水刺非織造醫用繃帶基布的性能研究*

安 琪 李朝威 楊立雙 李大偉 張 瑜 付譯鋆

1.南通大學 紡織服裝學院，江蘇 南通 226019；2.安全防護用特種纖維復合材料研發國家地方聯合工程研究中心，江蘇 南通 226019；3.東華大學 紡織學院，上海 201620

作為醫用紡織品的典型產品，繃帶能防止傷口再次受到傷害，減少并預防并發癥及感染的發生[1]。理想的醫用繃帶不僅要滿足基本的隔離防護性、柔軟透氣性，還應擁有有效的彈性、良好的吸濕擴散性，以及應用于特殊部位的物理力學性能[2]。過去，我國使用的繃帶主要為純棉無彈繃帶和氨棉彈性繃帶兩大類。純棉無彈繃帶以棉纖維為原料，經過機織或針織加工而成。這種繃帶雖吸濕性良好，但不具有彈性。氨棉彈性繃帶是利用具有彈性的氨綸單絲、棉氨包芯紗或合捻紗織造得到的[3-4]。隨著紡織技術的進步，純棉彈性繃帶產品開始取代氨棉彈性繃帶產品。純棉彈性繃帶是一種經向有彈性的平紋織物，其中的純棉紗本身不具有彈性，但可以利用松散的組織結構賦予織物彈性。純棉彈性繃帶滿足醫用繃帶對吸濕、柔軟和無過敏反應的要求，但是純棉紗線存在毛羽現象，故這種繃帶容易黏連傷口，造成二次創傷[5]。

目前，許多發達國家采用非織造工藝制造醫用繃帶，且多先采用干法成網，再采用水刺或針刺加固而成[6]。其原料一般采用脫脂棉纖維、黏膠纖維等，產品具有柔軟舒適、吸濕透氣、不黏連、不易掉毛等優點，能保護傷口，可于濕性環境下使用。

本文將通過水刺加固技術制備水刺非織造坯布，并對其進行涂層整理，得到水刺非織造醫用繃帶基布。測試并分析涂層整理前后試樣的表面微觀形貌、面密度和厚度，以及拉伸性能、彎曲性能、透氣性能、親水性能、液體擴散性能等，以期制備出理想的非織造醫用繃帶基布。

1 試驗部分

1.1 纖維原料

滌綸，規格1.56 dtex×38 mm，中國石化儀征化纖股份有限公司生產；黏膠纖維，規格1.10 dtex×35 mm，浙江富麗達纖維有限公司生產。

1.2 水刺非織造醫用繃帶基布的制備

首先將質量比為6∶4的滌綸和黏膠纖維混合、開松、梳理成網，再利用水刺加固技術制得水刺非織造坯布試樣；然后對水刺非織造坯布試樣進行水性聚氨酯涂層整理，再熱定型，冷卻后即得到水刺非織造醫用繃帶基布試樣。

1.3 表面微觀形貌觀察

采用光學顯微鏡對涂層整理前后的試樣即水刺非織造坯布試樣和水刺非織造醫用繃帶基布試樣進行表面微觀形貌的觀察。

1.4 面密度和厚度測試

參照GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第1部分：單位面積質量的測定》標準，對涂層整理前后試樣的單位面積質量即面密度進行測定[7]。測試時，裁剪10 cm×10 cm的正方形試樣5塊，稱取其質量并求取平均值，最后計算試樣面密度及其變異系數。

參照GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第2部分：厚度的測定》標準，使用數字式織物厚度儀對涂層整理前后試樣的厚度進行測定。測試時，每種試樣測量5處不同位置的厚度，結果取平均值，并計算厚度變異系數。

1.5 拉伸性能測試

1.5.1 彈性回復率

參照FZ/T 60021—2010《織帶產品物理機械性能試驗方法》標準，先將涂層整理前后的試樣裁剪出160 mm(縱向)×100 mm(橫向)的長條狀測試樣各3塊，接著在微機控制非織造材料試驗機上測定測試樣的彈性回復率，具體如圖1所示。設置隔距L0=100 mm，定伸長值L1=150 mm，根據式(1)計算彈性回復率ε(%)[8]：

圖1 彈性回復率測試方法示意

(1)

