Testování dynamiky sorpce zdravotnických textilií

Testování dynamiky sorpce zdravotnických textilií

Bakalářská práce

Studijní program:

Studijní obor:

Autor práce:

Vedoucí práce:

B3107 – Textil

3106R016 – Textilní technologie, materiály a nanomateriály Roman Suchomel

Ing. Jiří Havlíček, CSc.

Liberec 2017

Sorption dynamic measurement of medical textiles

Bachelor thesis

Study programme:

Study branch:

Author:

Supervisor:

B3107 – Textil

3106R016 – Textile Technologies, Materials and Nanomaterials Roman Suchomel

Ing. Jiří Havlíček, CSc.

Liberec 2017

Tento list nahraďte

originálem zadání.

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

Poděkování

Touto formou bych chtěl poděkovat Ing. Jiřímu Havlíčkovi, CSc. za rady, připomínky a hlavně trpělivost, kterou mi v průběhu zpracování bakalářské práce věnoval. Také děkuji mým rodičům, kteří mě po celou dobu studia podporovali a vždy ve mně věřili.

Anotace:

Tato bakalářská práce se zabývá testováním sorpce zdravotnických textilií a testováním syntetického exsudátu namísto reálných fyziologických roztoků. Nejprve bylo nutné určit typ a množství použitého polymeru. Další část práce popisuje úpravy zařízení pro testování dynamiky sorpce, tak aby toto testování bylo nejvíce podobné skutečnému použití zdravotnických textilií. Poslední část se zabývá testováním těchto úprav v laboratorních podmínkách.

Klíčová slova:

Sorpce, smáčení, zdravotnické textilie, exsudát

Annotation:

This bachelor thesis is about medical textiles and synthetic exudates testing instead of real physiological solutions. First, it was necessary to determine type and amount of polymer which has to be used. Another part describes tool modifications what have to be done to simulate more realistic medical textile application. In the last part is written the modification proces in laboratory conditions.

Key words:

Sorption, wetting, medical textiles, exudate

Obsah

Úvod ... 10

I. Teoretická část ... 11

1 Sorpce ... 11

1.1 Kinetika sorpce ... 11

1.2 Izotermy (hystereze) ... 12

1.2.1 Nernstova izoterma ... 12

1.2.2 Langmuirova izoterma ... 12

1.2.3 Ostatní izotermy ... 13

1.3 Smáčení a vysoušení (schnutí) ... 13

1.4 Vzlínání ... 14

1.5 Pronikání kapek vlákennou strukturou ... 14

1.5.1 Model válcové kapiláry (Lucas-Washburnův vztah) ... 14

1.5.2 Model radiální kapiláry („Marmurova rovnice“) ... 18

1.5.3 Testování smáčení ... 19

1.6 Stanovení sorpce ... 19

1.7 Vliv vlhkosti na vlastnosti ... 20

1.8 Testování sorpce ... 21

2 Povrchové napětí ... 22

2.1 Kontaktní úhel ... 22

3 Bobtnání vláken ... 24

4 Viskozita ... 25

4.1 Měření viskozity ... 25

4.1.1 Rotační viskozimetry ... 25

4.1.2 Kapilární viskozimetry ... 25

4.1.3 Tělískové viskozimetry ... 26

5 Tělní tekutiny ... 27

5.1 Cévní tekutiny ... 27

5.1.1 Krev ... 27

5.1.2 Lymfa ... 27

5.2 Exsudát, Transudát ... 27

5.3 Fyzikální vlastnosti ... 28

5.3.1 Krev ... 28

5.3.2 Exsudát ... 28

5.4 Náhražky krve a exsudátu ... 28

6 Cíl práce ... 29

II. Experimentální část ... 30

7 Experiment ... 30

7.1 Použité materiály ... 30

7.2 Použité roztoky ... 30

7.3 Použitá zařízení ... 31

7.4 Příprava materiálu ... 32

7.5 Příprava roztoků ... 32

8 Inovace zařízení ... 34

8.1 Neupravený přístroj ... 34

8.2 Prvotní inovace ... 34

8.3 Finální inovace „kolébka“ ... 35

9 Vyhodnocení ... 36

9.1 Destilovaná voda ... 36

9.2 Roztok 2% PVP... 38

9.3 Roztok 5% PVP... 40

Závěr ... 44

Použitá literatura: ... 45

Seznam použitých obrázků ... 47

Seznam použitých tabulek ... 47

Seznam použitých grafů ... 48

Seznam symbolů a zkratek

r [m] poloměr h [m] výška kapiláry d [m] vzdálenost destiček L [m] délka

S [m²] obsah plochy V [m³] objem F [N] síla

t [s] čas

x [g] průměrná hmotnost vzorků

x s [g] průměrná hmotnost sorbovaných vzorků s² [g] směrodatná odchylka

v [%] variační koeficient

m₀ [g] hmotnost vláken bez sorbátu

m1 [g] hmotnost vláken se sorbovanou látkou p1 [Pa] tlak prvního prostředí

p₂ [Pa] tlak druhého prostředí Δp [Pa] značí rozdíl tlaků η [Nsm^-2] dynamická viskozita v [m²·s^-1] kinetická viskozita ρ [kg.m^-3] hustota

σ [10⁻³N/m] povrchové napětí

τ [m³·s⁻¹] objem kapaliny proteklý za čas D [m² s^–1] difúzní koeficient

r0 [%] obchodní vlhkost

C_p množství penetrantu na povrchu vlákna/ ve vlákně Co množství penetrantu v okolí

g gravitační konstanta

K_N rozdělovací koeficient KL afinita specifických míst

BET Brunnauer-Emmett-Tellerova izoterma PVP polyvinylpyrrolidon

rozhraní kapalina – tuhá látka

rozhraní plyn – tuhá látka

rozhraní kapalina – plyn

10

Úvod

V případě náhlého zranění člověka, dochází v místě rány k unikání krve, proto je za potřebí v takovémto případě aplikovat na místo obvazovou textilii, nebo typ materiálu zpomalující krvácení rány. Zdravotníci, kteří posléze tuto ránu ošetřují, si musí být jistí, že použité textilie na počátku, ale i v průběhu hojení rány nebudou vyvolávat problémy zraněnému. Zdravotnické textilie nesmí být k lidskému tělu v žádném případě toxické, nesmí docházet ke drolení částeček vyvolávající alergické reakce nebo jiným způsobem prodlužovat hojení rány a tím zhoršovat stav pacienta. Zdravotníci si musí být jistí, že jejich obvazové textilie dosahují nejlepších možných vlastností.

Vlastnosti zdravotnických textilií se dají celkem jednoduše otestovat, ale jelikož jejich použití je většinou více účelové, tak musí být pevné nejen za sucha, ale i

v případě nanesení na otevřenou ránu i při vyšším obsahu kapaliny jako je krev, plazma, exsudát apod. Proto se tyto materiály testují z hlediska sorpčních vlastností, aby byly schopné v nejkratším časovém intervalu nasát vysoké množství zmíněných kapalin.

V laboratorních podmínkách se pro toto testování používá voda, která ale neodpovídá fyziologickým vlastnostem tělních tekutin, proto je zapotřebí používat roztok

podobných vlastností.

Hlavními cíly této práce je vybrat syntetickou náhradu tělních tekutin a náležitě jí otestovat, jelikož použití zvířecí krve, plazmy by bylo značně finančně náročné nejen z hlediska nákupu, ale také skladování a manipulace. Krev by mohla být infikovaná viry a ohrožovat tak život člověka manipulujícího s touto krví. Při dlouhodobě trvajících výzkumech by se tato krev musela obměňovat, protože by po určité době začala značně zapáchat. Dále pak bylo cílem práce upravit stávající metodu testování sorpce

způsobem co nejvíce podobným reálnému použití zdravotnických textilií, kdy nedochází ke kontaktu textilie jen hranou, ale plochou.

