壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的制备及其性能

吴 杰，吴海波，靳向煜

（东华大学 纺织学院，上海 201620）

壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的制备及其性能

吴 杰，吴海波，靳向煜

（东华大学 纺织学院，上海 201620）

在不同水刺压力下分别采用平行铺网和交叉铺网方式，制备了壳聚糖与黏胶混纺比为80／20和60／40的水刺医用敷料，并对试样的刚柔性、液体吸收性、透气性、水浸出液p H值和水中溶出物性能进行了对比和分析.结果表明：壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的柔软性、液体吸收性、透气性、p H值和在水中溶出物的质量分数随着壳聚糖纤维含量的增加呈上升趋势；水刺压力增大时，水中溶出物减少，p H值未见显著变化，而柔软性、液体吸收性和透气性变差.

壳聚糖；黏胶；医用敷料；水刺压力；性能

传统医用敷料在保护伤口、防止细菌感染、吸收创面渗出液等方面起到了一定的作用［1］，但其容易粘连伤口，造成皮肤的二次损伤，限制了在临床上的广泛应用.随着医用敷料发展的规范化及使用者的需求，医疗行业迫切需要具有止血、促愈和良好的生物相容性等功能性医用敷料.壳聚糖纤维具有止痛、止血、促进伤口愈合、减小疤痕、抑菌和良好的生物相容性等优异的性能，对其在伤口敷料方面的研究逐渐成为生物材料领域的一个热点［2-5］.目前，国内外利用壳聚糖纤维生产的医用敷料按加工方法分为纺织物和非织造物两种.本文采用的水刺非织造技术生产工艺简单、流程短、成本低，且其生产的产品具有柔软、舒适和吸湿性能好的优点.在制备过程中，由于壳聚糖纤维存在力学性能欠佳、卷曲少等问题，纯纺壳聚糖纤维存在技术瓶颈［6］，再加上壳聚糖纤维的价格较高，所以在制备过程中加入适当比例卷曲大、初始模量较低的黏胶纤维，既有利于水刺时纤维的缠结加固，又能有效降低成本.

在医用敷料的使用过程中，受损的皮肤要求其具有一定的柔软性、液体吸收性和透气性，否则不利于伤口的愈合；敷料吸收液体后，如果溶出较多杂质，不但会刺激伤口，可能还会粘连伤口，甚至会造成二次损伤，而且皮肤的修复需要适宜的酸碱环境，p H值太高或太低都不利于创面的修复.因此，本文重点研究壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的刚柔性、液体吸收性、透气性、水浸出液的p H值、水中溶出物性能.

1 试样的制备

1.1 原材料

壳聚糖纤维，1.78 dtex×38 mm，脱乙酰度为80.6%，山东华兴海慈新材料有限公司；黏胶纤维，1.68 dtex×38 mm，唐山三友集团兴达化纤有限公司.

1.2 试样的制备

本文以壳聚糖与黏胶两种纤维为原料，采用平行铺网和交叉铺网方式分别制备了1＃～4＃试样和5＃～8＃试样，制备工艺路线：壳聚糖纤维和黏胶纤维混合开松→梳理→成网→水刺加固→干燥卷绕.

1＃～4＃试样采用小型梳理机平行铺网，纤维梳理量为卷绕滚筒表面积与纤网面密度的乘积.梳理机卷绕滚筒的有效卷绕宽度和卷绕周长分别为0.26和0.75 m.首先，计算卷绕滚筒表面积，即梳理纤网的面积：0.26×0.75＝0.195 m2，然后再根据纤网的面密度（120 g／m2），计算生产样品所需的用于梳理的纤维量：0.195×120＝23.4 g.由于梳理和水刺过程中均有纤维损失，再加上水刺时纤网存在一定的牵伸，因而实际梳理纤维量应略大于理论计算量.制备过程中，混合的纤维经第一道梳理后形成的纤维网非常不匀，故采用三道梳理并成网.

5＃～8＃试样采用交叉铺网方式制备，其中开松和梳理成网的工艺参数如表1所示.

表1 开松机、梳理机和铺网机的工艺参数Table 1 Technical parameters of opening，carding and lapping machine m／min

1＃～8＃试样梳理成网后，将纤维网依次经过水刺机进行水刺加固.本文采用Fieissner Aquajet Y500-2型水刺机（属于平行铺网式），其射流缠结成型有两个系统：预湿水和主水刺加固.由于壳聚糖纤维强力低，为了减轻水刺固结过程中对壳聚糖纤维的损伤，水刺压力不能太大，但又要保证布面不起毛.因此，为确保纤网有效地加固缠结，本文采用水刺机预湿1次，正反面分别水刺2次的加固工艺，得到的8种不同规格的水刺医用敷料如表2所示.

