TWI565483B - The preparation of collagen fibers and the collagen fibers obtained - Google Patents

Description

膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維

本發明是有關於一種纖維，特別是指一種膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維。

市面上有多種不同的機能性纖維，隨著機能性纖維種類的不同，不同機能性纖維會具有諸如吸濕、保暖、抗菌、消臭等等不同的功能，其中，膠原蛋白纖維具有良好的消臭功能及皮膚保濕功能，且膠原蛋白是人體中本有之成分，因而親膚性佳。由於膠原蛋白纖維具有前述的優點，所以如何提供一種能製造出膠原蛋白纖維的製程，並使製造出的膠原蛋白纖維具有良好的消臭功能及皮膚保濕功能，是一值得解決的問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種膠原蛋白纖維的製程，能夠在紡絲順利的情況下製造出膠原蛋白纖維，且所製得的膠原蛋白纖維具有良好的消臭功能及皮膚保濕功能。

於是，本發明膠原蛋白纖維的製程，包含：步驟A：準備一包括纖維原料的纖維原料溶液。步驟B：準備一包括膠原蛋白的膠原蛋白溶液。以100重量份的該纖維 原料為基準，該膠原蛋白為5~10重量份。步驟C：混合該纖維原料溶液及該膠原蛋白溶液成為一紡絲液，並以濕式紡絲法將該紡絲液製成膠原蛋白纖維。

本發明所述的纖維原料可為用以製成嫘縈(rayon)的再生纖維素，也可為用以製造人造纖維的壓克力(acryl)材料。在符合天然、環保的需求，該纖維原料較佳是使用再生纖維素。如須製備出長纖型態的膠原蛋白纖維，該纖維原料優選為壓克力材料。製備該纖維原料溶液的方法，以再生纖維素舉例來說是，先收集適量的天然的纖維素，而所述的纖維素可為紙製品、木材、棉麻或上述材料之任一組合等來自大自然的的天然材料。再將該纖維素溶於一溶劑中，再於室溫下攪拌，即可製得纖維原料為再生纖維素的纖維素溶液。所述的溶劑可為氫氧化納溶液、N-甲基嗎啉-N-氧化物(N-methylmorpholineN-oxide,NMMO)、三級胺氧化物、環狀胺氧化物、乙醇、二硫化碳、二甲基甲醯胺、二甲亞硫或上述材料之任一組合。在實施上除了自行製備該纖維原料溶液外，也可於市面上購買現成之纖維原料溶液成品來實施本發明。

本發明所述的膠原蛋白的來源無需特別限定，如可以牛及豬等動物原料製成。較佳地，為了避免人畜共通疾病的傳播，該膠原蛋白可用魚為原料製成。更佳地，以魚鱗為原料，更可製成無魚臭味的膠原蛋白。製備該膠原蛋白溶液的方法，首先是用水清洗所收集之魚鱗，以洗去例如泥沙等等的雜質。接著再用酸液清洗該等魚鱗，以 除去非蛋白質之其他成份，並得到透明的魚鱗片。將該等魚鱗片倒入添加有酵素的水浴中，加熱攪拌後可將該等魚鱗片水解製得微黃色的溶解液。得到該溶解液後，加熱以破壞酵素的活性，並加入活性碳吸附雜質以及去腥劑去腥，之後過濾即可得到清澈且同樣微黃的透明液。再依需求以離子樹脂過濾吸附重金屬或濃縮，即可製得所述的膠原蛋白溶液。

在實施本發明時，該膠原蛋白溶液的濃度應予限定。當濃度太高時，會有結塊成凍不易加工的問題，而當濃度太低時，在與該纖維原料溶液後，會使得該膠原蛋白的濃度過稀，無法使該膠原蛋白與該纖維原料充分混合並結合。因此，較佳地，該膠原蛋白的重量是占該膠原蛋白溶液的總重的25%~35%。更佳地，該膠原蛋白的重量是占該膠原蛋白溶液的總重的35%。此外，以該步驟A中所製備的纖維原料溶液所含的纖維原料的總重為100重量份，該膠原蛋白溶液所含的膠原蛋白較佳地為5~10重量份。當該膠原蛋白的重量高過於10重量份時，多添加的膠原蛋白所能增添的效果並不明顯，且在該步驟C中，會降低可紡性，亦即在紡絲過程中會產生較高的斷絲率。當膠原蛋白的重量低於5重量份時，所製得的膠原蛋白纖維的消臭及保濕等機能性會不佳，故該膠原蛋白的重量份較佳地為5~10重量份，更佳地可為10重量份。