11

I. Teoretická část

1 Sorpce

Pod pojmem sorpce je vnímána interakce pevného prostředí s prostředím kapalným nebo plynným. Pokud jednotlivé částice první fáze pronikají do hloubky druhé fáze, tak tento děj nazýváme adsorpce. V případě usazování částic na rozhraní fáze, je tento děj nazýván absorpce. Vyhodnocení procesu sorpce je značně obtížné, jelikož sorpce se skládá z mnoha jednotlivých faktorů, které tento proces ovlivňují.

Jedním z těchto faktorů je množství a přístupnosti aktivních center, druhu vazeb mezi sorbentem a sorbovanou látkou, ostatních reakcí podmiňujících proces sorpce tak i jeho podmínky, při kterých dochází k samotnému procesu. Dynamika těchto dějů může probíhat dvěma způsoby:

Nevratná – ireversibilní – molekuly jsou navázány ve struktuře vláken, dají se odstranit jen v případě poškození vláken (chemisorpce)

Vratné – reversibilní – molekuly vody jsou navázány na sorpční centra vláken, voda se dá odstranit usušením vláken (fyzikální sorpce)

O existenci sorpčních center ve vlákně rozhodují atomy s dostatečně velkou volnou energií, jejich výskyt je nejčastěji na vnitřním, či vnějším povrchu vláken.

Mechanismus navazování vody na hydrofilní skupiny vlákna zobrazuje sorpční izoterma. [1]

1.1 Kinetika sorpce

Rychlost sorpce a desorpce se zkoumá, jelikož se tento proces vyskytuje při mnoha textilních procesech, jako je praní, sušení, zušlechťování, čištění, atd. Každý typ vláken má jinou kinematiku sorpce a proto se toto dá využít při zkoumání vláken. Samotná sorpce se skládá z několika jednotlivých dějů, jimiž jsou:

 Difúze vodních par k povrchu vlákna

 Adsorpce vody na povrch vlákna

 Difúzi do vlákna

 Desorpce z povrchu

Jelikož se sorpce skládá z více dějů, tak proto její rychlost ovlivňuje nejpomalejší z nich – Difúze do vlákna, v případě desorpce – Adsorpce vody na povrch vlákna. [1]

Rychlost sorpce do vláken se nejčastěji popisuje pomocí rovnice II. Fickova zákona pro válcová tělesa o poloměru r.

12

- změna koncentrace s časem při určitém poloměru (r = konstanta)

- derivace koncentrace podle poloměru v čase t (t = konstanta) D - difúzní koeficient

r - poloměr vlákna

Ve vlákenném systému je potřeba měnit difúzní koeficient D na koncentraci vody.

V takovémto případě se dokazuje, že difúze je pomalá v suchém vlákně a vyšší při větší vlhkosti. Pro zlepšení skutečných podmínek je potřeba zahrnout závislost D=f(c) do rovnice. V případě chemické reakce při sorpci je nutné doplnit na pravou stranu rovnice člen –kc. Pokud dochází k bobtnání vláken, tak se prostředí chová jako difúzní látka. [1]

1.2 Izotermy (hystereze)

Sorpční izoterma je forma diagramu, která udává množství penetrantu sorbovaného na povrch vlákna CP (popř. do vlákna) a množství penetrantu v okolí vlákna C0.

1.2.1 Nernstova izoterma

V případech navazování absorbované látky na povrch absorbentu vlivem fyzikálních sil se používá Nernstův vztah ve tvaru :

Parametr KN se nazývá rozdělovací koeficient, tento vzorec se používá v případě adsorpce kapaliny, kdežto v případě plynu je potřeba parametr C0 nahradit parciálním tlakem plynu p₀ při styku s vláknem. V takovémto případě je rovnice nazývána Henryho vztahem. Nernstův vztah nelze použít v případě nízké koncentrace penetrantů v okolí C0. [10]

1.2.2 Langmuirova izoterma

Používá se za předpokladů, že se vytváří jen jedna vrstva molekul, kdy každé adsorpční místo váže jen jednu částici nebo molekuly nepůsobí vzájemně na sebe. Nejčastěji se používá vztah

S, nám značí maximální koncentraci vazných míst. KL - afinita specifických míst (konstanta) [10,11]

13 Obr. 1 Porovnání izoterem [10]

1.2.3 Ostatní izotermy

V dosti případech samotná Nernstova a Langmuirova izoterma je nedostačující, proto se používá jejich kombinace tzv. duální model, kombinující fyzikální a lokalizovanou sorpci. Při skutečných situacích nejen že dochází k vázání jedné molekuly na jedno místo, ale také k vázání více molekul penetrantu na jedno vazné místo, tento jev se nazývá vícevrstvá adsorpce. Pro takovéto případy se často používá izoterma BET (Brunnauer-Emmett-Tellerova) [10,13]

Obr. 2 Porovnání Langmuirovy (A) a BET (B) izoteremy s více vrstvami. [13]

1.3 Smáčení a vysoušení (schnutí)

Smáčení a vysoušení je jeden z mnoha častých dějů vyskytujícím se v textilním průmyslu, zejména při používání vlákenných materiálů, kdy voda nebo jiné roztoky přichází do kontaktu s vlákennou strukturou. Nejen, že tyto děje jsou nesmírně důležité pro barvení, sušení a zušlechťovací procesy. Také je to jeden z důležitých faktorů při prodeji samotného textilního materiálu, ale i výrobku, jelikož smáčení a vysoušení ovlivňují komfort textilie, její vlastnosti, hygienické výrobky, zdravotnické výrobky, atd. Proto již proběhlo značné množství výzkumů zabývajících se testováním těchto vlastností. [2]

14

Smáčení se vyznačuje interakcí mezi třemi fázemi tj. pevné látky, kapaliny a plynné fáze. Je-li kapka tekutiny v kontaktu s pevným povrchem tak mohou nastat dva různé scénáře. Částečné smočení s kontaktním úhlem , nebo kompletní smočení.

θ

(a) (b) (c) Kapalina

Pevný povrch

θ

Plyn

Obr. 3 Kapky položené na vodorovný povrch [2]

(a) částečné smočení, nesmáčenlivý materiál, (b) částečné smočení, smáčenlivý materiál, (c) kompletní smočení

1.4 Vzlínání

Vzlínání je přímo závislým jevem na procesu smáčení, jestliže kapalina není schopná smočit vlákno, tak není schopná vzlínat po materiálu z těchto vláken. Kapalina se může pohybovat ve vlákenném systému pomocí vnějších nebo kapilárních sil. Vzlínání je definováno jako pohyb kapaliny v pórovitém systému pomocí kapilárních sil, které ovlivňuje tvar vláken. Rychlost vzlínání závisí na faktorech, jako jsou velikost pór (kapilár), povrchovém napětí pevné látky, tak i kapaliny a také viskozitě kapaliny.

Jedním z hlavních faktorů ovlivňujícím jak smáčení a tím i vzlínání je stanovení kontaktního úhlu. [22]

1.5 Pronikání kapek vlákennou strukturou

Pro zjištění průniku kapaliny vlákennou strukturou je používáno zjednodušení, kdy je mnohotvárná vlákenná struktura vnímána jako jedna kapilára, jelikož uvnitř kapiláry dochází k pohybu kapaliny vlivem povrchového napětí. Výsledky takovýchto

experimentů ukazují, že tento zjednodušený model nám dává velmi podobné výsledky s chováním textilií vlivem transportu kapaliny strukturou.

1.5.1 Model válcové kapiláry (Lucas-Washburnův vztah)

Tento vztah je odvozen ze vztahů pro objem V, newtonovské viskózní kapaliny o viskozitě , která za čas t proteče trubicí o poloměru r a její výšce h, jejíž konce mají rozdíl tlaků (p1-p₂).

15

Tok v trubici je odvozen vztahem nazvaným jako

Hagenův – Poisseuilleův zákon

( )



Kvůli prohnutému povrchu kapaliny a jejímu povrchovému napětí γ vzniká v kapiláře tlak p1.Pokud stěna kapiláry se stěnou kapaliny svírá úhel

 je p1 dán vztahem

Obr. 4 Kapilára [3]





Tlak p2 je hydrostatickým tlakem, jenž odpovídá okolní hladině kapaliny.

