復(fù)合納米纖維的制法、其制得的復(fù)合納米纖維、濾層體及具有該濾層體的口罩的制作方法
【專利摘要】一種復(fù)合納米纖維的制法，包含以下步驟：提供電紡溶液，包括聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物、幾丁聚醣、寡聚體吸附劑及溶劑，且該溶劑包括甲酸；及將該電紡溶液通過靜電紡絲形成多個(gè)納米纖維。本發(fā)明也提供一種通過該制法制得的復(fù)合納米纖維，其直徑小于250nm。本發(fā)明制法所制得的復(fù)合納米纖維具有較細(xì)的直徑，且其不需額外對(duì)該基層施加靜電處理或添加活性碳即可制得具有良好空氣過濾效果的口罩，而能節(jié)省制作成本。
【專利說明】
復(fù)合納米纖維的制法、其制得的復(fù)合納米纖維、濾層體及具有該濾層體的口罩
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合納米纖維的制法，特別是涉及一種使用包括甲酸溶劑的電紡溶液的制法，以及所制得的復(fù)合納米纖維、濾層體及具有該濾層體的口罩。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技日新月異及人口密集，造成空氣等環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重，常見的空氣污染物除了毒性化學(xué)物質(zhì)以外，還包含粉塵粒子(例如PM2.5及PM1J和細(xì)菌等病原體(例如金黃色葡萄球菌、隱球菌、霉菌及病毒)。
[0003]—般常使用具有濾層體的口罩或空氣濾芯以阻隔并吸附空氣污染物，一般是在不織布表面予以靜電處理或添加活性碳吸附劑，借以達(dá)到過濾空氣的效果。然而，靜電處理或活性碳不僅價(jià)格昂貴且對(duì)于各種空氣污染物的過濾能力仍有待提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一目的在于提供一種復(fù)合納米纖維的制法，能制得直徑較細(xì)的復(fù)合納米纖維，且其不需額外施加靜電處理或添加活性碳即可制得具有良好空氣過濾效果的口罩，而能節(jié)省制作成本。
[0005]本發(fā)明的復(fù)合納米纖維的制法，包含以下步驟:提供電紡溶液，包括聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物、幾丁聚醣、寡聚體吸附劑及溶劑，幾丁聚醣與該寡聚體吸附劑可溶解于該溶劑，且該溶劑包括甲酸；及將該電紡溶液通過靜電紡絲形成多個(gè)納米纖維。
[0006]本發(fā)明的第二目的在于提供一種如上所述的制法制得的復(fù)合納米纖維，其直徑小于 250nmo
[0007]本發(fā)明的第三目的在于提供一種濾層體，包含:一個(gè)基層及一個(gè)過濾層。該基層為多孔結(jié)構(gòu)。該過濾層設(shè)置在該基層上且為多孔隙結(jié)構(gòu)，該過濾層由如上所述的復(fù)合納米纖維堆疊構(gòu)成。
[0008]本發(fā)明的第四目的在于提供一種口罩，包含:一個(gè)底層、一個(gè)如上所述的濾層體及一個(gè)表層。該濾層體鋪設(shè)在該底層上。該表層鋪設(shè)在該濾層體上。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:通過使用甲酸作為溶劑，可制得直徑較細(xì)的復(fù)合納米纖維，其堆疊構(gòu)成的過濾層兼具讓空氣較容易通過及強(qiáng)力阻隔粉塵粒子與細(xì)菌的能力，不需額外對(duì)該基層施加靜電處理或添加活性碳即可制得具有良好空氣過濾效果的口罩，而能節(jié)省制造成本。
[0010]以下將就本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0011]較佳地，所述納米纖維是在與氣體接觸下通過該靜電紡絲所形成，該氣體包括甲酸蒸氣。通過甲酸蒸氣的接觸，可形成直徑較均勻的紡絲產(chǎn)物，且可有效避免靜電紡絲的過程發(fā)生阻塞。更佳地，該氣體的溫度范圍為20-30°C。
[0012]較佳地，該電紡溶液還包括電解質(zhì)，以增加溶液的導(dǎo)電能力。較佳地，該電解質(zhì)占該電紡溶液的0.l-3wt %。更佳地，該電解質(zhì)占該電紡溶液的0.5wt %。較佳地，該電解質(zhì)是氯化鈉。
[0013]較佳地，該寡聚體吸附劑是選自于環(huán)糊精、甲基環(huán)糊精、羥丙基環(huán)糊精、羧甲基環(huán)糊精或其組合。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，該寡聚體吸附劑是羧甲基-β_環(huán)糊精(carboxymethyl-β -cyclodextrin, CM-β -CD)。
