新型纺织基外科清创刷的吸液特性

付译鋆, 薛 雯, 孟思益, 王 璐

(1.东华大学 a. 纺织面料技术教育部重点实验室; b. 纺织学院, 上海201620；2. 南通大学 纺织服装学院， 江苏 南通 226019)

新型纺织基外科清创刷的吸液特性

付译鋆1a, 1b， 2, 薛 雯1a, 1b, 孟思益1b, 王 璐1a, 1b

(1.东华大学 a. 纺织面料技术教育部重点实验室; b. 纺织学院, 上海201620；2. 南通大学 纺织服装学院， 江苏 南通 226019)

采用低温等离子体技术对纺织基外科清创刷试样进行表面改性处理, 以吸水率为评价指标, 分析影响清创刷吸液特性的主要因素.结果表明：清创刷的吸水率与底布纱线股数呈负相关, 而与绒纤维密度呈一定的正相关; 在氧气气氛、处理时间为3 min、放电功率为150 W条件下, 清创刷的吸液特性得到最大程度的改善; 等离子体处理改变了纤维的表面性能, 增加了试样表面粗糙度和亲水基团数量, 有利于改善清创刷的吸液特性.

纺织基外科清创刷; 吸液特性; 等离子体处理

随着现代社会老龄化和工业化的发展, 皮肤创伤不仅严重威胁人类生活健康, 而且给社会经济带来了沉重的负担, 是全世界共同关注的热点问题[1].慢性难愈合创伤是指愈合时间长、机体功能紊乱且不能自发进行组织修复的伤口, 其中, 压疮、静脉溃疡和糖尿病足是最常见的3类慢性伤口[2].清创是伤口护理的首要环节, 主要是通过各种方法彻底去除伤口及其周围皮肤表面的坏死组织、腐肉、痂皮及伤口渗出液等可能抑制或延缓伤口愈合的不利因素, 为新生组织和上皮细胞的形成提供清洁的微环境, 从而达到促进组织修复和愈合的目的[3].

目前, 临床上常用的清创技术主要有自溶清创、酶解清创、生物清创、机械清创和外科手术清创.其中, 自溶清创周期较长, 酶解清创易引发过敏反应, 生物清创的患者接受度低, 机械清创往往需要借助复杂的设备, 手术清创操作复杂[4].因此, 国内外研究学者正在积极寻找、开发新的清创方法[5].笔者课题组设计制备了一种面向伤口清创的纺织基外科清创刷[6], 该材料具有双面结构, 试样正面由紧密排列的单纤维组成, 可对伤口进行清创处理, 是实现清创功能的重要组成部分; 试样反面为针织线圈结构复合胶黏涂层, 主要是对绒纤维进行物理、化学固结, 提供充分的纤维固结力和良好的尺寸稳定性.

由于伤口周围往往存在不同程度的伤口渗出液, 理想的清创刷应具备较好的吸液特性, 以便在清创处理中实现对伤口渗出液的充分吸收.本文采用低温等离子体技术对清创刷进行表面改性处理, 并以吸水率为评价指标, 分析了织物结构规格、等离子体处理工艺以及纤维表面性能对试样吸液特性的影响.

1 试 验

1.1 试验试样

选用6种不同规格的纺织基外科清创刷(以涤纶纤维和长丝为原料, 针织而成的纬编绒织物, 以下简称清创刷)为试验试样. 各试样具体规格参数如表1所示, 并以稳健医疗用品股份有限公司生产的医用纱布为试验对照样.

表1 6种试样的规格参数

1.2 等离子体表面改性处理

选用HD-300型低温等离子体处理仪(常州中科常泰等离子体有限公司)对清创刷进行改性处理.试验前, 先用丙酮溶液对试样进行超声清洗30 min, 再用蒸馏水充分漂洗, 之后将试样放入真空干燥箱, 待试样完全干燥后, 再进行等离子体表面改性.为了探索等离子体处理最佳工艺, 本文设计了3组试验, 分别讨论选用不同气氛、处理时间以及放电功率对清创刷吸液特性的影响, 具体试验参数设置如表2所示, 其中, 为便于比较, 1-3与3-2号试验参数设置相同, 试验编号不同.

表2 等离子体处理工艺参数

1.3 测试方法

1.3.1 吸液特性

参照文献[7]中介绍的试验方法, 以吸水率为评价指标, 对等离子体处理前后清创刷和医用纱布对照样的吸液特性进行测试, 分析试样结构、等离子体处理工艺条件与吸液特性的关系.

