吸液纤维的制作方法

本发明涉及一种纤维，具体地，涉及一种可通过溶胀而吸液的纤维。
背景技术：
：几丁质具有良好的生物相容性、生物可降解性、止血、促进伤口愈合等特性，使其在可吸收外科手术缝合线、伤口敷料、药物载体材料、人造皮肤等各种组织工程支架材料中有着广泛的应用前景。将几丁质溶解于有机酸或无机酸中，呈粘稠胶体状，经纺丝、凝固、洗涤、干燥等工序可以制得几丁质纤维，用于制备伤口敷料。中国专利文献CN1129748A(脱乙酰甲壳质纤维及其制造方法和应用)、中国专利文献CN1149093A(甲壳质纤维及其制备方法)、中国专利文献CN101250759A(医用壳聚糖纤维及其制备方法)等相继公开了几丁质纤维的制造方法。然而，这些方法制备得到的几丁质纤维在医学临床应用中存在着抗菌性弱、吸液性差等缺陷，尤其是应用于易感染、渗出液较多的烧烫伤创面、褥疮等慢性愈合创面的治疗时，效果不甚理想。为了提高几丁质纤维的吸液性能，化学改性的方法被广泛应用，例如将几丁质纤维经碱化后用氯乙酸改性成羧甲基几丁质纤维等，在中国专利文献CN1715465A(羧甲基甲壳胺纤维及其制备方法和应用)中，几丁质纤维经碱化后用环氧乙烷改性成羟乙基几丁质纤维，这方面的文献还有，中国专利文献CN101368328A(一种羟乙基壳聚糖纤维的制备方法)等。但是，这些改性方法，一方面反应条件苛刻、步骤繁琐、不易控制；另一方面，反应所得产物分子链上取代基分布位置和数量不确定，致使产物吸液性能难以有效控制。此外，上述产物也不具有抗菌性能。这些问题会大大限制几丁质纤维制备得到的敷料在临床上尤其是烧烫伤、慢性创面治疗上的应用。尤其地，以往的几丁质纤维中，人们往往通过控制取代度来进行纤维吸液性能的控制，但本发明的发明人发现，取代度过低，纤维吸液量不足，取代度过高，虽然吸液量显著增大，但纤维形态难以保持，即纤维会被所吸收的液体溶解或冲散。此时，液体流出会导致一定程度的吸液功能丧失。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明的发明人经过潜心研究，惊异的发现，通过控制纤维中所含的聚合物中的具有不同取代基的重复单元的比例，且使纤维外侧(边缘)的取代度大于纤维内部(中心)的取代度，可以使得纤维既能保持良好的形态，又能保持充足的吸液能力，从而可提高纤维的抗菌、吸液等性能，提供适合临床应用的纤维，特别是在止血、烧烫伤、慢性创面治疗等方面的应用。本发明是通过以下技术方案实现的。本发明是一种吸液纤维，所述纤维包含下述结构式所表示的聚合物：其中所述R是从-NH2、-OCH2CH2OH、-OCH2CH2CH2OH、-OH、-ONa、-OK、-OCa所组成的群中选择的至少1种；m、n和p分别表示聚合物分子中对应重复单元的数量百分比，并满足以下关系式：m+n+p＝1，p/(m+n+p)＝0.05～0.30；将取代度D定义为＝m/(m+n+p)，纤维的总体取代度定义为Ds，纤维横截面中心点的聚合物的取代度定义为Do，纤维横截面边缘的聚合物的取代度定义为Dx时，满足以下关系式：Ds＝0.09～0.8，Do/Dx＝0～0.7。本发明的效果是：(1)本发明的纤维仅通过普通的溶液改性即可制备(如实施例1)，无需使用贵重的原料和仪器，也不需要剧烈的反应条件等。换言之，可通过工艺简便、反应条件温和、成本较低的方法制备吸液纤维。(2)可使制得的纤维具有良好的吸液性能和抗菌性能。本发明的改性不会影响到几丁质原有的抗菌和吸液能力，并在此基础上，通过以满足上述条件的方式改性后，纤维的表面改性程度大于中心部位改性的程度，吸液时，中心部分的改性度较小，吸液量减少，不易溶解，分子形态被严格保持，起到“骨架”的作用，而边缘部分仍然保持较大的改性度和吸液量，同时，纤维的外部可以很好的通过分子间作用力依附在中心的部分的骨架上，即使吸液量变大后也不会因溶解而丧失结构。