TWI528978B - 碳酸纖維膜 - Google Patents

Description

碳酸纖維膜

本發明是有關於一種纖維膜，特別是有關於一種碳酸纖維膜。

二氧化碳(CO₂)氣體與人體接觸會產生波爾效應(Bohr effect)，即二氧化碳會降低血紅蛋白與氧氣的親和力，促進血紅蛋白釋放氧氣，進而促進血液流動，加速代謝。目前市面上開發出多種產品，將此特性應用於皮膚保養方面，而市售的產品以應用在洗面乳與面膜上居多。然而，有些產品於使用時，使用者必須自行將兩種材料攪拌使其生成二氧化碳後，並在有限的時間內塗抹在臉上；或者有些產品係將二氧化碳氣體灌入容器中，於使用時噴出泡沫，再將泡沫塗抹在臉上。這些產品若作為面膜，除了上述於使用時之不便外，在使用後，使用者尚進行清洗的步驟以將面膜自臉上移除。因此，目前市面上的產品於使用上的方便性受到限制。

有鑑於此，目前需要一種碳酸膜，其可解決上述問題，具有用法簡單、便利等優點。

本發明係提供一種碳酸纖維膜，其包含含有機酸纖維及含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維。其中，含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維交聯。含有機酸纖維包含具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體以及有機酸，且具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體佔11~20重量份，有機酸佔1~10重量份。含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維包含具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體以及具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類，且具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體佔11~20重量份，具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類佔1~10重量份。

在本發明之一實施方式中，具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體包含聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮以及膠原蛋白或玻尿酸。更具體地說，在一實施方式中，聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮佔10~15重量份，且膠原蛋白或玻尿酸佔1~5重量份。

在本發明之一實施方式中，聚乙烯醇及聚乙烯吡咯烷酮之分子量為15~20kDa。

在本發明之一實施方式中，有機酸為乙酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸或酒石酸。

在本發明之一實施方式中，具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類為碳酸鈉、碳酸氫納、碳酸氫三鈉或碳酸鈣。

在本發明之一實施方式中，有機酸與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類於碳酸纖維膜中的重量比為1：1。

在本發明之一實施方式中，含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維的交聯係在30℃鹽酸水溶液的蒸氣或戊二醛水蒸氣下進行。

在本發明之一實施方式中，碳酸纖維膜之pH值為6.5。

在本發明之一實施方式中，碳酸纖維膜係形成於一基材上。

在本發明之一實施方式中，基材為不織布。

在本發明之一實施方式中，碳酸纖維膜係應用於面膜、眼膜、唇膜、手膜或足膜。

本發明係將分別包含有機酸及具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類之兩種不同的液體利用靜電紡絲技術，形成兩種纖維並直接噴塗在同一表面上，經交聯後形成碳酸纖維膜。本發明之碳酸纖維膜遇水即會產生二氧化碳氣體，使用上較為便利。藉由二氧化碳氣體所產生波爾效應，本發明之碳酸纖維膜可應用在日常保養或術後保養。

為使本發明之特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A圖係顯示本發明一實施方式之含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維交聯前的顯微鏡影像圖。

第1B圖係顯示第1A圖的局部放大圖。

第2圖係繪示本發明一實施方式之含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維交聯後之碳酸纖維膜的顯微鏡影像圖。

第3圖係顯示本發明實施例與比較例的細胞相容性測試結果圖。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文將參照附隨圖式來描述本發明之實施態樣與具體實施例；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。

本發明之一種碳酸纖維膜包含含有機酸纖維及含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維。其中，含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維交聯。含有機酸纖維包含具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體以及有機酸，且具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體佔11~20重量份，有機酸佔1~10重量份。含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維包含具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體以及具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類，且具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體佔11~20重量份，具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類佔1~10重量份。

具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體中的乙烯基聚合物主要用於使纖維本體成型，而美容成分除了成型作用之外，尚具有美容功效。在一實施方式中，具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體包含聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone，PVP)以及膠原蛋白或玻尿酸。聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮佔10~15重量份，且膠原蛋白或玻尿酸佔1~5重量份。膠原蛋白及玻尿酸具有黏稠性，有助於纖維本體的成型，且作為美容成分具有保濕的功效。

在一實施方式中，聚乙烯醇及聚乙烯吡咯烷酮之分子量為15~20kDa，例如分子量可為15kDa、16kDa、17kDa、18kDa、19kDa或20kDa。

有機酸中的氫離子與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類中的碳酸根或碳酸氫根遇水會產生反應而生成二氧化碳及水。在一實施方式中，有機酸為乙酸(Acetic acid)、檸檬酸(Citric acid)、琥珀酸(Succinic acid)、蘋果酸(Malic acid)或酒石酸(Tartaric acid)。在一實施方式中，具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類為碳酸鈉(Sodium carbonate)、碳酸氫納(Sodium bicarbonate)、碳酸氫三鈉(Sodium sesquicarbonate)或碳酸鈣(Calcium carbonate)。

