1、毕业设计文献综述 纺织工程 含锌海丝纤维释放锌离子的性能研究 一、前言 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
2、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特殊生物活性的功能性纤维。 二、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
3、。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
4、 。 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。 三、海丝纤维 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，纤维 的结晶度也高于其他各种再生纤维素纤维。 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
5、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。 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
6、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。 3海丝纤维的生物活性 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
7、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，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
8、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
9、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。 4.生产海丝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
10、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
11、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。 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
12、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。 6海丝活性纤维的应用领域 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
13、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
14、。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 (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。 三、总结 海丝纤维织物制成的服装柔和、性感并给肌肤体贴的呵护。海藻中的高效物质全部保存并储存在纤维中，海藻含有海水中的矿物质、维他命和蛋白质。如果皮肤出汗， 比如进行体育运动时，肌肤会通过纤维进行物质交换。海藻中的高效物质这时能起到促进血液循环并激活纤维素交换的功用，从而绷紧皮肤
15、并保持其光滑细腻。海丝特别适合于过敏性体质和患有皮肤病的消费者。海丝产品的抗菌特性特别有益于因病菌感染或过敏反应而导致的皮肤炎症的康复。 海丝纤维的原料取自大自然中的木材以及海洋中广泛存在的海藻类植物，二者可以不断再生，原料资源十分丰富。海丝纤维使用后的废弃品可自然降解，不会对环境造成二次污染，具有环保优势。由于海丝纤维结合了纤维素与海藻类植物的性能，在具有良好服用性能的同时为纤维增加 了优良的保健功能。特别适合高档贴身服装的生产。海丝产品全部使用纯天然原料，而且原料的加工过程中也充分注意到了环保问题，不会给环境带来任何危害。随着消费者对环保的日益关注，海丝产品将有更广阔的市场空间。 四、参考
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