式中：L2——測試樣回復至零位停滯3 min后自然伸直狀態下的長度，mm。

每種試樣測3次，結果取平均值。

1.5.2 伸長比

將涂層整理前后的試樣裁剪出160 mm(縱向)×100 mm(橫向)的長條狀測試樣各3塊；然后如圖2所示，將測試樣于無張力自然狀態下伸直；接著，在測試樣上沿縱向任意標記一段距離為100 mm的兩點A和B；緩慢拉伸測試樣至極限位置，測量此時A和B兩點間的距離，并記為Lv(mm)，每種試樣測3次取平均值；最后根據式(2)計算伸長比E：

圖2 伸長比測試方法示意

(2)

1.6 彎曲性能測試

參照GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分：斜面法》標準，使用彎曲性能儀測量涂層整理前后試樣在縱向上的彎曲性能。剪取250 mm(縱向)×25 mm(橫向)的測試樣平放于測量平面上，測量其彎曲長度C(cm)；再結合單位面積質量G(g/m2)，利用式(3)計算彎曲剛度B(mN·cm)：

B=G×C3×10-3

(3)

每種試樣測3次，結果取平均值。

1.7 透氣性能測試

參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》標準，采用數字式織物透氣性能測定儀測試涂層整理前后試樣的透氣性[9]。每種試樣測5次，結果取平均值。

1.8 親水性能測試

采用接觸角測量儀測定涂層整理前后試樣的水接觸角。將1 μL蒸餾水滴于測試樣表面，在液體、試樣和空氣交匯處作水滴界面的切線。測試樣與切線的夾角即為水接觸角[10]。每種試樣測3次，結果取平均值。

1.9 液體擴散性能測試

將涂層整理前后的試樣裁剪成100 mm×100 mm的正方形測試樣；接著，將測試樣于自然伸直狀態下水平放置，利用滴管將0.25 mL合成血液從距離測試樣50 mm高度處滴至測試樣表面，測量30 s和270 s時合成血液在測試樣縱橫向上的擴散距離。每種試樣測3次，結果取平均值。

2 結果與討論

2.1 表面微觀形貌結構分析

涂層整理前后試樣的表面微觀形貌如圖3所示。由圖3可知：涂層整理前，試樣中纖維呈無規則排列，纖維之間結構緊密，孔隙較少；涂層整理后，試樣仍保留了非織造材料的結構特點，但纖維之間的孔隙略有增大，這是由于熱定型過程中，外力沿縱向對試樣實施了拉伸作用，致使試樣結構變得疏松。

圖3 涂層整理前后試樣的表面微觀形貌

2.2 面密度和厚度

涂層整理前后試樣的面密度分別為(52.91±5.79)g/m2、(40.44±1.27)g/m2，厚度分別為(0.10±0.03)mm、(0.09±0.02)mm，可見涂層整理后，試樣的面密度與厚度都有所下降。原因主要是盡管涂層過程中，涂層整理劑的浸漬和附著增加了非織造材料的質量及厚度，但后期的熱定型過程中，外力的拉伸作用使得非織造材料伸長、變薄更明顯，孔隙率增大，故面密度和厚度下降，其中對面密度的影響更加明顯。

2.3 拉伸性能

涂層整理前后試樣的彈性回復率與伸長比結果如圖4所示。由圖4可知，涂層整理前后試樣的彈性回復率分別為(40.10±3.65)%、(48.50±3.42)%，伸長比分別為(0.64±0.05)、(1.71±0.14)。涂層整理后試樣的彈性回復率和伸長比明顯高于涂層整理前的，原因是涂層整理前試樣的彈性僅取決于纖維與纖維之間的摩擦抱合和滑移，因此彈性較低[11]，而涂層整理后，涂層整理劑滲入試樣纖維之間形成了黏合作用，提高了纖維的集束性，改善了試樣的拉伸性能。

圖4 涂層整理前后試樣的彈性回復率與伸長比

2.4 彎曲性能

醫用繃帶為直接接觸皮膚的材料，因此要求其具有柔軟、與皮膚貼合性好等特點[12]。彎曲剛度反映的是單位寬度的織物所具有的抗彎性能，其是衡量織物柔軟性的重要指標。彎曲剛度越小，表明織物越柔軟[13]。本文測量及計算的涂層整理前后試樣的彎曲性能數據如表1所示。