表2 不同规格的水刺医用敷料Table 2 Spunlaced medical dressing with different specifications

2 测试方法

（1）刚柔性测试依据GB／T 18318—2001有关规定执行.

（2）液体吸收性测试按照YY／T 0471.1—2004中3.2的方法进行测试.

（3）透气性测试依据 GB／T 5453—1997，用YG461E型数字式透气量仪进行测试.

（4）浸出液的p H值测试按照YY／T 0472.1—2004中附录F进行测试.

（5）水中溶出物测试按照YY 0331—2006中5.12方法测试.

3 结果与分析

3.1 缠结系数

试样的制备过程中分别采用了4种不同的水刺压力组合，为了比较不同水刺压力组合对壳聚糖纤维／黏胶水刺医用敷料的缠结程度，这里引入了缠结系数（C）.缠结系数是指非织造材料试样的纵向强力和横向强力之和与其面密度的比值，如式（1）所示.

式中：C为缠结系数，（N·m2）／g；E为纵向强力，N；F为横向强力，N；ρA为试样的面密度，g／m2.

按照式（1）计算得出8种壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的缠结系数随不同水刺压力组合的变化曲线如图1所示.

图1 缠结系数随水刺压力组合变化的关系曲线Fig.1 Relationship between entanglement coefficient and combination of spunlaced pressure

从图1可以看出，随着水刺压力的增加，两种混纺比的壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的缠结系数都近似线性增加，且80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的缠结系数总小于相应的60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的缠结系数.这是由于壳聚糖纤维的初始模量为67.45 c N／dtex，黏胶纤维的初始模量为38.25 cN／dtex，初始模量较大的壳聚糖纤维在相同的水刺压力作用下易受冲击而断裂，导致80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的缠结能力较差；另外，60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料采用交叉铺网，纤维呈杂乱状态分布在各个方向上，纤维和纤维之间缠结得比较紧实，而80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料采用平行铺网方式，大部分纤维呈平行状态分布在输出纤网的方向上，导致平行排列纤网结构的缠结系数小于交叉排列纤网结构的缠结系数.

3.2 刚柔性

刚柔性是指织物弯曲变形的刚柔程度，本文用弯曲刚度来衡量，该值越小，说明试样越柔软.医用敷料为直接接触皮肤的材料，因此，必须要求其具有手感好、柔软、与皮肤贴合性好等性能.试验时使用LLY-01型电子硬挺度仪，测出8种试样的弯曲长度后，利用式（2）计算得到各试样的弯曲刚度.

式中：B为弯曲刚度，m N·cm；L为试样的弯曲长度，cm.

8种壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的纵向（MD）和横向（CD）弯曲刚度随不同水刺压力组合的变化曲线如图2所示.

图2 弯曲刚度随水刺压力组合变化的关系曲线Fig.2 Relationship between bending stiffness and combination of spunlaced pressure

由图2可以看出，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的纵向弯曲刚度总比横向大，原因在于其梳理和成网时采取平行铺网的方式（见图3（a）），纤维的取向度较高，大部分纤维沿纤网输出方向呈纵向排列，即在纵向上大部分纤维沿着试样的长度方向排列，它们能较好地承担弯曲应力，因此，纵向弯曲刚度比横向弯曲刚度大很多.而采用交叉铺网方式制备的60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的纵向和横向弯曲刚度几乎没有差别，这是由于其采用交叉铺网方式（见图3（b）），纤维沿各个方向的排列比较均匀，纵向和横向弯曲刚度差异比较小.在水刺压力一定的条件下，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的弯曲刚度小、柔软度高.这是因为壳聚糖纤维含量越高，水刺加固时受到水针冲击的损伤越大，导致其和黏胶纤维之间的缠结系数较小，缠结效果差，结构比较疏松，弯曲刚度较小，敷料柔软度高.

