专利名称：纳米银纤维网及其静电纺丝方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚丙烯纤维网及其静电纺丝方法和应用，更特别的，涉及一种纳米银纤维网及其静电纺丝(Electrospinning)方法和应用。
背景技术：
由于科技的日新月异与迅速发展，纳米技术在日常生活中已得到广泛运用，从电子产品、环保生医、纺织服装到化妆品等，都可看见纳米技术的痕迹。以纳米技术制成的纺织纤维为例，目前纺织纤维以纳米纤维的制造为大家瞩目的焦点之一。纳米纤维具有较小的直径，与传统纤维相比小很多，加上纳米纤维具有大的表面积，因此使纳米纤维用途变的相当广泛。利用纳米纤维制成的不织布(无纺布)具有高透气的特性，再加上纳米纤维具有大表面积的特性，因此常用纳米纤维制成医疗用途的织物或不织物，以加快组织修补再生与促进伤口复原。也因为纳米纤维网具有高孔隙性的特性，所以常作为高效率的过滤材料，例如防静电、除尘、除臭等防治空气污染的过滤材料。
再者，以纳米技术制成的纳米银为例，银在古代就已经被使用作为抗菌物品，如古代是用银针来测试菜肴里的毒素，利用银制造的容器存放酒或牛奶等液体以避免腐坏，或是拿银箔防止打仗伤兵的伤口细菌感染等，都证明了银的抗菌特性。银本身具有广泛的杀菌效果，可杀死数百种细菌，且银不具毒性。所以银的使用范围才会如此广泛且历史悠久。目前的科技以纳米技术的方式制成纳米级细微颗粒的纳米银，使银活性变大，抗菌功能增强，因此更增加纳米银的用途。用在抗菌、除臭方面而成为抗菌涂料，使纳米银披覆于纤维上而成为抗菌纤维；或是利用纳米银制成抗菌敷剂，以抑制霉菌生长，有效达到防腐功能；或是治疗疾病、抗炎、促进伤口愈合等诸多功效。以纳米银的抗菌功能而言，纳米银细微颗粒或是纳米银的银离子水溶液都具有显著的杀菌效果，对于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等，均有显著的抑制效果，因此常被用于医疗方面。
参考图1，其是台湾专利证号第274107号的抗菌纺织品的纤维示意图，如图1所示，公知的抗菌纤维包含纤维1，纤维1上具有多个细孔结构2，并且在细孔结构2内混合填有纳米银3及高分子纤维接合剂4。如此，藉由纳米银3，使纤维1具有抗菌的功效。但是，纳米银3是与高分子纤维接合剂4混合后，填覆于细孔结构2的，即使高分子纤维接合剂4的粘着力强，当纤维1使用久了以后，细孔结构2内的纳米银3也会伴随着高分子纤维接合剂4而脱落。而且，纳米银3藉由高分子纤维接合剂4混合填覆细孔结构2后，部分纳米银3将会被高分子纤维接合剂4包覆，无法完全使纳米银3与细菌接触，因此抗菌的效果也因此打折扣。
再者，若纤维1不是纳米纤维，则纤维1所制造出来的织物孔隙大，仅能适用于一般的织物，无法适用在其它场合而达最大功效。例如，以纤维1制造过滤材，由于纤维1不是纳米纤维，因此纤维1所制造出来的过滤材料具有较大的孔隙，无法有效的过滤细菌。因此，若是使用纳米纤维，在用浸或是涂布的方式，使添加有纳米银的溶液涂覆在纳米纤维上，使纳米银附着于纳米纤维而形成纳米银纤维。以纳米银纤维制成的过滤材料，不但具有纳米纤维的高孔隙性，还具有纳米银的的抗菌效果。
但是用涂覆纳米银于纳米纤维上而制成的纳米银纤维，经过多次的水洗后，纳米银纤维的纳米银含量越渐稀少，因而影响了纳米银纤维杀菌的效果。而且，以浸或是涂布的方式将纳米银涂覆于纳米纤维时，将会使纳米银的使用量增大；而且以浸或是涂布的方式，使纳米银氧化机会增加，因而使纳米银纤维外观上看起来容易变黄，相对的以浸或是涂布的方式所制备的纳米银纤维制品，外观上也会呈现黄色，影响消费者的购买心态，使纳米银纤维制品销售量降低，相对的使业者造成损失。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种纳米银与纳米纤维一体成形，使纳米银嵌入聚丙烯的纳米纤维中而形成的纳米银纤维网。
