CN107075173B

CN107075173B - 用于女性卫生产品的具有高吸收性能的基于乙酸纤维素的无纺纳米纤维基质

Info

Publication number: CN107075173B
Application number: CN201580052036.7A
Authority: CN
Inventors: C·S·沙尔马; S·亚达夫; T·拉斯托吉; I·M·普吉塔
Original assignee: Indian Institute of Technology Hyderabad
Current assignee: Indian Institute of Technology Hyderabad
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: GB201702886D0; US20180325748A1; CN107075173A; GB2548707A; WO2016016704A2; GB2548707B; GB2548707A8; WO2016016704A3

Abstract

本发明的主要目的是显示在女性卫生产品中的生物相容的聚合物基质。本发明的另一个目的是制备以无纺纳米纤维形式的生物相容的聚合物基质，以便增强诸如表面积、吸收速率、拉伸强度等的性质。本发明的又一个目的是研究SAP对如上所述制备的吸收基质的吸收能力的影响。因此，本发明公开了生态友好的卫生巾，其特征在于具有增强性能，如吸收率、拉伸强度等而不添加SAP的吸收芯。

Description

用于女性卫生产品的具有高吸收性能的基于乙酸纤维素的无纺纳米纤维基质

发明领域

本发明涉及由生物相容的聚合物纳米纤维构成的生态友好的女性卫生产品，更具体地涉及具有和不具有超吸收性聚合物的情况下电纺成其无纺纤维基质的乙酸纤维素纳米纤维。本发明用纳米纤维代替这些微纤维，由此实现更高的表面积与体积比和可调节的孔隙率，从而导致这些纤维的增强的性质，如吸收速率和降低的残留百分比。

发明背景

月经卫生是每个女人的重要问题，因为差的月经卫生增加了对生殖道感染(RTl)的易感性[1]。存在不同类型的市售的女性卫生产品，例如卫生巾、卫生棉条、卫生护垫、湿巾和卸妆垫。其中，女性卫生垫/卫生巾是重要的一次性吸收性卫生产品。它的功能是吸收和保留月经流体排出物，并使其与皮肤隔离，同时保持舒适，防止气味和保持在原位[2]。为了实现所有这些要求，卫生垫由不同的层如覆盖层、集液和分布层、吸收芯、底片、纸巾、弹性翼和硅化纸构成[2]。吸收芯给予卫生垫所需的吸收能力，并且主要由亲水性纤维素纤维如源自木材的绒毛浆或粘胶人造纤维构成[2]。由于市售产品中存在的这些纤维素纤维的直径在数十微米的范围内，因此它们的吸收能力由于其较低的表面积而较小。为了改进吸收能力，一些市售的女性卫生产品使用超吸收性聚合物(SAP)，其为纤维素纤维基质内的颗粒形式或复合织物层的形式[2]。

SAP通常分为两个主要类别，即合成的(基于石油化学的)和天然的(基于多糖和多肽的)[3]。这些SAP中的绝大多数由丙烯酸、其盐和丙烯酰胺制备[3]。当今市场上可用的超吸收剂主要基于交联的聚丙烯酸钠(SPA)凝胶[2]。它有助于极大地增加液体吸收能力和液体保留能力，从而使产品更薄，但具有改进的性能[2]。

然而，在市售卫生巾中存在一些有害化学物质。例如，虽然二噁英用于漂白用于制备吸收芯的材料特别是棉花，但是它在体内引起副作用，例如盆腔炎性疾病、卵巢癌、免疫系统损伤、生育障碍、糖尿病等[4]。如上所述，尽管添加SAP以增加吸收能力，但是在20世纪80年代，由于SAP与中毒性休克综合征(由细菌毒素引起的潜在致命疾病)的可能的联系，SAP在卫生棉条中的使用受到限制[5]。此外，由于SAP是石油基产品，因此在垃圾填埋场中不容易降解，它们的使用也不是生态友好的。

US20090012487题为“含有草药成分的卫生巾(Sanitary napkin containingherb ingredients)”公开了含有聚合物吸收剂和草药成分的卫生巾，特别是功能性卫生巾，其中吸收层结构具有分布在其上的聚合物吸收剂和草药成分，所述吸收层结构由三层无纺织物组成并且由聚合物吸收剂包围，还包括由气流法材料制备的涌流层，以使吸收经血的能力增强，并且防止草药成分的气味渗透通过内衣、服装等。即便该产品使用了用于卫生巾的草药成分使其天然和容易被处理，使用仅仅是SAP的聚合物吸收剂也会引起上述健康影响。

