1、毕业设计文献综述 纺织工程 含铜海丝纤维释放铜离子的性能研究 一、 前言部分 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 1 m 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。 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，在与含有铜离子的水溶液处理后，海藻颗粒吸收铜离子后得到具有很强抗菌性能的含铜海丝活性纤维。由于铜离子 具有特殊的抗菌性能及生物活性，含有铜离子的海丝纤维是一种具有特殊生物活性的
2、功能性纤维。 二、 主题部分 海丝纤维的生产采用了先进的溶剂法技术把纤维素转化成再生纤维素纤维1。海丝 (Seacell) 纤维结合了纤维素纤维和海藻植物的性能 ,具有保健、护肤、抗菌等效果 ,是一种具有生物活性的纤维素纤维。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。由于其主要的成分是再生纤维素纤维 ,海丝纤维的成纱性能好 ,染色均匀 ,色彩鲜艳 ,具有很好的光泽和悬垂性。因纤维中海藻成分的存在 ,海丝纤维对皮肤有自然的护肤美容和保健等 功效。健康和环保是当今最重要的话题之一，是人类可持续发展的主要课题。随着新材料的发展，各种各样的功能性纺织品不断推出，其中具有生物活性的
3、纺织纤维是纺织材料发展方向之一 2。本文研究了含铜海丝纤维的结构和释放铜离子的性能。 2.1 海丝纤维的结构 海丝纤维的生产采用 NMMO 为溶剂的 Lyocell3。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。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 ,纤维内部紧密的结构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
4、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。 2.2 含铜海丝纤维的性能 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 4。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
5、。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。海丝纤维的性能与其生产流程密切相关。图 2 显示了海丝纤维的生产流程。 图 2 海丝纤维的生产流程图 在海丝纤维的生产过程中 ,首先将木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
6、种以纤维素为载体 ,以海藻粉末为活性成分的复合材料。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入纤维的。由于溶剂法生产的再生纤维素纤维的直径一般为10 15 m ,加入纤维中的海藻粉末的直径应该在 9 m 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 ,加入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 9 m 时 ,生
7、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 ,海藻粉末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。 2.3 微量元素与人体健康 微量元素是机体内环境重要组成部分 , 它本身以及与其它因素的平衡或失调影响着机体生理病理的变化 7 2.31 微量元素与衰老 鉴于异常自由基反应及其与衰老的关系 , 以及微量元素在催化或抑制自由基反应和清除反应中产生的有害物质方面的作用 , 微量元素硒、锌及结合于酶中硒、
8、锌、锰、铜对延缓衰老起积 极作用。解脱“隔室封闭”的铁 ,可能还有铜离子 , 则可催化自由基反应 , 加速衰老过程 5。 2.32 微量元素与皮肤病 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 8。 2.33 铜与衰老 铜是人体必需微量元素之一。成人体内约含 100 150 mg, 而每天摄入量只有 0.8 mg, 成人每天必需的铜摄入量为 2 3 mg。人们要从以下动植物中摄取铜 : 动物的肝肾含有丰富的铜 , 小米、黄豆、玉米、 菠菜、白菜 , 以及坚果类食物如核桃、花
9、生、葵花子等含铜也多 , 海产品牡蛎含铜量特别高。每日正常饮茶也可供给人体一部分铜。为了补充铜还应该有意识地多使用铜的勺、锅、壶、铲 , 因铜器能溶出微量的二价铜离子很容易为人所吸收 6。海丝纤维由吉玛公司与其子公司 ALCERU Schwarza 采用纤维素工艺共同开发研制而成， 其成分主要是纤维素和海藻 7。用海藻酸钠做吸附剂去除水相中的 Cu2 + ,研究了吸附时间、海藻酸钠用量、溶液中铜离子质量浓度、 pH 溶液值和吸附温度与吸附效果之间的关系9。一方面海藻酸钠的不 饱和离子与铜离子发生离子交换反应 ;另一方面海藻酸钠微粒表面的羧基、羟基等与铜离子发生螯合作用 10 海藻酸纤维、海藻酸
