含锌海丝纤维释放锌离子性能的研究【毕业设计】.doc

1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 含锌海丝纤维释放锌离子性能的研究 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要 ： 海丝纤维结合了纤维素纤维和海藻植物的性能，具有护肤、保健、抗菌等效果，是一种具有生物活性的纤维素纤维。从技术条 件看，利用海丝纤维吸附金属离子的性能，用铜和锌等金属离子进行活化来生产海丝活性纤维，其工艺简单，无健康危害。在制备海丝纤维的过程中加入海藻成分后，海藻中的高效物质几乎全部保存并储存在海丝纤维中。海藻含有丰富的矿物质、蛋白质和维生素，这些物质在湿环境中可以释放出来。而吸附了铜和锌离子的海丝纤维具有比普通海丝纤维更优良的

2、性能。在使用过程中，当人的皮肤出汗使人体表面具有一个湿的环境时，海丝纤维中包含的矿物质、蛋白质、维生素和胡萝卜素等活性物质，以及铜和锌离子可以从纤维中释放出来，起到抗菌以及促进血液循环并激活纤维 素交换的功能，从而使皮肤绷，紧并保持其光滑细腻。 关键词： 海丝纤维 ;锌离子；释放 II Zinc Seacell fiber properties of zinc ion release Abstract： Seacell fiber cellulose fiber and seaweed combined with the performance of plants, with care, he

3、alth care, antibacterial effects, is a kind of biological activity of cellulose fibers. View from the technical conditions, the use of Seacell performance fiber adsorption of metal ions with metal ions such as copper and zinc was activated to produce Seacell active fibers, the process is simple, no

4、health hazards. In the process of preparing Seacell adding seaweed fiber components, the seaweed material in almost all high-preserved and stored in Seacell fibers. Seaweed is rich in minerals, proteins and vitamins, these substances can be released from the wet environment. The adsorption of copper

5、 and zinc ions Seacell fiber fiber than regular Seacell better performance. In use, when people sweat to the skin surface of the body with a wet environment, Seacell fiber contains minerals, proteins, vitamins and carotenoids and other active substances, as well as copper and zinc ions can be releas

6、ed from the fiber out of play, and antibacterial cellulose switching function activated, making the skin stretched, tight and maintain its smooth and delicate. Keywords: Seacell fiber; Zinc; Release III 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 必需微量元素锌 . 1 1.3 海丝纤维 . 1 1.3.1 海丝纤维的结构 . 1 1.3.2 海丝纤维的性能 . 2 1.3.3 海

7、丝纤维的生物活性 . 2 1.3.4 生产海丝纤维的共混纺丝过程 . 3 1.3.5 海丝纤维的活化过程 . 4 1.3.6 海丝纤维的应用领域 . 4 2 实验部分 . 6 2.1实验内容 . 6 2.1.1 实验材料 . 6 2.1.2 实验仪器 . 6 2.1.3 实验设备 . 6 2.1.4 海丝纤维吸附锌离子的处理过程 . 6 2.1.5 结果与分析 . 7 2.2 实验步骤 . 8 2.2.1 海丝纤维在生理盐水溶液中释放锌离子的性能测试 . 8 2.2.2 海丝纤维在含蛋白质的水溶液中释放锌离子的性能测试 . 8 2.2.3 温度对海丝纤维释放锌离子性能的影响 . 9 2. 3

8、实验注意事项 . 9 3 实验结果与分析 . 10 3.1 时间对含锌海丝纤维释放锌离子的影响 . 10 3.2 蛋白质浓度对含锌海丝纤维释放锌离子的影响 . 11 3.3 温度对含锌海丝纤维释放锌离子的影响 . 12 3.4 综合分析 . 13 4 总结与展望 . 15 参考文献 . 16 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪 论 1.1 概述 海藻酸是从褐藻植物中提取出的高分子羧酸，其高分子结构是由 -L-古罗糖醛酸及 -D-甘露糖醛酸组成的嵌段共聚物。海藻酸可与金属离子结合形成盐，是各种金属离子的良好载体 1 2。海 丝纤维是一种具有特殊生物活性的功能性纤维。在海丝 纤维的生产过