图3 纤维网排列形状Fig.3 Arrangement shape of fiber web

3.3 液体吸收性

新型创面修复理论认为，伤口愈合速度在湿润状态下比在干燥状态下快，因此，新型的医用敷料要求有良好的吸湿与保湿功能［7］.医用敷料吸收的液体主要有吸收水和毛细水.吸收液体的多少取决于纤维本身，纤维的亲水基团越多，亲水基团与水的结合能力越强，液体吸收性就越好；毛细水主要分布在纤维及织物毛细空隙内，纤维之间排列越疏松，空隙越大，毛细水越多.

试验中，将10个已知质量的5 cm×5 cm样品置于烧杯内，加入温度为37℃的试验液，其质量为供试材料的40倍，在37℃下保持30 min.用镊子夹持样品一角或一端，悬垂30 s，再称质量［6］，测试结果如图4所示.由图4可以看出，在水刺压力相同的条件下，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的液体吸收性好.这可以从壳聚糖的大分子结构（见图5）上来分析，壳聚糖纤维是甲壳素纤维的脱乙酰基产物，本文采用的壳聚糖脱乙酰度为80.6%，脱乙酰度较高，即壳聚糖分子链上游离的氨基较多，大分子的亲水性好，再加上壳聚糖经过湿法纺丝工艺，在纤维上形成了微孔结构（见图6），致使壳聚糖纤维具有很好的吸湿性和液体吸收性，吸收的液体大部分被保留在纤维和纤维之间的毛细空间内.从图4还可以看出，随着水刺压力的增加，试样液体吸收性逐渐变差.这是因为水刺压力比较低时，纤维和纤维之间缠结系数比较小，纤维之间的排列比较疏松，存在较多的空隙，可以吸收较多的液体，随着水刺压力的增大，纤维之间缠结系数增大，导致纤维之间的排列比较紧实，纤维和纤维之间的空隙减少，吸收液体的能力下降.由此可见，在面密度和其他参数基本一致的条件下，选用脱乙酰度较高的壳聚糖并适当降低水刺压力，既可以保证产品的柔软性，又可以明显改善试样的液体吸收性能.

图4 吸液率随水刺压力组合变化的关系曲线Fig.4 Relationship between absorption rate and combination of spunlaced pressure

图5 甲壳素和壳聚糖的大分子结构Fig.5 Macromolecular structure of chitin and chitosan

图6 壳聚糖纤维SEM照片（×3 000）Fig.6 SEM image of chitosan fiber（×3 000）

3.4 透气性

试样透气性反映了敷料结构中空隙的多少，是医用敷料的重要物理性能指标之一.良好的医用敷料不仅提供保持伤口湿润的环境，而且能将皮肤代谢的气体排放到空气中，利于伤口的愈合.在单位压差作用下，单位时间内通过单位面积试样的平均空气流量为透气率.本试验中试样面积为20 cm2，试样压差为200 Pa，测试结果如图7所示.

图7 试样透气率随水刺压力组合变化的关系曲线Fig.7 Relationship between air permeability and combination of spunlaced pressure

试样的面密度、纤维种类以及内部空隙都影响其透气性.由图7可见，在面密度基本一致且水刺压力相同的条件下，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的透气性比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料要好.这是由于壳聚糖纤维卷曲度低，纤维之间缠结时易滑散，因此，当医用敷料中壳聚糖纤维含量较高时，纤维和纤维之间缠结系数小，敷料的结构会比较疏松，存在较多的空隙，从而使其透气率增加，透气性好.随着水刺压力的增加，试样的透气性逐渐减弱，原因在于水刺压力增大，纤维之间缠结系数增大，使得纤维和纤维之间的排列比较紧实，透气性变差.

3.5 水浸出液的p H值

由于在人体皮肤表面存留着尿素、尿酸、盐分、乳酸、氨基酸、游离脂肪酸等酸性物质，所以皮肤表面常显弱酸性，正常皮肤表面p H值为5.0～7.0，只有在该p H值范围内，才能使皮肤处于吸收营养的最佳状态，此时皮肤抵御外界侵蚀的能力以及弹性、光泽、水分等都为最佳状态.一些病毒和病菌却是在酸性条件下活性最强，所以医用敷料p H值比正常皮肤略高，有利于人体皮肤的修复.按标准测试后，得出8种不同试样水浸出液的p H值，结果如图8所示.

