專利名稱：納米銀纖維網(wǎng)及其靜電紡絲方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯纖維網(wǎng)及其靜電紡絲方法和應用，更特別的，涉及一種納米銀纖維網(wǎng)及其靜電紡絲(Electrospinning)方法和應用。
背景技術：
由于科技的日新月異與迅速發(fā)展，納米技術在日常生活中已得到廣泛運用，從電子產品、環(huán)保生醫(yī)、紡織服裝到化妝品等，都可看見納米技術的痕跡。以納米技術制成的紡織纖維為例，目前紡織纖維以納米纖維的制造為大家矚目的焦點之一。納米纖維具有較小的直徑，與傳統(tǒng)纖維相比小很多，加上納米纖維具有大的表面積，因此使納米纖維用途變的相當廣泛。利用納米纖維制成的不織布(無紡布)具有高透氣的特性，再加上納米纖維具有大表面積的特性，因此常用納米纖維制成醫(yī)療用途的織物或不織物，以加快組織修補再生與促進傷口復原。也因為納米纖維網(wǎng)具有高孔隙性的特性，所以常作為高效率的過濾材料，例如防靜電、除塵、除臭等防治空氣污染的過濾材料。
再者，以納米技術制成的納米銀為例，銀在古代就已經(jīng)被使用作為抗菌物品，如古代是用銀針來測試菜肴里的毒素，利用銀制造的容器存放酒或牛奶等液體以避免腐壞，或是拿銀箔防止打仗傷兵的傷口細菌感染等，都證明了銀的抗菌特性。銀本身具有廣泛的殺菌效果，可殺死數(shù)百種細菌，且銀不具毒性。所以銀的使用范圍才會如此廣泛且歷史悠久。目前的科技以納米技術的方式制成納米級細微顆粒的納米銀，使銀活性變大，抗菌功能增強，因此更增加納米銀的用途。用在抗菌、除臭方面而成為抗菌涂料，使納米銀披覆于纖維上而成為抗菌纖維；或是利用納米銀制成抗菌敷劑，以抑制霉菌生長，有效達到防腐功能；或是治療疾病、抗炎、促進傷口愈合等諸多功效。以納米銀的抗菌功能而言，納米銀細微顆?；蚴羌{米銀的銀離子水溶液都具有顯著的殺菌效果，對于大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等，均有顯著的抑制效果，因此常被用于醫(yī)療方面。
參考圖1，其是臺灣專利證號第274107號的抗菌紡織品的纖維示意圖，如圖1所示，公知的抗菌纖維包含纖維1，纖維1上具有多個細孔結構2，并且在細孔結構2內混合填有納米銀3及高分子纖維接合劑4。如此，藉由納米銀3，使纖維1具有抗菌的功效。但是，納米銀3是與高分子纖維接合劑4混合后，填覆于細孔結構2的，即使高分子纖維接合劑4的粘著力強，當纖維1使用久了以后，細孔結構2內的納米銀3也會伴隨著高分子纖維接合劑4而脫落。而且，納米銀3藉由高分子纖維接合劑4混合填覆細孔結構2后，部分納米銀3將會被高分子纖維接合劑4包覆，無法完全使納米銀3與細菌接觸，因此抗菌的效果也因此打折扣。
再者，若纖維1不是納米纖維，則纖維1所制造出來的織物孔隙大，僅能適用于一般的織物，無法適用在其它場合而達最大功效。例如，以纖維1制造過濾材，由于纖維1不是納米纖維，因此纖維1所制造出來的過濾材料具有較大的孔隙，無法有效的過濾細菌。因此，若是使用納米纖維，在用浸或是涂布的方式，使添加有納米銀的溶液涂覆在納米纖維上，使納米銀附著于納米纖維而形成納米銀纖維。以納米銀纖維制成的過濾材料，不但具有納米纖維的高孔隙性，還具有納米銀的的抗菌效果。
但是用涂覆納米銀于納米纖維上而制成的納米銀纖維，經(jīng)過多次的水洗后，納米銀纖維的納米銀含量越漸稀少，因而影響了納米銀纖維殺菌的效果。而且，以浸或是涂布的方式將納米銀涂覆于納米纖維時，將會使納米銀的使用量增大；而且以浸或是涂布的方式，使納米銀氧化機會增加，因而使納米銀纖維外觀上看起來容易變黃，相對的以浸或是涂布的方式所制備的納米銀纖維制品，外觀上也會呈現(xiàn)黃色，影響消費者的購買心態(tài)，使納米銀纖維制品銷售量降低，相對的使業(yè)者造成損失。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一是提供一種納米銀與納米纖維一體成形，使納米銀嵌入聚丙烯的納米纖維中而形成的納米銀纖維網(wǎng)。