Při vzlínání je rychlost pohybu kapaliny kapiláru dosazena veličinou dh/dt, která se získá z předešlé rovnice, vlivem dosazení p1/p2 a objemem válce, tím dostaneme rovnici ve tvaru





Ve vzorci se předpokládá, že kapilára má dosti malý průměr, aby gravitace nebyla schopná porušit kulový vrchlík kapaliny, to je za podmínky √ . Řešení Lucas-Washburova vztahu především záleží na orientaci kapiláry a toku kapaliny. Pro další použití je potřeba zapsat používané parametry na a/b :

Také Lucas-Washburnův vztah může být zapsán pomocí

Který se používá pro řešení všech typů rovnic s různou orientací úhlu β. [3,8]

16

1.5.1.1 Lucas-Washburnův vztah pro horizontální kapiláru

Popisuje horizontálně položenou kapiláru spojenou s nádržkou na kapalinu. V tomto případě se úhel β = 90^o, tím pádem cosβ = 0 a parametr b je taktéž nula. Proto můžeme vztah zapsat jako

Řešení pomocí separační metody a integrace.

hdh = adt

∫ ∫ Integrování obou stran nám dá , jestliže podmínky jsou (t=0, h=0) tak substituent konstanty je taktéž nula (C=0).

Výsledek je √ √

Tato rovnice funguje v případě, že je kapilára ponořená v nádržce s vodou a v případě vodorovného umístění kapiláry. [3,8]

1.5.1.2 Lucas-Washburnův vztah pro vertikální kapiláru

Toto řešení funguje v případech, kdy se kapilára nachází v rozmezí úhlu β mezi 0^o a 90^o (nevztahuje se k úhlu 90, ten byl řešen v předešlé rovnici). Řešení v tomto případě je pomocí separací proměnných.

Obr. 6 Cylindrická kapilára

s horizontálně orientovanou nádržkou [8]

Obr. 5 Funkce h = h (t) [8]

17

∫

∫

Kde C je konstantou. Levá část integrálu napsaného výše může být převedena do

∫

∫ ∫

Následující řešení je pomocí aplikování ∫ | | , kde C je konstanta s počátečními podmínkami t=0,h=0

( )

Tento vztah může být řešen několika způsoby, jeden je v případě kdy je zanedbatelná gravitace, g=0, nebo výška v kapiláře je malá h → 0. [3,8]

1.5.1.3 Lucas-Washburnův vztah pro proudění kapaliny dolů

V tomto případě dochází k toku kapaliny z nádržky kapilárou směrem dolů. Úhel β je mezi 90^o a 180^o. V tomto případě je parametr b negativním číslem. Řešení v tomto případě je velmi podobné druhému případu, s tím rozdílem že b je negativní

( ) ( ) ( ^{( )} ) ( ).

Řešení t(h) vztahu h je bráno jako sestupná funkce na čase t. [3,8]

Obr. 8 Válcová kapilára v nádržce [8] Obr. 7 Funkce h = h(t) jako inverze rovnice [8]

18

1.5.2 Model radiální kapiláry („Marmurova rovnice“)

Model radiální kapiláry popisuje chování kapaliny mezi dvěma tvrdými nepórovitými destičkami, které mají vzdálenost d. V horní desce se nachází malá dírka, jelikož je v tomto případě gravitace zanedbatelná, proto je jedno, jaká z desek je perforovaná, jestli v horní nebo dolní. Kapka může skrz tuto dírku proniknout do radiální kapiláry.

Nádržka na kapalinu je ve tvaru kruhové úsečky. Kapka je umístěna v místě dírky, skrz kterou pomalu vstoupí do oblasti mezi deskami. Je předpokládáno, že tvar kapaliny uvnitř radiální kapiláry je osově symetrický. [7]

U radiální kapiláry na levé stravě, symbol θ značí vnější úhel; R značí poloměr vnější části kapky; β je kontaktní úhel uvnitř kapiláry a r udává poloměr kapaliny uvnitř radiální kapiláry.

Průnik kapky do modelu radiální kapiláry může probíhat dvěma způsoby a to, v otevřeném režimu nebo uzavřeném režimu. Předpokládá se, že uvnitř radiální kapiláry je kontaktní úhel postupující, zatímco mimo radiální kapiláru je úhel ustupující. Proto existují dva modely, kdy jeden ignoruje možnost hystereze a vnější kontaktní úhel θ je stálý a poloměr zakřivení kapky se během pronikání zmenšuje. Naopak v druhém případě není ignorovaná možnost hystereze, tím pádem úhel θ se zmenšuje a poloměr zakřivení se zvyšuje v průběhu prostupu kapky. Přičemž je očekáváno, že skutečná situace bude někde mezi těmito extrémy. [7]

Obr. 9Funkce h = h(t) jako inverze rovnice [8]

Obr. 10 Válcová kapilára

s nádržkou, s prouděním kapaliny dolů. [8]

Obr. 11 Model radiální kapiláry [7]

19

Obr. 12 Případy pronikání kapky do modelu radiální kapiláry [7]

a) Otevřený režim, b) uzavřený režim 1.5.3 Testování smáčení

Pro testování smáčení materiálu se dá použit experimentální metoda, zvaná drop test.

Tato metoda je navržena pro testování průniku kapky do pórovitého materiálu, převážně netkaných textilií. Tuto metodu charakterizuje používání digitálních kamery, pomocí které se zachytí styk a následný průnik kapky do textilního materiálu. Za použití určitého typu softwaru, jsou vyhodnoceny a zpracovány snímky, jejichž pomocí se zjišťují data o tvaru kapky, kontaktním úhlu atp. [9]

Obr. 13 Postupný průnik kapky [8]

1.6 Stanovení sorpce

Množství sorbované látky ve vlákně se dá určit pomocí rozdílu hmotností vláken se sorbovanou látkou m1 a bez sorbátu m0. Tato metoda se používá v případě, že množství přírůstku nebo úbytku sorbátů se dá přesně zvážit a vlivem odstranění sorbátů

nedochází se sorbentem k žádným vedlejším reakcím, m1/m2 se udává v g.

Vztah udává hmotnostní procento vlhkosti vláken,

Vztah vyjadřuje obchodní vlhkost, tj. počet gramů vody na 100 gramů suchého vlákna.

Pro vyjádření neznámého počtu gramů vody ve 100 gramech nevysušeného vlákna platí

vztah :

Mezi oběma vztahy platí :

V případě kinetiky sorpce se vyjadřuje hmotnosti zlomku sorbát/sorbent (c) množství sorbované látky. [1]

20 1.7 Vliv vlhkosti na vlastnosti

Jedním z důležitých faktorů ve zdravotnictví a tak i zdravotnických textiliích jsou nejen strukturní změny doprovázené bobtnáním vláken, ale také změny fyzikální. Jelikož vlivem sorpce exsudátu do struktury vlákna může dojít ke snížení potřebných vlastností jako je pevnost, tažnost atp. Tyto změny nejsou důležité u biodegradabilních materiálů, jelikož v těchto případech daný materiál v ráně zůstane a tělo ho postupem času vstřebá.

Fyzikální změny jsou důležité hlavně u obvazových materiálů, nebo materiálů, které je potřeba odstranit z rány, jelikož je nežádoucí aby při odstraňování obvazového

materiálu zůstaly zbytky vláken/přízí v ráně a svým výskytem prodlužovaly dobu hojení. V horším případě napomáhaly množení nežádoucích bakterií, které by mohly hojení komplikovat.

Na vlhkost reagují převážně vlákna hydrofilní, u hydrofobních vláken takřka ke změnám nedochází, jelikož mají nízké sorpční vlastnosti. Ve většině případů

s přibývající relativní vlhkostí dochází ke snižování pevnosti vláken a zvyšování tažnosti. Jenom celulózová vlákna tvoří výjimku, u těchto vláken se s přibývající vlhkostí zvyšuje pevnost.