图8 试样水浸出液p H值随水刺压力组合变化的关系曲线Fig.8 Relationship between p H value of the water extract of samples and combination of spunlaced pressure

由图8可以看出，在面密度基本一致的条件下，水刺压力对试样浸出液p H值的影响效果不大，影响试样浸出液p H值的因素主要是壳聚糖纤维的含量，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料浸出液的p H值稍微偏大.因为壳聚糖是唯一一种含氮碱性基团的多糖天然高分子物质，这种含氮碱性基团将导致试样浸出液的p H值稍微偏高，但试样浸出液大致为中性，与人体皮肤相溶.从利于皮肤修复的角度来分析，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料更利于皮肤的修复.

3.6 水中溶出物

将试样置于沸水中不停地搅拌，一定时间后测定过滤水中的固体物质，再按式（3）计算水中溶出物的质量分数.

式中：D为水中溶出物的质量分数，%；m2为试样在水中溶出固体物质的质量，g；m1为试样的质量，g.

按照标准测试后，8种试样的水中溶出物测试结果如图9所示.从图9可以看出，试样在水中不同程度地出现了溶出物，在水刺压力相同的条件下，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料在水中的溶出物多.这是因为黏胶纤维的原料和成品，其化学组成都是纤维素纤维，通过化学和机械的方法将浆粕中很短的纤维制成黏胶纤维，中间过程会产生纤维素磺酸酯、NaOH、水、CS2、NaCS3和多硫化物等副产物，CS2在后处理过程中通过回收系统回收，其他副产物在沸水中都是可溶的.壳聚糖纤维的生产过程中［8］，首先，采用稀酸和NaOH处理，预先去除钙与蛋白质，得到甲壳素，然后脱碱，将脱乙酰的壳聚糖配制成一定浓度的纺丝溶液；其次，采用湿法纺丝制备壳聚糖纤维，在这个过程中，中间产物甲壳素不是以纯的形式出现，它存在于含有蛋白质和碳酸钙的复合物中，其制备过程实际是甲壳素和复合物分离的过程.因此，从虾壳和蟹壳中提取甲壳素时，由于虾壳和蟹壳中有虾壳肉质、污物等杂质，这些杂质的引入会导致壳聚糖纤维在水中的溶出物增多.另外，从图9中还可以看出，在壳聚糖纤维含量一定的条件下，试样在水中的溶出物的质量分数随着水刺压力的增大而减少，这是由于水刺压力越大，壳聚糖纤维和黏胶纤维之间缠结系数会变大，纤维之间缠结比较紧实，在水中的溶出物会减少.

图9 水中溶出物随水刺压力组合变化的关系曲线Fig.9 Relationship between soluble substance and combination of spunlaced pressure

4 结 语

（1）壳聚糖纤维的初始模量和刚性大，而黏胶纤维刚性小，两种纤维原料对水刺加固的缠结效果有较大的影响.研究结果表明，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的缠结系数小.

（2）平行铺网方式制备的壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比交叉铺网制备的壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的纤网结构疏松、纤维和纤维之间的空隙较多，有利于提高壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的柔软性、液体吸收性和透气性.

（3）壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的柔软性、液体吸收性、透气性和水中溶出物的量随着水刺压力的增大呈下降趋势，但p H值未见显著变化.当水刺压力一定时，80／20壳聚糖／黏胶水刺医用敷料比60／40壳聚糖／黏胶水刺医用敷料的柔软性、液体吸收性和透气性好，p H值稍微偏大，在水中的溶出物多.

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Preparation of Spunlaced Chitosan／Viscose Wound Dressing and It’s Properties

WUJie，WUHai-bo，JINXiang-yu

（College of Textiles，Donghua University，Shanghai 201620，China）

Chitosan／viscose blended ratio 80／20 and 60／40 spunlaced wound dressing were prepared by using parallel laying and cross laying respectively under different spunlaced pressure.The stiffness and flexibility，absorption performance，air permeability，p H value of the water extract and soluble substance of samples were contrasted and analysed.The results showed that the softness，absorption performance，air permeability，p H value and the mass fraction of soluble substance were all increased in accordance to the increased ratio of chitosan fiber.The amount of soluble substance decreased and p H value experienced less change under higher water pressure，while the softness，absorption performance and air permeability became worse.

chitosan；viscose；wound dressing；spunlaced pressure；property

TS 176.4

A

2013-05-10

吴 杰（1989—），女，山东德州人，硕士研究生，研究方向为生物医用非织造材料.E-mail：892969172＠qq.com

吴海波（联系人），男，高级工程师，E-mail：hbwu＠dhu.edu.cn

1671-0444（2014）03-0276-06