因此，考虑到SAP的可能的不利健康影响，本发明的目的是使SAP在女性卫生产品中的使用最小化。为了实现这一点，本发明公开了生物相容的卫生巾，其中制造了纤维素基纳米纤维并用作吸收芯。与市售产品中存在的微米级纤维相比，纳米纤维的增加的比表面积也很好地证明了这一目的，并且可以在使用SAP时补偿吸收能力。

电纺是用于合成直径为10nm至10μm的纤维的简单且成本有效的方法之一[6,7]。这种方法由Formhals在1934年发明[8]。电纺工艺使用高电场作为驱动力以从带电荷的聚合物溶液或聚合物熔体中拉出纤维[6-10]。电纺纤维具有某些增强的特性，例如高表面积与体积比、可调节的孔隙率和具有可控直径的柔性形态[11]，使得它们适用于广泛的应用。

除了归属于市场上可获得的合成卫生巾的健康问题之外，还存在其它限制，例如：在少数产品中，纤维素衍生物如人造丝和粘性纤维被处理以添加香料或通过漂白提高外观，这导致对健康的副作用；由离子液体制备的微纤维具有低吸收能力[12]；如果SAP用于增加人造丝和粘性纤维的吸收能力，则中毒性休克综合征的概率增加，这转而可能导致由细菌毒素引起的潜在致命疾病；当液体与SAP接触时，它们由于吸收液体而开始膨胀，并且随着吸收百分比增加，SAP在性质上变得粘稠，并且可以附着在皮肤上，引起皮肤刺激；SAP颗粒在吸收芯内的分布也是不规则的，因为这些颗粒在吸收液体时从吸收芯中出来；并且通过冲洗到海洋中、焚烧或沉积在垃圾填埋场中处理用过的卫生产品产生各种污染物，因为它们既不是生物可降解的也不是可回收的。

本发明的主要目的是利用电纺纳米纤维的大表面积来实现高吸收能力。纤维素纤维已经用于吸收水和其它水性流体。然而，用于纤维素的溶剂，例如离子液体，不是完全挥发性的，并且需要凝聚步骤以获得稳定的纤维。另一方面，纤维素衍生物如乙酸纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等可以容易地溶解在不同的挥发性溶剂中，使得它们适用于电纺。在这些衍生物中，乙酸纤维素是生物相容的生物聚合物，其容易获得并且具有低成本[13]。其显示出良好的水解稳定性并且可以通过生物降解在环境中再循环[14]。因此，选择乙酸纤维素作为制备用作吸收芯的纳米织物基质的材料。

因此，本发明公开了制造包含乙酸纤维素的电纺纳米纤维的生物相容的卫生巾，以及在其表面形态和机械性质方面表征。为了证明其在女性卫生应用中的用途，在不同的介质(即蒸馏水、盐溶液和合成尿)中分别进行不同的测试，例如自由吸收率、平衡吸收率、负载下吸收率和残留物百分比，然后将获得的结果与一些已知的市售女性卫生巾比较。

发明概述

本发明的主要目的是显示在女性卫生产品中的生物相容的聚合物基质。本发明的另一个目的是制备无纺纳米纤维形式的生物相容的聚合物基质，以便增强诸如表面积、吸收速率、拉伸强度等的性质。本发明的又一个目的是研究SAP对如上所述制备的吸收基质的吸收能力的影响。

使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)吸附法研究具有和不具有SPA的该电纺乙酸纤维素纳米纤维垫的表面形态和比表面积。进一步为了研究它们的吸收性能，在蒸馏水、盐溶液(0.9重量％NaCl)和合成尿中分别测量在不同时间间隔的自由吸收率和平衡吸收率。还在盐溶液中测试了负载下吸收率用于实际应用。测定这些基于电纺的CA的纳米纤维垫的残留物的量和拉伸性能，以使其能够用作在女性卫生产品中的吸收芯。

当将所有这些结果与六种不同类型的市售女性卫生巾(其主要由微米级纤维素纤维与颗粒或织物形式的超吸收性聚合物构成)进行比较时，发现纯CA电纺纳米纤维在所有使用的不同的介质中在所有条件下显示出显著更高的吸收率。因此，在市售女性卫生巾中使用电纺CA纳米纤维代替微米级织物不仅增强吸收性能、机械强度和显著降低残留百分比，而且消除了SAP的使用而不损害其性能。这转而可以为解决与使用不可生物降解的SAP相关的许多健康和环境问题铺平道路。