据此，可使制得的纤维在大量吸液后仍然能保持较好的形态，即溶胀幅度大，且不易被吸收的液体所溶解，此时，吸收的液体被锁在纤维中，不会出现过量吸液后，纤维过度溶解导致丧失原有结构，从而使被吸收的液体又从纤维中放出的现象。(3)吸液时，中心部分的“骨架”基本不溶胀，从而维持原有的长度，因而依附于该骨架上的纤维外部结构在吸液时也会由于骨架的束缚而难以拉长，据此，可使制得的纤维在吸液溶胀时，尽可能仅沿纤维径向膨胀变粗，即并非通过吸液溶胀拉伸延长，也并非各向均匀膨胀。基于上述特点，使得该纤维在医用材料的领域具有很多用途，例如，该纤维可以通过开松、梳理、铺网、针刺等工艺制成纤维团或不织布，也可以通过加捻、纺纱等工艺制成织布，也可以通过粉碎等工艺制成粉末，用于止血和伤口治疗等。具体地，在大量吸液时能保持良好形态的纤维，贴合于伤口后不会因沾血后吸液而与伤口粘连，不妨碍伤口愈合且易于拆下。而径向膨胀的纤维在吸液后膨胀时会填满原本纤维织物中纤维间的空隙，从而加强止血的作用，且避免了纤维长度拉伸导致的防止伤口粘连的性能降低的问题。此外，纤维长度不变时，形成的织物中的交叉接触的纤维在吸液前后，其接触点的位置也不会移动，从而有利于织物整体保持原有的形态，避免织物或纤维移动至伤口内，与伤口粘连，妨碍伤口愈合。附图说明图1是展示本发明的纤维微观结构的显微图。图2是展示本发明不同取代度的纤维吸液后的形态结构的示意图。具体地，是将单根纤维置于0.9％生理盐水中，37℃下30min中，取出固定在玻璃片上，在光学显微镜下观察纤维吸液形貌变化。图3是展示本发明不同取代度的纤维的纤维束吸液后的形态结构的示意图。具体地，是将纤维束置于0.9％生理盐水中，37℃下30min中，观察纤维束吸液形貌变化。图2、3中的字母表示以下含义a为未改性纤维；b～g为实施例1～6的纤维，下标1、2分别表示吸液前和吸液后的形态(例如、a1表示纤维a吸液前的形态、a2表示纤维a吸液后的形态，依次类推)具体实施方式以下通过优选的实施方式和实施例进一步详细的说明本发明的方案及效果，但本发明并不受以下实施方式或实施例的任何限制。如上所述，对于普通的几丁质纤维中，若通过控制取代度来进行纤维吸液性能的控制，则会出现以下问题，即取代度过低，纤维吸液量不足，取代度过高，虽然吸液量显著增大，但纤维形态难以保持，即纤维会被所吸收的液体溶解或冲散。例如将下表的纤维浸入生理盐水中后，将吸液量以纤维干重的倍数计量时，取代度较低时吸液量很少，实用价值不大，取代度过大时，纤维出现过度吸液，从而丧失原有结构，原本吸收的水分又回到了环境中，也无法测定吸液量的情况。取代度0.020.10.7吸液量(倍)0.51.0无法测量吸液形态保持保持无法保持对此，本发明的发明人惊异的发现，若降低纤维中心部分的取代度，使得其保持完好的形态，再使纤维外部的结构依靠分子间作用力依附在该骨架上，从而不易脱落、分散，即使大量吸液后仍然能保持基本的纤维形态，从而完成了本发明。本发明的吸液纤维包含下述结构式所表示的聚合物：其中所述R是从-NH2、-OCH2CH2OH、OCH2CH2CH2OH、-OH、-ONa、-OK、-OCa所组成的群中选择的至少1种；m、n和p分别表示聚合物分子中对应重复单元的数量百分比，并满足以下关系式：m+n+p＝1，p/(m+n+p)＝0.05～0.30；下限优选0.10以上，更优选0.15以上，上限更优选0.25以下，更优选0.20以下。p值若过大，会导致纤维吸液量降低。P值若过小，由此导致纤维与液体接触后，纤维会溶解，形貌难以保持。将取代度D定义为＝m/(m+n+p)，纤维的总体取代度定义为Ds，纤维横截面中心点的聚合物的取代度定义为Do，纤维横截面边缘的聚合物的取代度定义为Dx时，满足以下关系式：纤维的总体取代度Ds＝0.09～0.8，Do/Dx＝0～0.7。