9、程中，海藻类植物被加工成直径小于 1m的粉末后添加进纺丝溶液，然后经过湿法纺丝工艺分散在纤维素纤维中。这样得到的纤维结合了再生纤维素纤维的强度和柔软性，以及海藻植物所含有的天然活性成分，具有保健、护肤、抗菌等功效 3。 必需微量元素是人体必不可少的微量元素，在人体防治各类疾病中占有重要地位，不足或缺乏都可能引起身体不适或疾病，皮肤的疾患与必需微量元素也同样有着密切的联系。 海丝纤维包含的海藻颗粒中含有对金属离子有很强吸附性能的海藻酸，在与含有锌离子的水溶液处理后，海藻颗粒吸收锌离子后得到具有很 强抗菌性能的含锌海丝活性纤维。由于锌离子具有特殊的抗菌性能及生物活性，含有锌离子的海丝纤维是一种具有

10、特殊生物活性的功能性纤维。 1.2 必需微量元素锌 锌是人体必需的微量金属元素之一，临床上缺锌可严重影响伤口的愈合 4 7。 锌在皮肤中的含量约为人体总含量的 20 由此可见皮肤是对锌缺乏表现最为敏感的器官。锌具有抵抗紫外线的辐射、促进伤口愈合、提高机体抵抗力、抗氧化、对皮肤有光保护等作用。机体缺乏锌易引起的皮肤病常见有脱发、痤疮、慢性皮肤搔痒症、营养障碍引起的慢性皮肤溃疡、白癜风、疱疹样皮炎、银屑病、黏膜扁 平苔癣等等。目前专家和学者采用补锌疗法治疗以上皮肤病，都取到了满意的效果。肠病性端皮炎是一种发生于婴幼儿的正常染色体隐性遗传病，主要表现为口腔部糜烂、肢端皮炎、腹泻和脱发、营养及发育不正

11、常。经过研究发现该病是由于锌缺乏及肠内运输蛋白或结合锌载体的缺损，使锌的吸收发生障碍，因而导致该病的发生。及时补充锌制剂 (硫酸锌、葡萄糖酸锌、锌微宝 )治疗后即町痊愈 8。 锌是动物组织中许多酶的必要成分，它可参与核酸和蛋白质的代谢过程 。 在纤维细胞增殖及胶元合成过程中，锌也起重要作用 。 缺锌的主要症状为： 1）：骨关节和皮肤 异常。 2）：肌体发育不全。 3）：儿童缺锌发育停滞，智力缺陷，而导致学习能力下降 9。 1.3 海丝纤维 1.3.1 海丝纤维的结构 海丝纤维的生产采用 NMM0为溶剂的 Lyocell工艺，这种工艺生产的纤维有很高的取向度，纤2 维的结晶度也高于其他各种再生纤

12、维素纤维。 Lyocell工艺对环境友好，有经济效益，产品丰富，并可非常灵活地代替通用纤维素纤维，因此已确立了它的地位。 Lyocell工艺经吉玛公司和 ALCERU Schwarza公司持续不断的改进并已推向市场 10。由于纤维沿轴向的规整性，纤维的内 部结构紧密，缝隙孔洞少，易于原纤化，断裂时可以明显地观测到断裂面上的原纤化现象。海丝纤维的结构与一般的 Lyocell纤维有所不同。由于海丝纤维中分布着海藻颗粒，纤维内部紧密的结梅在一定程度上受到破坏，其断裂时截面不像 Lyocell纤维那样有许多沿着纤维方向的微纤维。纤维的断裂面很干净，说明纤维的原纤化得到了改善。图 1显示了在显微镜下观察

13、到的海丝纤维的截面结构。可以看出，经过磨碎的海藻粉末被均匀地分散在纤维的结构中。由于纤维素的含量大大高于海藻粉末的含量，海藻粉末被包含在纤维素中，有一定的稳定性，可以在使用过 程中持续地释放出活性成分。 1.3.2 海丝纤维的性能 海丝纤维的结晶取向度低，空隙度高，其原纤化倾向降低。它具有很高的干湿强度，几乎不缩水，因此纺织品具有很高的尺寸稳定性。海丝纤维成纱性能好，染色均匀，染色性能好，色彩鲜艳。它是一种纤维素纤维，与粘胶相比其光泽和悬垂性好。由海丝纤维制成的织物手感好，光滑柔软，吸湿透气，穿着舒适。由于海藻成分的存在，海丝纤维对皮肤有自然的护肤美容和保健等功效 11。 1.3.3 海丝纤维

