TWI447276B - 利用旋轉紡絲方法製造的多成分纖維及製造方法與裝置 - Google Patents
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Description
本發明關於一種多成分纖維，包含一第一成分與一第二成分，該二成分共同形成一纖維體(Faserkrper,英：fiber body)，其中該第一成分由一第一纖維生材料(原料)(Faserrohmaterial,英：fiber raw material)構成，而第二成分由一第二纖維生材料構成，此外本發明關於一種方法，其中將一第一纖維生材料充入一第一容器，將一第二纖維生材料充入一第二容器，其該將該二容器轉動，其中將第一纖維生材料從第一容器帶出，其中將第二纖維生材料從第二容器帶出，其中該二纖維生材料在離開其容器後組合在一起。
先前技術已知用傳統紡絲方法由熔融物製造與生產多空心纖維或雙成分纖維或多成分纖維。
在此背景，EP 801 039 A2提到一種利用旋轉的容器製造雙成分纖維。在此方法中，將一第一熔融之礦物性纖維生材料由一第一旋轉的容器經噴嘴帶出。由外將一第二熔融的礦物性纖維材料施到該帶出的第一礦物性纖維生材料上，其中第二纖維生材料係離心到第一旋轉容器的外壁上，第一容器設成與第二容器遠離，其中二容器可互相獨立地旋轉。
在這些習知方法的缺點為：只能藉使用高溫(亦即產生熔融物)而產生多成分纖維，在此特別不利的是：對熱敏感的纖維生材料不能在雙成分纖維中加工而不受損，特別是醫藥劑，殺真菌劑、殺細菌劑及類似之對熱敏感的材料不能用上述方法加工。
因此本發明的目的在提供一種多成分纖維，在其中對熱敏感的纖維生材料可加工而不受損。
本發明解決上述目的之道係利用一種具申請專利範圍第1項的特點的多成分纖維。
依此該多成分纖維利用一種旋轉紡絲方法製造，這種方法的特點為：容器繞相同的軸旋轉，其中該第一纖維生材料經一第一通道噴嘴帶出，而該第二纖維生材料經一第二通道噴嘴帶出。
利用此處所述方法製造的多成分纖維往往互相撚轉(verdrillen,英：twist)。在此，將至少二條多成分纖維以與二條索(Schnur,英：cord)相似的方式互相捲撓。這種效果特別是在旋轉紡絲方法發生。如此可知道，是否多成分纖維利用旋轉紡絲方法製造。
依本發明首先了解，多成分纖維可由對溫度敏感的纖維生材料利用旋轉紡絲方法製造。這些纖維生材料不能用於傳統使用熔融物的紡絲方法而不損壞。具體言之，連可熱塑性加工的纖維生材料也不能用紡絲溶液紡成，最後還知道，利用本發明的方法可將可生物分解的物料及生物聚合物(它們大多不能熔融或對溫度很敏感)紡成多成分纖維或絮料。這點依本發明達成之道，係使二個容器繞相同的軸轉動。這點可使利用向心力帶出的纖維生材料毫無問題地組合成多成分纖維。藉著適當選擇旋轉速度，可將纖維生材料在容器內的駐留時間選設成使纖維生材料只有很短時間會受熱，且因此不會受到溫度損壞。因此可使它們只與熱作用的時間很短，因此不會受溫度損壞。因此可造成一種多成分纖維，在其中對溫度敏感的纖維生材料可加工而不受損。
因此上述目的得以達成。
該多成分纖維可具有一種可生物相容的成分及/或可在人體或動物體內受生物分解。此多成分纖維可在人體或動物體內受生物分解。如此，該多成分纖維可放到一傷口上並讓人或動物的組織無問題地生長或被該組織分解。
該多成分纖維的至少一成分可含有醫藥劑或由一醫藥劑製成。如此，可將醫藥劑呈纖維形式供到人或動物體。可考慮將傷口紗布由不織布製成，醫藥劑整合在其纖維中，其他的應用領域為化裝、布工程、及植入物。