附图的简要说明

通过结合附图参考本公开内容的实施方案的以下描述，上述描述连同本公开内容的其他优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本公开内容，在所述附图中：

图1示出了包括注射器泵101、注射器102、聚合物溶液103、针104、收集器106和电源105等的电纺装置100的示意图代表；

图2(a)显示了市售样品S1的SEM图像；图2(b)显示了SA的电纺纤维的FESEM图像；图2(c)显示了SB的电纺纤维的FESEM图像；和图2(d)显示了SC的电纺纤维的FESEM图像；

图3显示了对于所有样品如SA、SB、SC、S1、S2、S3、S4、S5和S6分别在(a)蒸馏水(b)盐溶液(c)合成尿中进行的自由吸收率测试中记录的相对于时间的自由吸收率百分比和(d)平衡吸收率百分比的图示；

图4显示了用于确定负载下吸收率的测试装置，其中其包括玻璃过滤板205、皮氏培养皿206、圆柱形烧杯201等；

图5显示了不同电纺纳米纤维样品(SA、SB和SC)和选择的市售样品(S1至S6)在盐溶液中的平衡吸收率和在负载下吸收率的图示。

图6显示了市售样品(a)S1(b)S2(c)S5(d)S4的吸收芯和(e)电纺CA纳米纤维(SA、SB和SC)，和分别在蒸馏水中浸泡10分钟后的变化的图示；

图7显示了在对电纺纤维样品(SA和SB)和市售样品(S1和S2)进行的残留物测试中发现的残留物百分比的图示；和

图8显示了不同样品(电纺SA纳米纤维和市售样品S1、S2、S4和S5)的杨氏模量的图示。

优选实施方案的详细描述

现在将详细参考对本发明进行的实验。在描述根据本公开内容的详细实验之前，应当观察到，这样的实验主要在于工艺/方法步骤和产品的组合。

在本文中，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或其任何其它变体旨在涵盖非排他性包括，使得包括一系列要素的过程、产品、方法、物品、装置或设备不仅包括那些要素，而且可以包括没有明确列出的其他要素，或这样的过程、产品、方法、物品、装置或设备所固有的其他要素。在没有更多限制的情况下，在“包括…”之后的要素不排除在包括该要素的过程、产品、方法、物品、装置或设备中存在另外的相同要素。

本文描述的任何实施方案不必被解释为比其它实施方案优选或有利。在该详细描述中描述的所有实施方案是说明性的，并且被提供以使得本领域技术人员能够做出或使用本公开内容，而不是限制由权利要求书限定的本公开内容的范围。

对于本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改和变化，只要它们在所附权利要求书及其等价方案的范围内。

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的产品—生物相容的卫生巾及其特征的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。

本发明公开了生态友好的卫生巾，其包含以无纺纳米纤维形式的生物相容的聚合物基质，其具有某些增强的性质，例如更高的表面积、吸收率、拉伸强度，并且不对健康产生任何副作用。进行以下实验以显示得到的产物的性质并证明在女性卫生产品中添加SAP实际上将降低吸收率。为了证明本发明公开的产品的增强的性能，通过对上述产品和其它市售卫生巾进行实验来进行比较研究。

样品和其它所需材料的制备：

乙酸纤维素(M_n 29,000)和聚(丙烯酸钠盐)(M_n 5,100)购自Sigma-Aldrich，印度。丙酮(99％纯度)和N,N-二甲基乙酰胺(99.5％)来自Merck印度。在整个实验中使用来自Millipore的蒸馏水。

作为参考的市售女性卫生巾：

市场上可以得到几种不同类型的一次性月经垫。它们根据其在不同条件下的使用而分类。在本发明的比较研究中考虑和使用的各种类型的不同市售产品(S1-S6)总结在下表1中。

表1

样品参考	市售产品名称	类别	使用条件
				S1	Whisper Ultra Clean	超薄	大流量
S2	Whisper Choice Ultra	常规	低至中流量
				S3	Stayfree Secure(Regular)	常规	低至中流量
S4	Whisper Maxi-fit	超长/超大	大流量
				S5	Whisper Maxi nights	整夜/产妇	超大流量
S6	Carefree Panty Liner	护垫	每日流量