14、的生物活性 海丝纤维的生物活性来源于纤维中的海藻。海藻植物含有海水中的矿物质 、维生素和蛋白质。当贴身使用该织物时，肌肤会通过汗液及皮肤上的潮湿环境与纤维进行物质交换。纤维所含海藻中的活性成分通过皮肤进人人体，起到促进血液循环并激活表皮细胞的作用。使皮肤绷紧并保持其光滑细腻。海丝纤维特别适用于过敏性体质和患有皮肤病的消费者海丝纤维产品的抗菌特性有益于因病菌感染或过敏反应引起的皮肤炎症的康复。海丝纤维中的海藻粉末所含的活性成分包括矿物质、蛋白质和维生素以及在纤维活化过程中引入的银离子。海丝纤维中主要的矿物质是钙、镁和钠离子。当与水介质接触后，纤维中的这些金属离子可以持续地从纤维中释放出 来。实验

15、结果显示在用去离子水冲洗 72 h后，纤维中大部分的钙和镁仍然保持在纤维的结构中，说明海丝纤维释放金属离子是一个相当持久的过程。在对纯海藻、海丝纤维以及海丝纤维织物中的氨基酸进行分析后发现，纯海藻中的氨基酸也存在于纤维及织物中，并且各种氨基酸之间的比例基本相同，3 说明海藻中的蛋白质成分在加工过程中被保留在纤维结构中。纯海藻含有维生素 c、维生素 E及胡萝 h素。在对纯海藻、海丝纤维以及海丝纤维织物中的各种维生素进行分析后发现，水溶性的维生素 c只存在于原始的海藻中，而不溶于水的维生素 E及胡萝 h素则可以在纤维及织 物中发现。海丝纤维可以在潮湿的环境下缓慢地释放出具有生物活性的矿物质、蛋白质

16、和维生素 E及胡萝 h素，而胡萝 h素是合成维生素 A的原料。对人体皮肤而言，维生素 A可以调节表皮及角质层的新陈代谢，使表皮和黏膜不受细菌的侵害。维生素 A在抗老化、去皱纹，使皮肤斑点淡化、光滑细嫩及预防皮肤癌等方面有相当广泛的应用。它能改善皮肤细胞壁的稳定性，减轻空气污染物质对皮肤造成的伤害。海丝纤维与皮肤接触的过程中可以通过释放活性物质，刺激皮肤产生含氨基葡萄糖的化合物。皮肤中的透明质酸是典型的氨基葡萄糖类物质，它可以与水结合，避免皮肤的 干燥。当皮肤受到环境中自由基及其它有害物质的损伤时，透明质酸能帮助皮肤修复。海丝纤维通过促进透明质酸的生产起到 保健皮肤的作用。 1.3.4 生产海丝

17、纤维的共混纺丝过程 在海丝纤维的生产过程中，首先将术浆中的纤维素溶解制成溶液，然后与海藻粉末混合后纺丝。其中纤维素为主要的原料，得到的纤维是一种以纤维素为载体，以海藻粉末为活性成分的复合材料。图 1显示了海丝纤维的生产流程图。 在生产过程中根据原料来源的不同，木浆可以采用干、湿或湿 +酶法进行预处理，然后用NMMO溶解。在加工过程中，海藻是以固体状态被混人纤维 的。由于溶剂法生产的再生纤维素纤维的直径一般为 10-15m，加入纤维中的海藻粉末的直径应该在 9m以下。在生产过程中，海藻粉4 末可以在木浆溶解前或在溶解过程中与纤维素溶液混合。海藻粉末可直接加入纺丝液中，或以悬浮液的方式加入。生产过

18、程中木浆中的纤维素被 NMMO溶解后形成均匀的溶液，加人海藻粉末后经高速搅拌充分混合，然后真空脱泡形成纺丝溶液。当海藻粉末的直径小于 9m时，生产过程中的过滤、喷丝等工序与一般的 Lyocell纤维的生产过程基本相同。由于纺丝溶液的黏度很高，海藻粉朱可以均匀地分布在溶液中，而不会下沉 或聚集。纺丝溶液在挤出喷丝孔后先进入一个空气层，然后进入一个含 NMMO的水浴，使纤维素凝固成丝条，经过进一步的牵伸、水洗、干燥等工序形成纤维 12。 1.3.5 海丝纤维的活化过程 海丝纤维生产中采用的海藻主要为棕藻和红藻。这 2类海藻的植物结构中分别含有丰富的海藻酸和卡拉胶。由于海藻酸分子中含有羧酸基团，可以