Tab. 1 Pevnost vláken při různých hodnotách relativní vlhkosti. [1]

Vlákno Relativní vlhkost

[%]

Pevnost [% den^-1] Bavlna

25 2,4

65 4,1

100 4,55

Vlna

0 2,3

65 1,6

100 1,6

Přírodní hedvábí

0 5,8

65 5,2

100 4,3

Viskózové hedvábí

0 2,5

65 2,0

100 0,9

Polyamidové hedvábí

0 6,8

65 5,8

100 5,0

Relativní vlhkost je poměr mezi množstvím vodní páry ve vlákně v určitém okamžiku k množstvím, které by toto vlákno za stejných podmínek obsahovalo, kdyby bylo plně nasáklé. Relativní vlhkost se udává v procentech (%)

21 1.8 Testování sorpce

Pro určení sorpce existuje mnoho teorií a výpočtů se vzorci, popisující vázání molekul nebo pohyb kapaliny vlákennou strukturou. Pro otestování těchto znalostí proto jsou vytvořeny přístroje, které nejen že dokáží zjednodušit práci lidem, ale potvrdit nebo vyvrátit teoretické znalosti v laboratorních podmínkách. Pro měření sorpce a sorpčních vlastností existuje mnoho typů přístroje, například:

AATCC/ASTM Testovací metoda TS-018. Tato metoda je určena pro testování absorpce vody do textilie, je měřeno jak dlouho trvá kapce vody položené na povrch textilie proniknout do materiálu.

KRÜSS – tato firma se zabývá „povrchovou vědou“, proto neustále dělá

pokroky v oblasti sorpce a neustále vyvíjí nové přístroje. Jako je třeba: K100 je přístroj pro měření povrchového napětí a mezifázového napětí, kritické micelární koncentrace a kontaktního úhlu.

Bundesman Metod – pomocí této metody se měří smáčivost a prostup vody textilií, pomáhá určit odolnost textilií proti sorpci vody, napomáhá zjistit efekt vodoodpudivosti upraveného materiálu.

Proužkový test – Jedná se o test, při kterém kapalina vzlíná proti směru gravitace, tímto testem se sleduje, jak vysoko vyvzlíná kapalina za 5 minut.

22

2 Povrchové napětí

Povrchové napětí je jev, v jehož důsledku se kapalina chová, jakoby její povrch byl tvořen tenkou elastickou folií, která se snaží dosáhnout co nejhladší a nejmenší plochy, tzv. kapalina se snaží dostat do stavu s co nejmenší energií, proto se kapalina snaží v každé situaci co nejvíce přiblížit kulovému tvaru.

Povrchové napětí je totiž vzájemné působení jednotlivých molekul popř. atomů, které tvoří povrchovou vrstvu kapaliny. V případě zvětšení plochy kapaliny, je nutné vykonat práci kvůli povrchovému napětí. Je definováno jako síla vztažená na jednotku délky myšleného řezu povrchem kapaliny. [13,14]

2.1 Kontaktní úhel

Míru smáčení kapaliny na pevném povrchu nám udává kontaktní úhel/ úhel smáčení . Kontaktní úhel je znázorněn úhlem tečny k povrchu kapaliny, vedená v bodě styku kapky s rozhraním. [4]

Vztah mezi jednotlivými rozhraními a úhlem smáčení je dán Youngovou rovnicí

nebo

Jelikož zde existují tři odlišné plochy styku mezi povrchovým napětím jednotlivých rozhraní jsou (kapalina – tuhá látka), (plyn – tuhá látka) a (kapalina – plyn)

Hodnoty kontaktního úhlu ovlivňují:

 Adsorpce

 Děje probíhající mezi tuhou látkou a kapalinou (chemické reakce, rozpouštění povrchu tuhé látky, bobtnání). Tyto děje přímo ovlivňují rozhraní bubliny s tuhou látkou a tedy i pozorovaný úhel smáčení v čase.

 Metastabilní stav

 Drsnost a nehomogenita povrchu, jelikož v tomto případě každá rýha funguje jako jednotlivá kapilára, ve které kapalina stoupá, popř. klesá. Tímto přímo ovlivňuje smáčení kapalin, v případě dobře smáčející kapaliny lépe smáčí drsný povrch, než povrch hladký, špatně smáčející kapaliny mají opačný jev. Tento jev

Obr. 14 Schéma kapky kapaliny na pevném povrchu

23

ovlivňuje velikosti úhlu smáčení, proto je potřeba do Youngovy rovnice zavést koeficient . Hodnota koeficientu β se dá zjistit porovnáním hodnot cos θ na drsném a hladkém povrchu, Youngova rovnice je pak. [4]

Systém se může vyskytovat ve dvou stavech, v klidu (statický kontaktní úhel) a poté v pohybu (dynamický) Jestliže je pevná látka homogenní a nedeformovaná, tak vzniká rovnovážný kontaktní úhel. V případě, že je pevná látka heterogenní, tak vzniká metastabilní kontaktní úhel. Metastabilní stav se vyznačuje tím, že má na jedné straně klesající a na druhé stoupající kontaktní úhel, velikost těchto úhlů se mění množstvím roztoku v kapalině případně vnější mechanickou prací (např. vibracemi) [5,6]

– klesající – stoupající

Metastabilní stavy se vyznačují větším úhlem oproti , k tomuto jevu nedochází v případě rovnovážného stavu kapky, kdy kontaktní úhly jsou totožné.

Obr. 15 Hystereze úhlu smáčení [5]

24

3 Bobtnání vláken

Dalším z důležitých jevů doprovázen sorpcí je bobtnání vláken, které je zpravidla přímo úměrné změnám vlhkosti ve vlákně. Jako bobtnání jsou označovány rozměrové změny struktury vlákna vlivem vody nebo jiných roztoků. Stupeň bobtnání se značí S a obecně vyjadřuje změnu rozměrové veličiny k původní veličině

X zde může značit jako změnu : Průměr (délkové bobtnání SD)

Plochu příčného řezu (plošné bobtnání SR) Délky (délkové bobtnání SA)

Objemu (objemové bobtnání SV)

Bobtnání vláken má přímý vliv na rozměrovou stabilitu vláken a proto je závislé na typu vlákna nebo výrobků z nich vyrobených, mimo jiné bobtnání zmenšuje póry mezi vlákny a tím snižuje propustnost a prodyšnost textilií.

Podle těchto popsaných jevů je zřejmé, že vlivem sorpce dochází k rozsáhlým změnám téměř všech vlastností vláken. Také je důležité zmínit, že přímo vázaná voda mění síly mezi vlákny a tím ruší mezi molekulové vazby, proto mění vlastností více než voda nepřímo vázaná. [1]

25

4 Viskozita

Pro pochopení viskozity, si můžeme představit kapalinu jako jednotlivé tenké vrstvy v trubici, kdy se vrstvy nacházející se blíže ke středu trubice pohybují rychleji než vrstvy blíže ke stěnám. Tím dochází k vnitřnímu tření kapaliny, vrstvy pohybující se pomaleji brzdí vrstvy rychlejší a toto nazýváme viskozita.

Viskozita závisí na přitažlivých silách mezi částicemi, tudíž kapalina s větší přitažlivou silou mezi částicemi mají větší viskozitu a tím dochází k většímu brzdění pohybu kapaliny nebo těles v kapalině.

Vztah mezi dynamickou a kinematickou viskozitou:

v = kinematická viskozita, ρ = hustota, η = dynamická viskozita Pro viskozitu jsou důležité dva typy kapalin, newtonské a nenewtonské, U newtonských kapalin platí úměra mezi rychlostí deformace a napětím. Kapaliny nepopsatelné newtonovým zákonem viskozity se nazývají nenewtonské látky. [15]

4.1 Měření viskozity

Pro měření viskozity se používá několik typů přístrojů, které jsou založeny na odlišných principech měření.

4.1.1 Rotační viskozimetry

Rotační viskozimetry fungují na principu měření momentu síly potřebné k

rozpohybování zavěšeného tělesa do kapaliny. Pro měření rotačním viskozimetrem se používají dva typy přístrojů. Se dvěma soustřednými válci, mezi nimiž je mezera vyplněna kapalinou nebo kužele a desky.