合成尿制备：

通过向蒸馏水中加入以下物质以得到最终体积为1升的溶液来制备合成尿：25g尿素、9g氯化钠、2.5g磷酸钠、3g氯化铵和3g亚硫酸钠[15]。

含有和不含SAP的聚合物溶液制备：

将乙酸纤维素溶解在丙酮和N,N-二甲基乙酰胺(DMA)(2:1，v:v)的混合物中以制备16重量％的溶液用于电纺。搅拌混合物以得到澄清和透明的乙酸纤维素溶液。在另外两种配方中，聚丙烯酸钠(SPA)的5％(w/v)和10％(w/v)的溶液通过将SPA在甲醇中混合来制备，然后以1:1的比例加入到以上制备的乙酸纤维素溶液中。在将SPA直接添加到乙酸纤维素溶液中时，其凝结，因此不推荐用于电纺。

生物相容的基质的制备方法-电纺：

图1示出了电纺工艺100的基本装置的示意图。电纺工艺使用高电场作为驱动力从带电荷的聚合物溶液或聚合物熔体中拉出纤维。电纺的基本装置包括注射器泵101、电源105和收集器106。注射器泵101有助于保持期望的流速。当向液滴施加足够高的电压时，液滴变得带电荷，并且静电排斥抵消表面张力，从而导致液滴的形状变化，称为泰勒锥108。在此刻，液体从表面喷出，纤维沉积在接地的收集器106上。聚合物溶液103带电荷并且内部排斥导致在聚合物射流107中的不稳定性、瑞利不稳定性或射流的抖动运动，这取决于电场强度。溶剂在针104的尖端和收集器106之间的距离中蒸发，并在收集器上获得固化的沉积物。需要优化电纺参数，例如进料速率、施加电压、尖端至收集器距离和针(尖端)直径，以获得具有期望形态的连续均匀的纳米纤维。

在该研究中，三种不同的聚合物溶液，即乙酸纤维素(CA)、具有5重量％SPA的乙酸纤维素(CA5)和具有10重量％SPA的乙酸纤维素(CA10)用于电纺。放置在铜收集器上的铝箔用作基板以收集这些电纺纤维。下面给出的表总结了为通过电纺制备如上所述的乙酸纤维素纳米纤维的不同样品而优化的最终参数，其中“SA”表示乙酸纤维素溶液，“SB”和“SC”分别表示以1:1比例的SPA的5％(w/v)和10％(w/v)的溶液。

表2

实施例1

形态表征

使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)(Carl Zeiss，SUPRA 40)观察电纺纳米纤维的表面形态。将电纺纳米纤维从铝箔上移走并切成1x1cm²的小片。在FESEM中分析图像之前，用薄金层溅射所有样品SA、SB和SC，以便使电荷效应最小化。对于被视为参考的市售产品如样品S1至S6(参见表1)而言，移出吸收芯，然后在扫描电子显微镜中观测。

使用SEM观测所选择的市售女性卫生巾的吸收芯的表面形态。样品S1的这些纤维的代表性SEM图像在这里显示为图2a。女性卫生巾由纤维素纤维制成，发现其为宽度为约40-50μm的扁平带状形状。

如图2b中所示的电纺CA纳米纤维(SA)是长的、连续的和均匀的，直径在50-150nm的范围内。具有5重量％的SPA的乙酸纤维素溶液(SB)在悬浮液中，并且在图2c中可以观察到其效果为部分珠状纤维的形式。珠状纤维的数量在将SPA浓度增加至10重量％(SC)时增多，如图3d中所示。然而，在这两种情况下，所获得的纤维是长且连续的，类似于单独的CA纤维。两个样品(SB和SC)的纤维直径测量为在50-200nm的范围内。从FESEM图像分析清楚地观察到，与市售产品中使用的织物相比，本工作中合成的电纺纤维样品的纤维直径减小到大于两个数量级。

实施例2：

比表面积(SSA)测量

使用Quantachrome仪器v3.01，通过N₂物理吸附测定具有和不具有SPA的电纺CA纳米纤维和两种不同类型的市售样品(S1和S4)的Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面积。用于该测试的市售样品根据其中存在的SAP的形式进行选择。一种是颗粒状粉末形式的SAP，另一种是夹层形式的SAP。样品的重量固定为100mg。所有样品在氮气中在80℃下脱气60分钟。通过用氮作为被吸附物的多点BET测量来测定SSA。

发现电纺CA纳米纤维(SA)的BET表面积为50.21m²/g，当添加5重量％(SB)和10重量％(SC)的SPA时，其分别降低至22.14m²/g和18.36m²/g。SB和SC样品的表面积的这种减小可以主要归因于在包封SPA时从非珠状到珠状纤维的增加的纤维直径和形态变化。两个市售样品，样品S1和S4的表面积分别测量为6.41和13.37m²/g。如我们观察到的，与所考虑的所有其它样品相比，电纺CA纳米纤维的表面积是显著大的。