1.3.2 纤维表面性能

借助TM-3000型扫描电子显微镜(SEM, 日立高新技术公司, 日本)观察等离子体处理前后试样绒纤维表面的微观形貌变化， 并利用XSAM 800型X射线光电子能谱仪(Kratos Amicus)测试分析试样表面化学结构的变化.

2 结果与讨论

2.1 织物结构规格对吸液特性的影响

图1 不同清创刷的吸水率Fig.1 Liquid absorption capacity of different textile debridement pads

6种不同结构的清创刷试样的吸水率测试结果如图1所示, 其中, 虚线为医用纱布对照样的吸水率.由图1可知, 6种试样的吸水率均显著高于对照样, 且6种试样的吸水率存在较大的差异.在底布纱线股数相同的情况下, 随着绒纤维密度的增加, 清创刷的吸水率呈上升趋势.这是因为绒纤维密度的增加, 减少了试样中纤维与纤维间的孔隙, 使得试样单位体积内绒纤维数量增多, 增大了试样的整体表面积, 利于吸收更多水分.另一方面, 在绒纤维密度相同的情况下, 底布纱线股数从2增加到3时, 试样的吸水率表现出一定程度的下降.虽然底布纱线亦可吸收一定水分, 但底布纱线股数的增加, 也导致试样质量的增加. 图1结果表明, 底布纱线股数的增加, 对试样自身质量的贡献要大于对水分吸收的贡献.因此, 3股底纱试样的吸水率低于同类2股底纱试样.综上可知, 底布纱线股数的增加不利于清创刷吸水率的提高, 而试样的吸水率与绒纤维密度呈一定的正相关.

2.2 等离子体处理工艺对吸液特性的影响

不同等离子体处理条件下清创刷H2试样的吸水率测试结果如图2所示.由图2可知, 等离子体处理后, 试样的吸水率均得到了显著提升, 这表明等离子体处理可有效改善清创刷的吸液特性.文献[8]研究表明, 在等离子体的作用下, 试样表面产生了极性基团, 表面粗糙度有所增加, 因此宏观上表现为吸水率的增加.

(a) 功率150 W

(b) O2气氛处理3 min图2 清创刷H2的吸水率 Fig.2 Liquid absorption capacity of textile debridement pad H2

2.2.1 气氛的影响

从图2(a)可以看出, O2气氛等离子体处理后试样的吸水率高于相同处理条件下氦气等离子体处理后试样的吸水率.这是由于本试验所采用的是电容式耦合辉光放电产生的低温等离子体, 低温等离子体是部分电离气体[9], 在放电过程中会产生不同形式的活性物质, 包括原子、电子、自由基、臭氧、亚稳定中性粒子以及紫外辐射等[10].由于氧气是一种化学活性气体, 而氦气属于惰性气体.氧气不仅可以产生离子轰击和紫外辐射作用, 使得处理材料的高分子链段发生断裂, 与此同时, 氧气等离子体还可在高分子材料表面引入新的含氧极性基团, 增加材料的表面能[11].而惰性气体反应环境中, 由于作用机制的不同, 氦气等离子体不能在高分子材料表面引发新的化学官能团, 只存在离子轰击和紫外辐射作用.因此, 相同处理条件下, 氧气等离子体对清创刷吸液特性的改善效果优于氦气等离子体.

2.2.2 处理时间的影响

从图2(a)还可以看出, 当处理时间达到3 min后, 随着时间的延长, 氧气等离子体处理试样的吸水率不再上升, 反而略有下降, 同样的现象发生在氦气等离子体处理环境下的4 min时.文献[12]研究发现, 等离子体处理过程中会有大量活性粒子产生, 诸如电子、离子、自由基、光子以及激发态原子或分子, 其中, 高速电子对材料表面改性发挥着至关重要的作用.在放电功率恒定的条件下, 气体的电离率随时间的延长而提高, 进而不断产生更多的高速电子, 提高等离子体处理的效果, 但当处理时间达到一定程度后, 高速电子的数量达到饱和, 将不再随时间的延长而继续增加, 处理材料的表面改性效果也将不再有所改善[13].因此, 延长处理时间可在一定程度上提高等离子体处理效果、改善清创刷的吸液特性, 但时间延长对清创刷吸水率的提高存在一定的极限值, 到达该极限值之后, 继续延长处理时间, 试样的吸水率将不再有显著改善.

