纺织导报-抗菌海藻酸 明胶共混纤维的制备与应用.pdf
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1、纺织导报 China Textile Leader 2007 No.563 天然高分子独特的结构不仅赋予同合成高分子相当甚 至更好的功能, 而且常具有无 (低) 毒、 良好生物组织细胞 相容性、 可生物降解性等。 海藻酸钠 (N a A I g ) 是一类从褐 藻中提取出的天然线型多糖, 由1 , 4 键合的D甘露糖 醛酸 (M 单元) 和aL古罗糖醛酸 (G 单元) 残基组成, 无 毒, 可生物降解, 并具有高的生物活性。 海藻酸大分子长链 中可能有M M M(M段) 、 G G G(G 段) 、 G M G M(交替段) 、G G M G (混合段)等片段(图1 ) 。 其制备的海藻酸纤维
2、以其 优异特性 高吸湿成胶性、 整体易去除性、 高透氧性、 生物相容性、 生物降解吸收性、 高离子吸附性, 以及环保的 生产工艺, 已在医疗行业得到了广泛应用。 目前,可生物降解材料在医用材料领域得到越来越广泛的应用。由天然生物 可降解材料制备的抗菌海藻酸 / 明胶共混纤维因具有较高的生理活性、优良的物 理性能、较好的止血性、高吸湿率和抗菌性而用于医用材料。文章论述了抗菌海 藻酸 /明胶共混纤维的成纤机理、纺丝工艺过程,及其在医用材料方面的应用。 A t p r e s e n t , b i o d e g r a d a b l e m a t e r i a l s a r e i n
3、c r e a s i n g l y u s e d i n m e d i a l m a t e r i a l f i e l d . T h e f i b e r m a d e f r o m n a t u r a l b i o d e g r a d a b l e a l g i n a t e a n d g e l a t i n i s i d e a l f o r m a k i n g m e d i c a l m a t e r i a l s t h a n k s t o i t s h i g h b i o l o g i c a l a c t
4、i v i t y , e x c e l l e n t p h y s i c a l p r o p e r t i e s , g o o d s t y p t i c f u n c t i o n , g o o d a b s o r b e n t q u a l i t y a n d a n t i b a c t e r i a l p r o p e r t y . T h e a r t i c l e d i s c u s s e s t h e f i b e r - f o r m i n g p r i n c i p l e o f a l g i n
5、a t e / g e l a t i n b l e n d e d f i b e r , t h e s p i n n i n g p r o c e s s a n d i t s a p p l i c a t i o n i n p r o d u c i n g m e d i c a l m a t e r i a l s . 作者简介:展义臻,男,1 9 8 1 年生,硕士在读,研究方向为功 能纤维与功能纺织品的制备及性能研究。 明胶是由动物的皮、 骨等结缔组织中的胶原经部分水 解和热变性, 胶原的3 条螺旋直链立体结构遭到破坏得到 的大分子蛋白质 (图2 ) 。 明胶具有
6、很强的亲水、 保湿性能, 明胶与人体无异物、 炎症和排斥反应, 透水透气性好, 活 化巨噬细胞, 生物相容性好, 在体内可被完全吸收, 对人 体无毒以及容易成型等, 尤其是明胶的生物降解性和无毒 性, 正符合当今生物材料发展的要求, 是一种极具发展前 途的环境友好生物材料。 图1 海藻酸结构式 图2 明胶结构式 壳聚糖是天然高分子多糖甲壳素脱乙酰化得到的产 物, 化学名称为(1 , 4 )2氨基2脱氧D葡萄糖, 分 子量通常在几十万至上百万 (图3 ) 。 一般而言, 脱乙酰度 超过5 5 % 的甲壳素即可称为壳聚糖。 壳聚糖具有良好的生 物相容性、降解性、 低毒性、 成膜性, 促进凝血和伤口