至少一成分可具一物料，其構造在至少50℃的溫度加熱至少二分鐘後破壞。在此，「構造破壞」也可指該物料的相對作用性減少。這種物料可呈抗生物劑、酶、生長因子或減少疼痛的藥劑。
至少一成分可含一抗生物劑，抗生物劑抑制細菌或菌類生長。
至少一成分可含一酶。酶可控制物質交換過程。
至少一成分可含一生長因子，生長因子可影響細胞生長。
至少一成分可含一減少疼痛的藥劑。如此該多成分纖維可放到傷口上並紓解傷勢。
上述目的也可利用具申請專利範圍第9項的特點的方法達成。
關於本發明的發明性，為了避免重複，可參考該多成分纖維的實施例。
將該纖維生材料組合，使它們互補成一多成分纖維。
在此可將仍軟的纖維生材料在從與它們相關的通道噴嘴出來後，互相密切接合材料癒合方式，該通道噴嘴可組合成，而產生不同構造的多成分纖維。因此可製造雙成分纖維，特別是核心-函殼纖維或側對側纖維，亦即所謂的Core-Shell-Fiber或Side-by-Side-Fiber。
第一容器與一內轉子配合，第二容器與一外轉子配合，其中第二容器在周圍將第一容器圍住，且其中第一容器的一通道噴嘴呈同心方式在第二容器的一通道噴嘴內通過。利用這種方法可製造一種多成分纖維，它設計成核心-函殼纖維形式，亦即所謂之Core-Shell-Fiber。
該第一容器與一下轉子部配合，第二容器與一上轉子部配合，且其中，該第一容器的一個半圓形橫截面的通道噴嘴放到第二容器的一半圓形橫截面的通道噴嘴。利用此方法可製造一種多成分纖維，它設計成側對側纖維形式，即所謂的Side-by-Side-Fiber。
一種用於實施此方法的裝置，包含二個可繞該相同軸旋轉的容器，其中第一通道噴嘴與一第一容器配合，第二通道噴嘴與一第二容器配合，且其中第一通道噴嘴與第二通道噴嘴互相對準。如此可製造多成分纖維，因為出來的纖維材料在離開通道噴嘴後互相密切牢牢接合成材料癒合的形式。
利用此處所述的方法可製造充有作用物質的核心-函殼纖維，所謂的釋藥纖維(Drug-Release-Fiber)。函殼可由水凝膠化的材料構成，特別是由明膠(Gelatine)、PVA等構成，因此一種作用物質可由核心-函殼纖維擴散出來。一核心-函殼纖維可具有一種促進傷口癒合或抗細菌的核心，例如醫藥蜜(Medihoney)、泛酸醇(Panthenol)、甲殼素(Chitosan)等，也可製造具有非凝膠化核心及凝膠化函殼的核心-函殼纖維，以當作吸收性的傷口紗布。也可考慮製成具有凝膠化的及非凝膠化的材料的「側對側」纖維。
要製造空心纖維，可設一種核心函殼纖維的一種可洗出或可除去的核心。舉例而言，該核心可利用溫度處理除去。藉著除去核心，該空心纖維的表面積增加，由於纖維之可探及的表面積增加，故纖維性的傷口紗布的表面活性提高。
利用此處所述的方法也可將不能紡絲的或很難紡絲的纖維生材料紡出以當作核心-函殼纖維的核心。特別是可考慮將具有作用物質或蛋白質的水溶液作紡絲。
利用此處所述的方法也可將二種互相反應的纖維生材料紡絲。在此，可具體地考慮：將一聚合物隨其交聯劑作紡絲。如此，該紡絲程序與交聯反應在一步驟達成。
在此處所述的方法，可使用下述的聚合物及這些聚合物的混合物的紡絲溶液、分散液、乳液、或熔融物。
