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[摘 要]海藻纤维因其良好的吸湿性能主要用来制备医用敷料、纱布等，加快伤口愈合。因此，探索海藻纤维的最佳制备工艺并且赋予其良好的性能已经成为这一领域的重要研究方向。本论文的主要目的是采用湿法纺丝工艺制备海藻纤维，并通过不同浓度ZnO纳米粒子和5%海藻酸钠原液的共混赋予特殊性能。为此，我们研究了海藻酸钠纺丝原液的性能；探讨了纺丝工艺对纤维强度的影响，得到了制备海藻纤维的最佳工艺条件；测试了纤维的各种性能，如拉伸强度、抗菌性能等；采用ZnO纳米粒子与海藻酸钠溶液共混的方法并探讨了反应机理；系统研究了不同浓度ZnO纳米粒子对纤维强度的影响，并测试了纤维的抗菌性能。通过研究，发现海藻酸钠溶液粘度随海藻酸钠含量的增加而上升，并且随着ZnO纳米粒子浓度的增加，海藻酸钠纤维的强度随着ZnO纳米粒子浓度的增加而增加，且分丝效果更好，抗菌效果也更优异。
[关键词]海藻酸钠 纤维 强度 ZnO
中图分类号：F364 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0150-02
1、引言
纳米技术的显著增长已经导致了在许多应用中功能性纳米复合材料广泛的发展，纳米材料性能优异的原因是由于其具有小尺寸，表面积与体积比大，反应性高的特点[1]。聚合物纳米复合材料，包括聚合物-无机杂化物，吸引了越来越多人的兴趣，因为这些材料增强了光学，生物，机械，电子，热和磁性能其中磁性能是其他普通的无机材料所不具有的性能[2]。而海藻酸盐复合纤维，是一种先进的、无污染、对人体无害的人造纤维，它具有强度高、制备简单的优点，所以我们选择用海藻酸盐复合纤维作为ZnO纳米粒子的载体[3]。将海藻酸钠原液与不同浓度的ZnO纳米粒子混合后进行纺丝，探究其不同的性能，从而制备出含有ZnO纳米粒子的纤维，使我们获得具有ZnO纳米粒子优良性能的纤维。可以将其应用于医学领用、食品领域等等[4]。而我们的兴趣就在于ZnO纳米粒子中由于它们的抗真菌、高导热性、独特的紫外吸收、光催化性能与其在抗菌纤维，电子传感器和食品工业以及医疗设备中的应用。
2、ZnO納米颗粒的制备
方法是通过“配体交换”合成了ZnO纳米颗粒（NPs）[5]。首先，通过辛胺和2-乙基己酸锌的反应制备含有辛胺的ZnO纳米颗粒。然后通过电子转移、原子转移自由基再生的活化剂合成聚合，有效地与ZnO颗粒表面上的辛胺配体交换[6]-[7]。ZnO的形态、含量和纳米复合材料的接枝密度，是通过改变辛胺和聚合物配体之间的比例以及使用聚合物配体的分子量来控制的[8]。所得ZnO聚合物纳米复合材料具有窄尺寸分布并且在四氢呋喃中具有稳定性。更重要的是，通过使用过量的聚合物配体，可以观察到个体分散的ZnO纳米颗粒，而使用有限量的配体则会形成ZnO纳米颗粒簇[9]。
2.1 ZnO/海藻酸盐复合纤维的制备
2.1.1主要实验材料与实验仪器
实验材料：海藻酸钠（固体粉末，厂家未知）；氯化钙（固体、分析纯、国药集团试剂有限公司）；氧化锌储备液；二次蒸馏水
实验仪器： ME104E型电子天平（梅特多-托利多仪器上海有限公司）；DHG-924OA型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；S212恒速搅拌器（青岛兰特恩科教仪器设备有限公司）； TENSOR 27TGA.IR红外光谱仪（德国布鲁克光谱仪器公司）； S10-2恒温磁力搅拌器（上海司雅有限公司）；UV一T9紫外分光光度计（普析仪器有限公司）；LLY-06E单纤维测试仪（莱州市电子仪器有限公司）；FAVIMAT自动化单纤维测试仪（Textechno）
2.1.2海藻酸钠溶液的配制
分别配制1mg/ml，5mg/ml，10mg/ml的海藻酸钠溶液分别加入0.5mg/ml的ZnO纳米粒子储备液密封，在封口膜上扎眼后搅拌24小时；另配制900m 15%（质量分数）的海藻酸钠溶液平均分为三分，其中一份加超高浓度ZnO纳米粒子储备液，另一份加0.5mg/ml ZnO纳米粒子储备液，另一份什么都不添加，将三份溶液分别密封搅拌24小时后静置作为纺丝储备液。
2.1.3海藻酸钠纤维的制备
