TWI421384B - 具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置及其應用 - Google Patents

Description

具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置及其應用

本發明是一種紡絲收集裝置，尤其是一種靜電紡絲收集裝置。

靜電紡絲是一種利用施加高電位差於呈溶液狀態的高分子，使高分子受遠端具有不同電位的一收集器之吸引而抽絲產生高分子纖維於該收集器上。靜電紡絲(紡織)所生產的纖維之直徑可達奈米等級，因此靜電紡絲纖維之成品具備高孔洞性、高表面積、高透濕性、高活性(纖維表面存在許多的化學官能基)等優點，因此非常適合用於生醫產品或傳統製造業，諸如抗菌口罩或人造纖維組織等。

目前比較常見的靜電紡絲(electron-spinning)主要包含溶劑型與熔融型兩種，最常見的溶劑型靜電紡絲係將高分子溶液填裝於一針筒或類似的擠出裝置內緩慢擠出，其中該針筒與一收集板分別接高靜電壓與接地，使針筒與收集板之間存在一高靜電壓差，使高分子液體受到靜電吸引而抽絲至該收集板。然而，目前的收集板相對於該針頭的位置都屬於平面型態之配置，其主要為了便於靜電紡絲材料之連續接收靜電紡絲，但是這樣配置的收集板非常可能因為針頭與平板狀之該收集板不同位置的導致針頭與該收集板之間之靜電場分佈不均(E=V/r)，導致置於該收集板上的靜電紡絲分佈不均，使在該收集板表面位置所收集的靜電紡絲呈現中心緻密外圍鬆散的同心圓分佈型態。然如此的分佈型態對於未來需要將靜電紡絲分佈於一承載基材上時，將非常不利於均勻塗佈，而限制靜電紡絲於量產方面之應用。

為了解決既有靜電紡絲收集板呈現平板狀態，使製造之靜電紡絲分佈有集中性，不利於後續量產應用之技術問題，本發明將收集裝置以弧狀方式呈現，讓多種造型的靜電紡絲產生端均能夠產生良好分佈特性，便於後續量產製造。

本發明提供一種具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置，其為一弧形片體，其一內弧面與一靜電紡絲裝置相對，且該靜電紡絲收集裝置與該靜電紡絲裝置之間維持一高靜電壓差。

進一步地，該具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置包含一連續捲軸裝置，該連續捲軸裝置包含二定位條及二導引滾軸組，其中：兩個該定位條外型對應於該靜電紡絲收集裝置之內弧面且分別置於該靜電紡絲收集裝置之內弧面的二弧形邊位置，兩個該定位條與該靜電紡絲收集裝置之內弧面維持一間距；及兩個該導引滾軸組係分別鄰近置於該靜電紡絲收集裝置之內弧面的直線側邊，且該導引滾軸組之軸向與該靜電紡絲收集裝置之內弧面的直線側邊平行。

進一步地，該具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置包含一原料捲軸以及一成品捲軸，其中該原料捲軸與該成品捲軸之間捲收一連續式撓曲基板，該連續式撓曲基板受該導引滾組及該定位條導引而臨於該靜電紡絲收集裝置之內弧面。

本發明又提供一種具連續生產功能之靜電紡絲生產裝置，其包含：一靜電紡絲器以及與該靜電紡絲器維持一高靜電壓差之一靜電紡絲收集裝置，其中：該靜電紡絲器包含一轉盤以及一高分子液體注入單元；該轉盤為可以對一軸心轉動的盤體；該高分子液體注入單元為將一高分子液體導引至該轉盤之對應位置，並將高分子液體滴至該轉盤之表面之注入單元；及該靜電紡絲收集裝置呈弧片狀且等距間隔設於該轉盤外緣之外部。

藉此，本發明之收集裝置的特殊外型可以與多種不同外型的靜電紡絲器之間同時產生複數個抽絲源，因此不僅可以快速、大量且連續的進行靜電紡絲，並且可以有效解決傳統技術噴塗紡絲集中性的問題。

