CN102844475B - 通过旋转纺纱法制造的多组分纤维 - Google Patents
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Abstract
一种多组分纤维，包括第一组分和第二组分，这两种组分共同形成纤维体(11)，其中第一组分由第一纤维原料(1)组成，且其中第二组分由第二纤维原料(3)组成，为了能得到一种多组分纤维，在该多组分纤维中对温度敏感的纤维原料能够被无损伤地加工，其特征在于，借助旋转纺纱法进行制造。在一种方法中，第一纤维原料(1)被装入第一容器(2)，第二纤维原料(3)被装入第二容器(4)，其中这两个容器(2，4)被旋转，其中第一纤维原料(1)从第一容器(2)被送出，第二纤维原料(3)从第二容器(4)被送出，纤维原料(1，3)在离开容器(2，4)之后被结合到一起，容器(2，4)围绕相同的轴(A)旋转，第一纤维原料(1)经第一流道喷嘴(5，9a)从第一容器(2)被送出，第二纤维原料(3)经第二流道喷嘴(6，10a)从第二容器(4)被送出，从而实现上述目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种多组分纤维，包括第一组分和第二组分，这两种组分共同形成纤维体，其中第一组分由第一纤维原料组成，第二组分由第二纤维原料组成。本发明还涉及一种方法，其中第一纤维原料被装入第一容器，第二纤维原料被装入第二容器，这两个容器被旋转，第一纤维原料从第一容器被送出，第二纤维原料从第二容器被送出，所述纤维原料在离开容器后被结合到一起。
背景技术
由现有技术已知通过典型的纺纱法用熔液制造和生产空心、双组分或者多组分纤维。
在此背景下，EP801039A2公开了一种借助旋转关系制造双组分纤维的方法。在该方法中，第一熔融态矿物纤维原料通过喷嘴从第一旋转容器被送出。通过将第二熔融态矿物纤维原料抛甩到第一旋转容器的外壁上，使第二熔融态矿物纤维原料从外部沉积到送出的第一矿物纤维原料上。第一容器与第二容器分开设置，从而使所述容器能够彼此独立地旋转。
这种已知方法的缺点在于，多组分纤维只能采用高温、即通过产生熔融物来制造。其中尤其不利的是，不能在双组分纤维中无损伤地加工对温度敏感的纤维原料。尤其是不能用上述方法加工药物、除真菌剂、杀菌剂和类似对温度敏感的材料。
发明内容
本发明的目的在于实现一种多组分纤维，该多组分纤维中对温度敏感的纤维原料能够被无损伤地加工。
本发明通过一种多组分纤维来解决上述任务，所述多组分纤维包括第一组分和第二组分，这两种组分共同形成纤维体，其中所述第一组分由第一纤维原料组成，所述第二组分由第二纤维原料组成，其中所述多组分纤维借助旋转纺纱法进行制造。
根据本发明，通过旋转纺纱法来制造所述多组分纤维。一种这样的方法的特征在于，容器围绕相同的轴被旋转，其中第一纤维原料经第一流道喷嘴从第一容器被送出，第二纤维原料经第二流道喷嘴从第二容器被送出。
通过这里所描述的方法制造的多组分纤维往往互相扭缠。其中至少两根多组分纤维像两根电线一样相互缠绕在一起。该效果尤其会在旋转纺纱法中出现。由此可以了解是否能通过旋转纺纱法来制造多组分纤维。
