竹浆/黏胶纤维湿法水刺医用敷料的制备及研究*

顾鹏斐 李素英 李伟岸2 戴家木 朱梦玲

1. 南通大学纺织服装学院， 江苏 南通 226019；2. 南通威尔非织造新材料有限公司， 江苏 南通 226019

生物质纤维是指利用生物体或生物提取物制成的纤维[1]，因其储量庞大且生物相容性优良而被广泛应用于医用领域。本文以竹浆和黏胶两种生物质纤维为原料，经湿法成网、水刺加固工艺，制备湿法水刺医用敷料。基于非织造的后整理[2]工艺，利用透明质酸保湿剂和具有抗菌效果的壳聚糖对所制备的湿法水刺医用敷料进行整理，进一步提升敷料的使用价值。

1 湿法水刺医用敷料的制备

以竹浆和黏胶纤维为原料，通过称量计算，得出原料的面密度均为60～70 g/m2。本试验中竹浆和黏胶纤维的质量配比设定为6∶4。水刺加固工艺原理示意图如图1所示。水刺工艺中，水刺压力和水刺道数为主要工艺参数。其中，水刺头设有2个，其压力分别为2和5 MPa，水刺道数为3。其工艺路线依次为原料制备、打浆、纤网制备、纤网烘干、纤网收集、水刺加固、基材剥取、烘干收取。

1—水刺头； 2—水针； 3—纤网； 4—金属托网； 5—抽吸辊筒；6—真空箱； 7—真空密封； 8—水流图1 水刺工艺原理示意[2]

先进行纤网制备试验。向打浆机中注入500～600 mL的去离子水，加入已称取的竹浆浆粕，于小功率模式下打浆，共打浆4次，单次打浆15 s，再加入已称取的黏胶纤维，于小功率模式下打浆15 s，打浆1次，制得竹浆和黏胶纤维的悬浊液。

将成网帘铺在初步成形的纤网上(尽量除去成网帘上的气泡)，再将成形器固定在成网帘上，并向成形器中注入二分之一的水；将打好的悬浊液均匀倒入成形器中，使用混合器将悬浊液与水混合均匀，再打开水闸将水全部放出，最终纤维积聚成网。将纤网放入温度为80 ℃的烘箱中干燥，1 h后取出烘干的成网帘，剥取已经与成网帘分离的纤网。重复上述步骤。

制得纤网后，调节水刺机的工艺参数。当水刺头压力稳定后，将纤网放在已制备好的涤纶水刺非织造布上，然后一起置于输网帘上。预湿后，先采用水刺头1和水针2对其进行水刺加固，然后用压辊挤出其中多余的水分。重复上述步骤2次，将制得的湿法水刺基材从涤纶水刺非织造布上剥取下来。放在温度为80 ℃的烘箱中干燥，约3 min后取出，制备得到竹浆/黏胶湿法水刺医用敷料。

2 性能测试与分析

2.1 均匀性

参照GB/T 24218.2—2009《非织造布试验方法第1部分：单位面积质量的测定》评价试样的均匀性。试样尺寸为10 cm×10 cm；试验条件为室温20 ℃、相对湿度56%。取10块测试样，用电子天平测定其质量，取10次试验的平均值并计算试样的面密度和厚度的变异系数。面密度、厚度变异系数计算方法参照式(1)。

CV=S/R

(1)

式中：R——变量均值；

S——变量均方差，按式(2)计算。

(2)

经计算：面积0.01 m2的试样平均质量R1=0.560 0 g，质量均方差S1=0.05，则面密度变异系数CV1=0.089；面积0.01 m2的试样平均厚度R2=0.278 mm，厚度均方差S2=0.03，则厚度变异系数CV2=0.108。结果表明，试样面密度、厚度的变异系数均偏大。在湿法成网过程中，水流会带走较多细小的纤维，造成纤维质量损失，且不可控因素较多，故制得的成品均匀性欠佳，需进一步处理。

2.2 透气性

参照GB/T 5453—1997《织物透气性测定》评价试样的透气性。试验压差为100.0 Pa(医用)，试样面积为20 cm2。取5块尺寸为40 mm×50 mm的方形试样，于每块试样的4个角和正中间进行测试，测试结果取5个不同点的测试值平均值，作为此块试样透气性的参数值，测试结果见表1。

表1 湿法水刺医用敷料的透气性测试结果

从表1可以看出，使用竹浆和黏胶纤维制备的湿法水刺医用敷料含有竹浆，而竹浆的透气性较差，故所制备的湿法水刺医用敷料的透气性也随之降低。

2.3 柔软性

根据GB/T 18318.1—2009《纺织品弯曲性能的测定》，以抗弯刚度评价织物的柔软性。抗弯刚度计算方法如式(3)所示。

B=G×L3×103

(3)