将上述三份溶液以及6%（质量分数）的氯化钙溶液为凝固浴，采用湿法纺丝技术，经过滤、脱泡、喷丝、水洗、牵伸、定型等工序，在相同工艺下得到3种不同海藻酸钠纤维，用单纤维强力仪分别测定3中纤维的断裂强度及拉伸曲线。
3、海藻酸钠纤维实验数据及表征
3.1、海藻酸钠纤维红外光谱图
根据实验可见，纯海藻酸钙纤维以及加入稀、浓两种不同浓度ZnO纳米粒子储备液的海藻纤维在红外光谱图像中只有吸收度有细微变化，但峰的位置并没有发生改变。可能的原因是我们所添加的ZnO的浓度过低，所以没有峰的偏移。
3.2、ZnO海藻酸钠纤维的强度测试
由图3.3可知，纯海藻酸钙纤维拉伸强度与加了浓ZnO纳米粒子以及加稀ZnO纳米粒子是不一样。强度从大到小为：加稀ZnO海藻酸钙纤维>加浓ZnO海藻酸钙纤维>纯海藻酸钙纤维。
4、ZnO海藻纤维的抗菌实验
5、结论：
在稀海藻酸钠中添加ZnO纳米粒子储备液直接产生沉淀，而在5%海藻酸钠原液中添加ZnO纳米粒子储备液可以进一步实验。根据XRD测试可以看出ZnO纳米粒子储备液成功添加到海藻酸钠溶液中，并且在纺丝过程后仍然保持在纤维中。另外根据海藻纤维强度测试数据可以看出，ZnO纳米粒子确实可以增加海藻纤维的强度，但是添加稀浓度的ZnO的纤维强度比添加浓ZnO的纤维强度略强。根据抗菌实验结果可以看出，实验所得ZnO海藻纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有一定的抑制作用，但并不明显，这点与所查阅的文献资料出入较大，考虑是实验条件控制问题没有处理好，后期我们将进一步实验。
参考文献
[1]哈成勇.天然产物化学与应用[M].化学工业出版社.2003.7：453～455
[2]陈声明.海藻酸钠的微生物合成及其发酵条件[M].食品与发酵工业，1994，4，55～56‘
[3]Morris E R， Rees D A， Thom D， et al. Chiroptical and stoichiometric evidence of a specific， primary dimerisation process in alginate gelation[J]. Carbohydrate Research， 1978， 66（1）： 145-154.
[4]Indergaard M， Skjakbraek G. Characteristics of alginate from Laminaria digitata cultivated in a high-phosphate environment[J]. Hydrobiologia， 1987， 151（1）：541-549.
[关键词]海藻酸钠 纤维 强度 ZnO
中图分类号：F364 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）37-0150-02
1、引言
纳米技术的显著增长已经导致了在许多应用中功能性纳米复合材料广泛的发展，纳米材料性能优异的原因是由于其具有小尺寸，表面积与体积比大，反应性高的特点[1]。聚合物纳米复合材料，包括聚合物-无机杂化物，吸引了越来越多人的兴趣，因为这些材料增强了光学，生物，机械，电子，热和磁性能其中磁性能是其他普通的无机材料所不具有的性能[2]。而海藻酸盐复合纤维，是一种先进的、无污染、对人体无害的人造纤维，它具有强度高、制备简单的优点，所以我们选择用海藻酸盐复合纤维作为ZnO纳米粒子的载体[3]。将海藻酸钠原液与不同浓度的ZnO纳米粒子混合后进行纺丝，探究其不同的性能，从而制备出含有ZnO纳米粒子的纤维，使我们获得具有ZnO纳米粒子优良性能的纤维。可以将其应用于医学领用、食品领域等等[4]。而我们的兴趣就在于ZnO纳米粒子中由于它们的抗真菌、高导热性、独特的紫外吸收、光催化性能与其在抗菌纤维，电子传感器和食品工业以及医疗设备中的应用。
2、ZnO納米颗粒的制备
方法是通过“配体交换”合成了ZnO纳米颗粒（NPs）[5]。首先，通过辛胺和2-乙基己酸锌的反应制备含有辛胺的ZnO纳米颗粒。然后通过电子转移、原子转移自由基再生的活化剂合成聚合，有效地与ZnO颗粒表面上的辛胺配体交换[6]-[7]。ZnO的形态、含量和纳米复合材料的接枝密度，是通过改变辛胺和聚合物配体之间的比例以及使用聚合物配体的分子量来控制的[8]。所得ZnO聚合物纳米复合材料具有窄尺寸分布并且在四氢呋喃中具有稳定性。更重要的是，通过使用过量的聚合物配体，可以观察到个体分散的ZnO纳米颗粒，而使用有限量的配体则会形成ZnO纳米颗粒簇[9]。
