海藻纖維的發展及其應用

　　海藻纖維作為一種新型生物可降解再生纖維，是以海藻植物(如海帶、海草)中分離出的海藻酸為原料制成的纖維，其產品具有良好的生物相容性、可降解吸收性等特殊功能，而且資源豐富，估計世界海洋中有25000多種海藻[1]，海藻纖維的各種優異性能已在紡織領域和醫學領域得到了廣泛的關注。

　　1海藻纖維的發展

　　1.1國外海藻纖維的發展

　　英國化學家ECCStanford[2-3]早在1881年1月12日發表的一項英國專利中，首先介紹了從褐藻類海藻植物狹葉海帶(LaminariaStenophylla)中提取出的一種凝膠狀物質，他把用稀堿溶液提取出的物質命名為Algin，加酸后生成的凝膠為Alginicacid，即海藻酸。

　　1944年，英國人Speakman和Chamberlain發表了他們對海藻酸纖維的研究成果[4-6]。Speakman和Chamberlain研究了從6組具有不同相對分子質量的海藻酸中加工出的纖維的性能。結果說明，海藻酸的相對分子質量對纖維的強度有一定的影響，但其影響程度不是很大。

　　在1912年到1940年期間，一些德國、日本和英國專利紛紛發表了海藻酸鹽經擠壓可得到可溶性海藻纖維的報道。1947年有報道說[7]，以海藻酸鈣和海藻酸鈉為原料的海藻纖維可以制成毛紡織品、手術用紗布和傷口包覆材料。英國在上世紀60年代和70年代的研究表明，Steriseal公司銷售的SORBSON，就是利用海藻纖維制備的保暖、保濕性好的創傷被覆材料，可治療嚴重感染的潰瘍，這種材料中海藻纖維與創口滲出物接觸，形成吸濕性的凝膠，可使傷口保持濕潤，促進傷口快速愈合。

　　據文獻報道，日本Acordis特種纖維公司是世界首家實現海藻纖維大批量生產的廠家，其工藝屬領先地位。日本Forest公司開發出一種海藻纖維[8]，這種纖維主要從海草的海藻膠粉中提煉制取，它由海藻酸鈉水溶液以CaCl2作為凝固浴，經濕法紡絲，并以甲醇替換水分而制得，所得纖維線密度為2.2dtex(l.97D)，強度1.7cN/dtex(l.92g/d)，這家公司從1993年起在本國銷售海草纖維毛巾，自2000年在韓國銷售海藻纖維內衣，日前已擴大到歐洲和東南亞等國家。海藻纖維能反射遠紅外線，產生負離子保暖和保健作用，除服裝外還可用于食品工業或醫藥工業做凍膠或增稠劑，新用途可做傷口繃帶或創可貼。

　　1.2國內海藻纖維的發展

　　甘景鎬等[9]最早報道了我國對海藻酸纖維的研究情況。該課題組早在1981年就結合國外對海藻酸纖維的研究，采用含5%海藻酸鈉的紡絲溶液，通過濕法紡絲制備海藻酸鈣纖維。研究中發現，由于凝固液中的鈣離子的濃度因為不斷被消耗而稀釋，為便于控制，使用飽和的氯化鈣水溶液作為凝固液最為適宜。纖維在2000Pa壓力下，于60℃下進行干燥后得到的強度為0.44cN/dtex～1.76cN/dtex。孫玉山等[10]在1990年詳細研究了海藻酸纖維的生產工藝。該課題組通過濕法紡絲，在氣體介質中拉伸后得到的纖維強度達2.67cN/dtex。為了改善海藻酸鈣纖維的化學穩定性，課題組采用纖維素醋酸酯、聚乙烯醇、甲殼質等對纖維進行涂層處理，使纖維具有一定的化學穩定性，可以在生理鹽水中維持兩周保持不溶解。在用鋅、鋁、鐵、鉻等金屬離子處理海藻酸鈣纖維后，纖維可以在生理鹽水中浸漬兩個月后不溶解。

　　2004年，青島大學夏延致教授受聘青島市海藻纖維項目的首席科學家。在海藻纖維的生產新技術及海藻纖維在功能性紡織品、本質阻燃材料等方面的應用進行了創新和發展，開拓了海洋生物資源應用新領域。其主持863計劃重點項目“海藻資源制取纖維及深加工關鍵技術開發”，開展海藻纖維的工業化生產。

