CN103194899A - 由复合纤维构造的纤维海绵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由复合纤维构造的纤维海绵及其制造方法和用途，属于复合材料技术领域。由复合纤维构造的纤维海绵通过以下步骤实现：将一种或多种纤维材料，通过液相接枝共聚反应和水解反应，将亲水性基团连接在纤维表层，从而得到具有强亲水性的改性纤维。再将此改性纤维在水中与一种，或多种纤维进行混浆、抄取成型，干燥定型处理，可获得由复合纤维构造的纤维海绵。这种由复合纤维构造的纤维海绵具有吸液速度快，保液率高，不掉纤维，可加工制成多种形状，可用于精细显微外科手术中吸血、吸液以及擦拭。

Description

由复合纤维构造的纤维海绵

技术领域

本发明涉及一种由化学改性纤维构造的复合纤维型纤维海绵及其制造方法和用途。属于复合材料技术领域。

背景技术

  在外科手术中，脱脂棉、纱布是传统的吸液、吸血材料。随着现代显微外科、眼科手术的发展，对用于吸液、吸血的手术辅助材料提出了新的要求。性能上要求吸液速度快，不掉纤维屑，保液好；形态上要求有特定形状，如三角型，或装有手柄等，便于在显微镜下的精细环境使用。传统的脱脂棉、纱布无法满足精细外科手术使用要求。为此，国内外医用材料领域出现了许多替代脱脂棉、纱布的吸液产品，例如多层叠压吸水性纸；泡沫海绵等。但替代品在应用中的一些性能缺陷，依然不能满足临床使用要求。例如多层叠压吸水纸在吸水后，单层纸间发散，强度降低，保液性差，无法对手术创面进行“擦拭”；泡沫海绵无法解决吸水前干态与吸水后湿态的体积收缩与膨胀变化所要求形态问题。本发明的研究设计是将纤维表面进行化学改性，在纤维表面增加更多亲水基团，提高纤维的吸液量和保液量；通过物理性处理，如打浆、抄取方式，重新构造纤维集合，而形成一种新的纤维集合体。新的纤维集合体具有整体性强，湿态强度高，干态可以压缩成平整形态，便于加工成特殊形状的特性。吸液时，可以按照设计，单向体积增大，单向依然保持原有形态、角度不变。特别是在吸水后，依然保持了满足临床手术创面擦拭要求的湿强度，可以擦拭、挤压手术创面。将这种新的纤维集合体材料加工成符合医疗领域需要的特定产品，就可以提供一种新型的医疗器械产品。本研究结果是将普通纤维通过这种表面化学改性和复合成型过程，构成了新型的吸液材料：纤维海绵。

本发明的目的是研究并制造出快速吸水，或体液，或血液，保液性好，不掉纤维，可以加工成特定形状，与人体组织生物相容性符合的新型吸液纤维海绵材料，满足医学临床显微手术吸液需要，及其他多种需求。

发明内容

本发明的目的是这样实现的：

对纤维进行表面改性处理。将纤维表面通过化学接枝聚合反应，接上适量的亲水基团，如羧基、酰胺基等，以提高纤维的亲水性和吸水能力。其特征在于：在酸性水溶液中，丙烯腈或丙烯酸酯或丙烯酰胺作为接枝单体，硝酸鈰铵为引发剂。将通过打浆裁断的纤维均匀分散在水溶液中，在纤维表面进行接枝聚合反应。这一步的反应结果是在纤维表面连接上了腈基，或是酯基，或是酰胺基。这一过程中，接枝单体不同，其反应条件有差别。上述反应结束后，在碱性条件下进行水解反应。纤维表面的腈基，或酯基，或酰胺基在碱性水溶液中，水解为羧基等亲水基团。控制纤维表面的接枝量，可以调整纤维海绵的吸液量。用接枝率，也就是纤维在接枝聚合反应前后的重量变化率，来表征纤维接枝量。