实施例3：

自由吸收率测试

进行该测试以定量当允许其自由膨胀时，任何样品相对于时间的吸收能力。将电纺纳米纤维从铝箔移出以制备独立的织物垫。类似地，从市售产品中移出吸收芯。然后将这些切成约2x2cm²大小并称量(W1-干重)。然后将样品置于含有蒸馏水的烧杯中，5秒钟后取出。在薄纸的帮助下，允许过量的水排出30秒。再次称量样品(W2-湿重)。继续进行该过程，浸入10、20、30、60、120和180秒后分别进行测量。自由吸收率可如下计算：

Q＝[(W2-W1)/W1]*100

其中：

Q＝自由吸收率百分比；

W1＝没有吸收芯的样品的初始(干)重量；和

W2＝没有吸收芯的样品的最终(湿)重量。

按照类似的程序，用0.9重量％的氯化钠溶液(即盐溶液)和合成尿测定自由吸收率。

分别使用蒸馏水、盐溶液和合成尿进行自由吸收率测试，以测试样品的吸收能力。测量具有和不具有SPA的电纺乙酸纤维素纳米纤维的吸收率百分比，并与选择的市售女性卫生巾进行比较(图4a-c)。

图3a表示在蒸馏(DI)水中自由吸收率随时间变化的图示。通常添加SPA以提高吸收能力并且发现其在DI水中实现最大膨胀。然而，其在纳米纤维中的包封不仅限制其膨胀，而且有趣地降低了CA纳米纤维在DI水中的吸收能力。对于20秒的小时间跨度，SA、SB和SC纳米纤维的吸收率百分比分别测量为1963.1、1336.4和1446.9％。这表明纯CA纳米纤维的吸收率百分比分别比SB和SC样品高31.9和26.3％。尽管将时间间隔增加到180秒，但与SB和SC相比，纯CA纳米纤维样品(SA)的吸收率分别高39.1％和9.5％。因此，没有SPA添加的CA纳米纤维显示最大的自由吸收率百分比。当这些结果与作为参考的市售样品进行比较时，在DI水中，发现CA纳米纤维在20秒的时间间隔的吸收能力比样品S1、S2、S3、S4、S5和S6分别高约48.6、20.7、49.2、60.3、61.3和57.1％。当时间间隔增加到180秒时，样品S1和S2被发现分别具有比CA纳米纤维高15.3和24.9％的吸收能力。然而，剩余的四种其他市售样品(S3、S4、S5和S6)的吸收率仍然比纯CA纳米纤维低接近50％。

虽然市售样品的具体组成是未知的，但是根据物理观察，样品S1和S2似乎主要包含超吸收性聚合物作为其吸收芯。然而，S3、S4、S5和S6在与一些蓬松纤维素纤维的组合中没有或具有非常少的SPA。因此，在超薄产品(S1和S2)中的吸收主要是由于在其基质中的超吸收性聚合物。因此，当样品浸渍在DI中更长时间时，S1和S2的吸收能力超过CA纳米纤维。另一方面，其余产品(S3、S4、S5和S6)具有纤维素微纤维，因此发现它们的吸收率低于纯CA纳米纤维，这主要是由于它们的表面积比CA纳米纤维更低。

图3b总结了所有九个样品在盐溶液(0.9重量％NaCl)中的吸收能力。在盐溶液中，发现在20秒的时间间隔下CA的自由吸收率也分别比CA5和CA10高23.5和58.3％。当该时间间隔增加到180秒时，纯CA纳米纤维的吸收率仍然比CA5和CA10样品高约57.1和69.1％。从图(图4b)中可以看出，在测试的整个时间间隔内，CA纳米纤维的吸收能力大于所有市售样品。如果在180秒时比较，则CA的自由吸收率测量为比样品S1、S2、S3、S4、S5和S6分别高66.3、56.1、52.6、56.6、59.5和60.6％。

对于在合成尿中的自由吸收率，观察到类似的趋势(图3c)。纯CA纳米纤维180秒的吸收能力为2333.1％，其分别比样品SB(1506.7％)和SC(1582.1％)高35.4和32.2％。类似地，发现纯CA纳米纤维在180秒的时间间隔下分别具有比S1、S2、S3、S4、S5和S6市售样品高62、51.8、55.6、65.9、54.1和27.9％的吸收率。

因此，非常清楚的是，在盐溶液和合成尿中，电纺CA纳米纤维的吸收能力显著高于任何市售产品以及SB和SC纳米纤维样品(图3b和3c)。在DI水的情况下，与除主要仅基于SAP的两种市售样品S1和S2以外的所有样品相比，CA纳米纤维也显示出大的吸收能力。