根据本发明，首先意识到可以通过旋转纺纱法用对温度敏感的纤维原料制作多组分纤维。这些纤维原料不能无损伤地采用使用熔融物的经典纺纱法。具体可以了解的是，还可以纺织不能被热塑性加工的、由纺丝液形成的纤维原料。接下来可以了解的是，采用本发明所述的方法能够用通常无法熔化或者对温度极为敏感的可生物降解的材料和生物聚合物来纺织多组分纤维或纤维网。根据本发明，通过使两个容器围绕相同的轴旋转来实现该目的。这使得通过离心力送出的纤维原料能够毫无问题地结合到一起，形成多组分纤维。通过适当地选择旋转速度，纤维原料在容器内停留的时间可以如此选择，使得纤维原料仅在极短的时间内受热且不会因此发生受热损伤。在这样的程度上可以实现多组分纤维：其中对温度敏感的纤维原料能够无损伤地被加工。
下面将解决开始所提到的问题。
多组分纤维可具有生物相容性成分，和/或表现出在人体或动物体内的可生物降解性。多组分纤维可以在人体或动物体内生物降解。由此可以将多组分纤维敷在伤口上，并与人体或动物体组织毫无问题地生长在一起或者在其上降解。
多组分纤维的至少一种成分可含有药物或者由药物制成。由此能够以纤维形式供应人用或动物用药物。可以考虑用纤维网制造伤口敷料，在纤维网的纤维中置入药物。其他应用领域有局部美容、组织工程和移植。
至少一种成分可具有在最低50℃的温度下加热至少2分钟后就会发生结构损伤的材料。在结构损坏的情况下，其中还导致了材料特殊效用的降低。这种材料可以是药物，尤其是抗生素、酶、生长因子或者镇痛剂。
至少一种成分可含有抗生素。抗生素抑制细菌或病菌的生长。
至少一种成分可含有酶。酶能够调节代谢过程。
至少一种成分可含有生长因子。生长因子能够影响细胞生长。
至少一种成分可含有镇痛剂。由此可以将多组分纤维敷在伤口上并缓解创伤疼痛。
前面提到的任务还可以通过一种用于制造多组分纤维的方法来解决，在该方法中，将第一纤维原料装入第一容器，将第二纤维原料装入第二容器，其中这两个容器被旋转，所述第一纤维原料从所述第一容器被送出，所述第二纤维原料从所述第二容器被送出，并且所述纤维原料在离开所述容器之后被结合到一起，其特征在于，所述容器围绕相同的轴旋转，其中所述第一纤维原料经第一流道喷嘴从所述第一容器被送出，所述第二纤维原料经第二流道喷嘴从所述第二容器被送出。
为了避免重复发明内容，请参照对多组分纤维的描述。
纤维原料可以以下述方式结合到一起，使得它们形成对多组分纤维的补充。其中，还很柔软的纤维原料在离开与它们相对应的流道喷嘴之后相互形成紧密的、材料一体的接合。流道喷嘴被如此交汇在一起，使得多组分纤维形成不同的结构。这样可以制造出双组分纤维，尤其是核-壳纤维或者并排纤维，即所谓的“Core-Shell纤维”或“Side-by-Side纤维”。
第一容器可对应于内转子，第二容器可对应于外转子，其中第二容器在外围包围第一容器，并且第一容器的流道喷嘴被同心地设在第二容器的流道喷嘴内。通过该方法可以制造核-壳纤维、即所谓“Core-Shell纤维”形式的多组分纤维。
第一容器可对应于下转子部，第二容器对应于上转子部，其中第一容器的横截面呈半圆形的流道喷嘴靠在第二容器的横截面呈半圆形的流道喷嘴上。通过这种方法可以制造并排纤维、即所谓“Side-by-Side纤维”形式的多组分纤维。
用于实现在这里所描述的方法的设备包括两个能够围绕相同的轴旋转的容器，其中第一流道喷嘴对应于第一容器，第二流道喷嘴对应于第二容器，并且其中第一流道喷嘴和第二流道喷嘴相互对齐。由此可以制造多组分纤维，因为送出的纤维原料在离开流道喷嘴后能够互相形成紧密结实、材料一体的接合。