合成之可生物分解的聚合物，如聚交酯(Polylaktid)、聚交酯共乙二醇內酯(Polyakid-co-Glykolid)的共聚物，例如Resomer RG 502 H，聚內酯-嵌段-聚氧化乙烯，例如Resomer RGP d 5055，聚己內酯(Polycaprolactone)、聚己內酯-嵌段-聚氧化乙烯、聚酐，例如Polifeprosan、聚隣酯(Polyorthoester)、聚磷酯，例如聚乳磷酯(Polylactophat)、合成之可生物相容的聚合物或用於醫藥的聚合物，如聚伸乙基乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯化乙烯、聚伸乙基對苯二酸酯、聚回氟乙烯、聚-2-羥基乙基甲基丙烯酸酯，生物聚合物如蛋白質與肽胜(Peptid)、多醣、油脂肪、核酸，特別是明膠、膠原蛋白、薄酸鹽(Alginate)、纖維素、彈性素(Elastine)、澱粉、甲殼素(Chitine)、甲殼素(Chitosane)玻尿酸(Hyaluronic acid)、葡聚糖(Dextrane)蟲膠(Schellack,英：shellac)、聚合物-作用物質-共軛物，亦即結合到可受生物分解的或可和生物相容的聚合物上的作用物質或添加劑，以及上述聚合物種類的共聚物。
在紡絲溶液中可添加劑或作用物質。
此處可使用酶、抗微生物劑、維生素、抗氧化劑、抗傳染劑、抗生素、抗病毒作用物質、抗排斥劑、止痛藥(Analgetika)、止痛藥的組合、抗發炎劑(Antiphlogistika)、消炎劑、促進傷癒合劑、荷爾蒙、類固醇、睪固酮(Testosteron)、雌二醇(Estradiol)、肽生及或肽胜系列，去活化之促進附著的肽胜序列，例如細胞外母質蛋白的肽胜序列及肽胜片段，特別是一些肽胜[它們含有一個或數個胺基酸系列：RGD-、LDV-、GFOGER-、IKVAV-、SVYGLR-、COMP-、ADAM-、POEM-、YIGSR-、GVKGDKGNPGWPGAP-、環-DFKRG-、KRSR，孤立的及/或用基因方式製造的蛋白質、多醣、醣蛋白、脂蛋白、胺基酸、生長因子，特別是來自以下生長因子家族者：TGF、(特別是TGF-β)、FGF、IL8及NG、RNA、siRNA、mRNA除/或DNA、抗癌劑，如Paclitaxel、Doxorubicin、1,3-雙-2-氯乙基-1-亞硝基脲BCNU、Camphothecin、活細胞、鴉片製劑(Opiate)、菸鹼(Nikotin)、硝化甘油、Clonidin，Fentanyl、莨菪胺(Scopolamin)、Rapamycin、Sirolimus、硫酸Gentamicin、Gentamicincrobefat、胺基磺酸、磺酸醯胺肽胜、以右型胺基酸為基礎的似肽胜分子、呋喃酮衍生物、Dexamethason、β-磷酸三鈣-及或羥基磷灰石，特別是特殊的羥基磷灰石奈米粒子，其濃度0.000001～70%。
利用此處所述的方法，可紡出的纖維生材料的種類範圍很大，如生物聚合物，特別是蛋白質，多醣、及在水性紡絲溶液或在有機溶劑中的聚合物。
也可考慮利用纖維生材料的熔融物實施此方法。例如用聚合物(特別是聚己內酯)及多醣──特別是蔗糖的熔融物。
也可將不同的紡絲溶液混合，特別是可將一第一紡絲溶液(即由聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯醇構成的溶液)和一第二溶液(即由明膠和藻酸鈉構成的溶液)混合。
也可考慮使用分散液與乳液當作紡絲溶液。
利用此處所述的方法也可將不能紡絲的纖維生材料作紡絲當作一纖維的核心。特別是可將具有溶解之作用物質的水溶液作紡絲。