在一實施方式中，有機酸與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類於碳酸纖維膜中的重量比為1：1。

在一實施方式中，含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維的交聯係在30℃鹽酸(HCl)水溶液的蒸氣或戊二醛(OHC(CH₂)₃CHO)水蒸氣下進行。此處所指之交聯係指鄰近的纖維之間產生連接及黏合的現象，且排列緊密，使碳酸纖維膜具有網狀的結構。在一實施方式中，鹽酸水溶液或戊二醛水溶液之濃度為20~99wt%。

本發明之碳酸纖維膜的pH值呈現中性至弱酸性，與皮膚的酸鹼值接近。在一實施方式中，碳酸纖維膜之pH值為6.5。

本發明之碳酸纖維膜可直接使用，或者可與基材一併使用。當碳酸纖維膜與基材一併使用時，製備方法將含有機酸紡絲液與含碳酸鹽或碳酸氫鹽紡絲液，利用靜電紡絲直接噴塗於同一基材上，並經後續交聯步驟後形成碳酸纖維膜。在一實施方式中，基材為不織布。

本發明之碳酸纖維膜可作為平日保養用之敷用膜，例如碳酸纖維膜可應用於面膜、眼膜、唇膜、手膜、足膜等。

本發明之碳酸纖維膜係由含有機酸之纖維本體與含碳酸鹽或碳酸氫鹽之纖維本體所組成。碳酸纖維膜中之有機酸與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類遇水後即開始反應，並有二氧化碳氣體持續產生，而不須混合兩種不同材料，且無需額外添加二氧化碳氣體，使用上較為便利。本發明之碳酸纖維膜可應用於多種用途，舉例而言，碳酸纖維膜可作為平日保養用之敷用膜(如面膜、眼膜、唇膜、手膜或 足膜)或者是做為之醫療用之敷用膜以促進傷口修復(如手術後之保養)。

本發明之碳酸纖維膜可由下述的製備方法製得，其包含以下步驟：

1.將10~15重量份之乙烯基聚合物及1~5重量份之美容成分溶於100重量份的溶劑中。接著，將1~10重量份之有機酸溶於具有美容成分之乙烯基聚合物的混合溶液中，以形成含有機酸紡絲液。在一實施方式中，乙烯基聚合物為聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，美容成分為膠原蛋白或玻尿酸，且溶劑為水。

2.將10~15重量份之乙烯基聚合物及1~5重量份之美容成分溶於100重量份的溶劑中。接著，將1~10重量份之具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類於具有美容成分之乙烯基聚合物的混合溶液中，以形成含碳酸鹽或碳酸氫鹽紡絲液。在一實施方式中，乙烯基聚合物為聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，美容成分為膠原蛋白或玻尿酸，且溶劑為水。

3.將步驟1之含有機酸紡絲液與步驟2之含碳酸鹽或碳酸氫鹽紡絲液分別置於針筒中，利用靜電紡絲噴塗於同一表面上，製作出一複合奈米纖維膜。

4.將步驟3之複合奈米纖維膜置於30℃鹽酸水溶液的蒸氣或戊二醛水蒸氣下進行交聯，以得到本發明之碳酸纖維膜。

請參照第1A圖，其係顯示本發明一實施方式之含有機酸纖維與含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維交聯前的複合奈米纖維膜顯微鏡影像圖。第1B圖則顯示第1A圖的局部放大圖。由第1A及1B圖可觀察到複合奈米纖維膜經交聯前，纖維僅交錯排列，且各個纖維之間並無連接關係。

請參照第2圖，其係繪示第1A圖之複合奈米纖維膜經交聯後所形成之碳酸纖維膜的顯微鏡影像圖。由第2圖可觀察到複合奈米纖維膜經鹽酸水溶液的蒸氣或戊二醛水蒸氣交聯後，鄰近的纖維之間產生連接及黏合，且結合緊密，使所形成之碳酸纖維膜具有網狀的結構。

本發明碳酸纖維膜係以有機酸與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類為原始材料，製備兩種紡絲液，藉由靜電紡絲技術，將兩種紡絲液，直接噴塗在同一表面上，經交聯後形成碳酸纖維膜。紡絲液中的水分經過靜電紡絲後而被移除，故於使用前，碳酸纖維膜中之有機酸與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類並不會反應。本發明之碳酸纖維膜於使用時遇水即會有二氧化碳氣體持續產生，無需額外添加二氧化碳氣體，且使用時不須混合兩種不同材料，製成上及使用上皆較為便利。