 改变纤维集合状态,形成三维立体的海绵结构。成型方式为静态重力法三维成型。基本方法是将构成海绵的纤维水浆充分分散混合后静置，通过重力作用，缓缓形成纤维沉积，再脱水，实现成型。为了实现这样的纤维集合，在纤维表面进行接枝聚合化学反应之前，必须将纤维进行打浆以实现控制纤维长度和劈裂度。研究表明，纤维长度和纤维劈裂度影响纤维海绵的集合形态与纤维单束间的抱和牢度，打浆是实现这一目的的最基本处理过程。通过控制表面改性纤维的纤维长度、纤维劈裂度、纤维表面接枝率与水解度、混浆配比、抄取成形方式等因素，并将不同比例的改性纤维和未改性纤维混合成型，可以调整纤维海绵成型的三维网状集合结构、表面形态、成型后的力学强度。从而调节纤维海绵的吸液速度、吸液量、保液率、擦拭强度以及机械加工性。纤维长度为20-50毫米；纤维种类包括棉花纤维、木浆纤维、粘胶短纤维等。

通过上述方式获得的复合纤维构造的纤维海绵其成型结构为三维网状，吸水性能优异。可以吸收自身量10倍以上的水；吸水后的保液率高于脱脂棉；所谓保液率，即完全吸满吸水，再经过设定操作的脱水后，材料本身还保有的水量与自身重量的倍数之比，定义为保液率。这种性能是保证在手术中吸液转移过程不滴洒，一般脱脂棉的保液率是2倍；纤维海绵的吸液速度与脱脂棉基本相同；生物学检测表明，纤维海绵无细胞毒性，无刺激性，与人体组织生物相容性好；由于纤维海绵在构造成型中，单束纤维长度相似，纤维间既有物理性的抱和力，也有范德华分子间力作用，所以在吸液过程中极大减少了掉纤维的发生，并提高了纤维海绵在吸水后的湿态硬挺性。综上并纵观传统纤维材料，纤维海绵是一种通过表面化学改性和三维成型的复合纤维新材料。

 与棉纤维（脱脂棉、纱布）相比，纤维海绵有如下的优点：

1.     吸水量增加。植物纤维表面的主要官能团是羟基，由棉纤维构成的脱脂棉、纱布的吸水量一般是自身量的5-7倍，保液率低于2倍。纤维海绵的纤维表面引入亲水性更强的羧基官能团，使得吸液水能力提高，吸水量可达到自身量的12倍以上，保液率提升到4倍以上。

掉屑量下降。脱脂棉的纤维聚集是杂乱无序的，相互间只是缠绕聚集，所以脱脂棉、纱布等，在吸液时，脱脂棉间的短纤维，或是缠绕弱的纤维会在吸液时残留。纤维海绵经过打浆、混浆，其裁断、劈裂处理使纤维接触表面积增加，纤维吸水时相互抱合力显著提升。纤维表面大量增加的羧基团，使纤维表面分子极性增大，分子间力增加，使得纤维海绵整体性强，这就极大降低，甚至避免了纤维海绵吸液时的纤维屑残留。

[0009] 纤维海绵成型为片状，或板状，湿态具有硬挺性，可以加工成多种形状，特别是显微外科手术需要的，例如微小的三角形，平行四边形等，这是脱脂棉、纱布所不能实现的。

纤维海绵的应用：

纤维海绵的性能特点使其可在医学显微精细手术中替代脱脂棉、纱布，用于吸水、吸血、吸体液等。现代医疗医学的快速发展，新的医疗技术不断涌现，例如，眼科的准分子激光曲光矫正手术，“飞秒”激光角膜基质切削手术，颅脑开颅手术等，必须要配以吸液性能优异的吸液材料，要求擦拭吸液的材料，在快速吸液的同时，还要求了：吸液后不残留任何丝屑；吸液材料要制作成特殊形状，如箭矛状、长条薄片状等，在满足微小手术环境的吸液需求时，还要有在手术创面“铲”，“压”的功能。棉花、纱布等传统医用吸液材料是无法实现这些要求的。纤维海绵为片状体，可以加工成多种几何形状，或组装手柄、或有序叠加，满足临床手术多种使用要求；纤维海绵吸液速度快，吸液量大，保液率高，湿态硬挺，在吸液时形态有序增大，可以迅速清晰显微手术视野；纤维海绵在吸液过程中没有残留纤维，可以避免术后感染。