[0014]較佳地，在該電紡溶液中，幾丁聚醣與聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物的重量比例范圍為0.1-0.25。若幾丁聚醣與聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物的重量比例過高或過低皆不易形成纖維。
[0015]較佳地，該靜電紡絲的電壓范圍為14_20kV。若電壓小于14kV，由于電斥力不足，容易導(dǎo)致過多的電紡溶液聚集而滴落；若電壓大于20kV，易造成紡絲針頭放電而使靜電紡絲工藝中斷。更佳地，該靜電紡絲的電壓范圍為14-15kV。
[0016]較佳地，在該靜電紡絲中，該電紡溶液的流速范圍為0.001-0.15mL/min。若流速小于0.001mL/min時(shí)，難以有效形成電紡所需的泰勒錐(Taylor cone);若流速大于0.15mL/min時(shí)，難以得到均勻且連續(xù)的紡絲產(chǎn)物。更佳地，在該靜電紡絲中，該電紡溶液的流速范圍為 0.015-0.lmL/min。
[0017]較佳地，該靜電紡絲的操作環(huán)境溫度為15°C以上且低于30°C。若操作環(huán)境溫度在30°C以上，容易使該電紡溶液中的溶劑揮發(fā)過快，而難以得到均勻且完整的紡絲產(chǎn)物。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，該靜電紡絲的操作環(huán)境溫度為28°C。
[0018]當(dāng)該復(fù)合納米纖維直徑不小于500nm時(shí)，該濾層體對(duì)于粉塵粒子的過濾效果較差。較佳地，該復(fù)合納米纖維的直徑小于250nm。
[0019]較佳地，本發(fā)明的濾層體的過濾層的平均孔隙大小為1nm至I μ m。小于1nm的孔隙會(huì)導(dǎo)致空氣較不容易通過口罩，而大于I μπι的孔隙則會(huì)使其對(duì)于粉塵粒子的過濾效果降低。
[0020]較佳地，該過濾層的厚度為200nm至5 μ m。厚度小于200nm時(shí)，粉塵粒子的過濾效果差，而厚度大于5 μπι時(shí)，空氣較不容易通過口罩，會(huì)使空氣阻抗率過高而對(duì)呼吸造成阻力O更佳地，該過濾層的厚度為500nm至I μ m。
[0021]較佳地，本發(fā)明的口罩是將該底層、該濾層體及該表層相互貼合，并將該底層的周邊翻折固定，形成一個(gè)整體，該口罩還包含兩個(gè)耳掛，所述耳掛分別裝設(shè)于該整體的兩相反短側(cè)邊。
【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的其他的特征及功效，將于參照附圖的實(shí)施方式中清楚地呈現(xiàn)，其中:
[0023]圖1是側(cè)視圖，說明本發(fā)明濾層體的實(shí)施例；
[0024]圖2是掃描式電子顯微鏡照片，說明本發(fā)明濾層體的外觀；及
[0025]圖3是立體分解圖，說明本發(fā)明應(yīng)用例的口罩。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明將就以下實(shí)施例來作進(jìn)一步說明，但應(yīng)了解的是，該實(shí)施例僅為例示說明用，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實(shí)施的限制。
[0027]實(shí)施例
[0028]參閱圖1，本發(fā)明濾層體2的實(shí)施例包含一個(gè)基層21及一個(gè)過濾層22。該基層21為多孔結(jié)構(gòu)。在以下實(shí)施例中，該基層21采用聚丙烯熔噴不織布。
[0029]〈實(shí)施例1>
[0030][電紡溶液配制]
[0031]將0.5g竣甲基-β -環(huán)糊精(CM-β -CD，根據(jù) Zhanhua Huang等人在 CarbohydratePolymers, 2012, 88，609-617中公開的方法合成)、0.5g幾丁聚醣、2.0g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，購自于CHONEYE PURE CHEMICAL，重量平均分子量為120，000)及25mL甲酸混合，以磁石攪拌I天至均勻溶解，得到電紡溶液SI。
[0032][靜電紡絲]