实施例4：

平衡吸收率

为了解样品的最大吸收能力而在24小时的时间间隔内进行的自由吸收率测试被已知为平衡吸收率。使用的溶液是蒸馏水、盐溶液和合成尿。平衡吸收率百分比如下计算：

Q'＝[(W2-W1)/W1]*100

其中：

Q'＝平衡吸收率百分比；

W1＝样品的初始(干)重量；和

W2＝在保持浸入溶液中24小时后样品的最终(湿)重量。

在所有三种溶液，即蒸馏水、盐溶液和合成尿中，将自由吸收率测试延长24小时的时间间隔，以找出最大吸收能力，也定义为平衡吸收率。图3d示出了电纺样品和选择作为参考的的市售样品平衡吸收率百分比。如所观察到的，在DI水中，纯CA纳米纤维的平衡吸收率比SB和SC样品高30.7和60.6％。类似地，分别地，CA纳米纤维在盐溶液中的平衡吸收率分别比SB和SC高52.5和65.4％，在合成尿中的平衡吸收率分别比SB和SC高54.1和72.1％。因此，观察到甚至在所有三种溶液中被允许膨胀24小时后，用SPA(SB和SC)包封的CA纳米纤维的吸收能力较小。

此外，当与市售样品比较在DI水中的平衡吸收率时，我们发现S1和S2的吸收率比CA样品高73.3和28.2％。这也是因为在增加在DI水中浸渍的时间时，存在于这些超薄产品(S1和S2)中的超吸收性聚合物的膨胀。然而，对于其它市售样品(S3、S4、S5和S6)，由于其减小的表面积，在DI水中的平衡吸收率比纯CA纳米纤维样品小45.3、55.1、45.6和46.45％。

有趣的是，当与在DI水中的平衡吸收率比较时，S1的平衡吸收率在盐溶液和合成尿中分别降低至约65.7和65.5％。类似地，对于S2市售样品而言，与在DI水中的吸收率相比，在盐溶液和合成尿中的吸收率分别降低45.7和47.8％。这种行为可以解释如下：SPA在分子结构上在主链上含有羧酸钠基团。当其与水接触时，钠与链分离，仅留下羧基离子[2]。这使得钠离子在网络内自由移动，这有助于凝胶内的渗透压。然而，由于可移动的正钠离子仍弱弱地被吸引到沿着聚合物的负羧酸根离子，因此它们不能离开凝胶。因此，膨胀的驱动力是凝胶内部和外部的渗透压之间的差。升高凝胶外部的钠水平将降低渗透压并降低该凝胶的膨胀能力[16]。SPA的这种膨胀机制解释了市售卫生巾(S1和S2)在盐溶液和合成尿二者中的平衡吸收率的突然降低。

从自由吸收率和平衡吸收率结果可以得出结论，与所有使用类别中的市售产品相比，电纺CA纳米纤维对盐溶液和合成尿具有显著大的吸收能力。此外，在这些CA纳米纤维(SB和SC)中包封SPA降低了纳米纤维的吸收能力，即使当允许其自由膨胀24小时时。因此，非常清楚的是，在CA纳米纤维中使用SPA不利于提高基质的吸收效率。

实施例5：

负载下吸收率(AUL)：

进行该测试以了解如果在样品上施加一定负载时的吸收能力。根据定义，该方法用于测量超吸收剂相对于特定的压力吸收0.9重量％的盐溶液的能力。在本研究中，它用于测量当在吸收时施加压制负载时，制备的电纺纳米纤维和表I中提到的市售样品的吸收芯在盐溶液中的吸收能力。如图4中所示的AUL测试仪200的装置包括放置在皮氏培养皿206中的玻璃过滤板(d＝30mm)205。将滤纸(d＝30mm)204放置在玻璃过滤板205的顶部。将样品203切成直径为30mm的圆形并称重(W1)。在圆柱形烧杯201的帮助下在组件上保持50g/cm²的重量，并将0.9重量％的NaCl溶液倒入皮氏培养皿206中。在60分钟后取出样品并称重(W2)。

