海藻酸鹽濕法紡絲成型技術

 　　一、技術背景與簡介

　　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，在紡織領域有很高的應用價值。以海洋生物材料為原料制備的海藻酸鹽纖維是我國生物制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其環(huán)境友好特性對于替代化石資源、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會具有重要意義。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(簡稱M單元)和α-L-古羅糖醛酸(簡稱G單元)兩種組分構成，具有無毒、可生物降解、生物相容性高的特點，海藻酸鹽纖維是由水溶性的線型高分子海藻酸鹽通過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，這極大豐富和開闊了海藻酸鹽纖維的應用領域，有利于促進我國海洋生物源纖維的開發(fā)。

　　二、技術成果

　　海藻酸鹽濕法紡絲制備纖維技術開發(fā)始于上世紀二十年代，并于八十年代首次在國內(nèi)實現(xiàn)了海藻酸鹽纖維的濕法紡絲制備，本實驗室研發(fā)人員以市場需求為導向，經(jīng)過不斷地開拓創(chuàng)新，開發(fā)出純海藻酸鹽纖維和不同系列的復合海藻酸鹽纖維，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;纖維的綜合性能達到了國際先進水平 。目前已自建了一條年產(chǎn)1噸的中試生產(chǎn)線，申請獲得授權發(fā)明專利4項。

　　三、技術關鍵指標

　　表3.1.海藻酸鹽纖維檢測結果

　　樣品

　　指標要求自制參照標準

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

　　纖維細度(旦)1.2-2.52.1GB/T 10685

　　干燥失重(%)≤2517.26-

　　熾灼殘渣(%)23.0-29.024.73《中國藥典》

　　含鈣量(%)5.0-9.06.95《中國藥典》

　　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《中國藥典》

　　四、技術創(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、一體化敷料結構等同時最佳化的要求：有的易去除性好，但凝膠強度低，且由于纖維之間缺乏一體化聯(lián)接，使用時結構穩(wěn)定性差;有的使用時結構穩(wěn)定性好，但吸液性差，不易形成凝膠;有的吸液和成膠性好，但去除時高強度纖維易與傷口黏結在一起，造成二次損傷。針對這些問題，我們開展了系列的針對性研究工作。

　　(1)純化精確制定海藻酸鈉結構M/G比

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

　　(2)溶解時海藻酸鈉粉末團聚凝膠

　　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間很長，通常需要連續(xù)攪拌溶解十幾個小時以上。海藻酸鈉遇水時極易形成表面濕黏的白芯并上浮分層，使溶脹不勻導致溶液含有凝膠微粒，影響原液質(zhì)量和可紡性。我們在采用釜式攪拌溶解方式制備海藻酸鈉紡絲原液的基礎上，針對海藻酸鈉水溶液的上述溶解特性和長時間紡絲運行時出現(xiàn)的原液質(zhì)量和可紡性波動的問題，對制備海藻酸鈉紡絲原液的關鍵裝置進行了研究。改進了攪拌方式，研制出了適合于海藻酸鈉溶解的自吸循環(huán)強剪切攪拌溶解裝置。

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

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

　　(5)通過采用脫水劑多級萃取和松弛風干的工藝技術，避免了熱干燥致密化過程。脫水劑多級萃取和松弛風干的工藝技術既達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、無黏并，也彌補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構敷料的不足。

　　五、推廣應用情況

　　生產(chǎn)制備的純海藻酸鹽纖維和復合海藻酸鹽纖維已與多家企業(yè)展開產(chǎn)學研合作，提供的樣品均能滿足不同企業(yè)的需求，通過纖維制備的生物醫(yī)用敷料正在幾家合作的醫(yī)用積極推廣使用;也在同設備廠家設計規(guī)劃百噸級生產(chǎn)線，進一步擴大纖維的產(chǎn)能，以此來滿足企業(yè)的訂單需求。

　　六、合作方式

　　推廣應用。