本發(fā)明的目的之二是提供一種納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法。
本發(fā)明的目的之三是提供一種納米銀纖維網(wǎng)的應用。
本發(fā)明的這些以及其他目的將通過下列詳細描述和說明來進一步體現(xiàn)和闡述。
本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)，由含納米銀的聚丙烯納米纖維組成，其中納米銀的一部分位于納米纖維內，另一部份位于納米纖維外，納米銀纖維的直徑為50至500納米，納米銀顆粒的大小為100至500納米，該納米銀纖維具有靜電。
在本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)中，在聚丙烯納米纖維中，納米銀的含量為250-2000ppm。較好的是，納米銀的含量為500-2000ppm?？梢赃x擇的是，納米銀的含量為1500ppm。
本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法，包括下列步驟提供一聚丙烯溶液；將納米銀顆粒均勻混合在該聚丙烯溶液中形成一混合液；將該混合液放入具有承載裝置支撐的多個注射筒中；提供一高電壓于該注射筒；以及提供一金屬承接網(wǎng)于該注射筒的一側；其中，產生一納米銀纖維網(wǎng)時，藉由該高電壓使該注射筒的一端帶電，并使該混合液夾帶電荷噴射于該金屬承接網(wǎng)而成為一細流，該細流在噴設至該金屬承接網(wǎng)之前，該細流固化而形成納米銀纖維網(wǎng)。
在本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法中，承載裝置為一旋轉式承載裝置，注射筒的材質為金屬，靜電紡絲電壓為15-24KV，接受距離為4-15厘米，紡絲溫度為15-100℃。
本發(fā)明的所制備的納米銀纖維網(wǎng)的應用，其中該納米纖維可制成一過濾罩體，如口罩。也可制成一衛(wèi)生用品，如衛(wèi)生棉。
用本發(fā)明的靜電紡絲方法所制備的納米銀纖維網(wǎng)可使納米銀與納米纖維一體成形，讓納米銀嵌入聚丙烯的納米纖維中而形成納米銀纖維網(wǎng)，可以有效的減少納米銀脫落現(xiàn)象，顯著增加納米銀纖維網(wǎng)制品的殺菌效果，并且減少納米銀纖維黃化現(xiàn)象，更可減少制作納米銀纖維的納米銀的添加量。
四
圖1為現(xiàn)有技術制備的纖維示意圖。
圖2為本發(fā)明制備的納米銀纖維的結構示意圖。
圖3為本發(fā)明制作方法的流程圖。
圖4為本發(fā)明制造設備的結構示意圖。
在圖1至圖4中，符號1代表纖維，符號2代表細孔結構，符號3代表納米銀，符號4代表高分子纖維接合劑，符號5代表納米纖維，符號6代表聚丙烯溶液，符號10代表納米銀纖維，符號15代表混合液，符號20代表承載裝置，符號25代表注射筒，符號30代表高電壓供應器，符號40代表金屬承接網(wǎng)，符號50代表細流。
在本發(fā)明中使用的所有原材料等均是常規(guī)使用的，可以從市場購得。在本發(fā)明中，如非特指，所有的量、百分比均為重量單位。
