CN108221067A - 纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩 - Google Patents

纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩。本发明纤维材料的主要成分为虫胶，所述纳米纤维的制备方法包括依次进行将虫胶溶解于纺丝溶剂中来制备纺丝溶液的纺丝溶液制备工序和利用纺丝溶液来实施静电纺丝的静电纺丝工序，本发明的口罩具有纳米纤维，上述纳米纤维的纤维材料的主要成分为虫胶。

Description

纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩
技术领域
本发明涉及利用虫胶(shellac)的纳米纤维、上述纳米纤维的制备方法及 利用本发明的纳米纤维的口罩。
背景技术
虫胶是从蜡虫(lac insect)或其近缘种(近緣種)的蜡虫的分泌物 中得到的树脂型的物质。由于虫胶无味无臭或对人体无害，因此利用在 广泛的领域中。例如，虫胶在食品领域或医药品领域中被利用成清漆、 蜡、涂剂等(例如，参照专利文献1及专利文献2)。
专利文献1：JP1991-244872 A
专利文献2：JP1992-72861 A
发明内容
其中，最近，对纳米大小的纤维直径(例如，3000nm以下的纤维直 径。优选地，1000nm以下的平均纤维直径)高度关注。纳米纤维具有与 微大小以上的纤维直径的常规的纤维不同的性质(例如，非常大的比表 面积)，可利用在多种领域
作为构成纳米纤维的材料可利用多种材料，但是大多数为石油化学 产物的合成聚合物。目前，正式开始研究将纳米纤维适用于医疗领域或 食品领域等，在生物适合性的观点上要求利用来源于非石油的对人体无 害的材料的纳米纤维。
其中，本发明通过考虑上述技术问题来进行，目的在于提供利用作 为来源于非石油的对人体无害的材料的虫胶的纳米纤维。而且，目的在 于提供上述纳米纤维的制备方法。目的还在于提供利用本发明的纳米纤 维的口罩。
本发明的纳米纤维的特征在于，纤维材料的主要成分为虫胶。
优选地，本发明的纳米纤维含有生素类。
优选地，本发明的纳米纤维至少含有维生素C。
本发明的纳米纤维的制备方法的特征在于，依次进行将虫胶溶解于 纺丝溶剂中来制备纺丝溶液的纺丝溶液制备工序和利用上述纺丝溶液来 实施静电(电界)纺丝的静电纺丝工序。
在本发明的纳米纤维的制备方法中，优选地，上述纺丝溶剂为乙醇。
在本发明的纳米纤维的制备方法中，在上述纺丝溶液制备工序中， 优选地，在上述纺丝溶液中添加维生素类。
在本发明的纳米纤维的制备方法中，优选地，在上述纺丝溶液中至 少添加维生素C。
本发明的口罩的特征在于设有覆盖体和安装用部件，上述覆盖体用 于覆盖鼻和嘴，上述安装用部件配置于上述覆盖体，上述覆盖体由纤维 材料的主要成分为虫胶的纳米纤维形成。
在本发明的口罩中，优选地，上述纳米纤维含有维生素类。
在本发明的口罩中，优选地，上述纳米纤维至少含有维生素C。
由于本发明的纳米纤维为来源于非石油的材料及利用对人体无害的虫胶 的纳米纤维，因此可适用于医疗领域和食品领域等。
本发明的纳米纤维的制备方法如后述的实施例所示，可以制备利用来源于 非石油的材料的虫胶的纳米纤维。
由于本发明的口罩为来源于非石油的材料及由对人体无害的虫胶的纳米 纤维构成，因此是安全性优良的口罩。
附图说明
图1为实施例的纳米纤维的制备方法的流程图。
图2为实施例的纳米纤维制备装置100的示意图。
图3为用于说明本实施例的口罩10的图。
