TWI654347B - Composite spinning nozzle and its application - Google Patents

Composite spinning nozzle and its application

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Abstract

本發明係提供一種複合紡絲噴嘴及其應用，係包括：噴嘴本體，其一端具有噴嘴出口，該噴嘴出口係完全浸於一凝固液中；外層紡絲液流路，係設置於該噴嘴本體內部，該外層紡絲液流路具有外層入液口與外層出液口，該外層出液口係連通至該噴嘴出口；至少一內層紡絲液流路，係設置於該噴嘴本體內部，該內層紡絲液流路具有內層入液口與內層出液口，該內層出液口係連通至該噴嘴出口；其中該外層出液口與該內層出液口係在該噴嘴出口處合流，該內層出液口之管徑係小於該外層出液口，該外層出液口噴出之外層絲係包覆該內層出液口噴出之內層絲，使該複合紡絲噴嘴噴出一具有多層材料之實心纖維絲線。

Description

複合紡絲噴嘴及其應用
本發明係與紡絲技術有關，特別係指一種用於生物質紡絲製程之複合紡絲噴嘴及其應用。
國內創傷敷料之發展越趨成熟，敷料之功能性也越來越高。然而，目前雙成份或多成份生物質複合紡絲製造方法，所使用原料為海藻酸鹽、甲殼素、幾丁聚醣、膠原蛋白等生物質材料，其作法包括：1、將不同生物質料液直接混合後抽絲、凝固；2、預先做好一種材料的絲線，再將其浸泡至另一種材料液中使其反應包覆到該絲線上；3、直接將數種材料絲線物理性絞合、纏繞成單一線束。上述方法均有容易造成纖維成份分佈不均、纖維絲強度弱或成形速度慢等問題，難以量產優質多成份生物質複合紡絲。
CN102560787專利揭示一種雙組成複合纖維的生產方法，該專利係將兩種成分的聚合物分別熔融、噴絲、冷卻、上油，在捲繞之前將兩種聚合物物理性的交纏複合捲繞，此種作法使用高溫熔融、不適用於對溫度敏感的生物質紡絲材料，且強制捲繞對生物質纖維的結合性較低。CN10322511專利揭示一種並列複合纖維噴絲板，同樣是以不適用於生物 質材料的高溫(攝氏255度以上)熔融製程，過高溫度會破壞生物質紡絲纖維的成份而失去其應用價值。CN104284710揭露一種多孔質中空纖維膜的製造方法，該專利之目的係製作出中空圓筒型纖維膜、而非實心纖維絲線，因此無法製備多成份生物質實心紡絲線。CN105063778揭露一種中空纖維膜紡絲噴嘴，該專利之目的亦為製作中空圓筒型纖維膜，無法製備多成份生物質實心紡絲線。
為解決先前技術之缺點，本發明係提供一種複合紡絲噴嘴及其應用，係用於多成份生物質纖維絲線的溼式紡絲法製程。本發明可一次性製作出具有兩種以上成份的生物質纖維絲線，解決先前技術纖維成份分佈不均、纖維絲強度弱與纖維絲成型速度慢的缺點。
本發明係為一種複合紡絲噴嘴，係包括：噴嘴本體，其一端具有噴嘴出口，該噴嘴出口係完全浸於一凝固液中；外層紡絲液流路，係設置於該噴嘴本體內部，該外層紡絲液流路具有外層入液口與外層出液口，該外層出液口係連通至該噴嘴出口；至少一內層紡絲液流路，係設置於該噴嘴本體內部，該內層紡絲液流路具有內層入液口與內層出液口，該內層出液口係連通至該噴嘴出口；其中該外層出液口與該內層出液口係在該噴嘴出口處合流，該內層出液口之管徑係小於該外層出液口，該外層出液口噴出之外層絲係包覆該內層出 液口噴出之內層絲，使該複合紡絲噴嘴噴出一具有多層材料之實心纖維絲線。