　　2007年，青島大學公開了一種殼聚糖接枝海藻纖維及其制備方法與用途的專利[11]，這種纖維由于表面包覆一定的殼聚糖，因而具有良好的吸濕性和抗菌性，且無毒、無害、安全性高及生物可降解性，在醫藥、環保等領域均有良好的應用前景，作為止血治療的新型材料，尤其適合于制造紗布做傷口敷料用。纖維強度：1.5d～2.5d。斷裂伸長率：4%～10%。斷裂強度：1.8g/d～3.1g/d。

　　2海藻纖維制備

　　2.1原料的制備

　　目前，在可用作制備海藻纖維的原料中，最常用的是可溶性鈉鹽粉末，即海藻酸鈉。其生產工藝流程：先用稀酸處理海藻使不溶性海藻酸鹽轉變成海藻酸，然后加堿加熱提取，生成可溶性的鈉鹽溶出，過濾后，加鈣鹽生成海藻酸鈣沉淀，該沉淀經酸液處理轉變成不溶性海藻酸，脫水后加堿轉變成鈉鹽，烘干后即為海藻酸鈉。

　　2.2海藻纖維的制備

　　海藻纖維通常由濕法紡絲制備，即將可溶性海藻酸鹽(通常用海藻酸鈉)溶于水中形成黏稠溶液，然后通過噴絲孔擠出到含有二價金屬陽離子(Mg2+除外)的凝固浴中，形成固態不溶性海藻酸鹽纖維長絲。

　　3海藻纖維的特點

　　3.1高吸濕性

　　可以吸收大量的傷口滲出物，延長更換繃帶的時間，減少更換次數和護理時間，降低護理費用。

　　3.2易去除性

　　海藻酸鹽纖維與滲出液接觸后膨化形成柔軟的凝膠。高M海藻酸鹽纖維可用溫熱的鹽水溶液淋洗去除；高G海藻酸鹽繃帶膨化較小可整片去除，對新生傷口的嬌嫩組織有保護作用，防止在取出紗布時造成傷口二次創傷。

　　3.3高透氧性

　　吸濕后形成親水性凝膠，與親水基團結合的“自由水”成為氧氣傳遞的通道，氧氣經吸附—擴散—解吸過程，從外界環境進入傷口組織內；而纖維的高G段是纖維的大分子骨架連接點，水凝膠的硬性部分(氧氣可通過的微孔)避免了傷口的缺氧狀況，促使傷口愈合。

　　3.4凝膠阻塞性

　　海藻酸鹽繃帶與滲出液接觸時膨化，大量的滲出液滯留在凝膠纖維中，而單纖維膨化會減少纖維間的細孔使流體的散布停止，因海藻酸鹽繃帶的“凝膠阻塞”特殊性，可使傷口滲出物散布，相應的浸漬作用減小。

　　3.5生物降解性和相容性

　　海藻酸鹽纖維屬生物可降解纖維，這就解決了對環境污染的問題。其與生物相容可避免手術時二次拆線，減輕了病人的痛苦。

　　3.6金屬離子吸附性

　　海藻纖維可吸附大量金屬離子形成導電鏈，可提高大分子鏈的聚集性能，適宜制造防護紡織品。

　　4海藻纖維的開發應用

　　4.1醫用海藻纖維

　　4.1.1高吸濕醫用海藻纖維

　　通過用多種金屬離子置換初生纖維上的鈣離子，從而制成諸如海藻酸鐵、海藻酸鋁、海藻酸銅等不同的海藻酸纖維。海藻纖維中G/M的比例不同，制備的海藻纖維的吸濕性會有很大的不同。M單元和多價金屬離子形成離子結合，鈣離子在溶液中易被鈉離子取代，成膠吸濕性大；而G單元與多價金屬離子主要形成配位和整合結構，與鈉離子交換比例小?，F階段解決的主要辦法為制備鈣/鈉海藻纖維，或將海藻酸鈉與其他高吸濕原料（如羧甲基纖維素）進行共混紡絲。MasahiroTachi制備吸濕性醫療敷料和繃帶，而且吸濕后可以隔絕或阻止細菌的進入，防止傷口的感染[12]；OtsukaT制備的鋅/鈣海藻纖維，有明顯的抑菌

　　效果和消腫效果。[13]