以下列舉數個實施例以更詳盡闡述本發明之方法，然其僅為例示說明之用，並非用以限定本發明，本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

碳酸纖維膜的製備

本發明一實施方式之碳酸纖維膜的製備方法包含以下步驟：

1.將12g聚乙烯醇與1g膠原蛋白溶於100毫升去離子水中。接著，將10g之檸檬酸粉末溶於聚乙烯醇/膠原蛋白溶液中，以形成含檸檬酸紡絲液，此時檸檬酸濃度為10%。在此實施方式中，聚乙烯醇之分子量係17kDa。

2.將12g聚乙烯醇與1g膠原蛋白溶於100毫升去離子水中。接著，將10g之碳酸氫鈉粉末溶於聚乙烯醇/膠原蛋白溶液中，以形成含碳酸氫鈉紡絲液，此時碳酸氫鈉濃度為10%。

3.將10mL步驟1之含檸檬酸紡絲液與10mL步驟2之含碳酸氫鈉紡絲液分別置於10毫升針筒中，利用靜電紡絲機噴塗於同一表面上，以製作出一複合奈米纖維膜。在此實施方式中，靜電紡絲機的條件為電壓15kV、流速3mL/hr以及距離150mm。

4.將步驟3之複合奈米纖維膜置於30℃鹽酸水溶液的蒸氣下進行交聯30秒後，即可得到實施例1之碳酸纖維膜。

實施例2之碳酸纖維膜的製備方法與實施例1類似，惟將步驟1之檸檬酸粉末的添加量改為5g，且將步驟2之碳酸氫鈉粉末的添加量改為5g，使檸檬酸濃度及碳酸氫鈉濃度皆為5%。

含水率測試

本實驗例係測試並比較實施例1與比較例之含水率，此測試係以不織布作為比較例1，並以市售之面膜作為比較例2。

測試方法係取一般面膜大小的實施例1與比較例1之乾膜，並測量兩者的乾重。接著，將實施例1與比較例1之乾膜分別放置於水中一段時間後，將吸水後的濕膜從水中取出，並測量吸水後濕膜的重量。將實施例1與比較例1吸水後之濕重除以吸水前之乾重，以計算含水率，結果如下列表一所示。值得注意的是，表一所示之比較例2的含水率係產品上所標示之理論數值。

由表一之結果可知，實施例1之含水率可達到約34倍，此結果係遠大於比較例1之不織布與比較例2之市售面膜。

碳酸纖維膜功效性測試

本實驗例係測試實施例及比較例所產生之二氧化碳(CO₂)的濃度及發泡時間，並觀察所產生之二氧化碳濃度及發泡時間對皮膚的影響。

以市售之eCO₂GEL凝膠面膜為比較例3，並以日本專利JP 2010-248098所提出之泡沫狀皮膚塗佈劑為比較例4。將實施例及比較例分別放置於水中，以儀器測量所產生之二氧化碳的濃度，並觀察因二氧化碳氣體的產生所持續產生氣泡的時間(發泡保持時間)。另，將實施例及比較例分別與皮膚接觸，並觀察皮膚表面的變化，其中實施例係於吸水後再進行測試。上述測試的結果紀錄於下表二。

由表二的結果可知，實施例之碳酸纖維膜確實可產生二氧化碳氣體，可持續發泡數十分鐘，且與皮膚接觸後會產生紅潮，代表實施例可確實促進血液循環。實施例1由於檸檬酸及碳酸氫鈉的濃度較高，故產生之二氧化碳濃度較實施例2高。值得注意的是，比較例3之二氧化碳濃度遠高於其餘樣 品，然而，此數據係產品介紹上的理論值，而非實際測量的結果，且二氧化碳濃度過高可能會對皮膚的刺激性過大，因而失去保養之目的。因此，本發明之碳酸纖維膜於使用時可產生適當濃度之二氧化碳，並有效地促進血液循環，進而達到保養之目的。

皮膚刺激性測試與皮膚過敏性測試

本實施例係對實施例1之乾膜進行皮膚刺激性測試與皮膚過敏性測試，其中測試對象為天竺鼠。採用乾膜之目的係為了測試碳酸纖維膜本身是否會對皮膚造成刺激或使皮膚產生過敏反應，故需排除由實施例1遇水後產生之二氧化碳對皮膚所造成的反應。

