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海藻纖維作為一種新型生物可降解再生纖維,是以海藻植物(如海帶、海草)中分離出的海藻酸為原料制成的纖維,其產品具有良好的生物相容性、可降解吸收性等特殊功能,而且資源豐富,估計世界海洋中有25000多種海藻[1],海藻纖維的各種優異性能已在紡織領域和醫學領域得到了廣泛的關注。
1 海藻纖維的發展
1.1 國外海藻纖維的發展
英國化學家ECC Stanford[2-3]早在1881年1月12日發表的一項英國專利中,首先介紹了從褐藻類海藻植物狹葉海帶(LaminariaStenophylla)中提取出的一種凝膠狀物質,他把用稀堿溶液提取出的物質命名為Algin,加酸后生成的凝膠為Alginic acid,即海藻酸。
1944年,英國人Speakman和Chamberlain發表了他們對海藻酸纖維的研究成果[4-6]。Speakman和Chamberlain 研究了從6 組具有不同相對分子質量的海藻酸中加工出的纖維的性能。結果說明,海藻酸的相對分子質量對纖維的強度有一定的影響,但其影響程度不是很大。
在1912年到1940年期間,一些德國、日本和英國專利紛紛發表了海藻酸鹽經擠壓可得到可溶性海藻纖維的報道。1947年有報道說[7],以海藻酸鈣和海藻酸鈉為原料的海藻纖維可以制成毛紡織品、手術用紗布和傷口包覆材料。英國在上世紀60年代和70年代的研究表明,Steriseal公司銷售的SORBSON,就是利用海藻纖維制備的保暖、保濕性好的創傷被覆材料,可治療嚴重感染的潰瘍,這種材料中海藻纖維與創口滲出物接觸,形成吸濕性的凝膠,可使傷口保持濕潤,促進傷口快速愈合。
據文獻報道,日本Acordis特種纖維公司是世界首家實現海藻纖維大批量生產的廠家,其工藝屬領先地位。日本Forest公司開發出一種海藻纖維[8],這種纖維主要從海草的海藻膠粉中提煉制取,它由海藻酸鈉水溶液以CaCl2作為凝固浴,經濕法紡絲,并以甲醇替換水分而制得,所得纖維線密度為2.2dtex(l.97D),強度1.7cN/dtex(l.92g/d),這家公司從1993年起在本國銷售海草纖維毛巾,自2000年在韓國銷售海藻纖維內衣,日前已擴大到歐洲和東南亞等國家。海藻纖維能反射遠紅外線,產生負離子保暖和保健作用,除服裝外還可用于食品工業或醫藥工業做凍膠或增稠劑,新用途可做傷口繃帶或創可貼。
1.2 國內海藻纖維的發展
甘景鎬等[9]最早報道了我國對海藻酸纖維的研究情況。該課題組早在1981年就結合國外對海藻酸纖維的研究,采用含5%海藻酸鈉的紡絲溶液,通過濕法紡絲制備海藻酸鈣纖維。研究中發現,由于凝固液中的鈣離子的濃度因為不斷被消耗而稀釋,為便于控制,使用飽和的氯化鈣水溶液作為凝固液最為適宜。纖維在2000Pa壓力下,于60℃下進行干燥后得到的強度為0.44cN/dtex~1.76cN/dtex。孫玉山等[10]在1990年詳細研究了海藻酸纖維的生產工藝。該課題組通過濕法紡絲,在氣體介質中拉伸后得到的纖維強度達2.67cN/dtex。為了改善海藻酸鈣纖維的化學穩定性,課題組采用纖維素醋酸酯、聚乙烯醇、甲殼質等對纖維進行涂層處理,使纖維具有一定的化學穩定性,可以在生理鹽水中維持兩周保持不溶解。在用鋅、鋁、鐵、鉻等金屬離子處理海藻酸鈣纖維后,纖維可以在生理鹽水中浸漬兩個月后不溶解。
2004年,青島大學夏延致教授受聘青島市海藻纖維項目的首席科學家。在海藻纖維的生產新技術及海藻纖維在功能性紡織品、本質阻燃材料等方面的應用進行了創新和發展,開拓了海洋生物資源應用新領域。其主持863計劃重點項目“海藻資源制取纖維及深加工關鍵技術開發”,開展海藻纖維的工業化生產。
2007年,青島大學公開了一種殼聚糖接枝海藻纖維及其制備方法與用途的專利[11],這種纖維由于表面包覆一定的殼聚糖,因而具有良好的吸濕性和抗菌性,且無毒、無害、安全性高及生物可降解性,在醫藥、環保等領域均有良好的應用前景,作為止血治療的新型材料,尤其適合于制造紗布做傷口敷料用。纖維強度:1.5d~2.5d。斷裂伸長率:4%~10%。斷裂強度:1.8g/d~3.1g/d。
2 海藻纖維制備
2.1 原料的制備
目前,在可用作制備海藻纖維的原料中,最常用的是可溶性鈉鹽粉末,即海藻酸鈉。其生產工藝流程:先用稀酸處理海藻使不溶性海藻酸鹽轉變成海藻酸,然后加堿加熱提取,生成可溶性的鈉鹽溶出,過濾后,加鈣鹽生成海藻酸鈣沉淀,該沉淀經酸液處理轉變成不溶性海藻酸,脫水后加堿轉變成鈉鹽,烘干后即為海藻酸鈉。
2.2 海藻纖維的制備
海藻纖維通常由濕法紡絲制備,即將可溶性海藻酸鹽(通常用海藻酸鈉)溶于水中形成黏稠溶液,然后通過噴絲孔擠出到含有二價金屬陽離子(Mg2+除外)的凝固浴中,形成固態不溶性海藻酸鹽纖維長絲。
3 海藻纖維的特點
3.1 高吸濕性
可以吸收大量的傷口滲出物,延長更換繃帶的時間,減少更換次數和護理時間,降低護理費用。
3.2 易去除性
海藻酸鹽纖維與滲出液接觸后膨化形成柔軟的凝膠。高M海藻酸鹽纖維可用溫熱的鹽水溶液淋洗去除;高G海藻酸鹽繃帶膨化較小可整片去除,對新生傷口的嬌嫩組織有保護作用,防止在取出紗布時造成傷口二次創傷。
3.3 高透氧性
吸濕后形成親水性凝膠,與親水基團結合的“自由水”成為氧氣傳遞的通道,氧氣經吸附―擴散―解吸過程,從外界環境進入傷口組織內;而纖維的高G段是纖維的大分子骨架連接點,水凝膠的硬性部分(氧氣可通過的微孔)避免了傷口的缺氧狀況,促使傷口愈合。
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