2.1 ZnO/海藻酸盐复合纤维的制备
2.1.1主要实验材料与实验仪器
实验材料：海藻酸钠（固体粉末，厂家未知）；氯化钙（固体、分析纯、国药集团试剂有限公司）；氧化锌储备液；二次蒸馏水
实验仪器： ME104E型电子天平（梅特多-托利多仪器上海有限公司）；DHG-924OA型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；S212恒速搅拌器（青岛兰特恩科教仪器设备有限公司）； TENSOR 27TGA.IR红外光谱仪（德国布鲁克光谱仪器公司）； S10-2恒温磁力搅拌器（上海司雅有限公司）；UV一T9紫外分光光度计（普析仪器有限公司）；LLY-06E单纤维测试仪（莱州市电子仪器有限公司）；FAVIMAT自动化单纤维测试仪（Textechno）
2.1.2海藻酸钠溶液的配制
分别配制1mg/ml，5mg/ml，10mg/ml的海藻酸钠溶液分别加入0.5mg/ml的ZnO纳米粒子储备液密封，在封口膜上扎眼后搅拌24小时；另配制900m 15%（质量分数）的海藻酸钠溶液平均分为三分，其中一份加超高浓度ZnO纳米粒子储备液，另一份加0.5mg/ml ZnO纳米粒子储备液，另一份什么都不添加，将三份溶液分别密封搅拌24小时后静置作为纺丝储备液。
2.1.3海藻酸钠纤维的制备
将上述三份溶液以及6%（质量分数）的氯化钙溶液为凝固浴，采用湿法纺丝技术，经过滤、脱泡、喷丝、水洗、牵伸、定型等工序，在相同工艺下得到3种不同海藻酸钠纤维，用单纤维强力仪分别测定3中纤维的断裂强度及拉伸曲线。
3、海藻酸钠纤维实验数据及表征
3.1、海藻酸钠纤维红外光谱图
根据实验可见，纯海藻酸钙纤维以及加入稀、浓两种不同浓度ZnO纳米粒子储备液的海藻纤维在红外光谱图像中只有吸收度有细微变化，但峰的位置并没有发生改变。可能的原因是我们所添加的ZnO的浓度过低，所以没有峰的偏移。
3.2、ZnO海藻酸钠纤维的强度测试
由图3.3可知，纯海藻酸钙纤维拉伸强度与加了浓ZnO纳米粒子以及加稀ZnO纳米粒子是不一样。强度从大到小为：加稀ZnO海藻酸钙纤维>加浓ZnO海藻酸钙纤维>纯海藻酸钙纤维。
4、ZnO海藻纤维的抗菌实验
5、结论：
在稀海藻酸钠中添加ZnO纳米粒子储备液直接产生沉淀，而在5%海藻酸钠原液中添加ZnO纳米粒子储备液可以进一步实验。根据XRD测试可以看出ZnO纳米粒子储备液成功添加到海藻酸钠溶液中，并且在纺丝过程后仍然保持在纤维中。另外根据海藻纤维强度测试数据可以看出，ZnO纳米粒子确实可以增加海藻纤维的强度，但是添加稀浓度的ZnO的纤维强度比添加浓ZnO的纤维强度略强。根据抗菌实验结果可以看出，实验所得ZnO海藻纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有一定的抑制作用，但并不明显，这点与所查阅的文献资料出入较大，考虑是实验条件控制问题没有处理好，后期我们将进一步实验。
参考文献
[1]哈成勇.天然产物化学与应用[M].化学工业出版社.2003.7：453～455
[2]陈声明.海藻酸钠的微生物合成及其发酵条件[M].食品与发酵工业，1994，4，55～56‘
[3]Morris E R， Rees D A， Thom D， et al. Chiroptical and stoichiometric evidence of a specific， primary dimerisation process in alginate gelation[J]. Carbohydrate Research， 1978， 66（1）： 145-154.
[4]Indergaard M， Skjakbraek G. Characteristics of alginate from Laminaria digitata cultivated in a high-phosphate environment[J]. Hydrobiologia， 1987， 151（1）：541-549.