2.2.3 放电功率的影响

从图2(b)可以看出, O2气氛处理 3 min条件下, 放电功率对清创刷吸水率的影响表现出先上升后趋于平稳的趋势.这是由于电子束轰击在等离子体改性处理中起着重要作用, 在处理时间等其他工艺参数保持不变的前提下(本文中为O2气氛处理3 min), 发生电离的气体量随放电功率的上升而增加, 但当功率高到一定程度后, 气体电离率亦将达到一定极限值, 电离气体数量将不再随放电功率的上升而增加, 而是保持相对平稳状态.因此, 随着放电功率的提高, 清创刷的吸水率在起始阶段呈现出显著上升的趋势, 达到最大值之后保持在相对稳定的水平.本试验条件下(氧气等离子体、处理时间3 min), 清创刷的吸水率在放电功率为150 W时达到最大值.

2.3 纤维表面性能对吸液特性的影响

2.3.1 表面微观形貌

图3所示为等离子体处理前后试样表面SEM图.由图3可以看出, 未经处理的纤维表面相对光滑, 而氧气等离子体处理后试样表面相对粗糙, 且有纵向沟槽和颗粒状物质产生.这可能是由于等离子体对试样表面的物理刻蚀作用[14], 等离子体放电过程中产生大量的活性粒子, 这些粒子在运动过程中会对试样表面进行轰击[15], 导致试样表面部分固体材料发生气化[16], 形成图3(b)所示的微小沟槽.另外文献[17]研究表明, 等离子体处理会破坏高分子物质的化学链段, 生成新的小分子物质, 这些小分子残留在试样表面或被等离子体中的活性粒子包裹, 形成图3(b)所示的白色微粒.

(a) 处理前 (b) 处理后图3 等离子体处理前后试样表面SEM形态Fig.3 Surface SEM images of samples before and after plasma treatment

2.3.2 表面化学结构

表3 等离子体处理前后试样表面化学成分

(a) 处理前

(b) 处理后

表4 等离子体处理前后试样表面官能团含量

3 结 论

(1) 织物结构影响清创刷的吸液特性, 试样的吸水率与底布纱线股数呈负相关, 而绒纤维是纺织基外科清创刷水分吸收的主要承担者, 且绒纤维密度的提高有利于改善试样的吸液特性.

(2) 等离子体处理可显著改善清创刷的吸液特性, 在O2气氛、处理时间为3 min、放电功率为150 W条件下, 试样的吸水率得到最大程度改善.

(3) SEM结果表明, 等离子体处理后, 清创刷纤维表面出现裂痕和细小颗粒; X射线光电子能谱结果表明,等离子体处理后试样表面含氧基团百分比含量大幅提高.因此, 等离子体处理增加了试样表面粗糙度和亲水基团数量, 进而改善了纺织基外科清创刷的吸液特性.

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(责任编辑：于冬燕)

Liquid Absorption Property of a Novel Textile Debridement Pad

FUYijun1a, 1b, 2,XUEWen1a, 1b,MENGSiyi1b,WANGLu1a, 1b

(a. Key Laboratory of Textile Science & Technology, Ministry of Education; b. College of Textiles, 1. Donghua University, Shanghai 201620, China; 2. College of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong 226019, China)

Plasma treatment was performed to give a surface modification of the textile debridement pad. Influencing factors on liquid absorption property of the textile debridement pad were evaluated by measuring the water absorption capacity. Results show that there is a negative correlation between liquid absorption property and ground yarn number, while a positive correlation between liquid absorption property and pile density. The optimum effect is achieved under oxygen atmosphere at 150 W for 3 min. In addition, plasma treatment increases the surface roughness and introduces hydrophilic groups onto the fiber surface, which improves the liquid absorption property of the textile debridement pad.

textile debridement pad; liquid absorption property; plasma treatment

1671-0444 (2017)02-0186-05

2016-03-14

教育部高等学校学科创新引智计划资助项目(B07024)；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(CUSF-DH-D-2014008)

付译鋆(1989—)，女，河南郑州人，博士研究生，研究方向为医用纺织材料.E-mail: fyjviolin@163.com 王 璐(联系人)，女，教授，E-mail: wanglu@dhu.edu.cn

TS 101.4

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