通过在这里所描述的方法，可以制造具有有效成分填充的核-壳纤维，即所谓的“药物释放纤维”。外壳可以由水凝胶(hydrogelierendem)材料，尤其是由明胶、PVA等组成。这样，活性成分可以从核-壳纤维中释放出来。核-壳纤维可以具有促进伤口愈合或者抗菌的内核，例如医用蜂蜜(Medihoney)、泛醇、壳聚糖等等。还可以制造具有用于吸收性伤口敷料的非胶体内核和胶体外壳的核-壳纤维。也可以考虑制造具有胶体和非胶体材料的“并排”纤维。
为了制造空心纤维，可以令核-壳纤维具有可洗脱或者可分离的内核。例如可以通过加热处理来去除内核。通过去除内核，空心纤维具有增大的表面积。通过增大纤维的可接触表面积，提高了纤维伤口敷料的表面活性。
通过在这里所描述的方法，还可以纺织对于核-壳纤维的内核而言无法纺织或者极难纺织的纤维原料。尤其可以考虑的是，纺织具有活性成分或者蛋白质的水溶液。
通过在这里所描述的方法，还可以纺织两种互相反应的纤维原料。其中具体可以考虑用交联剂来纺织聚合物。由此能够在一个步骤中实现纺织过程和交联反应。
在这里所描述的方法中，可以采用下列聚合物以及该聚合物的混合物的纺丝液、分散剂、乳状液或者熔液：
合成的可生物降解的聚合物，如聚乳酸，聚乳酸-羟基乙酸共聚物、例如ResomerRG502H，聚乳酸-聚环氧乙烯嵌段共聚物、例如ResomerRGPd5055，聚已内酯，聚已内酯-聚环氧乙烯嵌段共聚物，聚酸酐、例如聚苯丙生，聚原酸酯，聚磷酸酯、例如聚乳酸硫酸盐(Polylactophate)；合成的生物相容的聚合物或者说应用于医疗的聚合物，例如聚乙二醇，聚氧化乙烯，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙烯，聚丙烯，聚氨酯，聚二甲硅氧烷，聚甲基丙烯酸甲酯，聚氯乙稀，聚对苯二甲酸，聚四氟乙烯，聚-2-羟乙基甲基丙烯酸甲酯，诸如蛋白质和肽这样的生物聚合物，多糖，脂类，核酸，特别为明胶，胶原蛋白，藻酸盐，纤维素，弹性蛋白，淀粉，甲壳素，壳聚糖，透明质酸，右旋糖酐，虫胶，聚合物-活性成分缀合物，即连接到可生物降解或生物相容的聚合物上的活性成分或添加剂，以及上述聚合物类的共聚物。
纺丝液可以掺入添加剂或者活性成分：
这里可以加入浓度从0.000001到70％的酶，抗菌活性成分，维生素，抗氧化剂，抗感染剂，抗生素，抗病毒药物，“抗排斥药物”，镇痛剂，镇痛剂组合物，消炎药，抗炎药物，促进伤口愈合的药剂，激素，类固醇，睾酮，雌二醇，肽和/或多肽序列，固定附着促进肽序列，例如细胞外基质蛋白的肽序列和多肽片段，尤其是包含一个或多个氨基酸序列的RGD-，LDV-，GFOGER-，IKVAV-，SVVYGLR-，COMP-，ADAM，POEM-，YIGSR-，GVKGDKGNPGWPGAP-，环-DfKRG-，KRSR-，分离的和/或经基因工程处理过的蛋白质，多糖，糖蛋白，脂蛋白，氨基酸，生长因子，特别是来自生长因子家族TGF，尤其是TGF-β)，FGF，PDGF，EGF，GMCSF，VEGF，IGF，HGF，,IL-1B，IL8和NG，RNAsiRNA,mRNA和/或DNA，抗癌药物，例如紫杉醇，阿霉素，1,3-二-2-氯-1-亚硝基脲BCNU，喜树碱，活细胞，鸦片，尼古丁，硝酸甘油，可乐定，芬太尼，东莨菪碱，雷帕霉素，西罗莫司，硫酸庆大霉素，克罗磷酸庆大霉素，氨基磺酸，磺肽，D-氨基酸基类肽分子，呋喃衍生物，地塞米松，β-磷酸三钙和/或羟基磷灰石，特别是特殊的纳米羟基磷灰石。
通过在此所述的方法使得可纺织的纤维原料的种类范围变得很大，例如生物聚合物，尤其是蛋白质，多糖和聚合物的水性纺丝液或者生物溶剂。
还可考虑的是，用纤维原料熔液，例如聚合物，尤其是聚已内酯和多糖(尤其是蔗糖)的熔液来实现该方法。