請參考第一圖及第六圖，其為一靜電紡絲產生器10、10A與本發明之靜電紡絲收集裝置20之較佳實施例使用示意圖。該靜電紡絲產生器10與該靜電紡絲收集裝置20之間維持一高靜電壓差。

該靜電紡絲產生器10之型式不限定，以第一圖至第四圖之該靜電紡絲產生器10為範例，其可包含一轉盤12以及一高分子液體注入單元14。該轉盤12為可以對一軸心轉動的盤體，其截面可以為任意外型，諸如多邊形或圓形，本實施例之該轉盤12為圓形盤體。

該高分子液體注入單元14為可將一高分子液體導引至該轉盤12之對應位置，並將高分子液體滴至該轉盤12之表面的機械或電子結構，舉例而言，該高分子液體注入單元14可能是針筒、注射器、擠出器...等。本實施例之該高分子液體注入單元14的一自由端具有定量滴定功能的噴嘴，其將高分子液體滴至該轉盤12之中心位置，由於該轉盤12持續轉動，因此所滴入的該高分子液體漸漸的流向該轉盤12之邊緣處。在實用面方面，該高分子液體注入單元14可以包含一填充槽係用於連續填充高分子液體，且該填充槽與該噴嘴形成連通，使所填充之高分子液體可以持續輸往該噴嘴而滴在該轉盤12上。另外，配合不同的高分子特性(如黏度)，可以使用不同的手段將高分子液體滴在該轉盤12上，例如，若所欲製作紡絲之高分子液體之黏度很高，可以配合使用具備加熱功能或推進擠出機構的該高分子液體注入單元14讓高分子液體順利滴於該轉盤12表面。

該靜電紡絲收集裝置20係為一弧形片體，其可配合本實施例之該轉盤12之外緣尺寸造型等距間隔設於該轉盤之外緣處。為了讓該靜電紡絲收集裝置20與該轉盤12之間能維持該高靜電壓差，本實施例之該轉盤12電性連接一高電壓靜電產生器40藉以供給轉盤12一相對高壓，相應地，該靜電紡絲收集裝置20則電性連接一接地50而可維持該高靜電壓差。因此，當高分子液體滴在該轉盤12表面後，除了溶解高分子材料之溶劑持續揮發之外，高分子液體也會持續流動至該轉盤12之邊緣，而至邊緣之高分子液體因為受到該高電壓差之作用，產生一靜電紡絲S而噴塗於該靜電紡絲收集裝置20。如果欲收集該靜電紡絲S，可於該靜電紡絲收集裝置20與該轉盤12位置相對之一內弧面表面鋪設一基材60，如此，該靜電紡絲S即可順利塗附於該基材60之內弧面，達到可收集靜電紡絲S收目的，如第三圖所示。

由於本實施例之該轉盤12為盤狀且持續轉動，且該轉盤12包含有高分子液體的邊緣係成連續而非單一點，該轉盤12之邊緣與該靜電紡絲收集裝置20之一內弧面相對，因此，該轉盤12邊緣之每一點均有可能形成紡絲產生點，因此可以大量的增加靜電紡絲S之生產效率，有別於習用既有之單點對收集面無法快速量產靜電紡絲的技術問題。而且，由於該靜電紡絲收集裝置20之外形為圓弧狀而使其與該轉盤12之間的高靜電壓差之電場分佈相對對稱，因此可以有效提升靜電紡絲S塗附於該基材60之均勻性。

本實施例產生靜電紡絲S之生成效果與品質，不僅與前述的各種因素有關之外，也與該轉盤12轉速、高靜電壓差、高分子液體滴於該轉盤12之滴定速率及該靜電紡絲收集裝置20之長度有絕對的關係。如果以相同黏度的高分子液體為例說明，該轉盤12之轉速及滴定速度過慢則使該靜電紡絲S之生產斷斷續續，反之，轉速太快12之轉盤12可能會讓高分子液體來不及產生靜電紡絲S而直接噴灑於該靜電紡絲收集裝置12之內弧面，因此，藉由控制得宜的轉速、滴定速率高靜電壓差則可以達到有效、高產量的靜電紡絲效果。