利用此處所述的方法產生的多成分纖維可作後處理，例如交連反應。多成分纖維也可利用一道鞏固程序加工成一不織布。
此說明書中所述的纖維生材料可呈紡絲溶液形式。
如今有各種不同的可能方式，將本發明的構想用有利的方式實施及進一步發展。關於此點可參考以下的申請專利範圍以及參考本發明方法及本發明多成分纖維的有利實施例之以下的說明。
茲配合有利實施例的說明敘述，本發明構想之一般之有利實施例和進一步特點。
圖1顯示實施一方法的一裝置，在此方法中將一第一纖維生材料(1)充入一第一容器(2)，其中一第二纖維生材料(3)充入一第二容器(4)，其中將該二容器(2)(4)轉動，其中該第一纖維生材料(1)從該第一容器(2)帶出來，其中該第二纖維生材料(3)從該第一容器(4)帶出來，且其中該二纖維生材料(1)(3)在離開容器(2)(4)後組合在一起。
容器(2)(4)繞相同軸A轉動，其中第一纖維生材料(1)經一第一通道噴嘴(5)從第一容器(1)帶出，第二纖維生材料(3)經一第二通道噴嘴(6)從第一容器(4)帶出。該二纖維生材料(1)(3)互相組合而互補成一多成分纖維。
第一容器(2)與一內管(7)配合，而第二容器(4)與一外管(8)配合，其中第二容器(4)由周圍將第一容器(2)圍住，且其中第一容器(2)的通道噴嘴(5)呈同心方式在第二容器(4)的一通道噴嘴(6)通過。內管(7)與外管(8)設成同心。通道噴嘴(5)(6)具有出口開口，纖維生材料(1)(3)由該出口開口出來。
圖2顯示實施上述方法的一裝置的側剖視圖，其中第一容器(2)完全容納在第二容器(4)內且被它呈同心方式圍住。
圖3顯示圖1及圖2之同心設置的通道噴嘴(5)(6)的出口開口的上視圖，一核心-函殼纖維可利用該噴嘴製造。
圖4顯示實施此處所述方法的一裝置的側剖視圖，其中第一容器(2)與一下管部分(9)配合，且其中第二容器(4)與一上管部分(10)配合，且其中第一容器(2)的一半圓形橫截面的通道噴嘴(9a)放到該第二容器(4)的一半圓形橫截面的通道噴嘴(10a)上。
通道噴嘴(9a)(10a)有出口開口，纖維生材料由該出口開口出來。
圖5顯示通道噴嘴(9a)(10a)(它們的平坦側相倚靠，其橫截面呈半圓形)的出口開口的上視圖。這種通道噴嘴廓形用於製造側對側纖維(Side-by-Side-Fiber)。
圖6左邊顯示一多成分纖維的圖，它做成核心-函殼纖維形式，而右邊的多成分纖維做成側對側纖維形式。
圖6顯示二條多成分纖維，各包含一第一成分及一第二成分，該二個成分共同形成一纖維體(11)，其中該第一成分由一第一纖維生材料(1)構成，而該第二成分由一第二纖維生材料(3)構成。此多成分纖維利用一旋轉紡絲方法製造。
在以下實施例說明如何利用上述裝置產生多成分纖維或絮料。
在此，上述纖維生材料(1)(3)做成紡絲溶液形式。
利用圖1的裝置藉旋轉紡絲方法如下述製造由核心-函殼纖維構成的不織布：
所製的紡絲溶液(1)係一種20%明膠溶液。使用GELITAAG公司的Type A豬皮明膠。將此明膠攪拌到水中。然後將此明膠溶液攪拌約一小時，以使它浸脹。然後將此明膠溶液溶解，然後保持在60℃的溫度約2小時。
所製之紡絲溶液(3)為一種水性40%聚乙烯吡咯烷酮溶液。將此聚乙烯吡咯烷酮(分子量40000克/莫耳)在水中攪拌並在70℃溶在水浴中。
將此紡絲溶液(1)利用一軟管泵送入內管(7)的容器(2)中，將紡絲溶液(3)同時用另一軟管泵送入外管(8)的容器(4)中。