负载下吸收率百分比将由下式给出：

Q"＝[(W2-W1)/W1]*100

其中

Q"＝负载下吸收率百分比；

W1＝样品的初始(干)重量；和

W2＝在盐溶液中浸渍60分钟后样品的最终(湿)重量。

该测试测量机械压制对样品的膨胀过程的影响，并且是用于女性卫生应用的CA纳米纤维的建议用途的重要考虑因素。施加在样品上的压制负载改变样品的形状，并且可以改变表面性质如抑制内部结构。因此，如图5中所示的在盐溶液中，与自由膨胀(即平衡吸收率)相比，负载下吸收率降低。电纺CA纳米纤维的负载下吸收率测量为961.9％，对于CA5和CA10分别降低至550.1和517.7％。这意味着CA纳米纤维的负载下吸收率分别比CA5和CA10高42.8和46.2％。类似地，发现纯CA纳米纤维的负载下吸收率分别比S1、S2、S4和S5样品高15.1、2.2、32.8和37.5％。这些结果还证实，与包括所有市售样品的任何其它样品相比，CA纳米纤维表现出大大改进的性能。

实施例6：

残留物测试

进行该测试以测定在纤维基质达到平衡吸收后从该纤维基质中损失的超吸收性材料或残留物的总量。如前面部分所述，将样品切成2x2cm²的小片。将烧杯的重量视为W1。将样品保持浸没在已知量的蒸馏水中，并允许其达到平衡吸收率，同时机械摇动24小时。然后取出样品，将烧杯置于烘箱中直到所有的水蒸发。然后再次将其称重(W2)以测定剩余的残留物的量。

残留百分比可以通过下式确定：

Y＝[(W2-W1)/W1]*100

其中Y＝残留百分比

通过使用残留物测试来定量来自基质的损失量。在市售样品中的纤维素纤维或松散固定的SAP颗粒主要造成来自吸收芯的残留物。图6表示在蒸馏水中浸渍10分钟之前(图6a-e)和之后(图6a'-e')的市售样品的吸收芯和CA纳米纤维的结构。SAP颗粒在吸收液体时膨胀并形成液体不可渗透的凝胶壁，以抑制液体的进一步移动。因此，这些聚合物随机分布在吸收芯内[2]。虽然较小的SAP颗粒由于表面积增加而使吸收速率增加，但它们倾向于从基质中脱落，因此导致残留物，如图6a'-b'所示。在一些其它情况下，吸收芯中松散地固定的纤维素纤维导致残留物(图6c'-d')。然而，重要的是，与市售样品相比，除了少量收缩之外，在CA纳米纤维中没有主要的结构变化(图6e')。

残留物测试的定量结果总结在图7中。纯CA和具有SPA的CA(CA5)的电纺纳米纤维具有与卫生巾S1(0.11％)和S2(0.34％)相比几乎分别可以忽略不计的残留物。对于其它市售样品S3、S4、S5和S6而言，由于伴随平衡吸收率进行机械摇动24小时，因此整个纤维素纤维基质解体。因此，样品的整个初始重量作为残留物，且因此在图7中不进行比较。电纺CA纳米纤维强烈缠结，因此不会导致任何残留物。在用SAP(SB和SC)包封CA纳米纤维后，同样保持良好。

实施例7：

拉伸测试

拉伸测试测量破坏样品试样所需的力以及试样拉伸或伸长到该断裂点的程度。在环境条件下使用Instron 5948机械测试仪测量拉伸强度。将电纺纳米纤维垫从铝箔上剥离并切割成长度为6cm、宽度为2cm和厚度为约0.15mm的片。类似地，将选择用于参考的市售样品切割成相同尺寸，厚度随样品变化。然后将样品置于气动夹具之间，所施加的延伸速率为3mm/min。然后测量所有样品的弹性模量并进行比较。

吸收芯的不足的拉伸强度可能导致其破裂或撕裂，这可能导致流体的渗漏，从而降低产品的效力。因此，测量电纺CA纳米纤维的机械性能并与其他市售样品进行比较。这些结果显示在图8中。在电纺CA纳米纤维和市售样品的弹性模量之间存在显著差异。市售样品(S1、S2、S4和S5)的吸收芯主要由松散固定的纤维素纤维制成，并且通过在芯以上和以下使用不同的层提供强度。然而，在CA纳米纤维的情况下，由于纳米纤维的紧凑结构和缠结，发现弹性模量为31.5±10.2MPa。对于S1、S2、S4和S5，模量分别为8.6±2.9、3.4±1.1、1.4±0.1和1.3±1.2MPa(图8)。这些结果表明，纯CA纳米纤维的机械强度比任何其他可商购的样品更大，因此可以直接用作女性卫生产品中的吸收芯。

参考文献

1.Garg,R.；Goyal,S.；Gupta,S.India Moves Towards Menstrual Hygiene:Subsidized Sanitary Napkins for Rural Adolescent Girls-Issues andChallenges.Maternal and Child Health Journal 2012,16,767-774.