图4为关于实验例1的纳米纤维的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图5为示出关于实验例1的纳米纤维的纤维直径分布的曲线图。
图6为关于实验例2的纳米纤维的扫描电子显微镜照片。
图7为示出关于实验例2的纳米纤维的纤维直径分布的曲线图。
附图标记的说明：
1：原料溶液 2：无纺布
10：口罩 20：覆盖体
30：绳 40：复合体
50、60：带状无纺布 52、62：热压接部
100：纳米纤维制备装置 102：溶液灌
104：阀 106：喷嘴
108：收集器 110：电源供给装置
具体实施方式
以下，详细说明本发明的纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩。
1.实施例的纳米纤维
实施例的纳米纤维为纤维材料的主要成分为虫胶的纳米纤维。
在本发明的说明书中，“纤维材料”表示构成纳米纤维的纤维结构的主要 材料。在本发明的说明书中，“纤维材料”不包含不能单独构成纳米纤维的纤 维结构的(不可能取纳米纤维的形态)物质。
在实施例的纳米纤维中，优选地，在纤维材料中虫胶所占的比率为50重 量百分比以上，更优选为80重量百分比以上，尤其优选为95重量百分比以上。 当然，优选为纤维材料全部由虫胶形成。
在实施例的纳米纤维中，在纤维材料全是虫胶的情况下，可以完全发挥来 源于非石油的材料的同时对人体无害的虫胶的特征，其结果，成为更容易使用 于医疗领域和食品领域等的纳米纤维。
实施例的纳米纤维在可以保持作为纤维的形态的范围下，优选地，还包含 纤维材料以外的物质。而且，优选地，实施例的纳米纤维还含有维生素类。
在本发明的说明书中，“维生素类”是指生物所需的微量营养素，而不是 碳水化物、蛋白质及脂肪。在本发明的说明书中，“维生素类”取作用于生物 的维生素类的形态即可，在包含在纳米纤维的步骤中，也可以是维生素类的衍 生物或前体。
优选地，实施例的纳米纤维至少含有维生素C(L-抗坏血酸(ascorbic ac id))。
维生素类的含量可根据被包含的维生素类的种类使用适当的量。根据后述 的实验例2，维生素C的重量占纳米纤维的重量的20％(相对于纤维材料的 重量为25％)，这仅为一例。
并且，可以将包含在纳米纤维的维生素类看作是在纳米纤维内移动的纳米 纤维通过自然分解等机制逐渐从纳米纤维释放。
并且，优选地，在可保持作为纳米纤维的形状的范围下，实施例的纳米纤 维还包含一种以上维生素类以外的物质。作为维生素类以外的物质，例如，可 以有各种药剂、粒子形状的物质(催化剂等)、多孔性物质(吸附剂等)。
2.实施例的纳米纤维的制备方法
图1为实施例的纳米纤维的制备方法的流程图。
图2为实施例的纳米纤维制备装置100的示意图。图2示出进行静电纺丝 时的状态。
如图1所示，实施例的纳米纤维的制备方法包括纺丝溶液制备工序S10 和静电纺丝工序S20。以下，对各工序进行说明。
纺丝溶液制备工序S10为将虫胶溶解于纺丝溶剂中来制备纺丝溶液的工 序。
作为纺丝溶剂可使用溶解虫胶的溶剂，可使用乙醇。而且，在本发明的说 明书中，在单纯地为“乙醇”的情况下，是指无水乙醇(乙醇的纯度为99.5％ 以上的)。
而且，在纺丝溶液制备工序S10中，在纺丝溶液中可添加维生素类。在此 情况下，优选地，在纺丝溶液中至少添加维生素C。而且，在纺丝溶液制备工 序S10中，在纺丝溶液中还可添加维生素类以外的物质。
静电纺丝工序S20是通过使用纺丝溶液来实施静电纺丝的步骤。
如图2所示，静电纺丝工序S20，例如可利用纳米纤维制备装置100来实 施。
