顧鵬斐 李素英 李偉岸2 戴家木 朱夢玲

1. 南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院， 江蘇 南通 226019；2. 南通威爾非織造新材料有限公司， 江蘇 南通 226019

生物質(zhì)纖維是指利用生物體或生物提取物制成的纖維[1]，因其儲量龐大且生物相容性優(yōu)良而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)用領(lǐng)域。本文以竹漿和黏膠兩種生物質(zhì)纖維為原料，經(jīng)濕法成網(wǎng)、水刺加固工藝，制備濕法水刺醫(yī)用敷料。基于非織造的后整理[2]工藝，利用透明質(zhì)酸保濕劑和具有抗菌效果的殼聚糖對所制備的濕法水刺醫(yī)用敷料進(jìn)行整理，進(jìn)一步提升敷料的使用價值。

1 濕法水刺醫(yī)用敷料的制備

以竹漿和黏膠纖維為原料，通過稱量計算，得出原料的面密度均為60～70 g/m2。本試驗中竹漿和黏膠纖維的質(zhì)量配比設(shè)定為6∶4。水刺加固工藝原理示意圖如圖1所示。水刺工藝中，水刺壓力和水刺道數(shù)為主要工藝參數(shù)。其中，水刺頭設(shè)有2個，其壓力分別為2和5 MPa，水刺道數(shù)為3。其工藝路線依次為原料制備、打漿、纖網(wǎng)制備、纖網(wǎng)烘干、纖網(wǎng)收集、水刺加固、基材剝?nèi)?、烘干收取?/p>

1—水刺頭； 2—水針； 3—纖網(wǎng)； 4—金屬托網(wǎng)； 5—抽吸輥筒；6—真空箱； 7—真空密封； 8—水流圖1 水刺工藝原理示意[2]

先進(jìn)行纖網(wǎng)制備試驗。向打漿機中注入500～600 mL的去離子水，加入已稱取的竹漿漿粕，于小功率模式下打漿，共打漿4次，單次打漿15 s，再加入已稱取的黏膠纖維，于小功率模式下打漿15 s，打漿1次，制得竹漿和黏膠纖維的懸濁液。

將成網(wǎng)簾鋪在初步成形的纖網(wǎng)上(盡量除去成網(wǎng)簾上的氣泡)，再將成形器固定在成網(wǎng)簾上，并向成形器中注入二分之一的水；將打好的懸濁液均勻倒入成形器中，使用混合器將懸濁液與水混合均勻，再打開水閘將水全部放出，最終纖維積聚成網(wǎng)。將纖網(wǎng)放入溫度為80 ℃的烘箱中干燥，1 h后取出烘干的成網(wǎng)簾，剝?nèi)∫呀?jīng)與成網(wǎng)簾分離的纖網(wǎng)。重復(fù)上述步驟。

制得纖網(wǎng)后，調(diào)節(jié)水刺機的工藝參數(shù)。當(dāng)水刺頭壓力穩(wěn)定后，將纖網(wǎng)放在已制備好的滌綸水刺非織造布上，然后一起置于輸網(wǎng)簾上。預(yù)濕后，先采用水刺頭1和水針2對其進(jìn)行水刺加固，然后用壓輥擠出其中多余的水分。重復(fù)上述步驟2次，將制得的濕法水刺基材從滌綸水刺非織造布上剝?nèi)∠聛怼７旁跍囟葹?0 ℃的烘箱中干燥，約3 min后取出，制備得到竹漿/黏膠濕法水刺醫(yī)用敷料。

2 性能測試與分析

2.1 均勻性

參照GB/T 24218.2—2009《非織造布試驗方法第1部分：單位面積質(zhì)量的測定》評價試樣的均勻性。試樣尺寸為10 cm×10 cm；試驗條件為室溫20 ℃、相對濕度56%。取10塊測試樣，用電子天平測定其質(zhì)量，取10次試驗的平均值并計算試樣的面密度和厚度的變異系數(shù)。面密度、厚度變異系數(shù)計算方法參照式(1)。

CV=S/R

(1)

