， 2

1. 東華大學紡織學院， 上海 201620；2. 東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室， 上海 201620

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人口老齡化進程的加速，我國對醫(yī)用材料的需求量越來越大[1]。醫(yī)用敷料是醫(yī)用材料的重要組成部分。在醫(yī)用敷料中，傳統(tǒng)的醫(yī)用脫脂棉紗布憑借其價格低廉、來源廣泛、加工簡單等優(yōu)點，得到了廣泛應用[2]。然而，目前使用的醫(yī)用脫脂棉紗布因其吸液性能有限[3]，不能有效吸收創(chuàng)面的滲液，造成傷口愈合較慢；此外，醫(yī)用脫脂棉紗布在使用過程中需要頻繁更換，這增加了醫(yī)務人員的工作量。為提高醫(yī)用脫脂棉紗布的吸液性能，目前主要采用接枝[4]、醚化、氧化[5]等化學改性方法。接枝法中，反應難以有效控制，且副反應較多，制備成本較高[6]。采用醚化法處理醫(yī)用脫脂棉紗布時，鹽分等反應副產(chǎn)物較多，造成制備成本較高；此外，醫(yī)用脫脂棉紗布通過羥基與水分子間的氫鍵作用吸收液體，僅起到對液體的物理吸附作用[7]。采用氧化法處理醫(yī)用脫脂棉紗布，其操作簡便，并在纖維素大分子鏈上引入羧基，得到的氧化醫(yī)用棉紗布具有氫鍵結合水分子的物理吸附作用，而且在血液中，羧基與血漿中的Ca2+或Fe2+發(fā)生電荷吸附[8]，氧化醫(yī)用棉紗布可起到化學止血的作用。因此，本文采用氧化法處理醫(yī)用脫脂棉紗布。在氧化體系中，過氧化氫作為一種廉價、有效、反應條件溫和的氧化劑，已被用于淀粉、紙漿等的氧化處理中。但是，過氧化氫的穩(wěn)定性較差，易分解，這會影響氧化效果[9]。過碳酸鈉俗稱固體雙氧水，較過氧化氫穩(wěn)定、可控。劉國亮[10]、Nakashima[11]等利用過碳酸鈉去除木質(zhì)素時，發(fā)現(xiàn)過碳酸鈉可有效氧化纖維素且對纖維的損傷程度較低。但目前尚未發(fā)現(xiàn)利用過碳酸鈉改善醫(yī)用脫脂棉紗布吸液性能的相關研究。本文以過碳酸鈉為氧化劑，探究過碳酸鈉溶液濃度、處理溫度和時間、過碳酸鈉溶液pH值對氧化醫(yī)用棉紗布吸液性能和力學性能的影響。

1 試驗

1.1 主要試驗材料與試劑

(1) 試驗材料：醫(yī)用脫脂棉紗布(曹縣華魯衛(wèi)生材料有限公司)，其組織為平紋，經(jīng)緯紗線密度均為27.8 tex，經(jīng)緯密分別為107、 106根/(10 cm)，主要性能指標見表1。

表1 醫(yī)用脫脂棉紗布主要性能指標

(2) 試劑：過碳酸鈉(分析純，上海麥克林生化科技有限公司)；氫氧化鈉(分析純，平湖化工試劑廠)；硅酸鈉(分析純，上海凌峰化學試劑有限公司)。

1.2 主要儀器設備

DK-S16數(shù)顯恒溫水浴鍋(上海博訊有限公司)，F(xiàn)A2004A電子天平(上海精天電子儀器有限公司)，Y802A電熱鼓風干燥箱(南通宏大實驗儀器有限公司)，YG026H-II電子織物強力機(溫州方圓儀器有限公司)，JSE-5600LV掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社)。

1.3 氧化改性處理

本文采用氧化法對醫(yī)用脫脂棉紗布進行改性處理，其工藝過程：醫(yī)用脫脂棉紗布→氧化→中和、洗滌、烘干→氧化醫(yī)用棉紗布。具體操作步驟：

(1) 將醫(yī)用脫脂棉紗布裁剪為25 cm×30 cm的小塊試樣，烘干至恒定質(zhì)量。

(2) 分別配置100 mL不同質(zhì)量濃度的過碳酸鈉溶液，加入2%(質(zhì)量分數(shù)，相對于過碳酸鈉質(zhì)量)的硅酸鈉作為穩(wěn)定劑，再利用氫氧化鈉將過碳酸鈉溶液pH值調(diào)至氧化所需值，并在水浴中加熱至處理溫度。