[0033]以玻璃注射針筒承裝上述電紡溶液SI，將該針筒通過聚四氟乙烯(PTFE)管連接不銹鋼針頭，并裝設(shè)在微型栗上。于該不銹鋼針頭提供高壓電，使該電紡溶液SI進(jìn)行靜電紡絲，并以聚丙烯熔噴不織布收集所形成的紡絲產(chǎn)物E1，以使該紡絲產(chǎn)物在該不織布(基層21)上堆疊構(gòu)成一個(gè)過濾層22。靜電紡絲操作參數(shù)設(shè)定如下:電壓為15kV，流速為
0.015mL/min，環(huán)境溫度為28°C，該不銹鋼針頭出口與該不織布距離為12cm。
[0034]〈實(shí)施例2-7 >
[0035]實(shí)施例2-7的電紡溶液S2-S7的配制方法與實(shí)施例1類似，不同處在于將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的用量分別改變?yōu)?.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、5g。在進(jìn)行上述靜電紡絲后分別得到紡絲產(chǎn)物E2-E7。
[0036][掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察]
[0037]利用掃描式電子顯微鏡觀察實(shí)施例4得到的過濾層22，結(jié)果如圖2所示，顯示紡絲產(chǎn)物E4為納米尺度的纖維。
[0038]以ImageJ軟件統(tǒng)測(cè)分析并計(jì)算圖2中納米纖維的直徑(取樣20次)，結(jié)果顯示紡絲產(chǎn)物E4的平均直徑為200nmo
[0039][孔隙測(cè)試]
[0040]以前述靜電紡絲法制備測(cè)試樣品。其中，采用接地的鐵絲網(wǎng)取代該基層21，直接用該鐵絲網(wǎng)收集所形成的紡絲產(chǎn)物，獲得測(cè)試樣品。
[0041]采用氮?dú)獾葴匚?脫附儀(BET ;型號(hào)為QUANTACHR0ME，Autosorb-Ι)測(cè)定孔隙。測(cè)試樣品先經(jīng)30°C且壓力為IX 10 5HimHg的狀態(tài)下抽真空除氣處理12小時(shí)后，再置于儀器中進(jìn)行吸/脫附的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后所測(cè)得的平衡吸附量，經(jīng)由BET(Brunauer-Emmett-Teller)方程式計(jì)算而得知比表面積(m2/g)，并于不同相對(duì)壓力(P/P。)下測(cè)得樣品的吸附量，再分別用 BJH(Barrett-Joyner-Halenda method)與 DFT (Density Funct1nal Theory method)的方法計(jì)算中孔(mesopore)與微孔(micropore)的孔徑分布。此計(jì)算方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不予贅述。
[0042]經(jīng)測(cè)試本實(shí)施例E1-E7的樣品孔隙，皆介于1nm至I μπι之間。通過調(diào)整電紡溶液與靜電紡絲的操作，可進(jìn)一步控制孔隙大小。
[0043]應(yīng)用例
[0044]參閱圖3，本發(fā)明的應(yīng)用例為一個(gè)口罩。該口罩包含一個(gè)底層3、一個(gè)濾層體2及一個(gè)表層4。該底層3是防水層，具有防止飛沫沾染的效用。該濾層體2即為上述實(shí)施例4所制得的濾層體，并鋪設(shè)在該底層3上。該表層4是吸水層，鋪設(shè)在該濾層體2上。
[0045]將前述三層相互貼合，并將該底層3的周邊翻折，再采用熱熔貼合或縫紉固定，形成一個(gè)整體，并于兩個(gè)相反短側(cè)邊分別裝設(shè)耳掛5，形成該口罩。
[0046][空氣阻抗率&粉塵粒子穿透率測(cè)試]
[0047]依據(jù)N1SH N95標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試空氣阻抗率及粉塵粒子穿透率。其中空氣阻抗率以壓差來表示，較低的壓差代表空氣較容易通過口罩。粉塵粒子穿透率以百分比表示，較低的粉塵粒子穿透率代表口罩的阻隔粉塵粒子的能力較強(qiáng)。
[0048]本應(yīng)用例的口罩的空氣阻抗率低于20mmH20，顯示其具有較低的呼吸阻力。而對(duì)于粒徑300nm的粒子穿透率在1.6%以下，顯示其具有極佳的過濾效果。良好的口罩應(yīng)具備呼吸阻力小及過濾效果佳的優(yōu)點(diǎn)，因此，對(duì)比N95型口罩的要求(阻抗率為25mmH20以下、粒徑300nm的粒子穿透率為5%以下)，本發(fā)明的口罩具有更低的呼吸阻力及更佳的過濾效果。
[0049][細(xì)菌過濾效率測(cè)試]
