壳聚糖基创面敷料的开发及性能研究

2019-09-27曹英杰付译鋆

纺织科技进展 2019年9期

成悦,李珂,曹英杰,马强,付译鋆,,*,张伟,张瑜

(1.南通大学纺织服装学院,江苏南通226019;2.江苏华西村股份有限公司,江苏江阴214420)

创面愈合是一个复杂而有序的生理学过程,在众多影响因素中,感染是阻碍创面愈合的首要因素[1],开放创面由于皮肤完整性遭到破坏,失去防御细菌的屏障能力,容易造成局部感染,甚至引发全身感染,威胁患者生命.因此,研制具有抗菌、促愈作用的多功能医用敷料具有重要的临床价值和社会意义.

壳聚糖是一种对人体无毒害、无刺激,具有天然生物相容性的可降解材料,它是甲壳素脱乙酰后的产物[2-3].甲壳素,又称壳多糖,是一种天然高分子多糖,广泛存在于自然界昆虫类、甲壳类的外壳及菌藻类的细胞壁中,是地球上第二大再生纤维素资源[4].近年来,壳聚糖作为一种功能性高分子材料,因其优异的广谱抗菌性以及止血、促愈等多种生理活性作用[5-6]而被广泛关注,并应用于生物医药领域.

针刺非织造材料是利用纤维间缠结及抱合作用形成的三维网状薄层织物,具有良好的延展性、柔软性,可赋予创面敷料良好的适体性与运动灵活性[7];其较高的比表面积、孔隙率及良好的孔道连通性,可从结构上提高创面敷料的液体吸收性能[8].另外,针刺非织造布工艺流程简单,操作简便可控,成品结构性能可通过改变原料配比、调节针刺工艺参数来实现调控[8].

以壳聚糖、黏胶纤维为原料,设计了不同配比和不同针刺工艺参数进行针刺产品制备,探索工艺结构对壳聚糖基创面敷料微观形貌、克重、厚度、机械力学性能、透气性及液体吸收性能的影响.

1 试验部分

1.1 主要材料与仪器

试验所用壳聚糖纤维(青岛云宙生物科技有限公司)和黏胶纤维(山东中纤纺织科技有限公司)的具体规格参数见表1.

表1 纤维原料规格参数

试验仪器:BG121-100型成网机、FZP1000铺网机、FZZ-I1000预针刺机、YBG343-110主针刺机(南通大学非织造材料与工程实验中心);KYKY-2800型扫描电子显微镜(北京中科科仪技术发展有限公司);YG(B)141D型数字式织物厚度仪、YG065C型电子织物强力仪、YG(B)461E型数字式织物透气仪(温州市大荣纺织仪器有限公司).

1.2 试样制备

将壳聚糖纤维和黏胶纤维分别按照20∶80和50∶50的质量配比充分混合均匀,每种配比下设置3组不同针刺密度(130、140、150刺/m2)和3组不同针刺深度(4、5、6 mm),保持其他工艺参数一致,经开松、梳理、交叉铺网、预针刺、主针刺等工艺流程后,制备出18种试样.同时,另设一组纯壳聚糖(针刺密度为130刺/m,针刺深度为4 mm)试样作为对照.各试样编号及制备参数见表2.

表2 试样编号及针刺参数

1.3 测试方法

采用扫描电子显微镜及光学显微镜对壳聚糖纤维、黏胶纤维及针刺非织造布试样表面形貌进行观察.

参照GB/T 24218.1-2009《纺织品非织造布实验方法第1部分:单位面积质量的测定》,采用TT500型电子天平进行克重测试.

参照GB/T 3819-1997《纺织品和纺织制品厚度的测试》,采用YG(B)141D型数字式织物厚度仪进行厚度测试.

参照GB/T 24218.3-2010《纺织品非织造布试验方法第3部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》,采用YG065C型电子织物强力仪进行拉伸性能测试.

参照GB/T 5453-1997《织物透气性测定》,采用YG(B)461E型数字式织物透气仪进行透气性能测试.

参照YY/T 0471.1-2004《接触性创面敷料实验方法第1部分液体吸收性》,借助烧杯、天平、镊子等工具进行液体吸收性能测试.

2 结果与讨论

2.1 表面微观形貌

图1为壳聚糖和黏胶纤维的纵向表面微观形貌.从中可以看出壳聚糖纤维表面存在少量纵向条纹,而黏胶纤维表面有明显的纵向沟槽.壳聚糖纤维与黏胶纤维的这一结构特点使其具有一定的毛细效应,可有效增强吸湿保湿能力[9-10].

图1 壳聚糖和黏胶纤维的表面微观形貌

图2 为不同配比的3种针刺非织造布试样(A1、B1、C1)在光学显微镜40 X放大倍数下的表观形貌.从中可以观察到纤维间相互穿插、缠结,分布杂乱无章,纤维间抱合紧密.总体上2种纤维缠结效果较好,网孔清晰.

图2 不同配比针刺非织造布在光镜下的表观形貌(40 X)

2.2 克重与厚度

不同试样的克重与厚度见表3.从表3可以看出,A、B 2组混纺试样的克重差异不大,均在98~107 g/m2之间,表明针刺密度和针刺深度对混纺试样克重的影响并不显著.而纯壳聚糖非织造布C1试样的克重为77.67±5.51 g/m2,显著低于A、B 2组混纺组试样,这可能是由于本试验采用壳聚糖纤维模量(48.59±15.76 c N/dtex)大于黏胶纤维(31.58±10.55 c N/dtex),采用纯壳聚糖纤维进行铺网时,因纤维刚度大、较脆而极易遭到破坏,造成一定程度的成网困难,纤网质量稍差,故纯壳聚糖非织造布试样的克重与混纺非织造布相比出现一定程度下降.