19、以与金属离子结合成盐。卡拉胶的分子结构中舍有硫酸基，可以与钙、镁、钾、钠、铵等形成盐。把海丝纤维在硝酸银水溶液中浸渍后，由于海藻粉末中的海藻酸和卡拉胶对金属离子有吸附作用，银离子被吸附进入纤维，得到 了含银的海丝活性纤维，其商品名为 Seacell Active。图 2示出当硝酸银的浓度为 0 01、 0. l mol/L时，浸渍时间对纤维中银离子浓度的影响。可以看出，海丝纤维对银离子的吸附过程是一个相当快的过程，在接触 10 min内 基本上已经达到吸附平衡。由于海丝纤维中的海藻成分在纤维截丽上均匀分布，在常规的洗涤中，银离予不容易从纤维上脱落，能缓慢地释放出来，起到持久的抗菌作用。 1.3

20、.6 海丝纤维的应用领域 丁敏敏 13等 (2007)通过氨基酸光谱分析证明：海藻中的维生素和矿物质在海丝纤维制作过 程中没有被破坏，只有维生 C(因为其水溶性 )减少了一部分，使用海丝纤维时，纤维中的海藻活性物质在人体出汗构成湿环境时，慢慢的释放出来，能够促进血液循环并激活营养物质交换，从而5 紧绷皮肤并保持其光泽细腻。而且，因为含有丰富的具有抗菌杀菌性能的银离子，海丝活性纤维特别适合于过敏体质和患有皮肤病的消费者，从而达到了美容和保健的功效。此外，纳米海丝活性纤还可以被加工成医用敷料，用于治理流血流脓的伤口，这类敷料有良好的吸湿性和抗菌性能。比起传统的棉纱布更能促伤口的复愈。海丝系列产品全

21、部使用纯天然原料，在加工过程中也充分注 意到了环保问题，即可纯纺也可与任何纤维混纺，此纤维的应用范围很广，可应用于工作服、运动服、内衣、家用纺织品和产业用品，其制品还具有永久的美容、保健和抗菌杀性能 14。如含有纳米氧化锌的海丝活性纤维制成的纺织品及服饰等，具有抗菌、防霉、除臭的奇特功效。德国的成衣公司 Kaulberg已经向市场推出海丝纤维制成的男女内衣系列产品。其他的生产商，如高档品牌 hanro等，也将推出相关产品。由于纳米海丝活性纤维具有保健，护肤，抗菌，吸湿性、染色性好，手感柔软，悬垂性好等优点，具有高效抗菌活性并且使用安全，随着此纤维在 医疗器具 (主要是医用敷料等 )及生活用品

22、(工作服、运动服、内衣、家用纺织品和产业用品等 )中的不断开发，必将会得到广泛的应用。 6 2 实验部分 2.1 实验内容 2.1.1 实验材料 氯化钠； 蛋白质粉； 含锌海丝纤维 (见 2.1.4)； 去离子水； 2.1.2 实验仪器 容量瓶： 1000mL2； 500mL1 ； 250mL5； 100mL6 移液管： 50mL1； 10mL1； 5mL1 烧杯： 200mL1; 100mL1 取样试剂瓶： 50mL1 0 玻璃棒 洗耳球 滤纸 2.1.3 实 验设备 原子吸收光谱仪 AA800 电子天平（上海恒平科学仪器有限公司） 101-1 型电热鼓风恒温干燥箱（上海康路仪器设备有限公司

23、） 恒温水浴锅 台式离心机 2.1.4 海丝纤维吸附锌离子的处理过程 称取 17.593g 七水硫酸锌，溶解于去离子水中定容至 1000mL，得到 锌离子浓度为 4 g/L 的水溶液。 吸取 25mL 以上溶液，加水稀释到 1000mL，得到 锌离子浓度为 100 mg/L 的水溶液。 在研究时间对吸附性能的影响时，称取 10g 海丝纤维 ,加入 1000mL 锌 离子 浓度为 100 mg/L的 水溶液 并 开始计时。在 0.5、 1、 3、 8、 24h 分别取 10mL 溶液 ,加去离子水 稀释到 100mL，用滤纸 过滤 后 用全谱直读电感耦合离子发射光谱仪测定 溶液中锌 离子 的 浓度。