醫(yī)用脫脂棉紗布的氧化改性處理及性能分析

熊 濤，吳俊伍

（荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000）

現(xiàn)階段，我國正處于老齡化社會，這對醫(yī)療領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)，對醫(yī)療材料的需求不斷加大。在醫(yī)用敷料的組成中，傳統(tǒng)的醫(yī)用脫脂棉紗布具有非常高的性價(jià)比，材料來源廣泛，加工過程簡單等，在我國得到了廣泛應(yīng)用[1]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和試劑

組織為平紋的醫(yī)用脫脂棉紗布，其經(jīng)緯紗線的密度標(biāo)準(zhǔn)為27.8 tex；過碳酸鈉，氫氧化鈉，硅酸鈉。

1.2 儀器

DK-S16數(shù)顯恒溫水浴鍋，F(xiàn)A2004A電子天平，Y802A電熱鼓風(fēng)干燥箱等。

1.3 氧化改性處理

采用氧化法進(jìn)行醫(yī)用脫脂棉紗布的改性處理，改性流程為：醫(yī)用棉紗布進(jìn)行氧化之后進(jìn)行中和反應(yīng)，并進(jìn)行充分的洗滌、烘干，形成氧化醫(yī)用棉紗布。

首先，將醫(yī)用脫脂棉紗布裁剪為25 cmh30 cm的試驗(yàn)小塊，并烘干至恒定的質(zhì)量。其次，在不同質(zhì)量濃度的過碳酸鈉中加入硅酸鈉，硅酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，過碳酸鈉溶液控制在100 mL。充分?jǐn)嚢枋箽溲趸c能夠中和過碳酸鈉的pH，達(dá)到氧化條件，并在水域中加熱到正常的溫度。再次，將烘干過后的試樣放入過碳酸鈉溶液中，經(jīng)過不同時(shí)間段的氧化處理，將試樣取出，并將6%的鹽酸溶液進(jìn)行中和處理，使其充分烘干和洗滌，得到氧化醫(yī)用棉紗布。最后，將醫(yī)用棉紗布放置到20 ℃的環(huán)境中，控制濕度在65%左右，并平衡48 h左右[2]。

1.1 測試

1.4.1 吸液性能

參照國際上對于創(chuàng)面敷料的吸濕性測試方法，本團(tuán)隊(duì)將使用吸濕稱量法。

1.4.2 力學(xué)性能

依照《脫脂棉紗布、脫脂棉黏膠混紡紗布的性能要求和試驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測。

1.4.3 表面形貌觀察

對試驗(yàn)表面進(jìn)行噴金，并置于掃描電子顯微鏡下進(jìn)行表面形貌的觀察，控制掃描電壓為10 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度對改性效果的影響

由實(shí)驗(yàn)可知，在不同濃度的過碳酸鈉溶液下，隨著過碳酸鈉質(zhì)量濃度的不斷增加，會不斷提高氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率。當(dāng)過碳酸鈉的溶液質(zhì)量濃度在1.10 g/L時(shí)，加大過碳酸鈉的質(zhì)量，使其氧化性能加強(qiáng)，同時(shí)，提高了氧化醫(yī)用棉紗布的吸液能力；反之，在過碳酸鈉溶液質(zhì)量濃度高于0.10 g/L時(shí)，即使其中的氧化劑分子數(shù)量不停增多，其羧基也不會增加。不斷增加過碳酸鈉溶液的質(zhì)量，使醫(yī)用棉紗布發(fā)生降解反應(yīng)，其棉紗布的毛細(xì)纖維和毛細(xì)芯的芯吸效應(yīng)降低，從而降低了氧化醫(yī)用棉紗布的吸液能力[3]。

氧化醫(yī)用棉紗布的經(jīng)緯斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長率，會隨著溶液中過碳酸鈉質(zhì)量濃度的變化而變化，過碳酸鈉質(zhì)量濃度的增加，會出現(xiàn)先增長、后降低的變化情況，同時(shí)期二者的峰值出現(xiàn)在過碳酸鈉質(zhì)量濃度為0.15 g/L以及0.20 g/L時(shí)。在氧化過程中，氧化反應(yīng)的劇烈程度取決于過碳酸鈉的質(zhì)量濃度，在棉紗布不斷收縮的過程中，會增加棉紗布的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。但是，當(dāng)過碳酸鈉溶液的質(zhì)量不斷增高時(shí)，會加快纖維內(nèi)部的氫鍵打開速率，這是直接影響棉紗布斷裂強(qiáng)力以及斷裂伸長率的重要因素。

2.2 溫度對改性效果的影響

經(jīng)過試驗(yàn)可知，不斷提升試驗(yàn)溫度，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液性會先增加、后降低，溫度為40 ℃左右時(shí)吸液率最高；低于40 ℃時(shí)，由于過氧氫根等一類活性氧成分大量增多，其氧化醫(yī)用棉紗布有著較高的吸液率。但是，當(dāng)溫度達(dá)到40 ℃之后，便會使得溶液中的pH過高，并且高溫會加大對醫(yī)用棉紗布的損害，讓醫(yī)用脫脂棉紗布本身的毛細(xì)芯吸效應(yīng)降低，致使氧化醫(yī)用棉紗布的吸液性能降低。