式中：R——變量均值；

S——變量均方差，按式(2)計算。

(2)

經(jīng)計算：面積0.01 m2的試樣平均質(zhì)量R1=0.560 0 g，質(zhì)量均方差S1=0.05，則面密度變異系數(shù)CV1=0.089；面積0.01 m2的試樣平均厚度R2=0.278 mm，厚度均方差S2=0.03，則厚度變異系數(shù)CV2=0.108。結(jié)果表明，試樣面密度、厚度的變異系數(shù)均偏大。在濕法成網(wǎng)過程中，水流會帶走較多細(xì)小的纖維，造成纖維質(zhì)量損失，且不可控因素較多，故制得的成品均勻性欠佳，需進(jìn)一步處理。

2.2 透氣性

參照GB/T 5453—1997《織物透氣性測定》評價試樣的透氣性。試驗壓差為100.0 Pa(醫(yī)用)，試樣面積為20 cm2。取5塊尺寸為40 mm×50 mm的方形試樣，于每塊試樣的4個角和正中間進(jìn)行測試，測試結(jié)果取5個不同點的測試值平均值，作為此塊試樣透氣性的參數(shù)值，測試結(jié)果見表1。

表1 濕法水刺醫(yī)用敷料的透氣性測試結(jié)果

從表1可以看出，使用竹漿和黏膠纖維制備的濕法水刺醫(yī)用敷料含有竹漿，而竹漿的透氣性較差，故所制備的濕法水刺醫(yī)用敷料的透氣性也隨之降低。

2.3 柔軟性

根據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品彎曲性能的測定》，以抗彎剛度評價織物的柔軟性?？箯潉偠扔嬎惴椒ㄈ缡?3)所示。

B=G×L3×103

(3)

式中：B——彎曲剛度，mN·cm；

G——面密度，g/m2；

L——彎曲長度，cm。

取5塊5 cm×13 cm的矩形試樣進(jìn)行測試，并計算其彎曲剛度，結(jié)果如表2所示。

表2 濕法水刺醫(yī)用敷料的抗彎剛度的測試結(jié)果

由表2可知，濕法水刺醫(yī)用敷料的縱、橫向彎曲剛度存在一定差異。由于水刺輸出時敷料的縱、橫向不同，基材的橫向抗彎剛度比縱向大[3]。這是由于在水刺過程中，濕法水刺醫(yī)用敷料的縱向彎曲剛度主要由纖維自身和纖維間的纏結(jié)提供，而橫向彎曲剛度受纖維間纏結(jié)的影響較小，因此濕法水刺醫(yī)用敷料的縱向彎曲剛度比橫向彎曲剛度大。

2.4 斷裂強力

參照GB/T 3923.1—2013《織物拉伸性能》評價試樣的拉伸性能。沿濕法水刺醫(yī)用敷料縱、橫向各裁取5塊尺寸為5 cm×20 cm的試樣進(jìn)行拉伸試驗。拉伸速度為10 m/min，測試結(jié)果見表3。

表3 濕法水刺醫(yī)用敷料的斷裂強力

由表3可知，濕法水刺醫(yī)用敷料的縱向拉伸斷裂強力比橫向略大一些。這是由于濕法成網(wǎng)屬于雜亂成網(wǎng)，纖網(wǎng)的縱橫向不存在顯著差異，而在水刺過程中，由于高速射流的能量較高，促使縱向纖維的纏結(jié)比橫向纖維纏結(jié)緊密，在兩者纖維和成網(wǎng)方式不存在差異的條件下，縱向的強力要明顯比橫向的強力大。

2.5 抗菌性能

為滿足醫(yī)用敷料的使用要求，利用具有良好生物相容性和抗菌性的殼聚糖[4]，對濕法水刺醫(yī)用敷料進(jìn)行后整理，使之除了能促進(jìn)細(xì)胞生長外還兼具抗菌性能[5]。由于殼聚糖不溶于水而能溶于酸[6]，因此，取適量的殼聚糖粉末，將其與乙酸放置在磁力攪拌器中，于50 ℃下攪拌約1 h，完全溶解后的殼聚糖呈凝膠態(tài)。取適量去離子水對其進(jìn)行稀釋，獲得不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的殼聚糖溶液(即抗菌整理劑)，然后于4 ℃下冷藏保存。設(shè)置殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.3%、 0.5%、 0.7%和1.0%，然后用滴管分別取適量的殼聚糖溶液，將其完全涂覆在裁剪好的試樣上，靜置一段時間后，在干燥皿中干燥，最后收集試樣。

