海藻酸鹽濕法紡絲成型技術(shù)

 　　一、技術(shù)背景與簡(jiǎn)介

　　生物質(zhì)纖維具有可再生、可生物降解、親膚、生物相容等特性，在紡織領(lǐng)域有很高的應(yīng)用價(jià)值。以海洋生物材料為原料制備的海藻酸鹽纖維是我國(guó)生物制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其環(huán)境友好特性對(duì)于替代化石資源、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。海藻酸鹽(alginate)是一類從褐藻中提取的天然線性多糖，由β-D-甘露糖醛酸(簡(jiǎn)稱M單元)和α-L-古羅糖醛酸(簡(jiǎn)稱G單元)兩種組分構(gòu)成，具有無(wú)毒、可生物降解、生物相容性高的特點(diǎn)，海藻酸鹽纖維是由水溶性的線型高分子海藻酸鹽通過(guò)濕法紡絲工藝加工而成的生物質(zhì)纖維，海藻酸鹽纖維擁有諸多的優(yōu)異特性——高吸濕成膠性、整體易去除性、高透氧性、生物相容性、生物降解吸收性、高離子吸附性、阻燃性以及環(huán)保的生產(chǎn)工藝。

　　海藻酸鹽纖維除了單一的以海藻酸鹽為原料制備，還可以和其他水溶性高分子材料形成功能不同的復(fù)合海藻酸鹽纖維，包括殼聚糖-海藻酸鹽纖維、透明質(zhì)酸-海藻酸鹽纖維、羧甲基纖維素鈉-海藻酸鹽纖維。利用海藻酸鹽纖維具有的優(yōu)異特性，可以將纖維通過(guò)紡織工藝加工成醫(yī)用敷料、化妝品材料、阻燃面料，這極大豐富和開(kāi)闊了海藻酸鹽纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，有利于促進(jìn)我國(guó)海洋生物源纖維的開(kāi)發(fā)。

　　二、技術(shù)成果

　　海藻酸鹽濕法紡絲制備纖維技術(shù)開(kāi)發(fā)始于上世紀(jì)二十年代，并于八十年代首次在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了海藻酸鹽纖維的濕法紡絲制備，本實(shí)驗(yàn)室研發(fā)人員以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，經(jīng)過(guò)不斷地開(kāi)拓創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出純海藻酸鹽纖維和不同系列的復(fù)合海藻酸鹽纖維，包括殼聚糖-海藻酸鹽纖維、透明質(zhì)酸-海藻酸鹽纖維、羧甲基纖維素鈉-海藻酸鹽纖維;纖維的綜合性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 。目前已自建了一條年產(chǎn)1噸的中試生產(chǎn)線，申請(qǐng)獲得授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)。

　　三、技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)

　　表3.1.海藻酸鹽纖維檢測(cè)結(jié)果

　　樣品

　　指標(biāo)要求自制參照標(biāo)準(zhǔn)

　　外觀表面應(yīng)光滑、柔軟，白色至淡黃色纖維淡黃色纖維以目力、手感觀察檢查，以嗅覺(jué)分辨

　　纖維細(xì)度(旦)1.2-2.52.1GB/T 10685

　　干燥失重(%)≤2517.26-

　　熾灼殘?jiān)?%)23.0-29.024.73《中國(guó)藥典》

　　含鈣量(%)5.0-9.06.95《中國(guó)藥典》

　　酸堿度(pH)5.0-8.06.19YY/T0472.1-2004

　　重金屬含量≤10μg/g符合GB/T14233.1-2008

　　初始污染菌≤300cfu/g0《中國(guó)藥典》

　　四、技術(shù)創(chuàng)新

　　現(xiàn)有的海藻酸鹽纖維醫(yī)用敷料尚不能兼顧多項(xiàng)醫(yī)療功能 (高止血性、高吸液性、高透氧性、凝膠阻塞性、生物相容性等)、易去除性、一體化敷料結(jié)構(gòu)等同時(shí)最佳化的要求：有的易去除性好，但凝膠強(qiáng)度低，且由于纖維之間缺乏一體化聯(lián)接，使用時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差;有的使用時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，但吸液性差，不易形成凝膠;有的吸液和成膠性好，但去除時(shí)高強(qiáng)度纖維易與傷口黏結(jié)在一起，造成二次損傷。針對(duì)這些問(wèn)題，我們開(kāi)展了系列的針對(duì)性研究工作。