本发明的目的之二是提供一种纳米银纤维网的静电纺丝方法。
本发明的目的之三是提供一种纳米银纤维网的应用。
本发明的这些以及其他目的将通过下列详细描述和说明来进一步体现和阐述。
本发明的纳米银纤维网，由含纳米银的聚丙烯纳米纤维组成，其中纳米银的一部分位于纳米纤维内，另一部份位于纳米纤维外，纳米银纤维的直径为50至500纳米，纳米银颗粒的大小为100至500纳米，该纳米银纤维具有静电。
在本发明的纳米银纤维网中，在聚丙烯纳米纤维中，纳米银的含量为250-2000ppm。较好的是，纳米银的含量为500-2000ppm。可以选择的是，纳米银的含量为1500ppm。
本发明的纳米银纤维网的静电纺丝方法，包括下列步骤提供一聚丙烯溶液；将纳米银颗粒均匀混合在该聚丙烯溶液中形成一混合液；将该混合液放入具有承载装置支撑的多个注射筒中；提供一高电压于该注射筒；以及提供一金属承接网于该注射筒的一侧；其中，产生一纳米银纤维网时，藉由该高电压使该注射筒的一端带电，并使该混合液夹带电荷喷射于该金属承接网而成为一细流，该细流在喷设至该金属承接网之前，该细流固化而形成纳米银纤维网。
在本发明的纳米银纤维网的静电纺丝方法中，承载装置为一旋转式承载装置，注射筒的材质为金属，静电纺丝电压为15-24KV，接受距离为4-15厘米，纺丝温度为15-100℃。
本发明的所制备的纳米银纤维网的应用，其中该纳米纤维可制成一过滤罩体，如口罩。也可制成一卫生用品，如卫生棉。
用本发明的静电纺丝方法所制备的纳米银纤维网可使纳米银与纳米纤维一体成形，让纳米银嵌入聚丙烯的纳米纤维中而形成纳米银纤维网，可以有效的减少纳米银脱落现象，显著增加纳米银纤维网制品的杀菌效果，并且减少纳米银纤维黄化现象，更可减少制作纳米银纤维的纳米银的添加量。
四
图1为现有技术制备的纤维示意图。
图2为本发明制备的纳米银纤维的结构示意图。
图3为本发明制作方法的流程图。
图4为本发明制造设备的结构示意图。
在图1至图4中，符号1代表纤维，符号2代表细孔结构，符号3代表纳米银，符号4代表高分子纤维接合剂，符号5代表纳米纤维，符号6代表聚丙烯溶液，符号10代表纳米银纤维，符号15代表混合液，符号20代表承载装置，符号25代表注射筒，符号30代表高电压供应器，符号40代表金属承接网，符号50代表细流。
在本发明中使用的所有原材料等均是常规使用的，可以从市场购得。在本发明中，如非特指，所有的量、百分比均为重量单位。
在本发明中，使用的纳米银系无机抗菌粉体，可以是以磷酸盐为载体的白色粉末，采用化学反应和煅烧流程制备的抗菌材料。纳米银系无机抗菌粉体粒径为5-80nm，含银量为2-10％，白度＞85，密度为0.511克/毫升(GB5211.4-85)，干燥失重＜0.08％％(105±2℃2hrGB5211.3-85)，PH值为6-8(10克样/100毫升水GB1717-86)，灼烧失重＜0.10％(850℃，2小时)，其是一种市售产品，例如可以选择商品牌号为HTB系列、生产厂家为南京海泰纳米材料有限公司纳米银系无机抗菌粉体。也可以选择以无机材料如灯芯草为载体的纳米银材料(其制备方法为现有技术公知的)。
下面结合实施例对本发明进行具体的描述。由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，下列实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包含。
具体实施例方式