容器(2)(4)的溫度約80℃，並以轉速4500rpm繞，該共同軸A旋轉。內管(7)位在外管(8)內。通道噴嘴(5)(直徑0.5毫米)從內管(7)出來。它開口到外管(8)之直徑1.0毫米的通道噴嘴中，且與它一齊形成一紡絲噴嘴以製造該二成分纖維(該二成分纖維具核心和函殼二種片段)或製造空心纖維。
利用向心力，使纖維生材料(1)(3)被通道噴嘴(5)(6)加在並紡成雙成分纖維，它們利用一吸離裝置拉伸。吸離裝置位在容器(2)(4)下方。
利用此方法，聚合物不會分解，這點可用色層圖證明。
一種由具有核心-函殼片段的雙成分纖維構成的不織布係利用圖1的裝置用旋轉紡絲方法如下製造：
所用之紡絲溶液(1)為一種5%明膠溶液。使用GELITAAG公司的Type A豬皮的明膠。將此明膠攪拌到水中。然後明膠溶液攪拌約1小時以便發脹。然後將明膠溶液溶解，然後在60°溫度保持約2小時。
所用之紡絲溶液(3)為由水楊酸乙醯(濃度0.1毫克/升)和1重量%的聚氧化伸乙基(分子量約900000克/莫耳)構成的水性作用物質溶液。將此水楊酸乙醯溶在水中。
將此紡絲溶液(1)利用一軟管泵送入內管(7)的容器(2)中，將溶液(3)利用另一軟管泵送入外管(8)的容器(4)中。
容器(2)(4)的溫度約60℃，並利用4500rpm的轉速轉動。
內管(7)位在外管(8)內。直徑0.5毫米的通道噴嘴(5)從內管(7)出來。它開口到外管(8)之直徑1.0毫米的通道噴嘴(6)中，且與之一起形成一用於製造二成分纖維(具核心-函殼片段)的紡絲噴嘴或製造空心纖維的紡絲噴嘴。
利用向心力，纖維生材料(1)(3)被通道噴嘴(5)(6)加壓並紡成二成分纖維，它們利用一吸離裝置拉伸。吸離裝置位在容器(2)(4)下方。
由具有側對側片段的二成分纖維構成的不織布利用圖4的裝置用旋轉紡絲方法如下製造：
要製造-紡絲溶液(3)，係製造一種水性40%聚乙烯基吡咯烷酮溶液。此聚乙烯基吡咯烷酮(分子量約40000克/莫耳)在水中攪拌並在70℃溶在水中。
要製造一紡絲溶液(1)，係製造一40%明膠溶液，使用GELITA AG公司的Type A豬皮明膠。將此明膠攪拌到水中。然後此明膠溶液保持攪拌約1小時以發脹。然後將明膠溶液溶解，然後在60℃溫度保持約2小時。
紡絲溶液(3)用一軟管泵送入上轉子部(10)的容器(4)中，紡絲溶液(1)用一軟管泵送入上轉子部(9)的容器(2)中。
容器(2)(4)的溫度約80℃，並以4500rpm的轉速旋轉。
轉子(9)(10)分成一上容器(4)及一下容器(2)。下容器(2)與上容器(4)之直徑0.3毫米的通道噴嘴(9a)(10a)在轉子(9)(10)的外壁上對準，且一齊形成一紡絲噴嘴，以製造具有側對側片段的二成分纖維，這點示於圖4及圖5。
利用向心力使纖維生材料(1)(3)經通道噴嘴(9a)(10a)加壓並紡成二成分纖維，它們利用一吸離裝置拉伸。吸離裝置位在容器(2)(4)下方。
將紡絲溶液(1)(3)就其粘度調整，使它們在離開通道噴嘴(5)(6)(9a)(10a)後有充分強度，以形成一纖維體。在離開通道噴嘴(5)(6)(9a)(10a)後紡絲溶液(1)(3)冷却並大幅地固化及/或交聯。
關於本發明構想的其他有利設計及進一步特點可見說明書的一般部分及申請專利範圍。
(1)‧‧‧第一纖維生材料
(2)‧‧‧第一容器
(3)‧‧‧第二纖維生材料
(4)‧‧‧第二容器
(5)‧‧‧第一通道噴嘴
(6)‧‧‧第二通道噴嘴
(7)‧‧‧內管
(8)‧‧‧外管