Tento typ viskozimetru se dá použít jak na newtonské tak na nenewtonské kapaliny.[16]

4.1.2 Kapilární viskozimetry

Zván taktéž jako průtokový viskozimetr, tento typ viskozimetru funguje na principu měření objemového průtoku kapaliny trubicí o určitých rozměrech. Měření vychází z Poiseuillově rovnice pro průtok kapilárou.

Kde η je viskozita měřené kapaliny, Δp značí rozdíl tlaků, V objemem kapaliny, který proteče kapilárou za čas τ. Viskozita je úměrná hustotě kapaliny a době průtoku.

26

Obr. 16 Typy trubic kapilárních viskozimetrů [17]

Tyto viskozimetry jsou značně přesné, ale dají se použít jen na newtonské kapaliny, jelikož průtok nenewtonské kapaliny v celé šířce trubice není konstantní. [16]

4.1.3 Tělískové viskozimetry

Tento typ viskozimetrů je založen na měření pádu tělíska viskózním prostředím. Jelikož proti pohybu tělíska působí odporová síla. Obvykle se používá kulové tělísko o

poloměru r. Měření vychází ze Stokesova zákona :

( )

ρk značí hustotu materiálu vytvořené kuličky, ρ hustota měřené kapaliny, u rychlost pádu kuličky.

Nejčastěji je používán Höpplerův viskozimetr. Kulička se pohybuje skleněnou trubicí o přesně definovaném vnitřním průměru, skloněnou v úhlu 10^o, která obsahuje měřenou kapalinu. Měří se doba, potřebná pro průchod kuličky od horní rysky po rysku spodní.

Tento typ viskozimetru se dá použít jen pro průhledné newtonské kapaliny. [16]

27

5 Tělní tekutiny

Cévní:

a) krev b) lymfa Exsudát / Transudát Mimo cévní:

a) stálý objem – tkáňový mok, endolymfa, perilymfa, mozkomíšní mok, komorová voda

b) nestálý objem – moč, pot, trávicí šťávy…

5.1 Cévní tekutiny

Cévní tekutiny jsou tekutiny, které jsou pomocí cévní soustavy rozváděny po celém těle. Cévy se také nachází u rostlin, ale v tomto případě se používá název cévní svazek.

5.1.1 Krev

Krev je specializovaná tekutá tkáň skládající se z více částí, několika typů buněk a plazmy. Pomocí krve jsou dopravovány důležité živiny (kyslík, glukóza) krevním řečištěm do tkání, také odvádí odpadní látky, krev dokonce napomáhá udržovat stálou tělesnou teplotu.

U člověka krev činí 7 - 10% tělesné hmotnosti, což u dospělého člověka je 4,5 - 6,0 l krve. Při ztrátě krve se člověk obejde bez půl litru krve. Jak už bylo řečeno, krev se skládá z několika částí, kterými jsou:

Krevní plazma – tekutá složka roznášející rozpustné látky po těle. Představuje okolo 5% tělesné hmotnosti a tím pádem 55% objemu krve. Krevní plazma je tvořena z 93% vody, 6% organických látek a zbytek tvoří látky anorganické.

Krevní tělíska – krevními tělíska jsou červené, bílé krvinky a krevní destičky. [18]

5.1.2 Lymfa

Vytváří se v mezibuněčných prostorech, za 24 hodin se v těle vytvoří okolo 2,5 l lymfy.

Lymfa je nažloutlá tekutina složením velmi podobná krevní plazmě. Viz. 5.1.1 5.2 Exsudát, Transudát

Exsudát je tekutina vznikající v místě rány, většinou napomáhá k hojení rány a je velmi podobná krevní plazmě. Postupem hojení rány množství exsudátu v ráně ubývá, ale v některých případech tomu tak být nemusí a zvýšená tvorba exsudátu přetrvává. Na tomto chování může mít podíl výskyt zánětu nebo jiné procesy. V případě, že se rána nehojí tak má exsudát negativní vliv na hojení a vše jen komplikuje. Exsudát se skládá z velkého množství látek, jako je voda, elektrolyty, živiny, bílé krvinky, enzymy pro rozklad bílkovin atd. V případě zranění dochází k tvoření dvou typů tekutiny zánětlivé, nazývané exsudát a nezánětlivé nazývané transudát. [19]

28 5.3 Fyzikální vlastnosti

5.3.1 Krev

Jelikož krev je suspenzí částic v homogenním roztoku. Proto je nenewtonskou kapalinou, tím pádem se vzrůstající smykovou rychlostí její viskozita klesá. Při konstantní teplotě nejvíce ovlivňuje viskozitu krve množství krevních tělísek, jejich velikost. Nejméně viskozita krve závisí na viskozitě krevní plazmy. [18]

Specifická hmotnost krve je 1052 – 1063 kg/m³. 5.3.2 Exsudát

Podle definice je exsudát výpotek o specifické hmotnosti nad 1020 kg/m³ s vysokou koncentrací bílkovin převyšující 40 mg/ml a obsahující různé typy i množství buněk (>1500/µl) a buněčnou drť (detrit). Bílkoviny jsou to zejména Albumin od 15-25 mg/ml, Globuliny od 10-18 mg/ml a Fibrinogen od 1-2 mg/ml. Při mírném zánětlivém podnětu je exsudát vodnatý (serózní) s nízkým obsahem bílkovin, při silnějším podnětu uniká z cév i fibrinogen a vzniká fibrinózní exsudát. [19]

5.4 Náhražky krve a exsudátu

Náhražky krve se používají k dočasnému nahrazení nebo doplnění ztracené cirkulující tekutiny, následkem vážných zranění a silné ztráty krve. Náhražky krevní plazmy musí mít stejný osmotický tlak jako plazma, aby nedocházelo k chemickým reakcím,

postupně se odbourávat, nezvyšovat viskozitu krve a nezpůsobovat alergie. [20]

Tab. 2 Krevní náhražky [21]

Roztoky Název Charakteristika a užití

Krystaloidní Fyziologický roztok F1/1 Nízkomolekulární roztoky, které se rychle přesouvají z cévního řečiště do tkání.

Jsou snadno vstřebatelné.

Upravují vodní a

elektrolytovou rovnováhu.

Darrowův roztok D1/1 Ringerův roztok R1/1 Hartmanův roztok H1/1 Plasmalyte

Glukóza 5%

Koloidní Dextran 6% Jsou vysokomolekulární.

Udrží tekutinu v krevním řečišti déle než krystaloidní roztoky. Podávají se

pacientům v šoku, při těžkých dehydratacích, k náhradě krevní ztráty.

Doplňují cirkulující objem.

Reodextran 10%

Haes 10%

Voluven 6%

Gelofusine

Osmoterapeutika Manitol 10% a 20% Podávají se u otoků, výpotků, při otravách a selhání ledvin.

Sorbitol 40%

29

6 Cíl práce

Před samotným započetím experimentu bylo potřeba rozhodnout, jaký roztok použít jako náhradu za exsudát. Bylo rozhodnuto použít PVP (polyvinylpyrrolidon), jelikož už v první polovině 20. století se používal jako náhražka krevní plazmy. PVP má totiž podobné vlastnosti z hlediska viskozity a velikosti částic dobře napodobují tělní tekutiny, v současné době je stále používán v medicíně a farmacii. Dále byla potřeba vhodným způsobem upravit zařízení pro měření sorpčních vlastností tak, aby se

testování co nejvíce přiblížilo skutečnému použití zdravotnických textilií typu kompres v praxi a otestovat sorpční vlastnosti tohoto syntetického exsudátu.

30

II. Experimentální část

7 Experiment

7.1 Použité materiály

Na testování dynamiky sorpce byly použity dva typy nesterilních vzorků Gázový kompres – dobře savý, prodyšný a hebký vzorek o hustotě 17

vláken/cm² se založenými okraji o rozměrech 5 x 5 cm dvanácti vrstvý, vyroben z 100%

bělené celulózy (šarže 15001467) Tento materiál se používá k ošetření různého typu ran od znečištěných, infikovaných nežádoucími bakteriemi, tak i u silně hnisajících ran.