还可以混合各种纺丝液。尤其是可以将第一纺丝液与第二纺丝液混合，第一纺丝液即为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的溶液，第二纺丝液即为明胶和钠的溶液。
还可以考虑的是，将分散剂和乳状液用作纺丝液。
利用在此所述的方法，还可以把不能纺织的纤维原料作为纤维内核进行纺织。尤其是可以纺织含有溶解活性成分的水溶液。
用本文所述方法制造的多组分纤维可以经过诸如交联反应的后续处理。多组分纤维还可以通过固结方法加工成纤维网。
在说明书中提到的纤维原料可以是纺丝液的形式。
现在有多种可能来以有益的方式实现本发明的构思并对其进行改进。为此，一方面参考后面所附的权利要求书，另一方面参考后面对本发明所述方法和多组分纤维的优选实施例的说明。
与优选实施例的说明相关联，还大致说明了构思的优选实施方式及其改进。
附图说明
图中示出：
图1示出具有内转子和外转子的设备的俯视截面图，
图2示出具有内转子和外转子的设备的侧向截面图，
图3示出根据图1和图2的设备的流道喷嘴出口侧的俯视图，
图4示出具有上转子部和下转子部的设备的侧向截面图，
图5示出根据图4的流道喷嘴出口侧的俯视图，以及
图6示出核-壳纤维和并排纤维。
具体实施方式
图1显示了一种用于实现一种方法的设备，该设备中，第一纤维原料1被装入第一容器2，第二纤维原料3被装入第二容器4，其中这两个容器2、4被旋转，第一纤维原料2从第一容器2被送出，第二纤维原料3从第二容器4被送出，纤维原料1、3在离开容器2、4之后被结合到一起。
容器2、4围绕相同的轴5旋转，其中第一纤维原料1通过第一流道喷嘴5从第一容器1被送出，第二纤维原料3通过第二流道喷嘴6从第二容器4被送出。纤维原料1、3以下述方式被结合到一起，使得所述纤维原料形成对多组分纤维的补充。
第一容器2对应于内转子7，第二容器对应于外转子8，其中第二容器4在外围包围第一容器2，第一容器2的流道喷嘴5同心地设在第二容器4的流道喷嘴6内。内转子7和外转子8同心设置。流道喷嘴5、6具有出口，纤维原料1、3从这些出口被送出。
图2示出了用于实现前述方法的设备的侧向截面图，其中第一容器2完全容纳在第二容器4内，并且被第二容器4同心地包围。
图3示出了图1和2所示同心设置的流道喷嘴5、6的出口的俯视图，通过这些出口可以制造核-壳纤维。
图4示出了用于实现在此所述方法的设备的侧向截面图，其中第一容器2对应于下转子部9，第二容器4对应于上转子部10，第一容器2的横截面呈半圆形的流道喷嘴9a靠在第二容器4的横截面呈半圆形的流道喷嘴10a上。
流道喷嘴9a、10a具有出口，纤维原料1、3从这些出口被送出。
图5示出了横截面呈半圆形、其平坦一侧相互靠在一起的流道喷嘴9a、10a的出口的俯视图。这种流道喷嘴外形用于制造并排纤维，即“Side-by-Side纤维”。
图6中的左图示出了核-壳纤维形式的多组分纤维，右图示出了并排纤维形式的多组分纤维。
图6示出了两种多组分纤维，其分别包括第一组分和第二组分，这两种组分共同形成纤维体11，其中第一组分由第一纤维原料1组成，第二组分由第二纤维原料3组成。该多组分纤维利用旋转纺纱法制造。
在后面的实施例中描述了如何用上述设备制作多组分纤维或者纤维网。
其中上述纤维原料1、3为纺丝液形式。
实施例1：
核-壳纤维形式的双组分纤维的制造
用图1所示的设备通过下述旋转纺纱法制造由核-壳纤维构成的纤维网材料：