在該步驟C中，混合該纖維原料溶液與該膠原蛋白溶液時，應注意該膠原蛋白溶液所含的膠原蛋白的分 子量大小及分子量的分布。由於膠原蛋白是屬於高分子材料的一種，並由於高分子材料的分子量並無一定，且分子量影響材料的物理及機械性質甚大，故該膠原蛋白的分子量應予限定。當該膠原蛋白的平均分子量太大，則膠原蛋白不易與纖維原料均勻混合，會使製得的膠原蛋白纖維成品的品質不佳，若該膠原蛋白的平均分子量太小，則代表膠原蛋白幾乎被裂解成胺基酸，會失去膠原蛋白本身所具有的機能性。此外，如果膠原蛋白的分子量分布過廣，也會因為分子間的差異性過大，使得成品的區域間的差異性大，並因此造成該成品在受力時容易因應力不均而損壞。故較佳地，分子量為655~1791 Daltons的膠原蛋白的分子，占整體膠原蛋白的比例在50%以上，且該膠原蛋白的平均分子量為1000 Daltons。

在該步驟C中是將該紡絲液倒入紡絲槽中，並透過紡絲機以濕式紡絲法紡出，再置入一含有硫酸、硫酸鈉，以及硫酸鋅的凝固液中，固化成形膠原蛋白纖維而得到成品。

本發明之功效在於：透過控制該纖維原料與該膠原蛋白的比例，可以在兼顧可紡性的情況下，製得具有良好的消臭功能及皮膚保濕功能的膠原蛋白纖維。

本發明膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維之實施例1，包含：

步驟A：準備一包括纖維原料的纖維原料溶液。製作時先收集例如：紙製品、棉麻等含有纖維素的纖維母材，並將該等母材與氫氧化鈉水溶液作用以形成鹼化纖維素。所述的氫氧化鈉水溶液的濃度，較佳地為5~20重量%。更佳地，本實施例是以18重量%的氫氧化鈉溶液進行處理。得到老成後且重量百分率占約30~40%的鹼化纖維素後，再加入二硫化碳反應，並以5重量%之氫氧化鈉水溶液溶解、過濾及脫泡後，即可製得纖維原料為再生纖維素的纖維原料溶液。在實施上，該纖維原料溶液也可為購自於市面上既有之產品，同樣也能完成準備該纖維原料溶液的步驟。

步驟B：準備一包括膠原蛋白的膠原蛋白溶液。首先收集虱目魚鱗，並高壓沖洗該等虱目魚鱗以洗去雜質。取5000g的虱目魚鱗，並加入0.6當量濃度的塩酸水溶液15公升攪拌一天後，以粗網過濾虱目鱗再放進0.3當量濃度的塩酸水溶液15公升，攪拌10分鐘過濾。接著再酸洗1次並水洗6次，即可得到濕重共3,800g的虱目魚鱗。將該等虱目魚鱗放入10公升的反應鍋內，再加5000g的水後加溫至50℃時，加入4g的酵素，此時溶液的pH值約為3.2。持續加熱三小時後，魚鱗會幾乎全部溶化，且溶液的pH值增加到4.0左右。之後加入40g的去腥劑、20g的活性炭，並升高溫度達90℃維持40分鐘之後進行過濾，即得 清澈微黃色之透明液。將透明液降溫至攝氐40℃以下，使之流經陰陽離子交換樹脂，除去重金屬後，可得約8000毫升未濃縮的膠原蛋白溶液。利用真空濃縮機，將該膠原蛋白溶液濃縮至膠原蛋白的含量占總重的35%，亦即膠原蛋白約重1155g，水約重2145g，該膠原蛋白溶液的總重約3300g。

以上述方法製得的膠原蛋白溶液，其膠原蛋白的平均分子量為1000，且分子量為655~1791 Daltons的膠原蛋白的分子，占整體膠原蛋白比例在50%以上，該膠原蛋白的分子量分布記錄於表1。

在取用本步驟製得的膠原蛋白溶液時，應注意以該纖維原料溶液的纖維原料的重量為100重量份，該膠原蛋白為5重量份。舉例來說，如該纖維原料溶液的使用量為100g時，依步驟A的比例而言應含有約21g的纖維原料。因此，該膠原蛋白溶液的膠原蛋白含量應為1.05g，亦即該膠原蛋白溶液的使用量為3g。

步驟C：混合該纖維原料溶液及該膠原蛋白溶 液成為一紡絲液，該紡絲液透過一濕式紡絲機，以60m/min的速度紡出，並在一凝固液當中固化成形，成形後再經水洗上油等後處理即可得膠原蛋白纖維。所述的凝固液每公升含有120克的98%濃硫酸、280克的硫酸鈉及15克的硫酸鋅，且pH值介於2~3。所得到的膠原蛋白纖維的纖維本體會含有再生纖維素的該纖維原料以及該膠原蛋白。最後再測試本實施例所製得的膠原蛋白纖維的消臭能力及皮膚保濕性能力，並將結果記錄於表2中。

本發明膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維之實施例2與該實施例1類似，不同的地方在於：將該膠原蛋白的使用量增加到10重量份。同樣測試本實施例所製得的膠原蛋白纖維的消臭能力及皮膚保濕性能力，並將結果記錄於表2中。