(3) 將烘干后的試樣放入過碳酸鈉溶液中，經(jīng)過不同時間的氧化處理，取出試樣，并用體積分數(shù)為6%的鹽酸溶液中和至中性，充分洗滌、烘干，得到氧化醫(yī)用棉紗布。

(4) 將氧化醫(yī)用棉紗布放置在溫度20 ℃、相對濕度 65%的環(huán)境下平衡48 h，待用。

1.4 吸液性能測試

參照國際上常用的測試創(chuàng)面用敷料吸濕性的方法[12]，采用吸濕稱量法進行吸液性能測試，具體操作步驟：首先，裁剪出5 cm×5 cm的試樣，準確稱出其干燥質(zhì)量；接著，將試樣放入100 mL去離子水中吸液，30 min后取出，自然、平展地垂直懸掛30 s后立刻稱出其質(zhì)量。計算試樣的吸液率：

(1)

式中：Q——試樣的吸液率，g/g；

W0——試樣干燥質(zhì)量，g；

W1——試樣吸液后的質(zhì)量，g。

1.5 力學性能測試

參照行業(yè)標準YY 0331—2006《脫脂棉紗布、脫脂棉黏膠混紡紗布的性能要求和試驗方法》[13]，利用電子織物強力儀進行力學性能測試，試樣經(jīng)、緯向分別試驗，試樣寬度50 mm，夾持距離200 mm，拉伸速度100 mm/min。

1.6 表面形貌觀察

對試樣表面做噴金處理，然后置于JSE-5600LV掃描電子顯微鏡下，分別放大40、2 000倍觀察其表面形貌，掃描電壓10 kV。

2 結果與討論

2.1 過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度對改性效果的影響

在處理溫度為70 ℃、處理時間為1.5 h和過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下，過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度分別選取0.05、 0.10、 0.15、 0.20、 0.25、 0.30 g/L，對醫(yī)用脫脂棉紗布進行氧化改性處理，得到的氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率分別如圖1、圖2和圖3所示。

圖1 不同過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度下氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率

圖2 不同過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力

圖3 不同過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂伸長率

由圖1可知，隨著過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度的增加，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率先增大后減小。當過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度低于0.10 g/L時，過碳酸鈉溶液濃度增加，其氧化性增強，使得棉纖維上較多的羥基被氧化成羧基，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液性能提高。當過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度高于0.10 g/L時，雖然過碳酸鈉溶液中氧化劑分子數(shù)量增多，但是棉纖維上可供反應的基團減少，反應難度增大，生成的羧基不再增加。同時，隨著過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度的進一步增加，醫(yī)用脫脂棉紗布開始發(fā)生降解，毛細纖維減少，毛細芯吸效應變差，造成氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率下降。

由圖2和圖3可知，隨著過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度增加，氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)、緯向斷裂強力、斷裂伸長率都呈先上升后下降的趨勢，斷裂強力和斷裂伸長率的峰值分別出現(xiàn)在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.15、 0.20 g/L時。在氧化過程中，過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度增加，則氧化反應加劇，醫(yī)用脫脂棉紗布不斷收縮，因此氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力、斷裂伸長率增大；當過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度繼續(xù)升高時，醫(yī)用脫脂棉紗布的收縮變化趨緩，纖維內(nèi)部的氫鍵打開程度逐漸增大，這成為影響氧化醫(yī)用棉紗布斷裂強力和斷裂伸長率的主要因素，因此氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率減小。

綜合考慮氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率等指標，在處理溫度為70 ℃、處理時間為1.5 h和過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下，過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.10 g/L時改性效果較佳。此時，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率為5.75 g/g，比處理前增加了34%；氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)、緯向斷裂強力分別為105.0、 89.0 N，經(jīng)、緯向斷裂伸長率分別為7.70%、 16.50%。參照行業(yè)標準YY 0331—2006，經(jīng)緯紗線密度均為27.8 tex，經(jīng)緯密分別為107、 106根/(10 cm)的醫(yī)用脫脂棉紗布，其經(jīng)、緯向需達到的斷裂強力分別為80.0、 60.0 N。由此可知，本試驗得到的氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力符合標準要求。

2.2 處理溫度對改性效果的影響

在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.15 g/L、處理時間為1.5 h和過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下，處理溫度分別選取30、 40、 50、 60、 70、 80、 90 ℃，對醫(yī)用脫脂棉紗布進行氧化改性處理，得到的氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率分別如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 不同處理溫度下氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率