表1 涂層整理前后試樣的彎曲性能

由表1可知：較涂層整理前,涂層整理后試樣的彎曲長度有所下降，彎曲剛度也由(1.00±0.16)mN·cm顯著下降至(0.36±0.11)mN·cm，說明涂層整理后試樣變得更加柔軟。這是因為熱定型過程中施加的外力拉伸作用使纖維沿著拉伸方向伸展，結構變得疏松，故彎曲剛度下降。

2.5 透氣性能

良好的醫用繃帶不僅應能提供適宜傷口愈合的濕潤環境，還應能將人體代謝的有害氣體排放到空氣中，以利于傷口的愈合[14]。因此，醫用繃帶需具備一定的透氣性能。涂層整理前后試樣的透氣性能測試結果如圖5所示。涂層整理前，試樣的透氣率為2 479.81 mm/s；涂層整理后，試樣的透氣率為2 524.43 mm/s?？梢?，涂層整理前后試樣的透氣性能沒有顯著差異，兩者透氣性皆較好，這說明涂層整理并沒有破壞試樣原有的三維多孔非織造結構，滌綸和黏膠纖維在高壓水射流作用下相互抱合、纏結形成的立體孔道仍貫通存在。

圖5 涂層整理前后試樣的透氣率

2.6 親水性能

為分析涂層整理前后試樣的親水性能，對試樣進行水接觸角測試。水滴接觸涂層整理前后的試樣后，水滴都被迅速吸收，兩種試樣的水接觸角都為0°，表明涂層整理前后的試樣均具有優異的親水性。原因一方面與黏膠纖維本身具有很強的親水性能有關，另一方面與水刺工藝制得的試樣孔隙率較高，纖維間易產生毛細效應有關。涂層整理前后的試樣均能為傷口愈合提供所需的濕性環境，且根據“濕潤療法”[15]，兩種試樣用于醫用繃帶都可加速傷口的愈合。

2.7 液體擴散性能

繃帶覆蓋于創面，要求其能快速吸收傷口滲出液、血液等液體，從而加快創面的愈合。圖6和圖7為涂層整理前后試樣在液體擴散性測試中30 s和270 s時的測試結果。從圖6和圖7可以看出：隨著接觸時間的增加，液滴在縱橫方向的擴散距離逐漸增加；涂層整理前，液滴的擴散距離分別為(3.05±0.45)cm(縱向，30 s)、(1.65±0.12)cm(橫向，30 s)和(3.78±0.41)cm(縱向，270 s)、(1.87±0.01)cm(橫向，270 s)，這與黏膠纖維的邊緣呈鋸齒形，能快速吸收并擴散液體有關；涂層整理后，液滴的擴散距離分別為(3.78±0.41)cm(縱向，30 s)、(1.87±0.01)cm(橫向，30 s)和(5.66±0.29)cm(縱向，270 s)、(2.99±0.19)cm(橫向，270 s)，均大于涂層整理前試樣的，原因從上文分析的材料表面微觀形貌結構和面密度狀況可知，涂層整理后試樣中纖維之間的孔隙增大，面密度下降，液體更容易沿纖維擴散，且涂層整理劑水性聚氨酯分子鏈中含有親水性基團，其具有很強的親水性，能夠吸收液體并迅速完成液體在材料中的擴散；此外，液滴在試樣縱向上的擴散距離明顯大于橫向上的，這與涂層整理過程中外力拉伸作用使得材料中大部分纖維沿縱向排列有關，當液滴接觸材料表面后，毛細效應會使液滴沿著纖維排列方向擴散。

圖6 液滴擴散效果

圖7 涂層整理前后試樣的液體擴散性能

3 結論

本文采用水刺加固技術制備水刺非織造醫用繃帶基布，分析了涂層整理前后試樣的表觀微觀形貌、面密度和厚度、拉伸性能、彎曲性能、透氣性能、親水性能及液體擴散性能等，結果表明：

(1)涂層整理后試樣孔隙增大，面密度和厚度均有下降；

(2)涂層整理后試樣的拉伸性能、彎曲性能和透氣性能均得到改善；

(3)涂層整理前后的試樣均表現出優異的親水性，但涂層整理后試樣的液體擴散性能更好。

總之，經過水性聚氨酯涂層整理后的水刺非織造材料具有柔軟舒適、透氣、吸濕且易擴散等特點，可為傷口愈合提供良好的濕性環境，是理想的醫用繃帶基布。