在本發(fā)明中，使用的納米銀系無機抗菌粉體，可以是以磷酸鹽為載體的白色粉末，采用化學反應和煅燒流程制備的抗菌材料。納米銀系無機抗菌粉體粒徑為5-80nm，含銀量為2-10％，白度＞85，密度為0.511克/毫升(GB5211.4-85)，干燥失重＜0.08％％(105±2℃2hrGB5211.3-85)，PH值為6-8(10克樣/100毫升水GB1717-86)，灼燒失重＜0.10％(850℃，2小時)，其是一種市售產品，例如可以選擇商品牌號為HTB系列、生產廠家為南京海泰納米材料有限公司納米銀系無機抗菌粉體。也可以選擇以無機材料如燈芯草為載體的納米銀材料(其制備方法為現(xiàn)有技術公知的)。
下面結合實施例對本發(fā)明進行具體的描述。由技術常識可知，本發(fā)明可以通過其他的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，下列實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內或等同本發(fā)明的范圍內的改變均被本發(fā)明包含。
具體實施例方式
參考圖2，本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)10是利用電紡絲(Electrospinning)技術而制作；而本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)10包含納米纖維5與多個納米銀7；納米纖維5是以聚丙烯為材質而制成，納米纖維5是通過靜電紡絲方法所制造，而納米銀7則嵌設于納米纖維5中(上)。納米銀的大小范圍為介于100至500納米之間，并且使納米銀7的一部分位于納米纖維5內，另一部份位于該納米纖維5外。由于納米銀7以嵌設的方式設置于納米纖維5中(上)，使納米銀7的一部分位于納米纖維5的外部，當細菌附著于納米銀纖維網(wǎng)10時，藉由位于納米纖維5的外部的納米銀7直接接觸細菌，并且殺死細菌。如此增加納米銀纖維網(wǎng)10的抗菌的效果。
本發(fā)明納米銀纖維網(wǎng)10的直徑范圍為50至500納米之間，即納米纖維5直徑范圍為50至500納米之間。因此以納米銀纖維網(wǎng)10做成的織品，孔隙相當?shù)募毿?，可過濾細菌，使細菌附著于以納米銀纖維網(wǎng)10做成的織品。而且以聚丙烯為材質而制成的納米纖維5，使納米纖維5本身具有靜電，即納米銀纖維網(wǎng)10本身具有靜電，可主動吸附細菌，讓細菌與納米銀7接觸而被消滅，因此可增加納米銀纖維網(wǎng)10過濾細菌的效果。
另外，藉由靜電的吸附使細菌的方式，可使細菌附著于納米銀纖維網(wǎng)10時，細菌內的細胞核受靜電的吸附而移位，導致細菌死亡，因此可殺死細菌，不需藉由納米銀7殺菌。如此更提升納米銀纖維網(wǎng)10制品的殺菌功效。相對的使納米銀纖維網(wǎng)10的用途更為廣泛，可以作為醫(yī)療或是衛(wèi)生用品。例如，可將納米銀纖維網(wǎng)10制成一過濾罩體，如一口罩，或是將納米銀纖維網(wǎng)10制成一衛(wèi)生用品，如一衛(wèi)生棉等。
參考圖3和圖4，在本發(fā)明的納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法中，首先進行步驟S10-提供一聚丙烯溶液6，將聚丙烯用溶劑(二甲基甲酰胺(DMF)或其他常規(guī)溶劑和按常規(guī)使用量來使用)溶解成為聚丙烯溶液6。溶劑本身具有高揮發(fā)性，因此聚丙烯溶液6具有高揮發(fā)性。然后進行步驟S20-混合納米銀顆粒7于聚丙烯溶液6中均勻攪拌形成一混合液15，將混合液15倒入一容器內，并使聚丙烯溶液6添加納米銀7的含量為1500ppm(百萬分之一)，所混合的納米銀7的顆粒大小范圍為100至500納米之間，而且可利用攪拌用玻璃棒或是攪拌裝置，讓納米銀7與聚丙烯溶液6均勻混合。