参考图2，本发明的纳米银纤维网10是利用电纺丝(Electrospinning)技术而制作；而本发明的纳米银纤维网10包含纳米纤维5与多个纳米银7；纳米纤维5是以聚丙烯为材质而制成，纳米纤维5是通过静电纺丝方法所制造，而纳米银7则嵌设于纳米纤维5中(上)。纳米银的大小范围为介于100至500纳米之间，并且使纳米银7的一部分位于纳米纤维5内，另一部份位于该纳米纤维5外。由于纳米银7以嵌设的方式设置于纳米纤维5中(上)，使纳米银7的一部分位于纳米纤维5的外部，当细菌附着于纳米银纤维网10时，藉由位于纳米纤维5的外部的纳米银7直接接触细菌，并且杀死细菌。如此增加纳米银纤维网10的抗菌的效果。
本发明纳米银纤维网10的直径范围为50至500纳米之间，即纳米纤维5直径范围为50至500纳米之间。因此以纳米银纤维网10做成的织品，孔隙相当的细小，可过滤细菌，使细菌附着于以纳米银纤维网10做成的织品。而且以聚丙烯为材质而制成的纳米纤维5，使纳米纤维5本身具有静电，即纳米银纤维网10本身具有静电，可主动吸附细菌，让细菌与纳米银7接触而被消灭，因此可增加纳米银纤维网10过滤细菌的效果。
另外，藉由静电的吸附使细菌的方式，可使细菌附着于纳米银纤维网10时，细菌内的细胞核受静电的吸附而移位，导致细菌死亡，因此可杀死细菌，不需藉由纳米银7杀菌。如此更提升纳米银纤维网10制品的杀菌功效。相对的使纳米银纤维网10的用途更为广泛，可以作为医疗或是卫生用品。例如，可将纳米银纤维网10制成一过滤罩体，如一口罩，或是将纳米银纤维网10制成一卫生用品，如一卫生棉等。
参考图3和图4，在本发明的纳米银纤维网的静电纺丝方法中，首先进行步骤S10-提供一聚丙烯溶液6，将聚丙烯用溶剂(二甲基甲酰胺(DMF)或其他常规溶剂和按常规使用量来使用)溶解成为聚丙烯溶液6。溶剂本身具有高挥发性，因此聚丙烯溶液6具有高挥发性。然后进行步骤S20-混合纳米银颗粒7于聚丙烯溶液6中均匀搅拌形成一混合液15，将混合液15倒入一容器内，并使聚丙烯溶液6添加纳米银7的含量为1500ppm(百万分之一)，所混合的纳米银7的颗粒大小范围为100至500纳米之间，而且可利用搅拌用玻璃棒或是搅拌装置，让纳米银7与聚丙烯溶液6均匀混合。
接着，进行步骤S50-将混合液15放入具有承载装置20的多个注射筒25中，承载装置20可为一旋转式承载装置，当承载装置20转动时，将带动注射筒25旋转，而注射筒25的材质为金属材质。之后，进行步骤S40-提供一高电压于注射筒25，将一高电压供应器30接设于注射筒25上。最后，进行步骤S50-提供一金属承接网40于注射筒25的一侧，于高电压供应器30接设于注射筒25后，将金属承接网40接地。由于注射筒25及其针尖的材质为金属材质，在注射筒25接设高电压与金属承接网40接地后，将使注射筒25的针尖与金属承接网40之间产生一强大的电场。因此，注射筒25的一端会因为高电压而夹带大量电荷，使混合液15于注射筒25的针尖内夹带电荷喷射于金属承接网40而成为直径非常纤细的一细流50，最后喷设至金属承接网40而产生一纳米银纤维网10。
细流50为聚丙烯溶液6形成，由于聚丙烯溶液6具有高挥发性，因此在细流50于喷射出注射筒25而射至金属承接网40之前，细流50会因为聚丙烯溶液6内的溶剂迅速挥发，使细流50固化，形成嵌设有纳米银7的聚丙烯的纳米纤维5，亦即纳米银纤维网10。
表1为本发明的纳米银纤维制成的过滤材料的抗菌结果表。
表1
如表1所示，此实验数据是以添加不同含量纳米银的纳米银纤维针对不同细菌而作测试。此实验数据是以金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌而做测试。首先从表1可得知，在完全不加纳米银的聚丙烯纳米纤维中，在聚丙烯纳米纤维中有金黄色葡萄球菌，而金黄色葡萄球菌的数量为161000个，经测试后，金黄色葡萄球菌的数量降为9000个；即金黄色葡萄球菌减少数量为161000-9000＝152000，灭菌率为94.4％。因为聚丙烯的纳米纤维本身具静电，藉由静电的吸附即可将金黄色葡萄球菌消灭。也就是说，没有添加纳米银的聚丙烯纳米纤维具有一定的消灭金黄色葡萄球菌的功效。