2.Das,D.In Composite Nonwoven Materials；Das,D.,Pourdeyhimi,B.,Eds.；Woodhead Publishing:United Kingdom,2014；p 74.

3.Mohammad,J.Z.；Kourosh,K.Superabsorbent Polymer Materials:AReview.Iranian Polymer Journal2008,17,451-477.

4.Kumar,K.S.Is Your Sanitary Napkin Safe,The New Indian Express,August 28,2013,Website.

http://www.newindianexpress.com/cities/bangalore/Is-your-sanitary-napkin safe/2013/08/28/article1755252.ece

5.Berkley,S.F.；Hightower,A.W.；Broome,C.V.；Reingold,A.L.TheRelationship of Tampon Characteristics to Menstrual Toxic Shock Syndrome.TheJournal of the American Medical Association 1987,258,917-920.

6.Ramakrishna,S.；Fujihara,K.；Eong,T.W.,Lim,T.；Ma,Z.An Introduction toElectrospinning and nanofibers.World Scientific Publishing Co.Pte.Ltd.:Singapore,2005.

7.Cramariuc,B.；Cramariuc,R.；Scarlet,R.；Manea,L.R.；Lupu,I.G.；Cramariuc,O.Fiber Diameter in Electrospinning Process.Journal ofElectrostatics2013,71,189-198.

8.Formhals,A.Process and Apparatus for Preparing ArtificialThreads.US.Patent 1,975,504,October 2,1934.

9.Doshi,J.；Reneker,D.H.Electrospinning Process and Applications ofElectrospun Fibers.Journal of Electrostatics,1995,35,151-160.

10.Huang,Z-M.；Zhang,Y-Z.；Kotaki,M.；Ramakrishna,S.A Review on Polymernanofibers by Electrospinning and Their Applications inNanocomposites.Composites Science and Technology 2003,63,2223-2253.

11.Frey,M.W.Electrospinning Cellulose and CelluloseDerivatives.Polymer Reviews 2008,48,378-391.

12.Hubbe,M.A.；Ayoub,A.；Daystar,J.S.；Venditti,R.A.；Pawlak,J.J.EnhancedAbsorbent Products Incorporating Cellulose and Its Derivatives:AReview.BioResources2013,8,6556-6629.

13.Konwarh,R.；Karak,N.；Misra,M.Electrospun Cellulose Acetatenanofibers:The Present Status and Gamut of Biotechnological ApplicationsBiotechnology Advances 2013,31,421-437.

14.Zhou,W.；He,J.；Cui,S.；Gao,W.Studies of Electrospun CelluloseAcetate Nanofibrous Membranes.The Open Materials Science Journal 2011,5,51-55.

15.Frazier,M.Superabsorbent nanofiber Matrices.Ph.D.Thesis,TheUniversity of Akron,OH,USA,2006.

16.Elliott,M.Superabsorbent Polymers；BASF Aktiengesellschaft:Ludwigshafen Germany,2004.

Claims

1.用于女性卫生管理的生态友好的卫生巾，其特征在于具有增加的吸收能力和表面积的吸收芯，其包括具有膜结构的伸长吸收体，所述膜结构包含电纺的生物相容的聚合物纳米纤维，所述生物相容的聚合物纳米纤维的平均直径为50-200nm，具有任选的包封,所述膜在蒸馏水、盐溶液和合成尿中的平均吸收率分别为1967％、2322％和2625％，并且使用的生物相容的聚合物材料是乙酸纤维素。

2.如权利要求1所述的卫生巾，其中通过将所述乙酸纤维素溶解在体积比为2:1的丙酮和N,N-二甲基乙酰胺的混合物中获得乙酸纤维素溶液。

3.如权利要求1所述的卫生巾，其中所述膜的平均表面积为50.21m²/g。

4.如权利要求1所述的卫生巾，其中所述膜的拉伸强度为31.5±10.2MPa。

5.制备生态友好的卫生巾的方法，所述生态友好的卫生巾包括吸收芯，所述吸收芯具有包含生物相容的聚合物纳米纤维的膜结构，所述方法包括以下步骤：

a.将聚合物溶解于体积比为2:1的丙酮和N,N-二甲基乙酰胺的混合物中；

b.获得聚合物溶液；和

c.电纺聚合物溶液以获得纳米纤维，用以形成所述膜结构。

6.如权利要求5所述的方法，其中使用的聚合物是乙酸纤维素。