本發明膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維之比較例1與該實施例1類似，不同的地方在於在該步驟B中，以該纖維原料溶液的纖維原料的重量為100重量份，該膠原蛋白的重量為1重量份。同樣測試本實施例所製得的膠原蛋白纖維的消臭能力及皮膚保濕性能力，並將結果記錄於表2中。

本發明膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維之比較例2與該實施例1類似，不同的地方在於在該步驟B中，以該纖維原料溶液的纖維原料的重量為100重量份，該膠原蛋白的重量為11重量份。由於本比較例雖尚可紡絲成纖維，但因為斷絲率高，不符合經濟效率，故省 略消臭能力及皮膚保濕性能力的測試。

本發明膠原蛋白纖維的製程及製得的膠原蛋白纖維之比較例3與該實施例1類似，不同的地方在於在該步驟B中，以該纖維原料溶液的纖維原料的重量為100重量份，該膠原蛋白的重量份為15重量份。由於本比較例不易紡絲成纖維，故無法進行消臭能力及皮膚保濕性能力的測試。

(1)消臭性測試：利用機器分析檢知管法及機器分析GC法試驗。

(2)皮膚保濕性測試條件如下：環境溫度為20±1℃，環境濕度為65±4%，測試對象為30歲女性，未覆蓋試樣的適應期間為10分鐘，覆蓋試樣的測試期間為30分鐘，量測部位為前臂，量測時姿勢為坐姿，量測儀器為Evaporimeter EP2，其保濕比較基準為純棉料。

(3)上述測試是將膠原蛋白纖維製成針織物以進行測試，針織物的組成為50%的膠原蛋白纖維、48%的棉，以及2%的spandx。

(4)所述的可紡性評價標準如下：「優」代表紡絲過程中3小時內均不斷絲，「佳」代表紡絲過程中3小時內斷絲1~2次，「可」代表紡絲過程中3小時內斷絲超過5次，「差」代表紡絲時不易形成絲，亦即絲強度差。

在開始比較該等實施例與該等比較例前，要先說明的是，由於在工業實施上大多以5重量份為實施單位，故省略2重量份至4重量份間的比較例，以及6重量份至9重量份間的比較例。另外由於可紡性不僅牽涉到本發明實施效果的差異，更牽涉到本發明是否得以實施之重點 ，故本說明書中在10至15重量份間，還另外實驗了11重量份的該比較例2。

由該實施例1與該比較例1的實驗結果得知，該實施例1除針對醋酸及吉草酸的消臭能力明顯優於該比較例1外，其皮膚保濕性也明顯地由2%提升至16%。由該實施例2與該比較例2及該比較例3的實驗結果得知，該實施例2雖然會斷絲，但斷絲率尚在可容許範圍，但該比較例2的斷絲率過多，該比較例3則幾乎難以製成纖維。此外，觀察該實施例1、該實施例2及該比較例3，我們可以發現，當膠原蛋白由1重量份提高到5重量份時，其皮膚保濕性效果提高為8倍，當該膠原蛋白由5重量份提高到10重量份時，其皮膚保濕性效果是提高為1.25倍，因此我們可以知道，當膠原蛋白的重量為10重量份以上時，投入的生產成本與成品增加的機能性將不成比例，不具經濟效益。

在實施上，該纖維原料溶液亦可替換為以壓克力為纖維原料的纖維原料溶液，並與該膠原蛋白溶液混合而製得本發明之膠原蛋白纖維。由於壓克力纖維的纖維原料溶液的製備及如何紡製成纖維皆為習知技術，故不再舉例說明。只要控制該膠原蛋白溶液的重量份及濃度在如前所述的範圍內即可。

綜上所述，本發明膠原蛋白纖維的製程，透過控制該膠原蛋白的重量份與該纖維原料的重量份的比例，使得本製程兼顧較佳紡絲率的同時，能製造出具有良好的 消臭功能及皮膚保濕功能的膠原蛋白纖維，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (6)

1. 一種膠原蛋白纖維的製程，包含：步驟A：準備一個包括有纖維原料的纖維原料溶液；步驟B：準備一個包括有膠原蛋白的膠原蛋白溶液，以100重量份的該纖維原料為基準，該膠原蛋白為5~10重量份；及步驟C：混合該纖維原料溶液及該膠原蛋白溶液成為一紡絲液，並以濕式紡絲法將該紡絲液製成膠原蛋白纖維。
2. 如請求項1所述的膠原蛋白纖維的製程，其中，在該步驟B中，該膠原蛋白的重量占該膠原蛋白溶液總重的25%~35%。
3. 如請求項1所述的膠原蛋白纖維的製程，其中，分子量為655~1791 Daltons的膠原蛋白的分子，占整體膠原蛋白比例在50%以上。
4. 如請求項3所述的膠原蛋白纖維的製程，其中，該膠原蛋白的平均分子量為1000 Daltons。
5. 如請求項1所述的膠原蛋白纖維的製程，其中，該纖維原料溶液的纖維原料為再生纖維素或壓克力。
6. 一種膠原蛋白纖維，以請求項1的方法製成。