在图2中，附图标记1表示的是纺丝溶液、附图标记102表示的是放入纺 丝溶液的溶液灌、附图标记104表示的是阀、附图标记106表示的是喷嘴、附 图标记108表示的是收集器、附图标记110表示的是电源供给装置。
在实施例中，纳米纤维可由沉积于收集器108上的无纺布2得到。优选地， 纳米纤维可直接使用无纺布2，优选地，每个纤维可拿出用作线，优选地，可 将整个无纺布2缠绕呈线来使用。
并且，在图2中，作为收集器108使用了平板型，但并不局限于此。优选 地，作为收集器可使用可进行旋转的滚筒形状或可进行旋转的带式输送机的形 状(即，可连续制备长的无纺布)。
通过以上的工序，可制备实施例的纳米纤维。
3.实施例的口罩
图3为用于说明实施例的口罩10的附图。图3的(a)部分为口罩10的 主视图、图3的(b)部分为图3的(a)部分的A-A面的剖视图、图3的(c) 部分为图3的(a)部分的B-B面的剖视图。
如图3所示，实施例的口罩10包括覆盖体20和绳30，上述覆盖体20为 直角四角形的形状，用于覆盖鼻和嘴，上述绳30对应于安装用部件，配置于 覆盖体20的短边侧。
覆盖体20为由多个四角形形状的层压构成的复合体40，其外周部通过热 压接在带状的无纺布50、无纺布60来形成一体化。复合体40的长边侧的外 周部被带状的无纺布50覆盖的状态下，通过浮雕加工来进行热压接，而覆盖 复合体的短边侧的外周部被带状的无纺布60覆盖的状态下，通过浮雕加工来 进行热压接。
在带状的无纺布50、无纺布60的外周部形成有多个热压接部52、热压接 部62，用于实施浮雕加工。而且，在覆盖体20中沿着其长边方向形成有多个 褶(皱纹)，各褶的两端部由带状的无纺布60固定。
覆盖体20具有作为纤维材料的主要成分为虫胶的纳米纤维，即，实施例 的纳米纤维。覆盖体20可利用上述纳米纤维的无纺布或布包含实施例的纳米 纤维，也可利用包含实施例的线或单独纳米纤维。
在实施例中，优选地，纳米纤维含有维生素类。在此情况下，在根据实施 方式的口罩中，将口罩10敷在人体时(内侧面，与人体接触的面)，实施例 的纳米纤维向后面侧暴露。而且，优选地，纳米纤维至少含有维生素C。
并且，覆盖体20为构成多个层叠体的层叠体，还可包含由常规的纤维(微 纤维)形成的层叠体及与实施例的纳米纤维不同的纳米纤维无纺布形成的层叠 体等。
作为由常规的纤维的无纺布形成的层叠体，例如是通过熔喷无纺布法或纺 粘(spun bond)法制备的无纺布，可使用单位面积重量(metsuke)为10g/m2～ 50g/m2范围内。而且，构成由常规的纤维形成的无纺布的纤维还可以是天然纤 维(例如，纤维素)、合成纤维(例如，聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺、 聚对苯二甲酸乙二酯等)、或以上的混合纤维。
与实施例的纳米纤维不同的纳米纤维的无纺布形成的层叠体，例如，可以 由纳米纤维由聚氨酯、聚乙烯醇、聚酰胺或聚偏二氟乙烯形成。优选地，平均 纤维直径在50nm～300nm范围内。在平均纤维直径小于50nm的情况下，难 以由静电纺丝法形成纳米纤维无纺布的情况。而且，在平均纤维直径大于300 nm的情况下，因纳米纤维无纺布的比表面积变小，而口罩10的液体有害粒子、 病毒等捕集效率可能下降。
4.实施例的纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩10的效果
以下，说明实施例的纳米纤维、纳米纤维的制备方法及口罩10的效果。
由于实施例的纳米纤维是来源于非石油的物质及使用对人体无害的虫胶 的纳米纤维，因此使可适用于医疗领域和食品领域等的纳米纤维。
