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海藻纤维作为一种新型生物可降解再生纤维,是以海藻植物(如海带、海草)中分离出的海藻酸为原料制成的纤维,其产品具有良好的生物相容性、可降解吸收性等特殊功能,而且资源丰富,估计世界海洋中有25000多种海藻[1],海藻纤维的各种优异性能已在纺织领域和医学领域得到了广泛的关注。
1 海藻纤维的发展
1.1 国外海藻纤维的发展
英国化学家ECC Stanford[2-3]早在1881年1月12日发表的一项英国专利中,首先介绍了从褐藻类海藻植物狭叶海带(LaminariaStenophylla)中提取出的一种凝胶状物质,他把用稀碱溶液提取出的物质命名为Algin,加酸后生成的凝胶为Alginic acid,即海藻酸。
1944年,英国人Speakman和Chamberlain发表了他们对海藻酸纤维的研究成果[4-6]。Speakman和Chamberlain 研究了从6 组具有不同相对分子质量的海藻酸中加工出的纤维的性能。结果说明,海藻酸的相对分子质量对纤维的强度有一定的影响,但其影响程度不是很大。
在1912年到1940年期间,一些德国、日本和英国专利纷纷发表了海藻酸盐经挤压可得到可溶性海藻纤维的报道。1947年有报道说[7],以海藻酸钙和海藻酸钠为原料的海藻纤维可以制成毛纺织品、手术用纱布和伤口包覆材料。英国在上世纪60年代和70年代的研究表明,Steriseal公司销售的SORBSON,就是利用海藻纤维制备的保暖、保湿性好的创伤被覆材料,可治疗严重感染的溃疡,这种材料中海藻纤维与创口渗出物接触,形成吸湿性的凝胶,可使伤口保持湿润,促进伤口快速愈合。
据文献报道,日本Acordis特种纤维公司是世界首家实现海藻纤维大批量生产的厂家,其工艺属领先地位。日本Forest公司开发出一种海藻纤维[8],这种纤维主要从海草的海藻胶粉中提炼制取,它由海藻酸钠水溶液以CaCl2作为凝固浴,经湿法纺丝,并以甲醇替换水分而制得,所得纤维线密度为2.2dtex(l.97D),强度1.7cN/dtex(l.92g/d),这家公司从1993年起在本国销售海草纤维毛巾,自2000年在韩国销售海藻纤维内衣,日前已扩大到欧洲和东南亚等国家。海藻纤维能反射远红外线,产生负离子保暖和保健作用,除服装外还可用于食品工业或医药工业做冻胶或增稠剂,新用途可做伤口绷带或创可贴。
1.2 国内海藻纤维的发展
甘景镐等[9]最早报道了我国对海藻酸纤维的研究情况。该课题组早在1981年就结合国外对海藻酸纤维的研究,采用含5%海藻酸钠的纺丝溶液,通过湿法纺丝制备海藻酸钙纤维。研究中发现,由于凝固液中的钙离子的浓度因为不断被消耗而稀释,为便于控制,使用饱和的氯化钙水溶液作为凝固液最为适宜。纤维在2000Pa压力下,于60℃下进行干燥后得到的强度为0.44cN/dtex~1.76cN/dtex。孙玉山等[10]在1990年详细研究了海藻酸纤维的生产工艺。该课题组通过湿法纺丝,在气体介质中拉伸后得到的纤维强度达2.67cN/dtex。为了改善海藻酸钙纤维的化学稳定性,课题组采用纤维素醋酸酯、聚乙烯醇、甲壳质等对纤维进行涂层处理,使纤维具有一定的化学稳定性,可以在生理盐水中维持两周保持不溶解。在用锌、铝、铁、铬等金属离子处理海藻酸钙纤维后,纤维可以在生理盐水中浸渍两个月后不溶解。
2004年,青岛大学夏延致教授受聘青岛市海藻纤维项目的首席科学家。在海藻纤维的生产新技术及海藻纤维在功能性纺织品、本质阻燃材料等方面的应用进行了创新和发展,开拓了海洋生物资源应用新领域。其主持863计划重点项目“海藻资源制取纤维及深加工关键技术开发”,开展海藻纤维的工业化生产。
2007年,青岛大学公开了一种壳聚糖接枝海藻纤维及其制备方法与用途的专利[11],这种纤维由于表面包覆一定的壳聚糖,因而具有良好的吸湿性和抗菌性,且无毒、无害、安全性高及生物可降解性,在医药、环保等领域均有良好的应用前景,作为止血治疗的新型材料,尤其适合于制造纱布做伤口敷料用。纤维强度:1.5d~2.5d。断裂伸长率:4%~10%。断裂强度:1.8g/d~3.1g/d。
2 海藻纤维制备
2.1 原料的制备
目前,在可用作制备海藻纤维的原料中,最常用的是可溶性钠盐粉末,即海藻酸钠。其生产工艺流程:先用稀酸处理海藻使不溶性海藻酸盐转变成海藻酸,然后加碱加热提取,生成可溶性的钠盐溶出,过滤后,加钙盐生成海藻酸钙沉淀,该沉淀经酸液处理转变成不溶性海藻酸,脱水后加碱转变成钠盐,烘干后即为海藻酸钠。
2.2 海藻纤维的制备
海藻纤维通常由湿法纺丝制备,即将可溶性海藻酸盐(通常用海藻酸钠)溶于水中形成黏稠溶液,然后通过喷丝孔挤出到含有二价金属阳离子(Mg2+除外)的凝固浴中,形成固态不溶性海藻酸盐纤维长丝。
3 海藻纤维的特点
3.1 高吸湿性
可以吸收大量的伤口渗出物,延长更换绷带的时间,减少更换次数和护理时间,降低护理费用。
3.2 易去除性
海藻酸盐纤维与渗出液接触后膨化形成柔软的凝胶。高M海藻酸盐纤维可用温热的盐水溶液淋洗去除;高G海藻酸盐绷带膨化较小可整片去除,对新生伤口的娇嫩组织有保护作用,防止在取出纱布时造成伤口二次创伤。
3.3 高透氧性
吸湿后形成亲水性凝胶,与亲水基团结合的“自由水”成为氧气传递的通道,氧气经吸附―扩散―解吸过程,从外界环境进入伤口组织内;而纤维的高G段是纤维的大分子骨架连接点,水凝胶的硬性部分(氧气可通过的微孔)避免了伤口的缺氧状况,促使伤口愈合。