Ds的下限优选0.2以上，更优选0.3以上，更优选0.4以上，上限优选0.7以下，更优选O.6以下，更优选0.5以下。Ds值若过大，不利于纤维形态的保持，若过小，则会导致纤维吸液量降低。Do/Dx的下限更优选0.05以上，更优选0.1以上，更优选0.15以上，上限更优选0.6以下，更优选0.5以下，更优选0.4以下。Do/Dx若过大，会导致纤维接触液体时溶解，不能保持纤维的基本形态，影响其使用性能的同时，不利于从伤口去除。取代度过小时，纤维直径的膨胀率/纤维长度的膨胀率的比值不足，纤维吸液量降低的同时，容易与伤口发生粘连，不利于从伤口去除。其中，Do的值越小，纤维的中心形态保持的越好，中心部分作为骨架的作用就越容易得到发挥，例如，Do可以为0.02以下、O.05以下、0.1以下、0.2以下、0.25以下、0.3以下或0.35以下。本发明中的纤维中心点，当纤维横截面为规则图形时，为该横截面的几何中心，当纤维横截面为不规则图形时，为该横截面的几何重心。本发明中的纤维边缘是指，纤维横截面上距离纤维中心点最远的位置。纤维截面的形状没有特别限制，例如圆形、椭圆形、三叶草形、四叶草形、三角形、多边形等，但从均匀改性的角度优选圆形或椭圆形，最优选圆形。纤维截面的直径没有特别限制，但优选1～1000μm，下限更优选5μm以上，更优选10μm以上，更优选15μm以上，上限更优选500μm以下，更优选200μm以下，更优选100μm以下。纤维直径主要和用途有关，例如，外用或用于出血、出液量大的位置时可粗些，用于体内或用于出血、出液量小的位置时可细些。纤维的长度没有特别限制，优选1～10cm，下限更优选2cm以上，更优选3cm以上，更优选5cm以上，上限更优选9cm以下，更优选8cm以下，更优选7cm以下。纤维长度若过短，不利于切割或制备织物，纤维长度若过长，纤维在形成织物时容易弯曲，不利于纤维的开松和梳理，对后续织物或非织物的加工带来困难。纤维中使用的聚合物如上述结构式所示，具有3种不同结构的重复单元，但该分子式仅表示该聚合物中所具有的重复单元的种类，这些重复单元的排列顺序可以是任意的。换言之，只要这些重复单元的比例符合本发明的要求，其排列顺序并不会影响发明目的。本发明的聚合物的黏均分子量优选5万～1000万，下限优选10万以上，更优选20万以上，更优选50万以上，更优选100万以上，上限优选900万以下，更优选800万以下，更优选700万以下，更优选600万以下。黏均分子量过大时，分子链呈卷曲状态，易将分子链上反应基团包裹起来，不利于反应的进行，造成总体取代度过低。黏均分子量过小时，分子链短，反应基团易暴露出来，反应试剂和水解试剂更易穿透分子链间隙与其作用，致使总体取代度大大增加、纤维横截面中心点与边缘取代度差异性小，导致纤维与液体接触后溶解，无法保持纤维形态，影响其使用性能。聚合物种的基团R优选2种以上，即至少包含R1和R2，更优选R仅为R1和R2，R1为从-NH2、-OCH2CH2OH、-OCH2CH2CH2OH所组成的群中选择的至少一种，R2为从-OH、-ONa、OK、-OCa所组成的群中选择的至少一种。相对于R的总量，R1的含量优选0～95％，下限优选5％以上，更优选10％以上，更优选20％以上，上限优选90％以下，更优选80％以下，更优选70％以下。相对于R的总量，R2的含量优选5～100％，下限更优选10％以上，更优选20％以上，更优选30％以上，上限优选90％以下，更优选80％以下，更优选70％以下。优选该纤维具有良好的吸液能力，以吸收生理盐水(0.9％氯化钠溶液)为基准，优选吸液量为纤维本身重量(干重)的2倍以上，更优选5倍以上，更优选10倍以上，上限没有特别限制，但吸液量过高时，有时会对纤维形态的保持产生不良影响。