式中：B——弯曲刚度，mN·cm；

G——面密度，g/m2；

L——弯曲长度，cm。

取5块5 cm×13 cm的矩形试样进行测试，并计算其弯曲刚度，结果如表2所示。

表2 湿法水刺医用敷料的抗弯刚度的测试结果

由表2可知，湿法水刺医用敷料的纵、横向弯曲刚度存在一定差异。由于水刺输出时敷料的纵、横向不同，基材的横向抗弯刚度比纵向大[3]。这是由于在水刺过程中，湿法水刺医用敷料的纵向弯曲刚度主要由纤维自身和纤维间的缠结提供，而横向弯曲刚度受纤维间缠结的影响较小，因此湿法水刺医用敷料的纵向弯曲刚度比横向弯曲刚度大。

2.4 断裂强力

参照GB/T 3923.1—2013《织物拉伸性能》评价试样的拉伸性能。沿湿法水刺医用敷料纵、横向各裁取5块尺寸为5 cm×20 cm的试样进行拉伸试验。拉伸速度为10 m/min，测试结果见表3。

表3 湿法水刺医用敷料的断裂强力

由表3可知，湿法水刺医用敷料的纵向拉伸断裂强力比横向略大一些。这是由于湿法成网属于杂乱成网，纤网的纵横向不存在显著差异，而在水刺过程中，由于高速射流的能量较高，促使纵向纤维的缠结比横向纤维缠结紧密，在两者纤维和成网方式不存在差异的条件下，纵向的强力要明显比横向的强力大。

2.5 抗菌性能

为满足医用敷料的使用要求，利用具有良好生物相容性和抗菌性的壳聚糖[4]，对湿法水刺医用敷料进行后整理，使之除了能促进细胞生长外还兼具抗菌性能[5]。由于壳聚糖不溶于水而能溶于酸[6]，因此，取适量的壳聚糖粉末，将其与乙酸放置在磁力搅拌器中，于50 ℃下搅拌约1 h，完全溶解后的壳聚糖呈凝胶态。取适量去离子水对其进行稀释，获得不同质量分数的壳聚糖溶液(即抗菌整理剂)，然后于4 ℃下冷藏保存。设置壳聚糖质量分数分别为0.3%、 0.5%、 0.7%和1.0%，然后用滴管分别取适量的壳聚糖溶液，将其完全涂覆在裁剪好的试样上，静置一段时间后，在干燥皿中干燥，最后收集试样。

参照FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》对湿法水刺医用敷料的抗菌性能进行评价。测试菌种为大肠杆菌，采用晕圈法进行定性评价。试验有效性判断标准：若作为阴性对照的标准空白试样，其抑菌圈宽度D=0，则判断为试验有效，否则判定为无效[7]。不同壳聚糖质量分数下大肠杆菌的抑菌效果如图2所示。

(a) 0.3% (b) 0.5%

(a) 0.7% (b) 1.0%

由图2可知，当壳聚糖质量分数为0.3%时，湿法水刺医用敷料具有一定的抑菌效果，但显著性不高，且随着壳聚糖质量分数的增加，湿法水刺医用敷料抗菌效果并未明显增强，反而是大肠杆菌更加快速地生长。

2.6 保湿性能

以高保湿性的透明质酸[8]为保湿剂，使用质量分数为1.0%、 1.5%、 2.0%、 4.0%的透明质酸溶液对湿法水刺医用敷料进行处理，以未进行透明质酸处理的湿法水刺医用敷料为空白样进行对比。将湿法水刺医用敷料在标准大气压和37 ℃下的质量损失率作为保湿性的评价标准[9-10]。

将试样浸泡在不同质量分数的透明质酸溶液中，用镊子夹出后静置1 min，使得大量液体从试样中滴落，然后将试样分别置于不同的烧杯中。在干燥箱的边缘涂上少量的密封剂(凡士林)，使干燥箱内的相对湿度保持在3%以下。对容器和试样进行称重，记录容器和试样的质量m1，精确到0.000 1 g。将容器置于干燥箱中，温度保持37 ℃。1 h后从干燥箱中取出容器，立即对容器和样品进行称重，记录质量m2，精确到0.000 1 g。重复上述步骤，直至试验进行到24 h(或试样质量低于初始干燥质量)，记录每次容器和样品的质量。m1与m2的差值即为水分的散失量，以此评价湿法水刺医用敷料的保湿性能。

试验结果表明，在同等处理条件下，经质量分数为1.5%和4.0%的透明质酸处理后，试样中的水分散发地比较迅速，其中经质量分数为1.0%的透明质酸处理后的试样的水分散失较为缓慢，且经透明质酸处理后，试样的手感更加柔软。

3 结语

以竹浆和黏胶纤维为原料，利用湿法成网和水刺加固工艺，制备低成本、高柔软、透气透湿性强的湿法水刺医用敷料，其经抗菌、保湿后整理后兼具抗菌性能和保湿性。得出以下结论：

(1) 湿法水刺医用敷料的纵向断裂强力比横向大，这与纤维间的缠结有关。

(2) 壳聚糖的抗菌效果在试验中并不突出。

(3) 以透明质酸为保湿剂，其保湿效果在现有的非织造后处理中难以发挥作用。

经壳聚糖溶液整理后的抗菌功效尚待研究，可通过改变竹浆和黏胶纤维的混合比例或加入其他纤维来增加成品的柔软性；在目前的水刺工艺基础上，通过改进水压和水刺道数来改善其透气性和强度。