用20％ige明胶溶液制作纺丝液1。可以使用GELITA股份公司的APIGSKIN型的明胶。将明胶放入到水中。随后将明胶溶液静置一个小时，以便膨胀。接着，明胶溶液融化并随后在60℃的温度下放置约2个小时。
用40％ige聚乙烯吡咯烷酮水溶液制作纺丝液3。聚乙烯吡咯烷酮(摩尔质量约40000g/mol)放入到水中并且在70℃的水浴中溶解。
利用软管泵将纺丝液1引入内转子7的容器2中，同时用另一软管泵将纺丝液3引入外转子的容器4中。
容器2、4具有大约80℃的温度，并以4500转/分钟的转速围绕共同的轴A旋转。内转子7位于外转子8内部。直径0.5毫米的流道喷嘴5从内转子7伸出。这些喷嘴分别引入外转子8的直径1.0毫米的流道喷嘴6中，并与之一起形成用于制造具有核-壳分段的双组分纤维或者还用于制造空心纤维的纺织喷嘴。
纤维原料1、3因离心力而被压缩流经流道喷嘴5、6并纺织成双组分纤维，该双组分纤维通过真空装置被拉伸。该真空装置位于容器2、4的下方。
可以通过色谱分析来证明聚合物没有因该方法而分解。
实施例2：
形成为具有不可纺织内核的核-壳纤维的双组分纤维的制造
用图1所示的设备通过下述旋转纺纱法制造由具有核-壳分段结构的双组分纤维构成的纤维网材料：
采用5％ige明胶溶液作为纺丝液1。可以使用GELITA股份公司的APIGSKIN型的明胶。将明胶放置到水中。随后将明胶溶液静置一个小时，以便膨胀。接着，明胶溶液融化并随后在60℃的温度下放置约2个小时。
用浓度为0.1mg/L的乙酰水杨酸和1wt％的聚环氧乙烯(摩尔质量约900000g/mol)的水溶液作为纺丝液3。将乙酰水杨酸溶于水。
借助软管泵将纺丝液1导入内转子7的容器2，纺丝液3通过另一软管泵导入外转子8的容器4。
容器2、4具有大约60℃的温度，并以4500转/分钟的转速旋转。
内转子7位于外转子8的内部。直径0.5mm的流道喷嘴5从内转子7伸出。这些流道喷嘴分别引入外转子8的直径1.0毫米的流道喷嘴6中，并与之一起形成用于制造具有核-外分段结构的双组分纤维或者还用于制造空心纤维的纺织喷嘴。
纤维原料1、3因离心力而被压缩流经流道喷嘴5、6并纺织成双组分纤维，该双组分纤维通过真空装置被拉伸。该真空装置位于容器2、4的下方。
实施例3：
构造成并排纤维、即具有并排分段结构的双组分纤维的制造
利用图4所示的设备通过下述旋转纺纱法来制造由具有并排分段结构的双组分纤维构成的纤维网材料：
采用40％ige聚乙烯吡咯烷酮水溶液来制备纺丝液3。将聚乙烯吡咯烷酮(摩尔质量约40000g/mol)放入到水中并在70℃的水浴中溶解。
采用40％ige明胶溶液来制备纺丝液1。可以采用GELITA股份公司的APIGSKIN型的明胶。将明胶放入到水中。随后将明胶溶液静置一个小时，以便膨胀。接着，明胶溶液融化并随后在60℃的温度下放置约2个小时。
借助软管泵将纺丝液3导入上转子部10的容器4中，纺丝液1利用另一软管泵导入下转子部9的容器2中。
容器2、4具有大约80℃的温度，并以4500转/分钟的转速旋转。
转子9、10分成上容器4和下容器2。下容器2和上容器4的直径为0.3mm的流道喷嘴9a、10a在转子9、10的外壁处对齐，并且一起形成用于制造具有并排分段结构的双组分纤维的纺织喷嘴。这些内容在图4和5中示出。
纤维原料1、3因离心力被压缩流经流道喷嘴9a、10a并纺织成双组分纤维，该双组分纤维通过真空装置被拉伸。该真空装置位于容器2、4的下方。