优选20倍以下。更优选该纤维在吸液溶胀时，尽量仅变粗而不变长，即纤维直径的膨胀率远大于纤维长度的膨胀率，优选纤维直径的膨胀率/纤维长度的膨胀率大于5倍，更优选大于10倍，更优选大于20倍，更优选大于30倍。该比值越大，越有利于纤维形态的保持，即吸液溶胀时不会被所吸收的液体所完全溶解或冲散原有的分子结构。本发明的纤维直径是指，当纤维横截面为圆形时，即为该圆的直径，当纤维横截面不为圆形时，为纤维横截面边缘上相互距离最远的两点之间连线。纤维长度的膨胀率是指：(纤维吸液后的长度-纤维吸液前的长度)/纤维吸液前的长度×100％纤维直径的膨胀率是指：(纤维吸液后的直径-纤维吸液前的直径)/纤维吸液前的直径×100％实施例1.参数测定方法1.1m、n、p的测定测定使用的仪器型号：德国Bruker公司型号为AMX600M核磁共振波谱仪可根据测得的值计算需要的含量关系，例如m/(m+n+p)，p/(m+n+p)等值。具体的操作方法为，将纤维溶解于1％的CD3COOD的D2O中，测得各重复单元的特征基团(例如m对应其重复单元中的-NCH2-、-OCH2-；p对于其重复单元中的-NCOCH3-)的质子峰面积，根据其面积大小的比例可以计算得出各重复单元所占的比例。1.2纤维横截面上某个点位(例如中心或边缘上的点)的取代度的测定将吸液纤维置于含有30％(w/v)KOH的水/乙醇(v/v＝20/80)溶液中，在60℃下浸泡5小时，取出吸液纤维，用80％(v/v)乙醇水溶液反复清洗8次，除去洗涤液后在40℃下干燥24小时，将干燥好的纤维在液氮中淬断，用能谱仪(EDS)测试得到纤维横截面中心点的K含量和纤维边缘的K含量，依据该含量计算各点的取代度，纤维横截面中心点的K含量和纤维边缘的K含量的比值即为取代度比。1.3吸液性能测试1.3.1吸液量取吸液纤维20根，用分析天平测得干重为W(g)。将尼龙布浸泡在0.9％氯化钠的生理盐水中30分钟，取出后甩干，用该尼龙布将纤维包好，称重为W1(g)。称取比20根纤维重500倍的足量含0.9％氯化钠的生理盐水，将用尼龙布包好的纤维置于其中，37℃放置30min，取出尼龙布包，甩干，称重为W2(g)。单根纤维的吸收量为(W2-W1)/W。1.3.2纤维直径和长度的膨胀率的比值将甩干后的纤维取出，固定在玻璃片上，在显微镜下测量其吸液后的纤维直径、纤维长度。另外取干纤维，固定在玻璃片上，在显微镜下测量其直径与长度。以上数据的测定结果汇总在以下的表1和表2中。黏均分子量的测定方法：采用乌氏粘度法测定。取一定量的纤维，将其溶解在0.1mol·L-1CH3COOH-0.2mol·L-1NaCl中，在(25±0.05)℃恒温水浴中，通过乌氏粘度计测定其流出时间，从而计算得到黏均分子量。实施例1称取6cm长、p/(m+n+p)为0.25的几丁质纤维5g，分散在50mL异丙醇中，加入丙烯酸-2-羟基乙酯2.54g，室温下振荡均匀，在50℃条件下恒温水浴中反应48h，将反应后的几丁质纤维和反应混合液分离，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤2次，取出纤维，甩干后，分散于80％(v/v)甲醇水溶液中，滴加30％(w/v)氢氧化钾水溶液，将甲醇、氢氧化钾水溶液混合液pH调到11.0，浸泡1小时，再将浸泡后的纤维从混合液中分离出来，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤3次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到黏均分子量(Mη)300万、丙烯酰基总体物质的量取代度为0.17的吸液纤维。