　　(1)純化精確制定海藻酸鈉結(jié)構(gòu)M/G比

　　作為醫(yī)用纖維，對(duì)關(guān)系到生物相容性的純度必須嚴(yán)格控制，因此需進(jìn)行海藻酸鈉原料純度測(cè)試。海藻酸鈉原料的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布主要影響原液流變性能和可紡拉伸性，同時(shí)影響所得纖維的力學(xué)性能，從而影響非織造敷料的制造，因此需進(jìn)行海藻酸鈉相對(duì)分子質(zhì)量及其分布的測(cè)試。

　　(2)溶解時(shí)海藻酸鈉粉末團(tuán)聚凝膠

　　在生產(chǎn)中通常采用釜式攪拌溶解的方式制備紡絲原液。然而，采用這種方式溶解海藻酸鈉形成水溶液所需時(shí)間很長(zhǎng)，通常需要連續(xù)攪拌溶解十幾個(gè)小時(shí)以上。海藻酸鈉遇水時(shí)極易形成表面濕黏的白芯并上浮分層，使溶脹不勻?qū)е氯芤汉心z微粒，影響原液質(zhì)量和可紡性。我們?cè)诓捎酶綌嚢枞芙夥绞街苽浜Ｔ逅徕c紡絲原液的基礎(chǔ)上，針對(duì)海藻酸鈉水溶液的上述溶解特性和長(zhǎng)時(shí)間紡絲運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的原液質(zhì)量和可紡性波動(dòng)的問(wèn)題，對(duì)制備海藻酸鈉紡絲原液的關(guān)鍵裝置進(jìn)行了研究。改進(jìn)了攪拌方式，研制出了適合于海藻酸鈉溶解的自吸循環(huán)強(qiáng)剪切攪拌溶解裝置。

　　(3)為了縮短紡絲釜的脫泡時(shí)間，提高紡絲原液質(zhì)量，我們采用真空循環(huán)回流裝置，大大縮短脫泡時(shí)間。

　　(4)采用集成紡絲噴頭，提高紡絲產(chǎn)量，嚴(yán)格控制計(jì)量泵和牽引輥之間的速度匹配，保證足夠的拉伸比。

　　(5)通過(guò)采用脫水劑多級(jí)萃取和松弛風(fēng)干的工藝技術(shù)，避免了熱干燥致密化過(guò)程。脫水劑多級(jí)萃取和松弛風(fēng)干的工藝技術(shù)既達(dá)到了纖維干燥的目的，又使纖維獲得了自然卷曲、表面附滯性和耐梳理、耐針刺性提高的效果，所得纖維散而蓬松、手感柔軟、無(wú)黏并，也彌補(bǔ)了纖維因兼顧綜合醫(yī)療功能、臨床易去除性而不易非織造加工成一體化結(jié)構(gòu)敷料的不足。

　　五、推廣應(yīng)用情況

　　生產(chǎn)制備的純海藻酸鹽纖維和復(fù)合海藻酸鹽纖維已與多家企業(yè)展開(kāi)產(chǎn)學(xué)研合作，提供的樣品均能滿足不同企業(yè)的需求，通過(guò)纖維制備的生物醫(yī)用敷料正在幾家合作的醫(yī)用積極推廣使用;也在同設(shè)備廠家設(shè)計(jì)規(guī)劃百噸級(jí)生產(chǎn)線，進(jìn)一步擴(kuò)大纖維的產(chǎn)能，以此來(lái)滿足企業(yè)的訂單需求。

　　六、合作方式

　　推廣應(yīng)用。