Používají se jak v domácnostech při nanášení léčebných prostředků, ovázání postižených míst, také při operativních zákrocích v nemocnicích, kdy se ve formě tamponu používá k odsátí nežádoucích tělních tekutin.

Buničitá vata – měkká a savá, nepráší, příjemná na dotyk, o rozměrech 10 x 10 cm vyroben z 100% bělené celulózy (šarže NO15002899//116) Tento materiál se používá v lékařství, kosmetice nanášení přípravků na požadovaná místa, nebo naopak k odstranění látek z určitého místa za pomocí rozpustných přípravků.

7.2 Použité roztoky

Pro testování sorpčních vlastností a jejich působení na ráně byla potřeba se co nejvíce přiblížit reálným podmínkám, proto použití vody nepřipadalo v úvahu, a rozhodovalo se o roztoku s vlastnostmi co nejvíce podobný exsudátu (výpotek, hnis aj.)

Z výše zmíněného viz. 5.3 je jasné, že stanovit reologické vlastnosti je složité a ovlivňované velkou škálou faktorů. Proto jako hlavní testovací kapalinou byl zvolen tzv. syntetický exsudát, který je vodným roztokem polyvinylpyrrolidu (PVP) zředěný tak, že dynamická viskozita při 20^oC řídké formy exsudátu dosahovala hodnot η20 = 2 [mPa.s], více viskózní formy exsudátu η20 = 4 [mPa.s]. Pro přípravu roztoků o těchto dynamických viskozitách byly použity roztoky v koncentraci 2% pro řídkou formu a 5% pro viskóznější formu. Tyto hodnoty byli zjištěny pomocí testování roztoku pomocí viskozimetru viz. níže.

Tab. 3 Závislost viskozity na koncentraci PVP

Koncentrace PVP [g/100 ml roztoku] Kinematická viskozita [mm²/s]

1 1,43

2 1,91

3 2,4

4 3,91

5 3,96

31

Graf 1 Závislost kinematické viskozity na koncentraci vodného roztoku PVP

7.3 Použitá zařízení

 Analytická váhy

Analytické váhy se používají na přesné zjišťování hmotnosti

požadovaných materiálů, používají se nejenom v laboratorních, ale i

v průmyslových podmínkách. Tento typ analytické váhy funguje s přesností 0,0001g, její maximální nosnost je do 120g.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

0 1 2 3 4 5 6

kinematická viskozita [mm2/s]

koncentrace PVP [ g/100 ml roztoku ]

Obr. 17 Analytická váha

32

 KRÜSS Processor Tensiometer K12 Tento typ přístroje je schopen nejen měřit mezi povrchové a povrchové napětí kapaliny, ale také změřit okamžitý úhel kontaktu. Pomocí citlivých vah, které jsou uvnitř přístroje, se měří sorpční vlastnosti, ve chvíli kdy se testovaný vzorek připevněný k čelistem dostane do kontaktu s kapalinou, přístroj začne

zaznamenávat přibývající hmotnost v čase.

7.4 Příprava materiálu

Z počátku bylo nutné upravit velikosti jednotlivých vzorků používané pro testování sorpce. Velikost závisela na typu závěsné části přístroje. Pro původní typ závěsného části byly použity vzorky o velikosti 2,5 x 3 cm, zatímco pro upravený typ, dále v práci nazvaný kolébka, byly použity rozměry textilie 5 x 2,5 cm.

7.5 Příprava roztoků

Pro přípravu roztoků o koncentracích 2% a 5% byly použity směsi PVP 40 a PVP K90 v poměru 9:1. PVP 40 modeluje většinu částic exsudátu. PVP K90 pak modeluje složku Fibrinogenu a velkých částic – pozůstatků buněčné drtě.

Ubbelohde viskozimetr:

Polyvinylpyrrolidon (Povidon)

PVP 40 (od Sigma Aldrich) molekulová hmotnost 40.000 PVP K90 (od Ashland) molekulová hmotnost 1.300.000 Dynamická viskozita 10^-3 [Pa.s]

krevní plazma 37°C 1,8-2,0

krev 37°C 3,0-3,6

voda 20°C 1

Velikost makromolekul je cca 25 nm u polymerů do 100.000 mh Plazma obsahuje zejména bílkoviny:

Obsah činí cca 75 – 130 mg/ml Z toho:

Albumin 35-50 mg/ml mh 66.300 elipsoidní tvar nezvyšuje viskozitu Globuliny 20-35 mg/ml

Fibrinogen 2-4 mg/ml mh 340.000

Obr. 18 Tensiometer K12

33 Velikosti krevních částic 8 – 20 μm

K dalším testům bylo použito destilované vody, pro porovnání s PVP 2% a 5%.

Pro přípravu 2% a 5% PVP v množství 150 ml bylo použito PVP 40/ PVP K90 v poměru 9/1 ve formě prášku.

Vodný roztok PVP v koncentraci 2% o obsahu 150ml byl připraven z 3g PVP a 147g vody, kdy 3g PVP byly rozděleny do poměru 9/1 což je 0,3g K90 a 2,7g PVP 40.

Tento roztok odpovídá dynamické viskozitě 1,91 [Pa.s].

Vodný roztok PVP v koncentraci 5% o obsahu 150ml byl připraven z 7,5g PVP a 142,5g vody, kdy 7,5g PVP bylo rozděleno do poměru 9/1 což je 0,75g K90 a 6,75 PVP 40. Tento roztok odpovídá dynamické viskozitě 3,96 [Pa.s].

34

8 Inovace zařízení

8.1 Neupravený přístroj

Jelikož zařízení použité na testování sorpce vzorků, které je vyrobeno z kovových čelistí, není dostatečně relevantní, jelikož se vzorek stáčí, proto není rovnoběžný

kontakt vzorku s hladinou testované kapaliny. Proto bylo nutno přístroj lehce pozměnit, abychom se co nevíce přiblížily skutečným situacím, při kterých jsou obvazové

materiály použity. Při kolmém styku materiálů s roztokem by mělo vzlínání postupovat jinak než při položení materiálu plochou, toto nám simuluje položení obvazového materiálu na ránu.

Obr. 19 Základní závěsná část

8.2 Prvotní inovace

Při první úpravě byly velké komplikace s nasáknutím materiálu, jelikož struktura zavěšující na zařízení, se skládá ze dvou částí do sebe zapadajících. Struktura je vyrobena z polymeru. Kvůli své velikosti a hmotnosti ovlivňuje velice citlivé váhy uvnitř přístroje, taktéž při prvním použití roztok ulpívá na konstrukci a tím mění výsledky nadcházejících testů. Byla snaha o vysušování závěsné konstrukce, ale bylo zjištěno, že se zde vyskytuje dalších množství problémů.

Obr. 20 Prvotní inovace

35 8.3 Finální inovace „kolébka“

Druhá úprava již vypadá lépe z reálného hlediska vlivu roztoku na vlákenný materiál.

Jelikož závěsná konstrukce je vyrobena z hliníku a polymeru ve tvaru síťky proto je lehčí, a méně „designově“ komplikovaná. Tudíž by neměla ovlivňovat měření,

popřípadě měření ovlivňovat minimálně. Tato konstrukce byla inspirována skutečnými podmínkami, kdy vlákenný materiál pří prvním kontaktu se dotýká rány jen minimální plochou, a ne jak tomu bylo při první úpravě, kdy docházelo ke kontaktu s roztokem v celé ploše. Navíc použití síťky nám dává velmi rychlou a jednoduchou možnost vysušení konstrukce.