并且，根据实施例的纳米纤维，在至少含有维生素C的情况下，可期待 维生素C本身的功效，尤其，与缓解疲劳或美容有关的功效。
实施例的纳米纤维的制备方法包括纺丝溶液制备工序(10)和静电纺丝工 序(20)的顺序，如后述的实验例中所示，可制备利用来源于非石油材料的虫 胶的纳米纤维。
而且，根据实施例的纳米纤维的制备方法，在作为纺丝溶液使用乙醇的情 况下，对人体的有害性低，进一步地，可通过使用环境负荷低的溶剂来制备纳 米纤维。
并且，在根据实施例的纳米纤维的制备方法的纺丝溶液制备工序S10中， 在纺丝溶液中添加维生素类的情况下，可以制备可期待维生素C本身的功效， 尤其，与缓解疲劳或美容有关的功效的实施例的纳米纤维。
由于实施例的口罩包含利用作为来源于非石油材料的对人体无害的虫胶 的纳米纤维，因此成为安全性优良的口罩。
而且，在实施例的口罩中，在纳米纤维包含维生素类的情况下，从纳米纤 维逐渐释放维生素类，可以有助于使用者的健康。
并且，在实施例的口罩中，在纳米纤维至少含有维生素C的情况下，可 期待维生素C本身的功效，尤其与缓解疲劳或美容有关的功效。
实验例1
在实验例1中，按照本发明的纳米纤维的制备方法实际制备本发明的纳米 纤维并确认其形态。
1.实验例1中使用的原料及装置
首先，对在实验例1中使用的原料等及装置进行说明。而且，省略一般的 实验仪器及实验装置的说明。
在实验例1中使用的原料、溶剂及试剂直接购自日本西格玛奥德里奇合资 公司。
在静电纺丝中，电源供给装置使用了MECC株式会社的HVU-30P100。
利用在静电纺丝的收集器使用了接地的旋转式滚筒收集器。
该旋转式滚筒收集器是用市售的烹饪板盖住并在其上进行静电纺丝。
毛细管尖端(capillarytip)使用东宝株式会社的(treff)尖端8700。
用于平均化纺丝溶液的排出量的注射泵使用了美国的kdScientific公司的 KDS-100。
扫描电子显微镜(SEM)使用了日本电子株式会社的JSM-6010LA。
用于计算纤维直径的图像分析软件使用了Image J(v.1.4.8)。
2.关于实验例1的纳米纤维的制备方法
下面，说明关于实验例1的纳米纤维的制备方法。
关于实验例1的纳米纤维的制备方法基本上与实施例的纳米纤维的制备 方法相同，包括纺丝溶液制备工序及静电纺丝工序的顺序。
(1)纺丝溶液制备工序
首先在3.3g的乙醇中加入2.7g的虫胶搅拌一天并制备纺丝溶液。纺丝溶 液中的虫胶比率为45重量百分比。
(2)静电纺丝工序
在静电纺丝工序中利用的静电纺丝装置是与如图2所示的静电纺丝装置 基本类似的装置，但作为收集器利用了用烹饪板盖住的旋转式滚筒收集器。
静电纺丝工序是在附着毛细管尖端的5mL的塑料注射器中注入纺丝溶 液，并将与阳极联接的铜线加入溶，进行静电纺丝。流量控制利用泵以0.1mL /分钟的比率供给溶液。
尖端-收集器之间的距离为15cm，施加电压为10kV。在室温(22℃)、 湿度为46％的条件下实施静电纺丝。
根据以上的工序制备了关于实验例1的纳米纤维。
3.观察结果
通过扫描电子显微镜观察关于实验例1的纳米纤维。
图4为关于实验例1的纳米纤维的扫描电子显微镜照片。
图5为示出关于实验例1的纳米纤维的纤维直径的分布的曲线图。图5 的曲线图的纵轴表示频率(单位：％)，横轴表示纤维直径(单位：nm)。
通过扫描电子显微镜观察结果，如图4所示，关于实验例1的纳米纤维表 面光滑，也没有发现小珠形状的结构。
而且，在上述扫描电子显微镜照片中随机筛选50个纳米纤维，调查关于 实验例1的纳米纤维的分布的结果，如图5所示，可以确认500nm左右的纳 米纤维最多，比500nm粗的纳米纤维也多，平均纤维直径为720nm。
实验例2