參照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》對濕法水刺醫(yī)用敷料的抗菌性能進(jìn)行評價。測試菌種為大腸桿菌，采用暈圈法進(jìn)行定性評價。試驗有效性判斷標(biāo)準(zhǔn)：若作為陰性對照的標(biāo)準(zhǔn)空白試樣，其抑菌圈寬度D=0，則判斷為試驗有效，否則判定為無效[7]。不同殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)下大腸桿菌的抑菌效果如圖2所示。

(a) 0.3% (b) 0.5%

(a) 0.7% (b) 1.0%

由圖2可知，當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時，濕法水刺醫(yī)用敷料具有一定的抑菌效果，但顯著性不高，且隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，濕法水刺醫(yī)用敷料抗菌效果并未明顯增強，反而是大腸桿菌更加快速地生長。

2.6 保濕性能

以高保濕性的透明質(zhì)酸[8]為保濕劑，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、 1.5%、 2.0%、 4.0%的透明質(zhì)酸溶液對濕法水刺醫(yī)用敷料進(jìn)行處理，以未進(jìn)行透明質(zhì)酸處理的濕法水刺醫(yī)用敷料為空白樣進(jìn)行對比。將濕法水刺醫(yī)用敷料在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和37 ℃下的質(zhì)量損失率作為保濕性的評價標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。

將試樣浸泡在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的透明質(zhì)酸溶液中，用鑷子夾出后靜置1 min，使得大量液體從試樣中滴落，然后將試樣分別置于不同的燒杯中。在干燥箱的邊緣涂上少量的密封劑(凡士林)，使干燥箱內(nèi)的相對濕度保持在3%以下。對容器和試樣進(jìn)行稱重，記錄容器和試樣的質(zhì)量m1，精確到0.000 1 g。將容器置于干燥箱中，溫度保持37 ℃。1 h后從干燥箱中取出容器，立即對容器和樣品進(jìn)行稱重，記錄質(zhì)量m2，精確到0.000 1 g。重復(fù)上述步驟，直至試驗進(jìn)行到24 h(或試樣質(zhì)量低于初始干燥質(zhì)量)，記錄每次容器和樣品的質(zhì)量。m1與m2的差值即為水分的散失量，以此評價濕法水刺醫(yī)用敷料的保濕性能。

試驗結(jié)果表明，在同等處理條件下，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%和4.0%的透明質(zhì)酸處理后，試樣中的水分散發(fā)地比較迅速，其中經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的透明質(zhì)酸處理后的試樣的水分散失較為緩慢，且經(jīng)透明質(zhì)酸處理后，試樣的手感更加柔軟。

3 結(jié)語

以竹漿和黏膠纖維為原料，利用濕法成網(wǎng)和水刺加固工藝，制備低成本、高柔軟、透氣透濕性強的濕法水刺醫(yī)用敷料，其經(jīng)抗菌、保濕后整理后兼具抗菌性能和保濕性。得出以下結(jié)論：

(1) 濕法水刺醫(yī)用敷料的縱向斷裂強力比橫向大，這與纖維間的纏結(jié)有關(guān)。

(2) 殼聚糖的抗菌效果在試驗中并不突出。

(3) 以透明質(zhì)酸為保濕劑，其保濕效果在現(xiàn)有的非織造后處理中難以發(fā)揮作用。

經(jīng)殼聚糖溶液整理后的抗菌功效尚待研究，可通過改變竹漿和黏膠纖維的混合比例或加入其他纖維來增加成品的柔軟性；在目前的水刺工藝基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)水壓和水刺道數(shù)來改善其透氣性和強度。