而在完全不加纳米银的聚丙烯纳米纤维中，在聚丙烯纳米纤维放有肺炎杆菌，设置的数量为144000个，经测试后，肺炎杆菌的数量不但没有下降，反而提升至380000个，完全没有杀菌的效果。也就是说，利用聚丙烯的纳米纤维本身具有静电的特性，完全无法消灭肺炎杆菌。由此可知，完全不加纳米银的聚丙烯纳米纤维不能杀死肺炎杆菌。
接着，以添加250ppm纳米银的纳米银纤维，针对金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌作测试。一开始在金黄色葡萄球菌的测试环境下，设置于添加250ppm纳米银的纳米银纤维的金黄色葡萄球菌的数量为161000个，经测试后，纳米银纤维的金黄色葡萄球菌的数量降为17200个；即金黄色葡萄球菌的减菌率为89.32％。而在肺炎杆菌的测试环境下，设置于添加250ppm纳米银的纳米银纤维的肺炎杆菌的数量为144000个，经测试后，纳米银纤维的肺炎杆菌的数量降为2270个；即肺炎杆菌的减菌率为98.43％。由此可知，添加微量的纳米银可有效的降低金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌。但是添加250ppm纳米银的纳米银纤维与无添加纳米银的聚丙烯纳米纤维相较之下，添加250ppm纳米银的纳米银纤维对于金黄色葡萄球菌的抗菌效果有很小的下降，不过对于肺炎杆菌仍然具有很显著杀菌效果。
接着，以添加500ppm纳米银的纳米银纤维针对黄色葡萄球菌与肺炎杆菌作测试。一开始在金黄色葡萄球菌的测试环境下，添加500ppm纳米银的纳米银纤维的金黄色葡萄球菌的数量为161000个，经测试后，金黄色葡萄球菌的数量降为7630个；即减菌率为95.25％，显著降低了金黄色葡萄球菌的数量。而在肺炎杆菌的测试环境下，添加500ppm纳米银的纳米银纤维的肺炎杆菌的数量为144000个，经测试后，肺炎杆菌的数量降为1500个；即减菌率为98.96％，显著的降低了肺炎杆菌的数量。由此可知，添加500ppm纳米银的纳米银纤维可有效的降低金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌的数量。添加500ppm纳米银之纳米银纤维与添加250ppm纳米银之纳米银纤维相较之下，添加500ppm纳米银的纳米银纤维消灭金黄色葡萄球菌能力大幅提高，杀菌能力甚至还比未添加纳米银的聚丙烯纳米纤维还要好；而以消灭肺炎杆菌的能力而言，也有小幅度的提高。
接着，添加1000ppm纳米银的纳米银纤维作测试，一开始在金黄色葡萄球菌的测试环境下，添加1000ppm纳米银的纳米银纤的金黄色葡萄球菌的数量为161000个，经测试后，金黄色葡萄球菌的数量低于100个；即减菌率大于99.94％。而在肺炎杆菌的测试环境下，添加1000ppm纳米银的纳米银纤的肺炎杆菌的数量为144000个，经测试后，肺炎杆菌的数量降为19700个；即减菌率为98.63％。由此可知，添加多量的纳米银可有效的杀死金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌。而添加1000ppm纳米银的纳米银纤维对金黄色葡萄球菌的杀菌能力小幅提高，但是对肺炎杆菌的杀菌能力却小幅度下降。虽然对肺炎杆菌的杀菌能力有小幅度的下降，但是，但却是具有极高的杀菌效果。
接着，使针对添加2000ppm纳米银的纳米银纤维作测试，一开始在金黄色葡萄球菌的测试环境下，添加2000ppm纳米银的纳米银纤维的金黄色葡萄球菌的数量为161000个，经测试后，金黄色葡萄球菌的数量低于100个；即减菌率大于99.94％。而在肺炎杆菌的测试环境下，添加2000ppm纳米银的纳米银纤维的肺炎杆菌的数量为144000个，经测试后，肺炎杆菌的数量降为19300个；即减菌率为98.66％。