本發明之一實施例中，該噴嘴本體係以不鏽鋼製成。
本發明之一實施例中，該凝固液係為氯化鈣(CaCl2)水溶液。
本發明之一實施例中，該外層絲係為海藻酸鹽，該內層絲係為甲殼素(幾丁聚醣)或膠原蛋白。
本發明進一步提供製作生物質複合紡絲的方法，其步驟係包括：(a)提供一複合紡絲噴嘴，該複合紡絲噴嘴係連通至一進料桶、且該複合紡絲噴嘴之噴嘴出口係完全浸於一凝固槽之凝固液中；(b)該進料桶提供兩種以上之生物質紡絲液給該複合紡絲噴嘴，該複合紡絲噴嘴擠壓噴出一具有多層材料之實心纖維絲線至該凝固槽內；(c)將凝固槽內之實心纖維絲線輸送至一清洗槽內進行清洗；(d)將清洗完畢之實心纖維絲線輸送至一熱滾輪裝置進行加溫；(e)以一捲取裝置捲取該實心纖維絲線。
本發明之一實施例中，該生物質紡絲液之原料包 括海藻酸鹽、甲殼素、幾丁聚醣、膠原蛋白或其他種類之生物質材料。
本發明之一實施例中，該清洗槽之清洗液係為水或酒精，或兩者混合。
本發明之一實施例中，該熱滾輪裝置之加熱溫度係不超過攝氏50度(℃)。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
11‧‧‧噴嘴本體
11A‧‧‧噴嘴出口
12‧‧‧外層紡絲液流路
12A‧‧‧外層出液口
13‧‧‧內層紡絲液流路
13A‧‧‧內層出液口
21‧‧‧外層(海藻酸鹽)
22‧‧‧內層(幾丁聚醣)
31‧‧‧噴嘴本體
311‧‧‧噴嘴出口
32‧‧‧外層紡絲液流路
33A‧‧‧內層紡絲液流路
33B‧‧‧內層紡絲液流路
51‧‧‧進料桶
52‧‧‧複合紡絲噴嘴52
53‧‧‧凝固槽
54‧‧‧清洗槽
55‧‧‧熱滾輪裝置
56‧‧‧捲取裝置
圖1係為係為本發明之複合紡絲噴嘴第一實施例結構示意圖。
圖2係為本發明之第一實施例製備之雙層複合纖維線示意圖。
圖3係為本發明之複合紡絲噴嘴第二實施例結構示意圖。
圖4係為本發明複合紡絲噴嘴製備的多成份生物質紡絲線斷面示意圖。
圖5係為應用本發明複合紡絲噴嘴的生物質紡絲線製作系統示意圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地 瞭解本發明之其他優點與功效。
目前醫療敷料使用的生物質材料各有不同之特性與用途，海藻酸鹽(如海藻酸鈉)具高親水性、吸水性(自重之20倍)，其凝膠可保持營養份豐富之浸出液，促進細胞成長、表皮、肉芽之形成，且海藻酸鹽纖維絲線。幾丁聚醣纖維接觸組織液或血液時，會解離出正電荷，能夠破壞細菌之細胞壁達到殺菌之效果，同時能吸引帶負電荷之血小板、形成血栓，使傷口快速止血。膠原蛋白(又稱為膠原質)在動物細胞中扮演結合組織的角色，目前已應用於止血、神經重建、組織整形、燒燙傷、脫腸修補、尿道手術、藥物釋放、眼科、陰道避孕器、修補心瓣膜、血管壁手術和手術縫線等所需的生醫材料上。結合複數生物質材料以活用其各自的特性為現今生物質醫療敷料的發展趨勢，然而先前技術製作多成份生物質纖維線的方法均有纖維成份分佈不均、纖維絲強度弱或成形速度慢等問題，難以量產製備出質優、價廉的多成份生物質複合紡絲。因此本發明提出一種複合紡絲噴嘴，能快速、穩定的製備雙成份或多成份的生物質紡絲線。以下將透過本發明之實施態樣展現本發明之技術特點與優勢。