圖5 不同處理溫度下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力

圖6 不同處理溫度下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂伸長率

由圖4可知，隨著處理溫度的升高，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其最高值出現(xiàn)在處理溫度為40 ℃時。當處理溫度低于40 ℃時，隨著處理溫度升高，過氧氫根離子等活性氧成分的數(shù)量增多，氧化生成的羧基含量增加，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液性能得到改善。當處理溫度超過40 ℃后，由過碳酸鈉分解產(chǎn)生的過氧化氫和碳酸鈉數(shù)量雖然增多，但是過碳酸鈉溶液pH值升高，一部分過氧氫根離子會與過碳酸鈉溶液中的氫氧根離子結合，使得氧化生成的羧基數(shù)量減少，并且處理溫度升高增大了對醫(yī)用脫脂棉紗布的損傷程度，醫(yī)用脫脂棉紗布自身的毛細芯吸效應變差，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率降低。

由圖5和圖6可知，隨著處理溫度升高，氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)、緯向斷裂強力和斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，斷裂強力和斷裂伸長率的峰值分別出現(xiàn)在處理溫度為40、 50 ℃時。在氧化過程中，在處理溫度較低的條件下，處理溫度升高，過碳酸鈉分解加快，過氧氫根離子濃度升高，氧化反應加劇，醫(yī)用脫脂棉紗布收縮，因此氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率增大；當處理溫度繼續(xù)升高時，副反應增加，部分過氧氫根離子直接攻擊醫(yī)用脫脂棉紗布的纖維素碳鏈，導致纖維素降解，因此氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率減小。

綜合考慮氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率等指標，在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.15 g/L、處理時間為1.5 h和過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下，處理溫度為40 ℃時改性效果較佳。此時，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率達到6.22 g/g，比處理前增加了45%；氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)、緯向斷裂強力分別為122.0、 104.0 N，經(jīng)、緯向斷裂伸長率分別為9.00%、 19.40%。因此，本試驗得到的氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力符合標準要求。

2.3 處理時間對改性效果的影響

在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為 0.15 g/L、處理溫度為70 ℃和過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下，處理時間分別選取0.5、1.0、1.5、2.5、3.5 h，對醫(yī)用脫脂棉紗布進行氧化改性處理，得到的氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率分別如圖7、圖8和圖9所示。

由圖7可知，隨著處理時間的增加，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液性能呈現(xiàn)先提高后下降的趨勢。在處理時間1.5 h之前，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率隨著處理時間延長，其增幅較大；在處理時間1.5 h之后，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率隨著處理時間增加而略降低。在處理時間1.5 h內(nèi)，隨著處理時間的延長，過氧氫根離子可以充分作用于纖維，使得羧基的數(shù)量逐漸增加，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率提高。在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度固定的情況下，處理時間達到1.5 h后，過碳酸鈉溶液中的過氧氫根離子數(shù)量減少，繼續(xù)延長處理時間，纖維素上的羧基數(shù)量也不再增加，毛細纖維減少，毛細芯吸效應變差，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率降低。

圖7 不同處理時間下氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率

圖8 不同處理時間下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力

圖9 不同處理時間下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂伸長率

由圖8和圖9可知，隨著處理時間的延長，氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力、斷裂伸長率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其峰值均出現(xiàn)在處理時間1.5 h時。當處理時間未達到1.5 h時，處理時間延長，則過氧氫根離子可以充分氧化纖維素，醫(yī)用脫脂棉紗布收縮，因此氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率都有所上升；處理時間達到1.5 h后，醫(yī)用脫脂棉紗布的纖維素分子間和分子內(nèi)的氫鍵被破壞，造成氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力和斷裂伸長率降低。

綜合考慮氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率等指標，在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.15 g/L、處理溫度為70 ℃和過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下，處理時間選擇1.5 h較佳。此時，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率達到5.45 g/g，比處理前的醫(yī)用脫脂棉紗布的吸液率提高了27%；氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)、緯向斷裂強力分別為109.0、 91.0 N，經(jīng)、緯向斷裂伸長率分別為8.40%、 18.20%。因此，本試驗得到的氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力符合標準要求。

2.4 過碳酸鈉溶液pH值對改性效果的影響

在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.15 g/L、處理溫度為70 ℃和處理時間為1.5 h的條件下，過碳酸鈉溶液pH值分別選取7、 9、 11、 13，對醫(yī)用脫脂棉紗布進行氧化改性處理，得到的氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率分別如圖10、圖11和圖12所示。