由此可知，添加2000ppm的纳米银可有效的杀死金黄色葡萄球菌与肺炎杆菌；但是针对金黄色葡萄球菌的杀菌效果而言，添加2000ppm与添加1000ppm纳米银的效果而言，几乎是一样的；再者，针对肺炎杆菌的杀菌效果而言，添加2000ppm与添加1000ppm的效果仅差0.03％，虽然有提升的效果，但提升数值不大，而且添加2000ppm与添加1000ppm纳米银的杀菌效果均非常良好。，因此，本发明的纳米银添加量以取折中的方式，选取2000与添加1000的中间数1500，即选用1500ppm作为本发明纳米银的添加量。
为了在更进一步的增加纳米银纤维的杀菌功效，也可使用本发明的纳米银纤维再次加工，以含浸或是涂布的方式，在纳米银纤维上涂布一层纳米银，如此，更可让纳米银纤维发为极致的抗菌效果。使本发明所制造的纳米银纤维无论是作为医疗用途或卫生安全用途，均可发挥极佳的杀菌效果，尤其是以医疗用途，若是能够有效的杀菌，则可避免因细菌所带来的污染或是伤害。
权利要求
1.一种纳米银纤维网，其特征在于由含纳米银的聚丙烯纳米纤维组成，其中纳米银的一部分位于纳米纤维内，另一部份位于纳米纤维外，纳米银纤维的直径为50至500纳米，纳米银颗粒的大小为100至500纳米。
2.根据权利要求1所述的纳米银纤维网，其特征在于在聚丙烯纳米纤维中，纳米银的含量为250-2000ppm。
3.根据权利要求1所述的纳米银纤维网，其特征在于在聚丙烯纳米纤维中，纳米银的含量为500-2000ppm。
4.根据权利要求1所述的纳米银纤维网，其特征在于在聚丙烯纳米纤维中，纳米银的含量为1500ppm。
5.根据权利要求1-4之一所述的纳米银纤维网，其特征在于该纳米银纤维具有静电。
6.一种纳米银纤维网的静电纺丝方法，其特征在于包括下列步骤提供一聚丙烯溶液；将纳米银颗粒均匀混合在该聚丙烯溶液中形成一混合液；将该混合液放入具有承载装置支撑的多个注射筒中；提供一高电压于该注射筒；以及提供一金属承接网于该注射筒的一侧；其中，产生一纳米银纤维网时，藉由该高电压使该注射筒的一端带电，并使该混合液夹带电荷喷射于该金属承接网而成为一细流，该细流在喷设至该金属承接网之前，该细流固化而形成纳米银纤维网。
7.根据权利要求6所述的纳米银纤维网的静电纺丝方法，其特征在于该承载装置为一旋转式承载装置，注射筒的材质为金属。
8.根据权利要求6所述的纳米银纤维网的静电纺丝方法，其特征在于静电纺丝电压为15-24KV，接受距离为4-15厘米，纺丝温度为15-100℃。
9.根据权利要求6-8之一所制备的纳米银纤维网的应用，其特征在于该纳米纤维可制成一过滤罩体。
10.根据权利要求9所述的纳米银纤维网的应用，其特征在于所述的过滤罩体为口罩。
11.根据权利要求6-8之一所制备的纳米银纤维网的应用，其特征在于该纳米纤维可制成一卫生用品。
12.根据权利要求11所述的纳米银纤维网的应用，其特征在于该卫生用品为卫生棉。
全文摘要
本发明公开了一种纳米银纤维网及其静电纺丝方法和应用，由含纳米银的聚丙烯纳米纤维组成，其中纳米银的一部分位于纳米纤维内，另一部份位于纳米纤维外，纳米银纤维的直径为50至500纳米，纳米银颗粒的大小为100至500纳米。用本发明的静电纺丝方法所制备的纳米银纤维网可使纳米银与纳米纤维一体成形，让纳米银嵌入聚丙烯的纳米纤维中而形成纳米银纤维网，可以有效的减少纳米银脱落现象，显著增加纳米银纤维网制品的杀菌效果，并且减少纳米银纤维黄化现象，更可减少制作纳米银纤维的纳米银的添加量。
文档编号A62B9/00GK1851087SQ200610087339
公开日2006年10月25日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者文日升 申请人:升联国际生物科技股份有限公司