(9)‧‧‧下管部分
(9a)‧‧‧通道噴嘴
(10)‧‧‧上管部分
(10a)‧‧‧通道噴嘴
圖1係一裝置之上剖視圖，它有一內管及一外管；
圖2係一裝置之上側視圖，它有一內管及一外管；
圖3係圖1及圖2的裝置的通道噴嘴的出口側的上視圖；
圖4係一裝置的一側剖視圖，它有一上轉子部及一下轉子部；
圖5係圖4裝置的通道噴嘴的出口側的上視圖；
圖6係一核心函殼纖維及一側對側纖維。
(1)．．．第一纖維生材料
(2)．．．第一容器
(3)．．．第二纖維生材料
(4)．．．第二容器
(5)．．．第一通道噴嘴
(6)．．．第二通道噴嘴
(7)．．．內管
(8)．．．外管
Claims (12)
- 一種多成分纖維，包含一第一成分與一第二成分，該二成分共同形成一纖維體(11)，其中該第一成分由一第一纖維生材料(1)構成，而第二成分由一第二纖維生材料(3)構成，其中，至少一成分有一物料，其構造在至少50℃的溫度至少加熱二分後破壞，其特徵在：利用旋轉紡絲方法製造。
- 如申請專利範圍第1項之多成分纖維，其中：在人體或動物體內其成分係可生物相容者及/或可受生物分解。
- 如申請專利範圍第1或第2項之多成分纖維，其中：至少一成分包含一種醫藥劑或由一醫藥劑製成。
- 如申請專利範圍第1或第2項之多成分纖維，其中：至少一成分含一抗生物劑。
- 如申請專利範圍第1或第2項之多成分纖維，其中：至少一成分含一酶。
- 如申請專利範圍第1或第2項之多成分纖維，其中：至少一成分含一種生長因子。
- 如申請專利範圍第1或第2項之多成分纖維，其中：至少一成分含一種減少疼痛的藥劑。
- 一種製造如申請專利範圍第1項的多成分纖維的方法，其中將一第一纖維生材料(1)充入一第一容器(2)，將一第二纖維管(3)材料(3)充入一第二容器(4)，其該將該二容器(2)(4)轉動，其中將第一纖維生材料(1)從第一容器(2)帶出， 其中將第二纖維生材料(3)從第二容器(4)帶出，其中該二纖維生材料(1)(3)在離開其容器(2)(4)後組合在一起，其特徵在：將二容器(2)(4)繞相同(2)(4)繞該相同軸(A)轉動，其中將該第一纖維生材料(1)經一第一通道噴嘴(5)(9a)從第一容器(2)帶出，而其中該第二纖維生材料(3)經一第二通道噴嘴(6)(10a)從第二容器(4)帶出。
- 如申請專利範圍第8項之方法，其中：將該纖維生材料(1)(3)組合，使它們互補成一多成分纖維。
- 如申請專利範圍第8或第9項之方法，其中：第一容器(2)與一內轉子(7)配合，第二容器(4)與一外轉子(8)配合，其中第二容器(4)在周圍將第一容器(2)圍住，且其中第一容器(2)的一通道噴嘴(5)呈同心方式在第二容器(4)的一通道噴嘴(6)內通過。
- 如申請專利範圍第8或第9項之方法，其中：該第一容器(2)與一下轉子部(9)配合，第二容器(4)與一上轉子部(10)配合，且切中，該第一容器的一個半圓形橫截面的通道噴嘴(9a)放到第二容器(4)的一半圓形橫截面的通道噴嘴(10a)。
- 一種紡絲裝置，其係用於實施申請專利範圍第8~11項任一項的方法，包含二個可繞該相同軸(A)旋轉的容器(2)(4)，其中第一通道噴嘴(5)(9a)與一第一容器(2)配合，第二通道噴嘴(5)(9a) 與一第二容器(4)配合，且其中第一通道噴嘴(5)(9a)與第二通道噴嘴(6)(10a)互相對準。
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