将吸液纤维溶解于1％CD3COOD的D2O中，用核磁氢谱测分别测得-NCH2-、-OCH2-中的质子峰面积，从而计算得到取代的丙烯酰基中，R2为-OK的含量为22％；则R1为-OCH2CH2OH的含量为78％。实施例2称取6cm长、p/(m+n+p)为0.10的几丁质纤维5g，分散在50mL异丙醇中，加入丙烯酸-2-羟基丙酯7.09g，室温下振荡均匀，在70℃条件下恒温水浴中反应48h，将反应后的几丁质纤维和反应混合液分离，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤2次，取出纤维，甩干后，分散于80％(v/v)甲醇水溶液中，滴加30％(w/v)氢氧化钾水溶液，将甲醇、氢氧化钾水溶液混合液pH调到11.0，浸泡1小时，再将浸泡后的纤维从混合液中分离出来，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤3次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到黏均分子量300万、丙烯酰基总体物质的量取代度为0.30的吸液纤维。将吸液纤维溶解于1％CD3COOD的D2O中，用核磁氢谱测分别测得-NCH2、-OCH2-中的质子峰面积，从而计算得到取代的丙烯酰基中，R2为-OK的含量为35％；则R1为-OCH2CH2CH2OH的含量为65％。实施例3称取6cm长、p/(m+n+p)为0.10的几丁质纤维5g，分散在50mL异丙醇中，加入丙烯酸2羟基丙酯14.17g，室温下振荡均匀，在70℃条件下恒温水浴中反应48h，将反应后的几丁质纤维和反应混合液分离，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤2次，取出纤维，甩干后，分散于80％(v/v)甲醇水溶液中，滴加30％(w/v)氢氧化钾水溶液，将甲醇、氢氧化钾水溶液混合液pH调到11.5，浸泡1小时，再将浸泡后的纤维从混合液中分离出来，甩干，再置于饱和CaCl2溶液中，浸泡1小时，取出纤维，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤3次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到黏均分子量50万、丙烯酰基总体物质的量取代度为0.49的吸液纤维。将吸液纤维溶解于1％CD3COOD的D20中，用核磁氢谱测分别测得-NCH2-、-OCH2-中的质子峰面积，从而计算得到取代的丙烯酰基中，R2为-OCa的含量为39％；则R1为-OCH2CH2CH2OH的含量为61％。实施例4称取6cm长、p/(m+n+p)为0.25的几丁质纤维5g，分散在50mL异丙醇中，加入丙烯酸-2-羟基乙酯5.08g，室温下振荡均匀，在55℃条件下恒温水浴中反应58h，将反应后的几丁质纤维和反应混合液分离，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤2次，取出纤维，甩干后，分散于80％(v/v)甲醇水溶液中，滴加30％(w/v)氢氧化钾水溶液，将甲醇、氢氧化钾水溶液混合液pH调到11.5，浸泡1小时，再将浸泡后的纤维从混合液中分离出来，甩干，再置于饱和CaCl2溶液中，浸泡1小时，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤3次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到黏均分子量50万、丙烯酰基总体物质的量取代度为0.55的吸液纤维。