請參考第四圖至第五圖，為了達成連續的製程，本發明呈弧形環體形狀之該靜電紡絲收集裝置20可以進一步結合一連續捲軸裝置30，該連續捲軸裝置30將一待塗佈連續式撓曲基板60A引導進入產生該靜電紡絲S之位置後，讓該靜電紡絲S噴塗於該待塗佈連續式撓曲基板60A之表面，且表面已完成噴塗之該塗佈連續式撓曲基板60A持續捲收而為一塗佈完成連續式撓曲基板60B，達成連續生產捲收的技術效果。本實施例之該連續捲軸裝置30包含二定位條31、二導引滾軸組33、一原料捲軸34以及一成品捲軸35。兩個該定位條31外型對應於該靜電紡絲收集裝置20之內弧面且分別置於該靜電紡絲收集裝置20之內弧面之兩個弧形邊位置，且兩個該定位條31與該靜電紡絲收集裝置20之內弧面維持一間距。兩個該導引滾軸組33係分別鄰近置於該靜電紡絲收集裝置20之內弧面的直線側邊，且該導引滾軸組33之軸向與該靜電紡絲收集裝置20之內弧面的直線側邊平行。該原料捲軸34及該成品捲軸35則分別設置於兩個該導引滾軸組33旁側，其中，該原料捲軸34係預先收納捲收該待塗佈連續式撓曲基板60A，該靜電紡絲產生器10開始產生靜電紡絲S之前，需先將該待塗佈連續式撓曲基板60A藉由該導引滾軸組33之方向導引以及兩個該定位條31之限位，固定於該成品捲軸35之一軸心，使該待塗佈連續式撓曲基板60A鄰貼置於該靜電紡絲收集裝置20之內弧面。如此，當該靜電紡絲產生器10開始朝向該靜電紡絲收集裝置20之方向噴塗產生靜電紡絲S時，該成品捲軸35可開始轉動將表面塗佈有靜電紡絲S之該待塗佈連續式撓曲基板60A(即該塗佈完成連續式撓曲基板60B)，故可達到連續生產的技術效果。

由於本發明之該靜電紡絲收集裝置20呈弧片狀，其不僅可以利用於如前所述的圓盤狀的該靜電紡絲產生器10之靜電紡絲S收集，也可以應用於一般傳統擠出型的靜電紡絲產生器10A(如第六圖)。由於該靜電紡絲收集裝置20的外型呈弧狀，使本發明相較於傳統的平板狀收集板與該靜電紡絲產生器10A更具備均勻分佈的靜電場，經過實驗測試，傳統的擠出的該靜電紡絲產生器10A可以對該靜電紡絲收集裝置20之內弧面之不同位置產生複數個抽絲起源，不僅可達到快速的抽絲生產效果，且可隨機地噴塗於該待塗佈連續式撓曲基板60A，使該塗佈完成連續式撓曲基板60B之表面具備相對均勻的靜電紡絲層，故可解決傳統的靜電紡絲S容易形成單點或同心圓狀之不均勻分佈型態的技術問題。