圖1係為本發明之複合紡絲噴嘴第一實施例結構示意圖，如圖所示，該複合紡絲噴嘴之噴嘴本體11內部具有外層紡絲液流路12與內層紡絲液流路13，該外層紡絲液流路12的外層出液口12A與內層紡絲液流路13的內層出液口13A在該 噴嘴出口11A處合流，以本實施例圖面為例，由於外層出液口圍繞住內層出液口，當兩流路同時有紡絲液擠壓、噴出時，內層出液口13A噴出之內層絲會被外層出液口12A噴出之外層完全包覆，兩股流體合成一雙層之實心流體原液細絲，從該噴嘴出口11A噴出，進入噴嘴出口11A外的凝固槽(圖未示)中，進行溶劑與凝固槽內凝固液(例如CaCl2水溶液)的質子交換，讓原液細絲流形成凝膠、成型為纖維線，再經過水洗、熱延伸產生凝膠脫水收縮作用，並轉變成流動性低的初紡纖維(as-spun fiber)，最後再由捲取裝置將纖維該複合纖維線捲取，即可作為生物質紡絲材料使用。本發明之一實施例中，該凝固液之成份可依製備的生物質材料不同而改變，並不限於本發明所揭露之態樣。
本發明之第一實施例製備之雙層複合纖維線如圖2所示，在該第一實施例中，外層21係為海藻酸鹽，內層22係為幾丁聚醣，此雙層材料結構可分別發揮海藻酸鹽與幾丁聚醣之功效，紡絲過程中，海藻酸鹽相較於其它生物質原料、具有成形速度快、紡絲效率高及纖維絲強度高等優點，因此作為複合纖維絲線的外層主體，包覆其他材料。本發明產出之纖維線斷面成份分佈均勻，沒有先前技術混合浸泡噴絲或絞合纏繞造成成份不均的問題。
本發明之複合紡絲噴嘴可製備具兩種以上成份之生物質纖維紡絲線，只要增加內層紡絲液流路的數量，即可 製作出以一外層絲包覆數股內層絲的複合生物質紡絲線。請參閱圖3，為本發明之複合紡絲噴嘴第二實施例結構示意圖，包括一組合式的噴嘴本體31、一外層紡絲液流路32與複數個內層紡絲液流路33A、33B，以本圖面為例，外層紡絲液流路32的管徑比內層紡絲液流路33A、33B更大，且內層紡絲液流路33A、33B的出口均被外層紡絲液流路32的出口所涵蓋，並在噴嘴出口311處合流，意即內層紡絲液流路所噴出的紡絲液會直接被外層紡絲液流路所噴出的紡絲液包覆，形成分佈均勻的多成份生物質紡絲線。圖4係為本發明複合紡絲噴嘴製備的多成份生物質紡絲線斷面示意圖，內層絲數量可視需求變更、如圖所示之三股內層絲與七股內層絲，個別內層絲的材料可相同、亦可不同。
請繼續參閱圖5，係為應用本發明複合紡絲噴嘴的生物質紡絲線製作系統示意圖，該製作系統包括進料桶51、複合紡絲噴嘴52、凝固槽53、清洗槽54、熱滾輪裝置55與捲取裝置56，進料桶51係用於容置一或多種生物質紡絲液(亦可用複數個進料桶分別容置不同的生物質紡絲液)，並將紡絲液提供給浸泡於凝固槽53中的複合紡絲噴嘴52。該製作系統係使用溼式紡絲法，由於生物質材料如海藻酸鹽、甲殼素(幾丁聚醣)或膠原蛋白不能以高溫加工、否則會破壞其成份，因此生物質紡絲無法用一般的熔融紡絲法製程，將紡絲原料加熱至熔融狀噴絲後冷卻成形，而是將從複合紡絲噴嘴52中擠壓噴 出的原液細絲流直接送入凝固槽53中，與凝固槽53的氯化鈣(CaCl2)水溶液進行質子交換作用，讓原液細絲流中的生物質成份形成凝膠、成型為纖維線；接著將纖維線送至清洗槽54清洗、以去除多餘的凝固液，清洗槽54內的清洗液可為純水(蒸餾水)、乙醇或兩者特定比例混合，理論上乙醇(酒精)的清潔效果較佳，但純酒精的揮發速度過快、製備成本也比純水高，因此實務上還是以兩者混合為較佳實施方式。清洗完畢的纖維線需再經過熱滾輪裝置55加溫以去除多餘清洗液(水或酒精)，需注意的是熱滾輪裝置55的加熱溫度不得過高、否則會破壞生物質材料的成份，熱滾輪裝置55的加熱溫度以不超過50℃為較佳實施方式。最後用捲取裝置56將乾燥的複合材質纖維線捲取為線捲，即可作為醫療用生物質敷料或其他用途的紡絲設備使用。