7、愈 合,不易脱水收缩等;具有抗菌、抗炎、镇痛、 能被生物 体完全吸收的特点, 渗透空气和水分, 能被生物体内的溶 菌酶降解。 壳聚糖具有广谱抗菌作用, 对革兰氏阴性菌、 革 青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室 展义臻 朱 平 赵 雪 王 炳 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 64纺织导报 China Textile Leader 2007 No. 5 纤维技术 Fiber Technology 兰氏阳性菌、 白色念珠菌、 金黄色葡萄球菌有抑制和杀灭 作
8、用, 在纺织纤维和医疗领域得到广泛应用。 海藻酸钠/ 明胶溶解 (分别溶解海藻酸钠和明胶) 减压过滤 (分别减压过滤海藻酸钠和明胶) 共混纺丝 原液喷丝C a 2 凝固浴拉伸壳聚糖/ 多元羧酸凝固 浴拉伸洗涤烘干成品。 1 . 2 海藻酸 /明胶共混 海藻酸钠大分子中含有大量 O H 和 C O O ,为高 吸湿性多聚糖, 溶解海藻酸钠必须采用去离子水, 否则易 形成海藻酸钙凝胶, 海藻酸钠的溶解在3 3 3 8 。 明胶大分子中含有 N H 2和 C O O ,为亲水性蛋白 质。 明胶的凝固点为2 5 左右, 随着温度的升高, 明胶在 水溶液中转化为溶胶, 一般明胶的溶解温度在5 0 左右。
9、 明胶分子中同时含有 N H 3 和 C O O,为两性电 解质。 在等电点以下时, 分子中N H 3 的比例上升, 海藻 酸钠和明胶共混时,明胶分子中的 N H 3 和海藻酸钠分 子中的 C O O 产生静电结合,形成凝胶沉淀。须用碱调 节明胶的p H 值,屏蔽掉明胶的N H 3 , 提高二者的相容 性。 研究证实明胶与海藻酸钠的水溶液在p H 值高于明胶等 电点的情况下有很好的相容性, 形成的混合溶液是单相的。 1 . 3 海藻酸钠金属浴凝固 海藻酸钠是典型的离子交联水凝胶, 大分子G 单元与 低毒性的C a 2 反应络合形成水凝胶纤维析出, C a2 与G 单 元能形成特殊的蛋盒 (e
10、g gb o x ) 结构 (图5 、 图6 ) , G 单 元堆积而形成交联网络结构, 从而转变成水凝胶纤维而析 出。 此结构为典型的金属离子螯合结构, 增加了大分子的 硬度与强度, 提高了纤维的强度。 图3 壳聚糖结构式 海藻酸纤维经凝固浴、 干燥后, 纤维比较硬脆, 强力 较低, 影响了纤维的应用。 天然大分子共混改性可以结合 各种高聚物的优点, 改善纤维的各种性能。 海藻酸钠与明 胶、 壳聚糖等共混或改性可以结合各自的优点, 制备出具 有较高的生理活性、 优良的力学性能、 止血性好、 高吸湿 率和抗菌率的医用共混纤维。 抗菌海藻酸/ 明胶纤维的成 纤机理是利用C a 2 交联, 以及海
11、藻酸与明胶、 壳聚糖之间 的聚电解质效应而得到。 1 抗菌海藻酸/ 明胶纤维的制备 1 . 1 纺丝工艺 抗菌海藻酸/ 明胶纤维一般应用湿法纺丝, 制备过程 主要为 (图4 ) :将海藻酸钠在室温下溶于蒸馏水, 过滤得 海藻酸钠溶液。 将明胶溶于5 0 的蒸馏水, 趁热过滤得明 胶水溶液 ; 加入p H 值调节剂调节明胶p H 值于8 . 0 9 . 0 , 将上述两种溶液按一定比例共混, 将共混溶液强力搅拌至 成均相体系,减压脱泡至均一溶液,在 (3 5 1 ) 下通 过喷丝孔挤出到高价金属凝固浴中 (镁离子除外, 一般为 钙离子) 凝固, 拉伸。 然后经过将壳聚糖溶解为均一体系 的酸凝固浴
12、中 (一般为有机酸浴, p H 值为4 . 0 4 . 5 , 温 度为 (4 0 1 ) ) , 形成固态抗菌海藻酸/ 明胶纤维长丝 ; 该长丝经过拉伸、水洗、 干燥、 卷曲形成纤维;纤维经分 离、 梳理和铺层而制成连续的非织造布。 然后将非织造布 切割成所需尺寸, 最后检验、 消毒和包装。 图5 G 单元与C a 2 形成的 “e g g b o x ” 结构的大分子片段 图6 G 单元与C a 2 形成的 “e g g b o x ” 结构 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the
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