接著，進行步驟S50-將混合液15放入具有承載裝置20的多個注射筒25中，承載裝置20可為一旋轉式承載裝置，當承載裝置20轉動時，將帶動注射筒25旋轉，而注射筒25的材質為金屬材質。之后，進行步驟S40-提供一高電壓于注射筒25，將一高電壓供應器30接設于注射筒25上。最后，進行步驟S50-提供一金屬承接網(wǎng)40于注射筒25的一側，于高電壓供應器30接設于注射筒25后，將金屬承接網(wǎng)40接地。由于注射筒25及其針尖的材質為金屬材質，在注射筒25接設高電壓與金屬承接網(wǎng)40接地后，將使注射筒25的針尖與金屬承接網(wǎng)40之間產生一強大的電場。因此，注射筒25的一端會因為高電壓而夾帶大量電荷，使混合液15于注射筒25的針尖內夾帶電荷噴射于金屬承接網(wǎng)40而成為直徑非常纖細的一細流50，最后噴設至金屬承接網(wǎng)40而產生一納米銀纖維網(wǎng)10。
細流50為聚丙烯溶液6形成，由于聚丙烯溶液6具有高揮發(fā)性，因此在細流50于噴射出注射筒25而射至金屬承接網(wǎng)40之前，細流50會因為聚丙烯溶液6內的溶劑迅速揮發(fā)，使細流50固化，形成嵌設有納米銀7的聚丙烯的納米纖維5，亦即納米銀纖維網(wǎng)10。
表1為本發(fā)明的納米銀纖維制成的過濾材料的抗菌結果表。
表1
如表1所示，此實驗數(shù)據(jù)是以添加不同含量納米銀的納米銀纖維針對不同細菌而作測試。此實驗數(shù)據(jù)是以金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌而做測試。首先從表1可得知，在完全不加納米銀的聚丙烯納米纖維中，在聚丙烯納米纖維中有金黃色葡萄球菌，而金黃色葡萄球菌的數(shù)量為161000個，經(jīng)測試后，金黃色葡萄球菌的數(shù)量降為9000個；即金黃色葡萄球菌減少數(shù)量為161000-9000＝152000，滅菌率為94.4％。因為聚丙烯的納米纖維本身具靜電，藉由靜電的吸附即可將金黃色葡萄球菌消滅。也就是說，沒有添加納米銀的聚丙烯納米纖維具有一定的消滅金黃色葡萄球菌的功效。
而在完全不加納米銀的聚丙烯納米纖維中，在聚丙烯納米纖維放有肺炎桿菌，設置的數(shù)量為144000個，經(jīng)測試后，肺炎桿菌的數(shù)量不但沒有下降，反而提升至380000個，完全沒有殺菌的效果。也就是說，利用聚丙烯的納米纖維本身具有靜電的特性，完全無法消滅肺炎桿菌。由此可知，完全不加納米銀的聚丙烯納米纖維不能殺死肺炎桿菌。
接著，以添加250ppm納米銀的納米銀纖維，針對金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌作測試。一開始在金黃色葡萄球菌的測試環(huán)境下，設置于添加250ppm納米銀的納米銀纖維的金黃色葡萄球菌的數(shù)量為161000個，經(jīng)測試后，納米銀纖維的金黃色葡萄球菌的數(shù)量降為17200個；即金黃色葡萄球菌的減菌率為89.32％。而在肺炎桿菌的測試環(huán)境下，設置于添加250ppm納米銀的納米銀纖維的肺炎桿菌的數(shù)量為144000個，經(jīng)測試后，納米銀纖維的肺炎桿菌的數(shù)量降為2270個；即肺炎桿菌的減菌率為98.43％。由此可知，添加微量的納米銀可有效的降低金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌。但是添加250ppm納米銀的納米銀纖維與無添加納米銀的聚丙烯納米纖維相較之下，添加250ppm納米銀的納米銀纖維對于金黃色葡萄球菌的抗菌效果有很小的下降，不過對于肺炎桿菌仍然具有很顯著殺菌效果。