将吸液纤维溶解于1％CD3COOD的D2O中，用核磁氢谱测分别测得-NCH2-、-OCH2-中的质子峰面积，从而计算得到取代的丙烯酰基中，R2为-OCa的含量为27％；则R1为-OCH2CH2CH2OH的含量为73％。实施例5称取6cm长、p/(m+n+p)为0.25的几丁质纤维5g，分散在50mL异丙醇中，加入丙烯酸6.30g，室温下振荡均匀，在70℃条件下恒温水浴中反应40h，将反应后的几丁质纤维和反应混合液分离，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤2次，取出纤维，甩干后，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤3次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到黏均分子量8万、丙烯酰基总体物质的量取代度为0.75的吸液纤维。将吸液纤维溶解于i％CD3COOD的D2O中，进行核磁氢谱测试。结果表明，相对于几丁质纤维原料而言，吸液纤维仅在化学位移为2.3、3.1出现两个新的吸收峰，归属于-NCH2CH2CO-，表明R2为-OH的含量为100％，同时通过计算可得丙烯酰基总体物质的量取代度为0.75。实施例6称取6cm长、p/(m+n+p)为0.10的几丁质纤维5g，分散在50mL甲醇中，加入丙烯酰胺1.91g，室温下振荡均匀，在40℃条件下恒温水浴中反应72h，将反应后的几丁质纤维和反应混合液分离，用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤2次，取出几丁质纤维，甩干后，置于40℃饱和碳酸氢钠溶液中浸泡1小时，取出纤维用80％(v/v)甲醇水溶液洗涤3次，脱水后，在40℃条件下干燥，得到黏均分子量900万、丙烯酰基总体物质的量取代度为0.09的吸液纤维。将吸液纤维溶解于1％稀醋酸中，用钠离子计测试得到取代的丙烯酰基中，R2为-ONa的含量为5％；则R1为-NH2的含量为95％。将吸液纤维在液氮中淬断，用X射线光电子能谱(XPS)测得纤维横截面中心点、纤维边缘的-CO-含量，从而计算得到纤维横截面中心点、纤维边缘的丙烯酰基取代度分别为0、0.12。表1.纤维基本参数上表中，各实施例的计算过程如下：用EDS测试纤维截面不同位点的丙烯酰基取代度，即将吸液纤维用KOH溶液彻底水解为羧酸钾，经彻底清洁干燥后，此时，K的物质的量等于羧酸根物质的量，通过EDS测试得到K的含量，就可以计算得到羧酸根的物质的量，从而计算得到丙烯酰基取代度。对于实施例6，因为接枝的丙烯酰胺水解不能产生羧基，所以采用XPS测试得到其-CO-含量，从而计算不同位点的取代度。表2.纤维吸液性能比较例制备得到一系列的由纤维截面中心点至纤维边缘各个点取代度相同(Do/Dx＝1)的纤维，通过以下方法测试了其吸液后的形貌，观察纤维接触液体后的纤维形貌保持状态。称取8.3gNaCl和0.277gCaCl2加蒸馏水充分溶解，置于容量瓶中，用蒸馏水定容到1000mL，所得溶液为英国药典规定的A溶液。该溶液模拟了人体血液主要金属离子的含量。纤维吸液后的形态对比取纤维1根，两端用双面胶带固定在玻璃片上，在纤维中间部分滴加A溶液0.25mL，将其在37℃条件下静置30min，取出，在光学显微镜下观察纤维吸液后的形貌变化。其结果是，比较例1的纤维已经难以保持完好的形态，因而难以进行准确的吸液量测定，比较例2虽然可以测量，但其吸液量低于本发明，推测是在同样取代度下，均匀取代的纤维吸液后，其微观形态虽然保持，但相比本发明已出现结构变散、少量溶解的情况，因而对水分的束缚力不够强，甩干、干燥后，部分与纤维结合不牢固的水分散失。当前第1页1 2 3