Obr. 21 Finální inovace závěsné části

36

9 Vyhodnocení

V této kapitole jsou zaznamenány tabulky a grafy hodnot, které byly naměřeny při experimentu viz, disk. Experiment probíhal v laboratorních podmínkách při teplotě místnosti 24^oC a 35% vlhkosti vzduchu. Materiály byly měřeny na dvou typech závěsného zařízení. Původním typu, dále v práci nazván čelisti a finální inovaci,

kolébce. Vzorky byly upraveny dle požadavku viz. 7.4, bylo vždy nastříháno a zváženo 12 vzorků pro každý test. Dva vzorky, jejichž váha se nejvíce vzdalovala měřenému průměru hmotností, byly odstraněny z dalších testů. Citlivost přístroje na testování dynamiky sorpce byla nastavena, tak aby při změně hmotnosti vzorku o 0,01g začal měřit příbytek hmotnosti vzorku. Test jednotlivých vzorků trval 20 sekund, přičemž za tuto dobu bylo zaznamenáno 100 měření. Při 5% roztoku PVP bylo potřeba toto nastavení změnit, jelikož větší viskozita prodlužovala dobu vzlínání roztoku. V tomto případě byla doba měření prodloužená na 30 - 45s.

9.1 Destilovaná voda

Voda Čelisti Kolébka

Vzorek Kompres Buničina Kompres Buničina

1 0,220 0,127 0,357 0,196

2 0,220 0,120 0,372 0,200

3 0,240 0,127 0,372 0,204

4 0,230 0,115 0,353 0,198

5 0,240 0,120 0,373 0,198

6 0,230 0,116 0,353 0,195

7 0,230 0,118 0,375 0,197

8 0,240 0,125 0,365 0,197

9 0,230 0,124 0,355 0,196

10 0,230 0,119 0,364 0,203

x [g] 0,231 0,121 0,364 0,198

Plošná hmotnost

[kg/m²]

0,308 0,161 0,291 0,158

Tab. 4 Hmotnost testovaných vzorků použitých pro destilovanou vodu v [g]

Čelisti Kolébka

Kompres Buničina Kompres Buničina

x _s[g] 1,172 0,903 2,787 2,747

Sorpce [%] 507 746 766 1387

s² [g] 0,069 0,028 0,308 0,211

v [%] 5,89 3,10 11,05 7,68

Tab. 5 Hodnoty sorbované textilie vlivem vody

37

Graf 2 Průběh sorpce čelistí - destilovaná voda

Graf 3 Průběh sorpce kolébky – destilovaná voda 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

0 5000 10000 15000 20000 25000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

kompres TK buničina TB

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

0 5000 10000 15000 20000 25000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

kompres KK buničina KB

38 9.2 Roztok 2% PVP

2% PVP Čelisti Kolébka

Vzorek Kompres Buničina Kompres Buničina

1 0,207 0,115 0,353 0,194

2 0,200 0,118 0,367 0,202

3 0,215 0,122 0,366 0,200

4 0,210 0,116 0,370 0,196

5 0,217 0,117 0,355 0,193

6 0,213 0,117 0,360 0,193

7 0,218 0,117 0,378 0,195

8 0,225 0,118 0,346 0,201

9 0,222 0,115 0,366 0,193

10 0,215 0,118 0,362 0,195

x [g] 0,214 0,117 0,362 0,196

Plošná hmotnost

[kg/m²]

0,285 0,156 0,290 0,157

Tab. 6 Hmotnost testovaných vzorku použité pro 2% PVP v [g]

Čelisti Kolébka

Kompres Buničina Kompres Buničina

x _s [g] 1,014 0,880 2,741 3,034

Sorpce [%] 474 750 757 1548

s² [g] 0,111 0,016 0,516 0,205

v [%] 10,95 1,82 18,83 6,76

Tab. 7 Hodnoty sorbované textilie vlivem 2% PVP

39

Graf 4 Průběh sorpce čelistí – 2% roztok PVP

Graf 5 Průběh sorpce kolébky – 2% roztok PVP 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 5000 10000 15000 20000 25000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

kompres P2TK buničina P2TB

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 5000 10000 15000 20000 25000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

kompres P2KK buničina P2KB

40 9.3 Roztok 5% PVP

5% PVP Čelisti Kolébka

Vzorek Kompres Buničina Kompres Buničina

1 0,227 0,117 0,360 0,193

2 0,230 0,117 0,350 0,195

3 0,234 0,118 0,370 0,198

4 0,222 0,117 0,370 0,196

5 0,210 0,124 0,363 0,197

6 0,226 0,124 0,370 0,195

7 0,210 0,120 0,359 0,190

8 0,215 0,113 0,360 0,192

9 0,235 0,118 0,375 0,193

10 0,230 0,111 0,360 0,195

x [g] 0,224 0,118 0,364 0,194

Plošná hmotnost

[kg/m²]

0,299 0,157 0,291 0,155

Tab. 8 Hmotnost testovaných vzorků použité pro 5% PVP v [g]

Čelisti Kolébka

Kompres Buničina Kompres Buničina

x _s[g] 0,887 0,879 2,313 2,668

Sorpce [%] 396 746 635 1375

s² [g] 0,157 0,029 0,271 0,225

v [%] 17,70 3,30 11,72 8,43

Tab. 9 Hodnoty sorbované textilie vlivem 5% PVP

41

Graf 6 Průběh sorpce čelistí – 5% roztok PVP

Graf 7 Průběh sorpce kolébky – 5% roztok PVP 0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 10000 20000 30000 40000 50000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

kompres P5TK buničina P5TB

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

kompres P5KK buničina P5KB

42

Graf 8 Průběh sorpce čelistí - kompres

Graf 9 Průběh sorpce čelistí - buničina 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

Voda Kompres 2% PVP Kompres 5% PVP Kompres

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 10000 20000 30000 40000 50000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

Voda Buničina 2% PVP Buničina 5% PVP Buničina

43

Graf 10 Průběh sorpce kolébka - kompres

Graf 11 Průběh sorpce kolébka - buničina 0

0,5 1 1,5 2 2,5 3

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

Voda Kompres 2% PVP Kompres 5% PVP Kompres

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

Hmotnost [g]

Čas [ms]

Voda Buničina 2% PVP Buničina 5% PVP Buničina

44

Závěr

Jedním z cílů této práce bylo rozhodnout o takzvaně syntetickém exsudátu, s velmi podobnými vlastnostmi a velikosti částic jako má krev, plazma nebo exsudát. Jelikož se PVP již dříve používal jako náhrada krevní plazmy a je jednoduché s tímto polymerem zacházet, proto byl nejvhodnější volbou pro testování. Exsudát se skládá z více složek, které mají rozdílné molekulové hmotnosti a tak může být více či méně viskózní. U polymeru PVP se rozdílnost velikostí makromolekul exsudátu dá simulovat namícháním dvou složek, nízko molekulovou PVP 40 a vysoko molekulovou PVP K90. Zvýšením celkové koncentrace polymeru v roztoku se pak dá simulovat viskóznější či méně viskózní exsudát.

Dalším cílem práce bylo upravit stávající metodu měření sorpčních vlastností, aby co nejvíce odpovídala skutečným podmínkám. Nejlepší a zároveň nejjednodušší připadalo v úvahu na přístroji K12 firmy Krüss vyměnit závěsné čelistí za jiný typ závěsného zařízení, který by simuloval přiložení textilie na krvácející/mokvající ránu. A tím i jiné působení sil mezi kapalinu a textilií viz. 8.3.