由于纤维海绵可以制作成规整的产品赋型，以及优异的吸水特性，使其也可用于手术器械的擦拭，高端精密仪器制造过程的吸水、擦拭的使用。

具体实施方式

实施例1：

取400克木浆纤维，用打浆机打浆30分钟备用。在反应釜内放入20升水、500克丙烯腈、10克硝酸鈰胺、500毫升0.1N硝酸，搅拌均匀后，将备用木浆纤维加入反应釜内，连续搅拌60分钟后，去掉反应液，取出木浆纤维并清洗，得到接枝木浆纤维。配置1%的氢氧化钠水溶液，并与接枝木浆纤维一同放入水解反应釜内，保持温度110℃，连续搅拌120分钟后，得到水解木浆纤维。将水解木浆纤维与打浆后的脱脂棉纤维，按照1:1比例取总量400克，在水中混合并倒入抄取机料筒，静置30分钟后，缓缓排掉水，得到沉积下来的纤维片。将纤维片放入100℃烘箱中，至完全干燥后取出纤维片，压平即成为平整的纤维海绵片。将片状的纤维海绵裁制成底边8毫米、高16毫米的等腰三角形产品，用于眼科手术中吸血、吸液材料。

实施例2：

取600克脱脂棉纤维，用打浆机打浆60分钟得到打浆棉纤维，备用。在反应釜内放入10升水、200克丙烯酸乙酯、8克硝酸鈰胺、200毫升0.1N硝酸，搅拌均匀后，将200克打浆棉纤维加入反应釜内，连续搅拌30分钟后，去掉反应液，取出棉纤维并清洗，得到接枝棉纤维。配置2%的氢氧化钠水溶液，并与接枝棉纤维一同放入水解反应釜内，保持温度100℃，连续搅拌100分钟后，得到水解棉纤维。将水解棉纤维与打浆棉纤维，按照1:3比例，取总量700克，将二种棉纤维在水中混合均匀，倒入抄取机料筒，静置30分钟后，缓缓排掉水，得到沉积后的纤维板。将纤维板放入100℃烘箱中，至完全干燥后取出纤维板，压平即成为表面平整的纤维海绵板。将板状的纤维海绵裁制成10X10厘米的方形产品，用于手术器械、精密仪器的吸液、擦拭材料。

Claims (6)

1.一种由复合纤维构造的纤维海绵，其特征是将亲水性高分子纤维在酸性水溶液中，与单体在引发剂作用下发生接枝聚合反应，然后在碱性条件下进行水解反应；反应后的纤维与经过打浆机打浆处理的亲水性高分子纤维经过洗涤、混浆、抄取、成型、干燥而得到纤维海绵。

2.根据权利要求1所述纤维海绵的制造配方，其特征在于接枝共聚反应的物料配比用量（按重量计）为：亲水性纤维300-500克；丙烯腈或丙烯酸酯类200-500克；1N硝酸50-100克；硝酸鈰胺5-50克；水10-40升；碱性水解反应的物料配比用量为：接枝纤维500-1000克；氢氧化钠200-300克，水10-15升。

3.根据权利要求1所述的纤维海绵，其特征为亲水性高分子纤维包括：棉纤维、木浆纤维、粘胶短纤维。

4.根据权利要求1所述的纤维海绵，其特征为单体包括丙烯腈、丙烯酸酯类、丙烯酰胺类。

5.根据权利要求1所述的纤维海绵，其特征为经过接枝、水解反应的亲水性高分子纤维与经过打浆机打浆处理的亲水性高分子纤维比例为1:1～1：5。

6.根据权利要求1所制造的纤维海绵，其特征为其用途在眼科、显微外科手术中吸血、吸液，手术器械、精密仪器的擦拭。