測試結果顯示，實施例1之乾膜並不會使皮膚產生刺激性或過敏性反應，代表本發明之碳酸纖維膜於使用上並無安全性的疑慮。

細胞相容性測試

本實驗例採用ISO 10993-5之測試方法，藉以測試並比較實施例1與比較例1之細胞相容性，其中比較例1為不織布。此外，對照用之正控制組為0.2%苯酚，且負控制組為PE膜。首先，將各測試樣品裁切成120cm²的大小，並將測試樣品與MEM萃取液依照6cm²/mL之比例混合。以MEM萃取液萃取於37℃下萃取測試樣品24小時，藉以得到各測試樣品 的萃取液。所用之MEM萃取液係依ISO 10993-12的標準製備。

接著，將比較例1、實施例1、正控制組及負控制組的萃取液分別與小鼠纖維母細胞株L-929(NCTC clone 929)共同培養72小時(5% CO₂、37℃)後，以細胞存活分析(MTT assay)進行細胞存活數測定之定量分析，並以未添加萃取液之細胞培養皿作為空白對照組。

一般而言，只要小鼠纖維母細胞的存活率大於70%以上，就表示此材料為生物相容的材料。

請參照第3圖，其係顯示本發明實施例與比較例的細胞相容性測試結果圖。由第3圖之結果可以觀察到，實施例1之細胞存活率約為120%，大於一般認定之具有生物相容性的標準(70%)，且優於比較例1不織布之約65%，說明本發明之碳酸纖維膜具有良好的細胞相容性。

碳酸纖維膜氯殘留量測試

本發明之碳酸纖維膜可藉由鹽酸水溶液的蒸氣將複合奈米纖維膜交聯後而製得，然而氯一直有對人體造成危害的疑慮。因此，本實驗例利用能量色散X射線光譜儀(Energy-dispersive X-ray spectroscopy，EDX)分析實施例1之碳酸纖維膜中的元素，以確認經鹽酸水溶液的蒸氣交聯後，所製得之碳酸纖維膜的氯殘留量。測試結果如下列表三所示。

表三

由表三之結果可知，雖然實施例1之碳酸纖維膜係經過鹽酸水溶液的蒸氣交聯後而製得，但鹽酸中的氯於所形成之碳酸纖維膜的殘留量極少，故本發明之碳酸纖維膜不具有對人體造成危害的疑慮。

綜上所述，本發明係利用靜電紡絲技術，將產生二氧化碳氣體之原料(即有機酸與具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類)分別製成纖維，並噴塗在同一表面上，經交聯後形成本發明之碳酸纖維膜。此碳酸纖維膜只要遇水就會有二氧化碳氣體持續產生，不需使用者自行混合不同材料，且使用後無需清洗即可移除。因此，本發明之碳酸纖維膜在使用上具有便利性及功能性。此外，碳酸纖維膜之奈米纖維化，使其可吸更多的水份，進而使得只要薄薄的一層碳酸纖維膜就可具有相較一般面膜高的保濕性與含水率。本發明之碳酸纖維膜可應用在日常保養之護膚膜上，藉由二氧化碳氣體所產生的波爾效應促進血液循環，進而加速代謝，達到皮膚保養之效果。本發明之碳酸纖維膜亦可應用於醫美微整型手術後之保養，亦藉由波爾效應加速傷口的修復。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種碳酸纖維膜，包含：一含有機酸纖維，包含：具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體，佔11~20重量份；以及有機酸，佔1~10重量份；以及一含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維，包含：該具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體，佔11~20重量份；以及具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類，佔1~10重量份，其中，該含有機酸纖維與該含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維交聯。
2. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該具有美容成分之乙烯基聚合物纖維本體，包含：聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮，佔10~15重量份；以及膠原蛋白或玻尿酸，佔1~5重量份。
3. 如申請專利範圍第2項所述之碳酸纖維膜，其中該聚乙烯醇及該聚乙烯吡咯烷酮之分子量為15~20kDa。
4. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該有機酸為乙酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸或酒石酸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類為碳酸鈉、碳酸氫納、碳酸氫三鈉或碳酸鈣。
6. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該有機酸與該具有碳酸根或碳酸氫根之鹽類於該碳酸纖維膜中的重量比為1：1。
7. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該含有機酸纖維與該含碳酸鹽或碳酸氫鹽纖維的交聯係在30℃鹽酸水溶液的蒸氣或戊二醛水蒸氣下進行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該碳酸纖維膜之pH值為6.5。
9. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該碳酸纖維膜係形成於一基材上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之碳酸纖維膜，其中該基材為不織布。
11. 如申請專利範圍第1項所述之碳酸纖維膜，其中該碳酸纖維膜係應用於面膜、眼膜、唇膜、手膜或足膜。