接著，以添加500ppm納米銀的納米銀纖維針對黃色葡萄球菌與肺炎桿菌作測試。一開始在金黃色葡萄球菌的測試環(huán)境下，添加500ppm納米銀的納米銀纖維的金黃色葡萄球菌的數(shù)量為161000個，經(jīng)測試后，金黃色葡萄球菌的數(shù)量降為7630個；即減菌率為95.25％，顯著降低了金黃色葡萄球菌的數(shù)量。而在肺炎桿菌的測試環(huán)境下，添加500ppm納米銀的納米銀纖維的肺炎桿菌的數(shù)量為144000個，經(jīng)測試后，肺炎桿菌的數(shù)量降為1500個；即減菌率為98.96％，顯著的降低了肺炎桿菌的數(shù)量。由此可知，添加500ppm納米銀的納米銀纖維可有效的降低金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌的數(shù)量。添加500ppm納米銀之納米銀纖維與添加250ppm納米銀之納米銀纖維相較之下，添加500ppm納米銀的納米銀纖維消滅金黃色葡萄球菌能力大幅提高，殺菌能力甚至還比未添加納米銀的聚丙烯納米纖維還要好；而以消滅肺炎桿菌的能力而言，也有小幅度的提高。
接著，添加1000ppm納米銀的納米銀纖維作測試，一開始在金黃色葡萄球菌的測試環(huán)境下，添加1000ppm納米銀的納米銀纖的金黃色葡萄球菌的數(shù)量為161000個，經(jīng)測試后，金黃色葡萄球菌的數(shù)量低于100個；即減菌率大于99.94％。而在肺炎桿菌的測試環(huán)境下，添加1000ppm納米銀的納米銀纖的肺炎桿菌的數(shù)量為144000個，經(jīng)測試后，肺炎桿菌的數(shù)量降為19700個；即減菌率為98.63％。由此可知，添加多量的納米銀可有效的殺死金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌。而添加1000ppm納米銀的納米銀纖維對金黃色葡萄球菌的殺菌能力小幅提高，但是對肺炎桿菌的殺菌能力卻小幅度下降。雖然對肺炎桿菌的殺菌能力有小幅度的下降，但是，但卻是具有極高的殺菌效果。
接著，使針對添加2000ppm納米銀的納米銀纖維作測試，一開始在金黃色葡萄球菌的測試環(huán)境下，添加2000ppm納米銀的納米銀纖維的金黃色葡萄球菌的數(shù)量為161000個，經(jīng)測試后，金黃色葡萄球菌的數(shù)量低于100個；即減菌率大于99.94％。而在肺炎桿菌的測試環(huán)境下，添加2000ppm納米銀的納米銀纖維的肺炎桿菌的數(shù)量為144000個，經(jīng)測試后，肺炎桿菌的數(shù)量降為19300個；即減菌率為98.66％。
由此可知，添加2000ppm的納米銀可有效的殺死金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌；但是針對金黃色葡萄球菌的殺菌效果而言，添加2000ppm與添加1000ppm納米銀的效果而言，幾乎是一樣的；再者，針對肺炎桿菌的殺菌效果而言，添加2000ppm與添加1000ppm的效果僅差0.03％，雖然有提升的效果，但提升數(shù)值不大，而且添加2000ppm與添加1000ppm納米銀的殺菌效果均非常良好。，因此，本發(fā)明的納米銀添加量以取折中的方式，選取2000與添加1000的中間數(shù)1500，即選用1500ppm作為本發(fā)明納米銀的添加量。
為了在更進一步的增加納米銀纖維的殺菌功效，也可使用本發(fā)明的納米銀纖維再次加工，以含浸或是涂布的方式，在納米銀纖維上涂布一層納米銀，如此，更可讓納米銀纖維發(fā)為極致的抗菌效果。使本發(fā)明所制造的納米銀纖維無論是作為醫(yī)療用途或衛(wèi)生安全用途，均可發(fā)揮極佳的殺菌效果，尤其是以醫(yī)療用途，若是能夠有效的殺菌，則可避免因細菌所帶來的污染或是傷害。