　　4.1.2抗菌、除臭醫用海藻纖維

　　由于創傷病人的免疫功能下降，傷口在愈合過程中易被細菌等感染，易產生不愉快的氣味，嚴重影響傷口的愈合速度和治療環境?？咕Ｔ謇w維的制備主要是利用抗菌金屬離子(如毒性低的銀離子)或生物降解性和相容性好的天然抗菌劑(如殼聚糖、蘆薈等)。[14]異味去除主要采用物理法和覆蓋法。物理吸附主要是利用施加在纖維上的吸附劑的吸附作用，使異味分子從環境中轉移到織物上從而消除，常用的吸附劑有硅膠、沸石、活性炭、空心炭粒、氧化鋁等。掩蓋法是在紡織品上施加氣味比異味更為強烈的香味，以掩蓋異味，使人們感覺不到異味的存在，常用的主要是對皮膚刺激性小的香精、植物提取物等。

　　4.1.3遠紅外醫用海藻纖維

　　遠紅外線極易被水分子吸收，所以當遠紅外線照射人體時，就會發生吸收入、透射、反射過程，這一過程科學家稱之為“生物共振”。陳華光等采用紅外線照射傷口感染和潰瘍后所產生的內熱效應能調節人體生物電場及神經血管功能，使潰瘍病變部位組織血管擴張，微循環營養狀況改善，新陳代謝加快，減少細胞組織缺氧狀態，促進組織間炎性滲出物的吸收，從而增強組織的修復和再生功能，起到消炎消腫、止痛、減少滲透，促進肉芽與上皮細胞的生長，促進傷口愈合。在纖維加工過程中，添加遠紅外吸收劑可制得永久性遠紅外纖維。遠紅外添加劑可在紡絲工序中加入。

　　遠紅外纖維制備的具體方法是，把遠紅外粉分散于與成纖聚合物具有很好相容性的媒介物中，再與紡絲原液或聚合物熔體或溶體相混合進行紡絲。從纖維結構上可將遠紅外纖維分為兩類，一類是遠紅外粉在成纖聚合物截面上均勻分散的單一組成纖維，另一類是具有一個或多個芯層結構，或橘瓣形的復合纖維。因為海藻纖維是在室溫下采用濕法紡絲，可以將遠紅外陶瓷粉末直接加入紡絲液，在分散劑的作用下使其均勻分散，然后進行紡絲成型，從而制備具有促進傷口愈合功能的遠紅外海藻纖維。

　　4.1.4調溫醫用海藻纖維

　　燒傷、創傷病人因為體溫受外部環境影響很大，所以如何維持其體溫恒定受到人們的關注。利用調溫材料起到平衡溫度的作用，使溫度不會太高，也不會太低，還可以通過動態的氣候控制來調節材料內部的相對溫濕度。

　　這類性質適合于繃帶和紗布等材料，因它能減少排汗，提高舒適感，所以將海藻纖維制成透氣且隨外界溫度變化的醫用敷料等會對傷口的愈合速度與效果都有很好的輔助作用。

　　4.2防護性海藻纖維

　　4.2.1防輻射、抗靜電海藻纖維[15]

　　近年來多離子電磁屏蔽織物越來越引起人們的重視。多離子織物是當今國際最先進的第六代屏蔽電磁輻射材料，是目前屏蔽低、中頻段電磁輻射最先進的民用防護材料。多離子織物采用目前國際最先進的物理和化學工藝對纖維進行離子化處理，將有害的電磁輻射能量通過織物自身的特殊功能轉變成熱能散發掉，從而避免了環境二次污染，凈化了空氣。由于織物中含有大量金屬陽離子，可起到殺菌除臭作用，對皮膚無刺激，有助人體表皮微循環；同時具有防靜電、防部分X射線及紫外線等功能。[16]

　　海藻酸鈉在水溶液中存在著—COO—、—OH基團，能與多價金屬離子形成配位化合物。海藻酸鈉溶于水中形成黏稠溶液，然后通過噴絲孔擠出到含有多價金屬離子的凝固浴中，形成固態海藻酸鈣纖維長絲，只要改變凝固浴中金屬離子的種類，如Ba2+、Zn2+、Al3+、Cu2+、Pb2+、Hg2+、Ni2+、Ag+等，海藻酸中的G結構蟄合多價金屬離子，形成穩定的絡合物。形成的海藻酸纖維可以作為多離子織物用于制備電磁屏蔽織物。原因可能是離子在纖維基質中含量增加到一定程度時，離子間的結合力增強，足以克服離子間的靜電斥力作用而使其相互連接起來，形成導電粒子鏈，提高了織物的電磁屏蔽和抗靜電能力。

　　據西班牙《數碼報》日前報道，秘魯紡織業已研制出海藻纖維服裝，包括帽子、夾克、上衣和泳裝等，這種服裝用以海藻酸鹽為原料開發的海藻纖維制成，能夠有效防止人體過度暴露在紫外線中，從而預防嚴重的眼部疾病和皮膚癌等皮膚疾病。據稱這種纖維能夠抵御99.7%的紫外線侵襲。