Už před samotným testováním se dalo předpokládat, že materiál zavěšen v čelistech a materiál položen v kolébce, bude vykazovat rozdílné hodnoty. Jelikož vzorek, který je upevněn v kleštích má nejvzdálenější bod od kapaliny znatelně dál než vzorek položen v kolébce, proto u vzorku zavěšeného musí být větší kapilární síly, aby došlo k plnému nasáknutí materiálu než vzorku v kolébce. Taktéž u položeného vzorku v moment kontaktu s kapalinou se kapalina může šířit dvěma směry a tím dochází k rychlejší sorpci. Testované vzorky pomocí kolébky ve většině případů vykazují větší směrodatnou odchylku, což znamená, že množství sorbovaného roztoku jednotlivých vzorků se od sebe liší víc jak u čelistí. Toto by mohlo být zapříčiněno nejenom nerovnoměrným vysušením kolébky u jednotlivých testů, ale také náhodným

koncentrování roztoku v mezerách mezi kolébkou a textilií. Taktéž bylo předpokládáno, že při testování vzorků pomocí vody, 2% PVP a 5% PVP s přibývající viskozitou bude vlivem vnitřního tření kapaliny potřeba větších kapilárních sil pro sorbování stejného množství kapaliny do vzorku. Proto s přibývající viskozitou se zpomaluje rychlost sorpce a taktéž se snižuje množství maximální sorbované kapaliny do textilie. Tento jev v případě testu kolébka – buničina nenastal, podle mě je tomu tak jelikož buničina v průběhu sorpce se lehce kroutí a tak může docházet k přetočení rohu vzorku do

roztoku a tím zvětšit kontaktní místo roztoku s textilií. Kompres ať už se použije jakkoli viskózní roztok má rychlejší nástup sorpce oproti buničině, ale větší hmotnost, což nemusí být vždy nejlepší, jelikož může dojít k rychlému vysušení rány a tak k zhoršení léčby. K poměru hmotnosti a maximální množství sorbovaného roztoku je na tom lépe buničina.

Pro budoucí testování bych navrhoval vyzkoušet ještě jiné typy úprav závěsného zařízení, tím způsobem, aby nejdříve došlo ke kontaktu kapaliny a testovaného vzorku a ne konstrukce. Jelikož v takovýchto místech má kapalina tendenci se shlukovat a až poté je přenášena na vzorek.

45

Použitá literatura:

[1] TUL, Sorpce [online]. [cit. 2015-11-16]. Dostupné z:

http://www.kod.tul.cz/ucebni_materialy/tvarovani/teorie_tvar/sorpcne.htm

[2] Ning Pan and Wen Zhong (2006), Fluid transport phenomena in fibrous materials, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK, 124 pages. [online]. [cit. 2017-02-14]

Dostupné z: http://ningpan.net/publications/101-150/104/chapters/chapter_3.doc [3] Přednáška: Interakce mezi kapalinou a vlákenným materiálem, Washburnův vztah [online]. [cit. 2017-03-05] Dostupné z:

https://nanoed.tul.cz/pluginfile.php/1912/course/section/787/Prezentace%208_tnt.pdf [4] Úhel smáčení [online]. [cit. 2017-03-20] Dostupné z:

http://147.33.74.135/knihy/uid_es-001/hesla/uhel_smaceni.html [5] Viková, Martina. Smáčení [online]. [cit. 2017-03-19] Dostupné z:

http://dirk.kmi.tul.cz/depart/ktc/include/osobni_stranky/vikova.martina/teaching/11sma c3.pdf

[6] Wikipedia: Contact angle [online]. [cit. 2017-03-22] Dostupné z:

https://en.wikipedia.org/wiki/Contact_angle

[7] Přednáška: Interakce mezi kapalinou a vlákenným materiálem, Radiální kapilára [online]. [cit. 2017-03-05] Dostupné z:

https://nanoed.tul.cz/pluginfile.php/1912/course/section/788/Prezentace%209_tnt.pdf [8] Ing. Bc. Košťáková Eva. Dynamika průniku kapalin do vlákenných materiálů.

Liberec: Technická univerzita v Liberci 2011

[9] Yuehua Yuan and T. Randall Lee. Contact Angle and Wetting Properties. 2013, 34 s ISBN: 978-3-642-34242-4

[10] Sorpční vlastnosti vláken [online]. [cit. 2016-12-10] Dostupné z:

http://www.kmi.tul.cz/studijni_materialy/data/2013-04-17/08-29-36.pdf [11] Langmuirova adsorpční izoterma [online]. [cit. 2017-03-20] Dostupné z:

http://147.33.74.135/knihy/uid_es-001/hesla/langmuirova_adsorpcni_izoterma.html [12] Adsorpce, izotermy [online]. [cit. 2017-03-21] Dostupné z:

http://fch.upol.cz/skripta/std/ads_stater.pdf

[13] Wikipedia: Povrchové napětí [online]. [cit. 2017-03-22] Dostupné z:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Povrchové_napětí

[14] Povrchové napětí a kapilarita [online]. [cit. 2017-03-16] Dostupné z:

https://kof.zcu.cz/vusc/pg/termo09/mechanics/v/v2.htm [15] Viskozita kapalin [online]. [cit. 2017-01-13] Dostupné z:

https://nanoed.tul.cz/pluginfile.php/4960/mod_resource/content/0/8.pdf

46

[16] Wikiskripta: Měření viskozity [online]. [cit. 2017-03-24] Dostupné z:

http://www.wikiskripta.eu/index.php/M%C4%9B%C5%99en%C3%AD_viskozity#Dal.

C5.A1.C3.AD_typy_viskozimetr.C5.AF

[17] Lauda viskozimetry [online]. [cit. 2017-03-24] Dostupné z:

http://www.centec.cz/clanky-viskozimetry.html

[18] Kittnar, O. a kolektiv. GRADA, Lékařská fyziologie,. 2011, 800 s. ISBN 978-80- 247-3068-4

[19] Stryja J.: Exsudát a funkce terapeutických krytí, Pravidla doporučených postupů, Světová unie asociací pro léčbu ran, 2007

[20] Terapie [online]. [cit. 2017-04-10] Dostupné z:

http://ose.zshk.cz/vyuka/terapie.aspx?tid=51

[21] Roztoky krevních náhrad [online]. [cit. 2017-04-10] Dostupné z:

http://nas.lf3.cuni.cz/materialy/CNSOO1/infuzni%20roztoky(4f364bd56af4b).pdf [22] Michalkova, Eva. Studium vlastností termicky pojených netkaných textilií.

Liberec: Technická univerzita v Liberci 2016

47

Seznam použitých obrázků

Obr. 1 Porovnání izoterem [10] ... 13

Obr. 2 Porovnání Langmuirovy (A) a BET (B) izoteremy s více vrstvami. [13] ... 13

Obr. 3 Kapky položené na vodorovný povrch [2] ... 14

Obr. 4 Kapilára [3] ... 15

Obr. 5 Funkce h = h (t) [8] ... 16

Obr. 6 Cylindrická kapilára s horizontálně orientovanou nádržkou [8] ... 16

Obr. 7 Funkce h = h(t) jako inverze rovnice [8] ... 17

Obr. 8 Válcová kapilára v nádržce [8] ... 17

Obr. 9 Funkce h = h(t) jako inverze rovnice [8] ... 18

Obr. 10 Válcová kapilára s nádržkou, s prouděním kapaliny dolů. [8] ... 18

Obr. 11 Model radiální kapiláry [7] ... 18

Obr. 12 Případy pronikání kapky do modelu radiální kapiláry [7] ... 19

Obr. 13 Postupný průnik kapky [8] ... 19

Obr. 14 Schéma kapky kapaliny na pevném povrchu ... 22

Obr. 15 Hystereze úhlu smáčení [5] ... 23

Obr. 16 Typy trubic kapilárních viskozimetrů [17] ... 26

Obr. 17 Analytická váha ... 31

Obr. 18 Tensiometer K12 ... 32

Obr. 19 Základní závěsná část ... 34

Obr. 20 Prvotní inovace ... 34

Obr. 21 Finální inovace závěsné části ... 35

Seznam použitých tabulek

Tab. 2 Krevní náhražky [21] ... 28

Tab. 3 Závislost viskozity na koncentraci PVP ... 30

Tab. 4 Hmotnost testovaných vzorků použitých pro destilovanou vodu v [g] ... 36

Tab. 5 Hodnoty sorbované textilie vlivem vody ... 36

Tab. 6 Hmotnost testovaných vzorku použité pro 2% PVP v [g] ... 38

Tab. 7 Hodnoty sorbované textilie vlivem 2% PVP ... 38

Tab. 8 Hmotnost testovaných vzorků použité pro 5% PVP v [g] ... 40

Tab. 9 Hodnoty sorbované textilie vlivem 5% PVP ... 40