在实验例2中，实际制备包含作为维生素类的维生素C的本发明的纳米 纤维，并确认其形态。
1.实验例2中使用的原料及装置
由于与实验例1相同，因此省略说明。
2.关于实验例2的纳米纤维的制备方法
下面对关于实验例2的纳米纤维的制备方法进行说明。
关于实验例2的纳米纤维的制备方法除了在纺丝溶液制备工序中制备的 纺丝溶液的形成之外，与关于实验例1的纳米纤维的制备方法相同。省略对纺 丝溶液的形成以外的记载。
在纺丝溶液制备工序中，在5g的乙醇中添加4g的虫胶及1g的维生素C (L-抗坏血酸)制备纺丝溶液。纺丝溶液中的虫胶比率为40重量百分比、维 生素C的比率为10重量百分比。在纺丝溶液制备工序中，可通过搅拌24小 时来得到均匀的纺丝溶液。
3.观察结果
对关于实验例2的纳米纤维进行观察。
图6为关于实验例2的纳米纤维的扫描电子显微镜照片。
图7为示出关于实验例2的纳米纤维的纤维直径的分布的曲线图。图7 的曲线图的纵轴表示频率(单位：％)，横轴表示纤维直径(单位：nm)。
通过扫描电子显微镜观察结果，如图7所示，关于实验例2的纳米纤维也 是表面光滑，没有发现小珠形状的结构。
并且，在上述扫描电子显微镜照片中随机筛选100个纳米纤维，调查纤维 直径的分布，如图7所示，可以确认400nm左右的纳米纤维最多，平均纤维 直径为442nm。
根据以上的实验例1及实验例2，可以确认可通过本发明的纳米纤维的制 备方法来制备本发明的纳米纤维。并且，可以确认，根据本发明的纳米纤维的 制备方法，可以毫无问题地制备包含除了纤维材料之外的物质(维生素C)的 本发明的纳米纤维。
以上，根据实施例及实验例说明了本发明的纳米纤维、上述纳米纤维的制 备方法及口罩，但本发明并不局限于此，可以在不脱离其要旨的范围下实施， 例如，还可以作出如下的变形。
本发明的纳米纤维可适用于除了口罩以外的纤维材料及纤维产品。作为这 些纤维材料或纤维产品可列举各种服装、手帕、帽子、手套、床单等。

Claims (10)

1.一种纳米纤维，其特征在于，纤维材料的主要成分为虫胶。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，含有维生素类。
3.根据权利要求2所述的纳米纤维，其特征在于，至少含有维生素C。
4.一种纳米纤维的制备方法，其特征在于，
依次进行纺丝溶液制备工序和静电纺丝工序，
在上述纺丝溶液制备工序中，将虫胶溶解于纺丝溶剂中来制备纺丝溶液，
在上述静电纺丝工序中，通过使用上述纺丝溶液来实施静电纺丝。
5.根据权利要求4所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，上述纺丝溶剂为乙醇。
6.根据权利要求4或5所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，在上述纺丝溶液制备工序中，在上述纺丝溶液中添加维生素类。
7.根据权利要求6所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，在上述纺丝溶液制备工序中，在上述纺丝溶液中至少添加维生素C。
8.一种口罩，其特征在于，
设有覆盖体和安装用部件，上述覆盖体用于覆盖鼻和嘴，上述安装用部件配置于上述覆盖体，
上述覆盖体由纤维材料的主要成分为虫胶的纳米纤维形成。
9.根据权利要求8所述的口罩，其特征在于，上述纳米纤维含有维生素类。
10.根据权利要求9所述的口罩，其特征在于，上述纳米纤维至少含有维生素C。
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