10、钙纤维及海藻酸钙钠纤维对水溶液中的铜离子均有较好的吸附性能。由于海藻酸钙钠纤维含有水溶性的海藻酸钠，在水中能迅速吸水膨胀，因此对铜离子的初始吸附速度比其它两种纤维快 11 2.4 海丝纤维在各水溶液中释放铜离子的性能测试 2.41 海丝纤维在生理盐水溶液中释放铜离子的性能测试 （ 1）配置生理盐水：称取 9.00g NaCl，加入 100mL 的烧杯中，加入去离子水溶解后移入 1L 容量瓶 中定容，混合均匀后倒入 1000mL 试剂瓶中； （ 2）称取含铜海丝活性纤维 1.00 g； （ 3）将称好的纤维分别放入配好的生理盐水中，开始搅拌； （ 4）从开始搅拌时计时，分别在 30min、 1h
11、r、 3hrs、 8hrs、 24hrs 时取出25mL 溶液，用滤纸过滤后在原子发射光谱仪上测定溶液中铜离子浓度 2.42 海丝纤维在含蛋白质的水溶液中释放铜离子的性能测试 （ 1）配置五种含不同浓度蛋白质的水溶液：称取大豆蛋白质 1、 2、 3、 5、10克，加入去离子水溶解后移入 1L容量瓶中定容，得到蛋白质浓度为 0.1%、 0.2%、0.3%、 0.5%、 1%的水溶液，混合均匀后倒入 1000mL 试剂瓶中； （ 2）分别称取含铜海丝活性纤维 1.00 g； （ 3）将称好的纤维分别放入配好的生理盐水中，开始搅拌； （ 4）从开始搅拌时计时，在 2hr 后取出 50mL 溶液，用滤
12、纸过滤后在原子发射光谱仪上测定溶液中铜离子浓度。 2.43温度对海丝纤维释放铜离子性能的影响 ( 1 ) 配置含蛋白质的生理盐水：称取 9.00g NaCl 及 1.0 克大豆蛋白质，加入 100mL 的烧杯中，加入去离子水溶解后移入 1L 容量瓶中定容，混合均匀后倒入 1000mL 试剂瓶中； （ 2）将溶液在 30、 40、 50、 60、 80oC 下衡温水浴中衡温； （ 3）称取含铜海丝活性纤维 1.00 g； （ 4）将称好的纤维分别放入配好的生理盐水中，开始搅拌； （ 5）从开始搅拌时计时，在 2hr 后取出 50mL 溶液，用滤纸过滤后在原子发射光谱仪上测定溶液中铜离子浓度。 三
13、、总结部分 海藻酸是一种高分子羧酸，它对不同的金属离子具有不同的结合力 12。 海纤维生产的仿麂皮绒是一种柔软而富有弹性，透气性、保暖性、抗皱性等各项性能优良的仿真皮面料。这种面料质轻透气、抗菌防霉、舒适典雅，可广泛用于制作男女上衣、风衣 、马夹、女裙等，还可用来制作各类箱包、鞋以及高档装饰用布，如果经过染色、印花、贴膜、压花等多种形式的整理，还可制成千姿百态的时尚产品。但麂皮风格是海岛纤维产品最主要的潮流风格，也限制了其在服用领域主要用于冬季服装上，在面料市场上的空间较窄。因此，海岛复合纤维的开发必须将纺丝技术与织造、染整及服装结合起来，形成上下游一条龙，提高整体开发能力，惟此，海岛纤维产品
14、才能具有生命力。 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。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，在与含有铜离子的水溶液处理后，海藻颗粒吸收铜离子后得到具有很强抗菌性能的含铜海丝活性纤维。由于铜离子具有特殊的抗菌性能及生物活性，含有铜离子的海丝纤维是一种具有特殊生物活性的功能性纤维。 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
15、场空间。 四、参考文献 1秦益民 . 海丝纤维的生产方法 J. 纺织学报 ,2007,28(10): 122-123 2 李辉芹 . 生物活性纤维 海丝系列纤维 J .毛纺科技， 2005，（ 4）：49-51 3秦益民 . 海丝纤维的结构和性能 J.纺织学报 ,2007,28(11): 136-138 4 戴信飞 .生物活性纤维素纤维 J.国外纺织技术， 2003， 7： 3-6 5 张羽萍 . 微量元素与人体健康 J . 江西化工， 2005，（ 1）： 73-74 6 陈晓玲 . 铜与衰老 J . 微量元素与健康研究 ,2005， 22（ 1）： 15 7 新型海丝纤维 中国丝 绸资讯 2003 年第 18 期 8 颜卿 . 必需微量元素与皮肤病 J . 广东微量元素科学， 2008， 15（ 10）：21 9 朱一民 ,沈岩柏 ,魏德洲 . 海藻酸钠吸附铜离子的研究 J . 东北大学学报， 2003， 24（ 6）： 589-592 10 莫岚，陈洁，宋静，等 . 海藻酸纤维对铜离子的吸附性能 J .合成纤维， 2009， 38（ 2）： 34-36 11 秦益民，陈洁，宋静，等 . 改性海带对铜离子的吸附性能 J. 环境科学与技术 , 2009,32(5): 147-149 12 秦益民 ,刘洪武 ，李可昌，等 . 海藻酸 M.北京：中国轻工业出版社，2008