10．．．靜電紡絲產生器

12．．．轉盤

14．．．高分子液體注入單元

20．．．靜電紡絲收集裝置

30．．．連續捲軸裝置

31．．．定位條

33．．．導引滾軸組

34．．．原料捲軸

35．．．成品捲軸

40．．．高電壓靜電產生器

50．．．接地

60．．．基材

60A．．．待塗佈連續式撓曲基板

60B．．．塗佈完成連續式撓曲基板

S．．．靜電紡絲

第一圖為本發明較佳實施例之上視示意圖。

第二圖為本發明較佳實施例之局部剖面前視示意圖。

第三為本發明較佳實施例之局部放大剖面示意圖。

第四圖為本發明第二較佳實施例之上視示意圖。

第五圖為本發明第二較佳實施例之一靜電紡絲收集裝置之前視示意圖。

第六圖為本發明第三較佳實施例之上視示意圖。

10．．．高分子液體輸出模組

12．．．轉盤

14．．．高分子液體注入單元

20．．．靜電紡絲收集裝置

40．．．高電壓靜電產生器

50．．．接地

Claims (7)

1. 一種具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置，其為一弧形片體，其一內弧面與一靜電紡絲裝置相對，且該靜電紡絲收集裝置與該靜電紡絲裝置之間維持一高靜電壓差，而該靜電紡絲收集裝置進一步包含一連續捲軸裝置，該連續捲軸裝置包含二定位條及二導引滾軸組，其中：兩個該定位條外型對應於該靜電紡絲收集裝置之內弧面且分別置於該靜電紡絲收集裝置之內弧面的二弧形邊位置，兩個該定位條與該靜電紡絲收集裝置之內弧面維持一間距；及兩個該導引滾軸組係分別鄰近置於該靜電紡絲收集裝置之內弧面的直線側邊，且該導引滾軸組之軸向與該靜電紡絲收集裝置之內弧面的直線側邊平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具連續生產功能之靜電紡絲收集裝置，其進一步包含一原料捲軸以及一成品捲軸，其中該原料捲軸與該成品捲軸之間捲收一連續式撓曲基板，該連續式撓曲基板受該導引滾組及該定位條導引而臨於該靜電紡絲收集裝置之內弧面。
3. 一種具連續生產功能之靜電紡絲生產裝置，其包含：一靜電紡絲器以及與該靜電紡絲器維持一高靜電壓差之一靜電紡絲收集裝置，其中：該靜電紡絲器包含一轉盤以及一高分子液體注入單元；該轉盤為可以對一軸心轉動的盤體；該高分子液體注入單元為將一高分子液體導引至該轉盤之對應位置，並將高分子液體滴至該轉盤之表面之注入單元； 該靜電紡絲收集裝置呈弧片狀且等距間隔設於該轉盤外緣之外部；及該靜電紡絲收集裝置包含一連續捲軸裝置，該連續捲軸裝置包含二定位條及二導引滾軸組，其中：兩個該定位條外型對應於該靜電紡絲收集裝置之內弧面且分別置於該靜電紡絲收集裝置之內弧面的二弧形邊位置，兩個該定位條與該靜電紡絲收集裝置之內弧面維持一間距；及兩個該導引滾軸組係分別鄰近置於該靜電紡絲收集裝置之內弧面的直線側邊，且該導引滾軸組之軸向與該靜電紡絲收集裝置之內弧面的直線側邊平行。
4. 如申請專利範圍第3項所述的具連續生產功能之靜電紡絲生產裝置，該轉盤為圓形盤體，該靜電紡絲收集裝置為一弧形環。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述的具連續生產功能之靜電紡絲生產裝置，該轉盤電性連接一高電壓靜電產生器藉以供給轉盤一相對高壓，該靜電紡絲收集裝置則接地而維持該高靜電壓差。
6. 如申請專利範圍第5項所述的具連續生產功能之靜電紡絲生產裝置，該高分子液體注入單元包含一填充槽及一具有定量滴定功能的噴嘴，該填充槽與該噴嘴形成連通，該噴嘴的位置與轉盤位置對應。
7. 如申請專利範圍第6項所述的具連續生產功能之靜電紡絲生產裝置，該靜電紡絲收集裝置包含一原料捲軸以 及一成品捲軸，其中該原料捲軸與該成品捲軸之間捲收一連續式撓曲基板，該連續式撓曲基板受該導引滾組及該定位條導引而臨於該靜電紡絲收集裝置之內弧面。