[0050]依據(jù)CNS 14775 T4037-2003測(cè)試細(xì)菌過濾效率，使用金黃色葡萄球菌(ATCC6538)生物氣霧，平均粒徑為2.9 μ m，測(cè)試面積為39.5cm2。細(xì)菌過濾效率以百分比表示，較高的細(xì)菌過濾效率代表細(xì)菌較不易通過口罩。
[0051]本應(yīng)用例的口罩的細(xì)菌過濾效率達(dá)99.54% (重復(fù)5次所取平均值，對(duì)照組的平均菌落數(shù)為2229CFU)，顯示其具有良好的細(xì)菌阻隔效果。
[0052][紡織品抗菌性測(cè)試]
[0053]依據(jù)美國(guó)AATCC 100 (2012年版)紡織品抗菌性測(cè)試減菌率，測(cè)試菌種為金黃色葡萄球菌。減菌率以百分比表示，較高的減菌率代表紡織品的抗菌效果較佳。
[0054]本應(yīng)用例的口罩的減菌率高于99.9%，顯示其具有極佳的抗菌效果。
[0055]綜上所述，本發(fā)明復(fù)合納米纖維的制法通過使用甲酸作為電紡溶液的溶劑，可制得直徑較細(xì)的復(fù)合納米纖維，其堆疊構(gòu)成該過濾層22以制成的口罩具有較低的空氣阻抗率、粉塵粒子穿透率及較高的細(xì)菌過濾效率，不需額外對(duì)該基層21施加靜電處理或添加活性碳即可制得，而能節(jié)省制作成本，所以確實(shí)能達(dá)成本發(fā)明的目的。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即凡依本發(fā)明權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合納米纖維的制法，其特征在于其包含以下步驟: 提供電紡溶液，包括聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物、幾丁聚醣、寡聚體吸附劑及溶劑，幾丁聚醣與該寡聚體吸附劑可溶解于該溶劑，且該溶劑包括甲酸；及 將該電紡溶液通過靜電紡絲形成多個(gè)納米纖維。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于:該寡聚體吸附劑是選自于環(huán)糊精、甲基環(huán)糊精、羥丙基環(huán)糊精、羧甲基環(huán)糊精或其組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于:在該電紡溶液中，幾丁聚醣與聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物的重量比例范圍為0.1-0.25。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于:該靜電紡絲的電壓范圍為14-20kV。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于:在該靜電紡絲中，該電紡溶液的流速范圍為 0.001-0.15mL/min。6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法制得的復(fù)合納米纖維，其特征在于其直徑小于250nmo7.一種濾層體，其特征在于其包含: 一個(gè)基層，該基層為多孔結(jié)構(gòu)；及 一個(gè)過濾層，設(shè)置在該基層上且為多孔隙結(jié)構(gòu)，該過濾層由根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合納米纖維堆疊構(gòu)成。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾層體，其特征在于:該過濾層的平均孔隙大小為1nm至I μ m09.一種口罩，其特征在于其包含: 一個(gè)底層； 一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾層體，鋪設(shè)在該底層上；及 一個(gè)表層，鋪設(shè)在該濾層體上。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的口罩，其特征在于:將該底層、該濾層體及該表層相互貼合，并將該底層的周邊翻折固定，形成一個(gè)整體，該口罩還包含兩個(gè)耳掛，所述耳掛分別裝設(shè)于該整體的兩相反短側(cè)邊。
【文檔編號(hào)】B32B5/18GK105821493SQ201510730762
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日
【發(fā)明人】粘譽(yù)薰, 邱儀郡
【申請(qǐng)人】粘譽(yù)薰