2.3 處理時(shí)間所造成的改性影響

增加處理時(shí)間會導(dǎo)致氧化醫(yī)用棉紗布的吸液能力先提高、后下降。處理時(shí)間在1.5 h以內(nèi)的情況下，會使氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率隨著處理時(shí)間的增加而得到較大程度的增加。處理時(shí)間大于1.5 h時(shí)，氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率會與處理時(shí)間的增加呈反比例增長。因此，處理的有效時(shí)間應(yīng)控制在1.5 h以內(nèi)。隨著處理時(shí)間的增長，其氧氫根離子可以有效地與纖維反應(yīng)，進(jìn)而增加羧基的數(shù)量，使棉紗布的吸液率提高。但是，在控制溶液質(zhì)量濃度一定的前提下，處理時(shí)長大于1.5 h，其反應(yīng)的過氧氫根離子數(shù)量會大量減少，所以，再進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，會使羧基沒有數(shù)量上的大幅變化、沒有大量的毛細(xì)纖維，導(dǎo)致毛細(xì)芯吸效應(yīng)降低，最終導(dǎo)致氧化醫(yī)用棉紗布的吸液率降低。

當(dāng)不斷加大處理時(shí)間時(shí)，醫(yī)用棉紗布的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率都會出現(xiàn)一定程度的增加，隨后又呈現(xiàn)出減弱的趨勢，峰值時(shí)間為1.5 h。當(dāng)處理時(shí)間在1.5 h以內(nèi)時(shí)，過氧氫根離子能夠與纖維素進(jìn)行充分氧化，使醫(yī)用棉紗布不斷收縮，棉紗布的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率得到提升；當(dāng)處理時(shí)間大于1.5 h時(shí)，醫(yī)用棉紗布不能有效地與纖維素進(jìn)行氧化反應(yīng)，破壞了其間的氫鍵，使醫(yī)用棉紗布的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率減弱。

綜合考慮，只有將處理時(shí)間設(shè)定為1.5 h，才會使氧化醫(yī)用棉紗布的吸液程度和斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.4 過碳酸鈉pH對改性的影響

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)不斷加大過碳酸鈉溶液的pH時(shí)，會使氧化醫(yī)用棉紗布的吸液能力提升，并在一定程度上呈現(xiàn)減小趨勢。過碳酸鈉的溶液pH控制在7~9時(shí)，不斷加大過碳化鈉的溶液pH，會使分解速度加快，進(jìn)而使溶液中的過氧氫根離子濃度增加，進(jìn)一步促進(jìn)與纖維素的氧化反應(yīng)，生成大量的羧基，提升氧化醫(yī)用棉紗布的吸液能力；當(dāng)pH大于9時(shí)，會導(dǎo)致過氧氫根離子出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀況，出現(xiàn)分解反應(yīng)，導(dǎo)致氧化反應(yīng)不充分，所產(chǎn)生的羧基數(shù)量減少，降低醫(yī)用棉紗布的吸液能力。

不斷加大過碳酸鈉溶液的pH，會使醫(yī)用棉紗布的斷裂強(qiáng)力和伸長率出現(xiàn)先增加、后減小的情況。當(dāng)控制溶液的pH在7~9時(shí)，不斷加大溶液的pH，會使氧化醫(yī)用棉紗布的斷裂強(qiáng)力逐漸減小，斷裂伸長率不斷增加。在堿性溶液條件下，醫(yī)用脫脂棉紗布會出現(xiàn)纖維的溶脹，分子間的相互作用力減小，使得醫(yī)用棉紗布的斷裂強(qiáng)力減小。同時(shí)，在進(jìn)行拉伸的試驗(yàn)中，分子鏈極易發(fā)生滑移現(xiàn)象，因此，棉紗布的斷裂伸長率會出現(xiàn)小幅度的增加。當(dāng)溶液的pH大于9時(shí)，隨著pH的不斷增加，棉紗布內(nèi)部纖維素分子的氫鍵被大面積破壞，棉紗布的斷裂強(qiáng)力不斷下降，從最開始的101.0 N一直下降到83.0 N左右。

綜合考慮氧化醫(yī)用棉紗布的吸液程度、纖維斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，需要將過碳酸鈉溶液的pH控制在9，以便能夠發(fā)揮出最佳性能。

2.5 對棉紗布表面形貌的分析

將醫(yī)用脫脂棉紗布進(jìn)行電子顯微鏡的掃描成像，進(jìn)行40倍和2 000倍的放大觀察。在40倍放大過程中，可以觀察到醫(yī)用棉紗布具有豐富的毛細(xì)纖維，但是毛細(xì)纖維的排布相對混亂，沒有條理性。相對于氧化醫(yī)用棉紗布的特征，其具有的毛細(xì)纖維數(shù)量較少，使得纖維之間的空間較大，紗線的排布也相對整齊。在經(jīng)過顯微鏡的2 000倍放大過程中，能夠直觀地發(fā)現(xiàn)氧化醫(yī)用棉紗布有著較大的棉纖維直徑，而醫(yī)用脫脂棉紗布的纖維直徑較小。因?yàn)樵诟男赃^程中，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的羧基的空間位阻較大，能夠有效降低纖維間的作用力，為此，纖維不會出現(xiàn)明顯的潤漲現(xiàn)象。與此同時(shí)，氧化醫(yī)用棉紗布的纖維表面并沒有出現(xiàn)明顯的碎片剝離，因此，反映出其纖維沒有受到嚴(yán)重的損傷。因此，需要不斷優(yōu)化氧化改性的工藝，有效降低對纖維的損傷。

3 結(jié)語

對醫(yī)用脫脂棉紗布進(jìn)行氧化改性處理，能夠有效提升醫(yī)用棉紗布的吸液性能。在其他試驗(yàn)數(shù)值一定的情況下，不斷升高過碳酸鈉的溶液質(zhì)量濃度，或者將實(shí)驗(yàn)處理溫度升高、延長處理時(shí)間，棉紗布的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率以及吸液率都會先增加、后減小。增加溶液的pH會使棉紗布的吸液率、斷裂伸長率先增加、后減小，而斷裂強(qiáng)力一直呈現(xiàn)減小的趨勢。