　　4.2.2阻燃海藻纖維

　　因為海藻酸為多糖類大分子聚合物，聚合物燃燒時發生的熱分解主要為鏈式解聚和無規分解兩類。鏈式解聚是單體單元從鏈端或最弱鏈點相繼脫開，實質上是鏈式聚合的反演，通常稱為逆增長或解鏈，解聚反應在臨界溫度點發生；發生無規分解時，在鏈上任意位置發生鏈斷裂，生成比單體大的各種形狀的碎片。這兩類熱分解可以同時發生，也可以分別發生，但通常是同時發生的。海藻酸纖維自身具有阻燃性，在火焰中陰燃，有白煙，離火自熄。海藻酸鈣纖維的極限氧指數為34.4，屬于難燃纖維[17]。目前還沒有文獻對其阻燃機理進行詳細的報道。筆者認為海藻酸纖維的阻燃性主要是和其自身的羧基以及含有的金屬離子有關。以海藻酸鈣纖維為例，①大分子中含有鈣離子，可能含有鈉離子，在海藻纖維的燃燒過

　　程中就可能生成堿性環境，再者由于多糖環上含有羥基基團，在堿性環境和羥基基團的共同影響下，海藻酸大分子極易發生脫羧反應，生成不燃性CO2而沖淡可燃性氣體的濃度。②可能生成CaO和CaCO3沉淀而覆蓋于纖維大分子表面，發生覆蓋或交聯作用，在二者共同作用下產生阻燃效果。[18]

　　4.2.3美容護膚海藻纖維

　　意大利ZegnaBaruffaLaneBorgosesia紡絲公司也推出一種名為Thalassa的長絲，絲中含有海藻成分，用這種纖維制成的面料和服裝比一般纖維制成的面料和服裝更能保持和提高人體表面溫度。這種含海藻成分的面料穿著后可以讓人的大腦松弛，也可以提高穿著者的注意力與記憶力，還具有抗過敏、減輕疲勞及改善失眠狀況。

　　5海藻纖維的發展前景展望

　　自1980年以來，海藻纖維紗布廣泛應用于西方醫療界，許多臨床研究已證明了這種紗布的優越性能[19]，但據文獻報道[20]，目前國內外生產的海藻纖維大多強力低、脆性大、彈性低及色澤不夠理想，在某種程度上限制了其應用范圍，給產業化生產帶來一定的困難。所以在紗線原料的選用上，多采用混紡或交織技術，例如將海藻纖維與莫代爾、粘膠纖維、棉纖維等紡織原料進行混紡，可彌補海藻纖維性能上的不足。浙江紡織服裝科技有限公司采用32%海藻纖維/60%MODAL/85%牛奶纖維三合一混紡色紗，并添加氨綸長絲，織造具有一定彈性和抗菌性的色織針織坯布，并對產品的有關技術指標進行了測試，結構和性能良好。其產品物理指標和外觀質量均達到一等品要求。另外，浙江紡織服裝科技有限公司以海藻纖維/長絨棉混紡紗線為經緯紗制造，或以棉紗與海藻/粘膠混紡紗線交織，開發出兩種大提花緞紋織物，采用低溫、低堿、低鹽染色工藝，開發了中高檔床上系列用品。此面料的特點是富有光澤、手感柔滑、吸濕透氣、舒適性較好。

　　近年來，青島大學夏延致、朱平等學者通過對海藻纖維結構與性能研究，優化工藝參數，采用濕法紡絲方法成功制備了強力達46.75cN/tex的高強力海藻纖維。海藻纖維可以說是現在所發現的最完美的衣料，也許不久的將來，到處都可以看到它的身影。大街上，美女們穿著海藻衣盛夏也不會揮汗如雨，更加貌美如花；準媽媽們穿著海藻衣不必擔心輻射對還沒出生的小寶寶的危害，心情愉快；小女孩玩著身著海藻衣的芭比娃娃，快樂成長；家里，床上是海藻床單、海藻被套，窗戶上掛著海藻窗簾；手術室，醫生接過海藻纖維的紗布，用海藻纖維制成的手術縫合線完成手術；火災現場，消防隊員身著海藻防護服，更安全更自如。也許你我也都穿著這些用來自海洋的纖維制作的衣服。

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　　（作者單位：孫炳軍、陳鵬，淄博市纖維紡織監督檢驗所；張玉海，淄博市紡織行業協會）