權利要求
1.一種納米銀纖維網(wǎng)，其特征在于由含納米銀的聚丙烯納米纖維組成，其中納米銀的一部分位于納米纖維內，另一部份位于納米纖維外，納米銀纖維的直徑為50至500納米，納米銀顆粒的大小為100至500納米。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米銀纖維網(wǎng)，其特征在于在聚丙烯納米纖維中，納米銀的含量為250-2000ppm。
3.根據(jù)權利要求1所述的納米銀纖維網(wǎng)，其特征在于在聚丙烯納米纖維中，納米銀的含量為500-2000ppm。
4.根據(jù)權利要求1所述的納米銀纖維網(wǎng)，其特征在于在聚丙烯納米纖維中，納米銀的含量為1500ppm。
5.根據(jù)權利要求1-4之一所述的納米銀纖維網(wǎng)，其特征在于該納米銀纖維具有靜電。
6.一種納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法，其特征在于包括下列步驟提供一聚丙烯溶液；將納米銀顆粒均勻混合在該聚丙烯溶液中形成一混合液；將該混合液放入具有承載裝置支撐的多個注射筒中；提供一高電壓于該注射筒；以及提供一金屬承接網(wǎng)于該注射筒的一側；其中，產生一納米銀纖維網(wǎng)時，藉由該高電壓使該注射筒的一端帶電，并使該混合液夾帶電荷噴射于該金屬承接網(wǎng)而成為一細流，該細流在噴設至該金屬承接網(wǎng)之前，該細流固化而形成納米銀纖維網(wǎng)。
7.根據(jù)權利要求6所述的納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法，其特征在于該承載裝置為一旋轉式承載裝置，注射筒的材質為金屬。
8.根據(jù)權利要求6所述的納米銀纖維網(wǎng)的靜電紡絲方法，其特征在于靜電紡絲電壓為15-24KV，接受距離為4-15厘米，紡絲溫度為15-100℃。
9.根據(jù)權利要求6-8之一所制備的納米銀纖維網(wǎng)的應用，其特征在于該納米纖維可制成一過濾罩體。
10.根據(jù)權利要求9所述的納米銀纖維網(wǎng)的應用，其特征在于所述的過濾罩體為口罩。
11.根據(jù)權利要求6-8之一所制備的納米銀纖維網(wǎng)的應用，其特征在于該納米纖維可制成一衛(wèi)生用品。
12.根據(jù)權利要求11所述的納米銀纖維網(wǎng)的應用，其特征在于該衛(wèi)生用品為衛(wèi)生棉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米銀纖維網(wǎng)及其靜電紡絲方法和應用，由含納米銀的聚丙烯納米纖維組成，其中納米銀的一部分位于納米纖維內，另一部份位于納米纖維外，納米銀纖維的直徑為50至500納米，納米銀顆粒的大小為100至500納米。用本發(fā)明的靜電紡絲方法所制備的納米銀纖維網(wǎng)可使納米銀與納米纖維一體成形，讓納米銀嵌入聚丙烯的納米纖維中而形成納米銀纖維網(wǎng)，可以有效的減少納米銀脫落現(xiàn)象，顯著增加納米銀纖維網(wǎng)制品的殺菌效果，并且減少納米銀纖維黃化現(xiàn)象，更可減少制作納米銀纖維的納米銀的添加量。
文檔編號A62B9/00GK1851087SQ200610087339
公開日2006年10月25日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權日2006年6月8日
發(fā)明者文日升 申請人:升聯(lián)國際生物科技股份有限公司