圖10 不同過碳酸鈉溶液pH值下氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率

圖11 不同過碳酸鈉溶液pH值下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力

圖12 不同過碳酸鈉溶液pH值下氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂伸長率

由圖10可知，隨著過碳酸鈉溶液pH值的增大，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率呈先增大后減小的趨勢。當過碳酸鈉溶液pH值在7～9范圍內(nèi)時，隨著過碳酸鈉溶液pH值增加，過碳酸鈉的分解速度加快，過氧氫根離子濃度增大，能有效地氧化纖維素上的羥基而生成羧基，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液性能提高；當過碳酸鈉溶液pH值大于9時，過氧氫根離子不穩(wěn)定，它們會和過碳酸鈉溶液中的氫氧根離子反應或自行分解，其與纖維素發(fā)生氧化反應生成的羧基數(shù)量減少，因此氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率下降。

由圖11和圖12可知，隨著過碳酸鈉溶液pH值的增大，氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)、緯向斷裂強力逐漸減小，經(jīng)、緯向斷裂伸長率則呈先增大后減小的趨勢。當過碳酸鈉溶液pH值在7～9范圍內(nèi)時，隨著過碳酸鈉溶液pH值增大，氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力減小，斷裂伸長率小幅提高。在堿性條件下，醫(yī)用脫脂棉紗布上的纖維發(fā)生溶脹，分子間作用力變小，因此氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強力降低，而在拉伸過程中，分子鏈更容易發(fā)生滑移，所以其斷裂伸長率有小幅提高。當過碳酸鈉溶液pH值大于9時，隨著過碳酸鈉溶液pH值增大，醫(yī)用脫脂棉紗布的纖維素分子間的氫鍵被破壞，因此氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)向斷裂強力下降較嚴重，從101.0 N下降至83.0 N，而其緯向斷裂強力變化較小，經(jīng)、緯向斷裂伸長率均稍下降。

綜合考慮氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力和斷裂伸長率等指標，過碳酸鈉溶液pH值為9時，改性效果較佳。此時，氧化改性棉醫(yī)用紗布的吸液率為5.81 g/g，比改性前增加了35%；經(jīng)、緯向斷裂強力分別為101.0、 81.0 N，經(jīng)、緯向斷裂伸長率分別為8.80%、 20.40%，氧化改性棉醫(yī)用紗布的強力符合標準要求。

2.5 表面形貌分析

圖13～圖16為醫(yī)用脫脂棉紗布和氧化醫(yī)用棉紗布的掃描電鏡照片，其中后者在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度為0.15 g/L、處理溫度為70 ℃、處理時間為1.5 h、過碳酸鈉溶液pH值為7的條件下制得。

圖13 醫(yī)用脫脂棉紗布掃錨電鏡照片(放大40倍)

圖14 氧化醫(yī)用棉紗布掃錨電鏡照片(放大40倍)

圖15 醫(yī)用脫脂棉紗布掃錨電鏡照片(放大2 000倍)

由圖13～圖16可知，放大40倍進行觀察，可以看到醫(yī)用脫脂棉紗布的毛細纖維較多，纖維排列雜亂無章；氧化醫(yī)用棉紗布的毛細纖維較少，其空隙較大，紗線排列較整齊。放大2 000倍進行觀察，可以看到氧化醫(yī)用棉紗布的棉纖維直徑較醫(yī)用脫脂棉紗布的棉纖維直徑大，這可能是由于改性處理過程中氧化生成的羧基的空間位阻較大，其降低了纖維分子間的作用力，纖維出現(xiàn)潤脹現(xiàn)象；另外，氧化醫(yī)用棉紗布的纖維表面出現(xiàn)碎片剝離現(xiàn)象，這表明纖維受到損傷。因此，需控制氧化改性工藝，以降低纖維損傷。

3 結論

(1) 利用過碳酸鈉對醫(yī)用脫脂棉紗布進行氧化改性處理，能較好地提高醫(yī)用脫脂棉紗布的吸液性能。在其他參數(shù)一定的條件下，隨著過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度的增加或處理溫度的升高或處理時間的延長，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂強力、斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢；隨著過碳酸鈉溶液pH值的增大，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率、斷裂伸長率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，其斷裂強力不斷減小。

(2) 過碳酸鈉氧化處理醫(yī)用脫脂棉紗布的較佳工藝條件：過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度0.10 g/L，處理溫度40 ℃，處理時間1.5 h，過碳酸鈉溶液pH值9。

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