綜上所述，本發明係提供一種複合紡絲噴嘴及其應用，係用於製備多成份的生物質紡絲線。本發明改善現有技術的生物質紡絲製作方法具有的成品纖維成份分佈不均、纖維絲強度弱或成形速度慢等問題，可快速、穩定的作出成份分佈均勻且具高強度的多成份生物質紡絲纖維線。本發明可製備包括海藻酸鹽、甲殼素(幾丁聚醣)或膠原蛋白等多種生物質材料紡絲纖維，具有高運用彈性。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟 習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (10)

  1. 一種複合紡絲噴嘴，係包括：噴嘴本體，其一端具有噴嘴出口，該噴嘴出口係完全浸於一凝固液中；外層紡絲液流路，係設置於該噴嘴本體內部，該外層紡絲液流路具有外層出液口，該外層出液口係連通至該噴嘴出口；至少一內層紡絲液流路，係設置於該噴嘴本體內部，該內層紡絲液流路具有內層出液口，該內層出液口係連通至該噴嘴出口；其中該外層出液口與該內層出液口係在該噴嘴出口處合流，該內層出液口之管徑係小於該外層出液口之管徑，該內層出液口被該外層出液口所涵蓋，該外層出液口噴出之外層絲係包覆該內層出液口噴出之內層絲，使該複合紡絲噴嘴噴出一具有多層材料之實心纖維絲線。
  2. 如請求項1所述之複合紡絲噴嘴，其中該噴嘴本體係以不鏽鋼製成。
  3. 如請求項1所述之複合紡絲噴嘴，其中該凝固液係為氯化鈣(CaCl2)水溶液。
  4. 如請求項1所述之複合紡絲噴嘴，其中該外層絲係為海藻酸鹽。
  5. 如請求項1所述之複合紡絲噴嘴，其中該內層絲係為甲殼素(幾丁聚醣)或膠原蛋白。
  6. 一種製作生物質複合紡絲的方法，其步驟係包括：(a)提供一如請求項1所述之複合紡絲噴嘴，該複合紡絲噴嘴係連通至一進料桶、且該複合紡絲噴嘴之噴嘴出口係完全浸於一凝固槽之凝固液中；(b)該進料桶提供兩種以上之生物質紡絲液給該複合紡絲噴嘴，該複合紡絲噴嘴擠壓噴出一具有多層材料之實心纖維絲線至該凝固槽內；(c)將凝固槽內之實心纖維絲線輸送至一清洗槽內進行清洗；(d)將清洗完畢之實心纖維絲線輸送至一熱滾輪裝置進行加溫；(e)以一捲取裝置捲取該實心纖維絲線。
  7. 如請求項6所述之製作生物質複合紡絲的方法，其中該凝固液係為氯化鈣(CaCl2)水溶液。
  8. 如請求項6所述之製作生物質複合紡絲的方法，其中該生物質紡絲液之原料包括海藻酸鹽、甲殼素(幾丁聚醣)、膠原蛋白或其他種類之生物質材料。
  9. 如請求項6所述之製作生物質複合紡絲的方法，其中該清洗槽之清洗液係為水或酒精，或兩者混合。
  10. 如請求項6所述之製作生物質複合紡絲的方法，其中該熱滾輪裝置之加熱溫度係不超過50℃。
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