控制濕度在65%左右，并平衡48 h左右[2]。

1.1 測試

1.4.1 吸液性能

參照國際上對于創面敷料的吸濕性測試方法，本團隊將使用吸濕稱量法。

1.4.2 力學性能

依照《脫脂棉紗布、脫脂棉黏膠混紡紗布的性能要求和試驗方法》進行檢測。

1.4.3 表面形貌觀察

對試驗表面進行噴金，并置于掃描電子顯微鏡下進行表面形貌的觀察，控制掃描電壓為10 kV。

2 結果與討論

2.1 過碳酸鈉溶液質量濃度對改性效果的影響

由實驗可知，在不同濃度的過碳酸鈉溶液下，隨著過碳酸鈉質量濃度的不斷增加，會不斷提高氧化醫用棉紗布的吸液率。當過碳酸鈉的溶液質量濃度在1.10 g/L時，加大過碳酸鈉的質量，使其氧化性能加強，同時，提高了氧化醫用棉紗布的吸液能力；反之，在過碳酸鈉溶液質量濃度高于0.10 g/L時，即使其中的氧化劑分子數量不停增多，其羧基也不會增加。不斷增加過碳酸鈉溶液的質量，使醫用棉紗布發生降解反應，其棉紗布的毛細纖維和毛細芯的芯吸效應降低，從而降低了氧化醫用棉紗布的吸液能力[3]。

氧化醫用棉紗布的經緯斷裂強力及斷裂伸長率，會隨著溶液中過碳酸鈉質量濃度的變化而變化，過碳酸鈉質量濃度的增加，會出現先增長、后降低的變化情況，同時期二者的峰值出現在過碳酸鈉質量濃度為0.15 g/L以及0.20 g/L時。在氧化過程中，氧化反應的劇烈程度取決于過碳酸鈉的質量濃度，在棉紗布不斷收縮的過程中，會增加棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率。但是，當過碳酸鈉溶液的質量不斷增高時，會加快纖維內部的氫鍵打開速率，這是直接影響棉紗布斷裂強力以及斷裂伸長率的重要因素。

2.2 溫度對改性效果的影響

經過試驗可知，不斷提升試驗溫度，氧化醫用棉紗布的吸液性會先增加、后降低，溫度為40 ℃左右時吸液率最高；低于40 ℃時，由于過氧氫根等一類活性氧成分大量增多，其氧化醫用棉紗布有著較高的吸液率。但是，當溫度達到40 ℃之后，便會使得溶液中的pH過高，并且高溫會加大對醫用棉紗布的損害，讓醫用脫脂棉紗布本身的毛細芯吸效應降低，致使氧化醫用棉紗布的吸液性能降低。

2.3 處理時間所造成的改性影響

增加處理時間會導致氧化醫用棉紗布的吸液能力先提高、后下降。處理時間在1.5 h以內的情況下，會使氧化醫用棉紗布的吸液率隨著處理時間的增加而得到較大程度的增加。處理時間大于1.5 h時，氧化醫用棉紗布的吸液率會與處理時間的增加呈反比例增長。因此，處理的有效時間應控制在1.5 h以內。隨著處理時間的增長，其氧氫根離子可以有效地與纖維反應，進而增加羧基的數量，使棉紗布的吸液率提高。但是，在控制溶液質量濃度一定的前提下，處理時長大于1.5 h，其反應的過氧氫根離子數量會大量減少，所以，再進行試驗時，會使羧基沒有數量上的大幅變化、沒有大量的毛細纖維，導致毛細芯吸效應降低，最終導致氧化醫用棉紗布的吸液率降低。

當不斷加大處理時間時，醫用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率都會出現一定程度的增加，隨后又呈現出減弱的趨勢，峰值時間為1.5 h。當處理時間在1.5 h以內時，過氧氫根離子能夠與纖維素進行充分氧化，使醫用棉紗布不斷收縮，棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率得到提升；當處理時間大于1.5 h時，醫用棉紗布不能有效地與纖維素進行氧化反應，破壞了其間的氫鍵，使醫用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率減弱。

綜合考慮，只有將處理時間設定為1.5 h，才會使氧化醫用棉紗布的吸液程度和斷裂強力、斷裂伸長率達到最佳狀態。

2.4 過碳酸鈉pH對改性的影響

實驗表明，當不斷加大過碳酸鈉溶液的pH時，會使氧化醫用棉紗布的吸液能力提升，并在一定程度上呈現減小趨勢。過碳酸鈉的溶液pH控制在7~9時，不斷加大過碳化鈉的溶液pH，會使分解速度加快，進而使溶液中的過氧氫根離子濃度增加，進一步促進與纖維素的氧化反應，生成大量的羧基，提升氧化醫用棉紗布的吸液能力；當pH大于9時，會導致過氧氫根離子出現不穩定的狀況，出現分解反應，導致氧化反應不充分，所產生的羧基數量減少，降低醫用棉紗布的吸液能力。

不斷加大過碳酸鈉溶液的pH，會使醫用棉紗布的斷裂強力和伸長率出現先增加、后減小的情況。當控制溶液的pH在7~9時，不斷加大溶液的pH，會使氧化醫用棉紗布的斷裂強力逐漸減小，斷裂伸長率不斷增加。在堿性溶液條件下，醫用脫脂棉紗布會出現纖維的溶脹，分子間的相互作用力減小，使得醫用棉紗布的斷裂強力減小。同時，在進行拉伸的試驗中，分子鏈極易發生滑移現象，因此，棉紗布的斷裂伸長率會出現小幅度的增加。當溶液的pH大于9時，隨著pH的不斷增加，棉紗布內部纖維素分子的氫鍵被大面積破壞，棉紗布的斷裂強力不斷下降，從最開始的101.0 N一直下降到83.0 N左右。

綜合考慮氧化醫用棉紗布的吸液程度、纖維斷裂強力和斷裂伸長率的各項數據，需要將過碳酸鈉溶液的pH控制在9，以便能夠發揮出最佳性能。

2.5 對棉紗布表面形貌的分析

將醫用脫脂棉紗布進行電子顯微鏡的掃描成像，進行40倍和2 000倍的放大觀察。在40倍放大過程中，可以觀察到醫用棉紗布具有豐富的毛細纖維，但是毛細纖維的排布相對混亂，沒有條理性。相對于氧化醫用棉紗布的特征，其具有的毛細纖維數量較少，使得纖維之間的空間較大，紗線的排布也相對整齊。在經過顯微鏡的2 000倍放大過程中，能夠直觀地發現氧化醫用棉紗布有著較大的棉纖維直徑，而醫用脫脂棉紗布的纖維直徑較小。因為在改性過程中，氧化反應產生的羧基的空間位阻較大，能夠有效降低纖維間的作用力，為此，纖維不會出現明顯的潤漲現象。與此同時，氧化醫用棉紗布的纖維表面并沒有出現明顯的碎片剝離，因此，反映出其纖維沒有受到嚴重的損傷。因此，需要不斷優化氧化改性的工藝，有效降低對纖維的損傷。

3 結語

對醫用脫脂棉紗布進行氧化改性處理，能夠有效提升醫用棉紗布的吸液性能。在其他試驗數值一定的情況下，不斷升高過碳酸鈉的溶液質量濃度，或者將實驗處理溫度升高、延長處理時間，棉紗布的斷裂強力、斷裂伸長率以及吸液率都會先增加、后減小。增加溶液的pH會使棉紗布的吸液率、斷裂伸長率先增加、后減小，而斷裂強力一直呈現減小的趨勢。