考虑到纺丝液1、3的粘性，纺丝液1、3被调整成使其在离开流道喷嘴5、6、9a、10a之后仍表现出具有足以形成纤维体的强度。在离开流道喷嘴5、6、9a、10a之后，纺丝液1、3冷却并发生强固结和/或交联。
关于根据本发明构思的其他有益的实施方式和改进，一方面可以参考说明书的主体部分，另一方面参考所附的权利要求书。
Claims (11)
1.一种用于制造多组分纤维的方法，其中将第一纤维原料(1)装入第一容器(2)，将第二纤维原料(3)装入第二容器(4)，其中这两个容器(2，4)被旋转，所述第一纤维原料(1)从所述第一容器(2)被送出，所述第二纤维原料(3)从所述第二容器(4)被送出，并且所述纤维原料(1，3)在离开所述容器(2，4)之后被结合到一起，其特征在于，所述容器(2，4)围绕相同的轴(A)旋转，所述第二容器围绕所述轴同心地包围所述第一容器，其中所述第一纤维原料(1)经第一流道喷嘴(5，9a)从所述第一容器(2)被送出，所述第二纤维原料(3)经第二流道喷嘴(6，10a)从所述第二容器(4)被送出，其中所述第一流道喷嘴的方向不平行于所述第一容器的旋转轴，所述第二流道喷嘴的方向不平行于所述第二容器的旋转轴，其中所述第一纤维原料和第二纤维原料为纺丝液、分散剂或者乳状液；所述方法制得的纤维为核-壳纤维。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维原料(1，3)以这样的方式被结合到一起：即它们形成对多组分纤维的补充。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一容器(2)对应于内转子(7)，所述第二容器(4)对应于外转子(8)，其中所述第二容器(4)从外围包围所述第一容器(2)，并且所述第一容器(2)的流道喷嘴(5)被同心地设在所述第二容器(4)的流道喷嘴(6)内。
4.用于实施如权利要求1至3中任一项所述方法的装置，包括两个能够围绕相同的轴(A)旋转的容器(2，4)，所述第二容器围绕所述轴同心地包围所述第一容器，其中第一流道喷嘴(5，9a)对应于所述第一容器(2)，第二流道喷嘴(6，10a)对应于第二容器(4),并且所述第一流道喷嘴(5，9a)和第二流道喷嘴(6，10a)相互对齐，其中所述第一流道喷嘴的方向不平行于所述第一容器的旋转轴，所述第二流道喷嘴的方向不平行于所述第二容器的旋转轴。
5.一种用权利要求1所述方法制造的多组分纤维，所述多组分纤维为核-壳纤维，包括第一组分和第二组分，这两种组分共同形成纤维体(11)，其中所述第一组分由第一纤维原料(1)组成，并且其中所述第二组分由第二纤维原料(3)组成，其特征在于，借助旋转纺纱法进行制造，所述至少一种组分含有药物或者由药物制成，所述第一纤维原料和第二纤维原料为纺丝液、分散剂或者乳状液。
6.如权利要求5所述的多组分纤维，其特征在于，采用生物相容的组分，和/或具有在人体或动物体内的生物可降解性。
7.如权利要求5或6所述的多组分纤维，其特征在于，至少一种组分具有在最低50℃的温度下加热至少2分钟后就会发生结构损伤的材料。
8.如权利要求5或6所述的多组分纤维，其特征在于，至少一种组分含有抗生素。
9.如权利要求5或6所述的多组分纤维，其特征在于，至少一种组分含有酶。
10.如权利要求5或6所述的多组分纤维，其特征在于，至少一种组分含有生长因子。
11.如权利要求5或6所述的多组分纤维，其特征在于，至少一种组分含有镇痛剂。
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