淺談海藻纖維的開發(fā)和應(yīng)用
摘要:海藻纖維作為一種用天然海藻提取物經(jīng)過特定工藝生產(chǎn)的新型紡織纖維,由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu),帶來了許多新特性特殊功能,正逐步為人們熟悉并得到越來越廣泛的利用。
關(guān)鍵詞:海藻纖維海藻酸鈉濕法紡絲
1引言
在人類歷史的長河中,隨著文明的進(jìn)展科技的長進(jìn),人們身上的穿著也在不斷變幻著。祖輩們種植棉花、大麻,種桑養(yǎng)蠶向大地要纖維,父輩們開采石油從地下尋纖維,現(xiàn)在我們獵取纖維的領(lǐng)域從陸地?cái)U(kuò)展到了海洋——向海洋要纖維。
目前我們使用多的紡織纖維是天然纖維、再生纖維與合成纖維。其中,合成纖維的主要原材料是石油,屬于不可再生資源,隨著世界石油資源的日趨緊張,加上生產(chǎn)中的高能耗、高污染等問題,因此需要研究開辟利用其他纖維來替代,而目前理想的替代品是生物可降解纖維。生物可降解纖維是指在自然界微生物如細(xì)菌、霉菌與藻類的作用下,可盡全分解為低分子化合物的纖維材料。生物可降解纖維是對(duì)環(huán)境友好的材料,它減少了人類文明對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān),是一種在現(xiàn)代文明與自然界之間達(dá)到平衡的辦法,因此將成為未來的主要纖維之一,海藻纖維就是這樣一種纖維。
2海藻纖維的生產(chǎn)辦法
世界海洋中有許多種海藻,海藻纖維的原料來自天然海藻中所提取的海藻多糖,其有機(jī)多糖部分由β-D-甘露糖醛酸(簡稱M)與α-L-古羅糖醛酸(簡稱G)兩種組分構(gòu)成??茖W(xué)家們經(jīng)過細(xì)致與深入的研究,明確了海藻酸分子中這兩個(gè)組分是多聚甘露糖醛酸(M)與多聚古羅糖醛酸(G)以不規(guī)則的羅列順序分布于分子鏈中,兩者中間以交替MG或多聚交替(MG)n相連接。目前,在可用作制備海藻纖維的原材料中,常用的是可溶性鈉鹽粉末,即海藻酸鈉。先用稀酸處理海藻使不溶性海藻酸鹽轉(zhuǎn)變成海藻酸,然后加堿加熱,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(jīng)酸液處理轉(zhuǎn)變成不溶性海藻酸,脫水后加堿轉(zhuǎn)變成鈉鹽,烘干后即為海藻酸鈉。
海藻纖維通常由濕法紡絲制備,先將可溶性海藻酸鹽(例如海藻酸鈉)溶于水中形成粘稠溶液,然后通過噴絲孔擠出到含有Cu2+、Zn2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+等金屬陽離子的凝固浴中,G單元上的Na+和二價(jià)金屬離子發(fā)生離子交換反應(yīng),G單元和Ca2+形成蛋盒結(jié)構(gòu),G基團(tuán)堆積而形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而轉(zhuǎn)變成水凝膠纖維而析出,形成固態(tài)不溶性海藻酸鹽纖維長絲。該長絲經(jīng)過拉伸、水洗、干燥、卷曲形成纖維,即所謂海藻纖維。纖維經(jīng)分別、梳理與鋪層可以制成延續(xù)的非織造布。
3海藻纖維的性能與開辟應(yīng)用
由于海藻纖維的原材料來自天然海藻,因此具有良好的生物相容性、可降解汲取性等特殊功能,是新型環(huán)保綠色纖維的代表之一。這種纖維能夠被加工成任意長度與纖度的短纖或長絲,也可以和其他纖維混紡化纖織物,終可以用于創(chuàng)造衣裳、家用紡織品、床墊等。而且海藻纖維具有許多傳統(tǒng)纖維沒有的新特性,所以可以應(yīng)用在一些特殊領(lǐng)域。
一是海藻纖維具有吸濕保濕功能。在纖維中可以通過和皮膚的接觸發(fā)揮吸濕性能,積極釋放海藻成分,令穿著者的皮膚汲取海藻釋放的維生素與礦物質(zhì)。這種纖維包括鈣與鎂等主要的礦物質(zhì),維生素包含維生素A、E、C等。在化妝品的研究中,顯示出海草成份具有的礦物質(zhì)與維生素A、E、C對(duì)皮膚有自然的益處,而且不會(huì)讓人有過敏的反應(yīng)。由于吸水能力比較強(qiáng),海藻纖維可以調(diào)與空氣中的水分,具有很好的保濕功能,做成的衣裳不僅夏天穿起來舒暢,而且還能夠抗菌益膚,起到美容保健的作用。
二是海藻纖維有肯定的防輻射效果。由于海藻酸鈉在水溶液中存在著-COO-,-OH基團(tuán),能和多價(jià)金屬離子形成配位化合物。離子在纖維基質(zhì)中含量增添到肯定程度時(shí),離子間的結(jié)合力增強(qiáng),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(dǎo)電粒子鏈,提高了布料的電磁屏蔽與抗靜電能力。海藻纖維中含有的大量金屬離子,使海藻纖維具有屏蔽電磁波的功能,尤其是對(duì)于低頻電磁波效果十分好,可以應(yīng)用于孕婦裝生產(chǎn)。
三是海藻纖維的防火性良好,海藻纖維在空氣中不會(huì)起明火,產(chǎn)品安全性好,可以用于生產(chǎn)防護(hù)服、兒童玩具等。海藻纖維的自防火性,既免去了高成本的防火劑,也不會(huì)像以往的防火材料那樣遇火之后產(chǎn)生有害氣體,可以說是防火材料的理想境地。
四在生物醫(yī)學(xué)方面,由于海藻纖維中含有大量的鈣離子,可以與血液中的鈉離子交換,從而起到良好的止血效果,促進(jìn)傷口愈合。因此,海藻纖維材料十分適宜做成高檔紗布、敷料、手術(shù)縫合線、創(chuàng)可貼等。
4前景展望
海藻纖維可以說是現(xiàn)在所發(fā)覺的盡美的衣料,也許不久的將來,四處都可以瞧到它的身影。大街上,美女們穿著海藻衣盛夏也不會(huì)揮汗如雨,更加貌美如花;準(zhǔn)媽媽們穿著海藻衣不必生怕輻射對(duì)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,歡樂成長;家里,床上是海藻床單,海藻被套,窗戶上掛著海藻窗簾;手術(shù)室,醫(yī)生接過海藻纖維的紗布,用海藻纖維制成的手術(shù)縫合線盡成手術(shù);火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),消防員身著海藻防護(hù)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裳。
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