表3 不同试样的克重与厚度

A8 105.33±4.51 0.74±0.06 A9 100.33±7.64 0.69±0.03 B1 101.00±7.55 0.85±0.03 B2 101.33±2.52 0.79±0.07 B3 99.33±4.04 0.77±0.05 B4 101.33±3.51 0.83±0.06 B5 98.33±9.02 0.78±0.04 B6 102.00±4.36 0.69±0.04 B7 98.67±5.69 0.79±0.06 B8 101.00±4.00 0.73±0.06 B9 101.67±6.51 0.67±0.06 C1 77.67±5.51 0.63±0.02

分析针刺密度和针刺深度对试样厚度的影响,由表3可以看出,18种试样的厚度范围在0.67~0.92 mm之间,且试样厚度随针刺深度和针刺密度的增加呈现出一定的下降趋势.这是由于针刺深度和针刺密度的增加均有利于提高纤维网中相邻纤维间的相互作用力,增强纤维间的摩擦与缠结作用,进而提高纤维间的抱合力;另外,表层纤维在针刺的作用下由水平状态转变为垂直状态,呈现新的排列,减小回弹作用,形成更加紧密的结构,提高试样整体的稳定性.对比表3中A1、B1、C1 3组试样的厚度,可以发现,壳聚糖纤维与黏胶纤维配比为20∶80、50∶50、100∶0 3组试样的厚度分别为0.92±0.06 mm、0.85±0.03 mm、0.63±0.02 mm,即其他工艺参数相同的条件下(针刺密度130刺/m2,针刺深度4 mm),试样厚度随壳聚糖纤维比例的增加而呈一定的下降趋势.

2.3 拉伸断裂强力

创面敷料在使用或更换中会受到不同程度的外力作用,故应具备一定的机械力学性能.图3为不同试样的纵/横向拉伸断裂强力,从图3中可以看出,壳聚糖基创面敷料的断裂强力均随针刺密度的增大而增大,且当针刺密度相同时,针刺深度越深,非织造布的断裂强力也越大.这是因为在一定范围内,针刺密度越大、针刺深度越深,纤维被刺针带起的次数越多,被拉伸越长,纤维之间抱合力显著增加,参与缠结的纤维根数也变多,这使得纤维间缠结越紧密,织物的强力就变大.但是,当针刺密度和针刺深度大到一定程度时,由于壳聚糖纤维较为脆弱,太激烈的穿刺会破坏纤维,使得织物强力反而下降[11].

分析原料配比对试样断裂强力的影响,对纯壳聚糖非织造布分别进行纵横向拉伸试验,因其横向强力小于预加张力200 c N,故无法完成横向拉伸测试.纵向拉伸断裂强力测试结果如图4所示,当针刺密度和针刺深度一定时(针刺密度130刺/m2,针刺深度4 mm),试样断裂强力随壳聚糖纤维占比的增加而减小.这是因为壳聚糖纤维卷曲小,初始模量大,刚度大,强度低,而黏胶纤维相对卷曲大,初始模量小,刚度小,强度优于壳聚糖纤维[12].所以,黏胶纤维含量越高的试样断裂强力越大.

图3 不同试样的纵/横向断裂强力

图4 原料配比对试样断裂强力的影响

2.4 透气性

透气性是评价创面敷料的另一个重要指标.不同试样透气性结果如图5所示.从图5中可以看出,在原料配比一定时,相同针刺深度下,创面敷料的透气率随针刺密度的增加而降低;当针刺密度一定时,针刺深度越大,试样透气率越小.这主要是因为当针刺密度和针刺深度较小时,纤维层较为蓬松,纤维间的抱合与缠结不是太紧密,纤维间孔隙较多,试样透气率较高.而当针刺密度和针刺深度逐渐增大时,纤维间抱合缠结越发紧密,纤维间孔隙变小变少,故透气性下降.

图5 不同试样的透气率

分析原料配比对试样透气性能的影响,当针刺密度和针刺深度一致时(针刺密度130刺/m2,针刺深度4 mm),如图6所示,非织造布透气率随壳聚糖纤维占比的增加而增加.这是因为壳聚糖纤维卷曲度低,纤维表面光滑,在针刺时易滑散,使得织物较为松散,纤维间孔隙较多,故试样透气率上升.

图6 原料配比对试样透气性能的影响

2.5 液体吸收性

液体吸收性直接影响创面敷料在临床应用中的使用效果.不同试样的吸液率测试结果如图7所示.从图7中可以看出,所有试样的吸液率均在700%以上,当原料配比、针刺深度相同时,壳聚糖基创面敷料的吸液率随针刺密度的增加而降低;当针刺密度一定时,针刺深度越大,试样吸液率越小.这主要是因为当针刺密度和针刺深度较小时,纤维层较为蓬松,纤维间的抱合作用相对较弱,纤维间孔隙较多,当针刺密度和针刺深度逐渐增大时,纤维间缠结越发紧密,纤维间孔隙逐渐变小变少,故液体吸收性下降.