TWM644049U - 吸濕抗菌功能性纖維 - Google Patents
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Abstract
本新型吸濕抗菌功能性纖維包含一呈長條狀的纖維本體及多個呈球狀並嵌設在該纖維本體的功能性顆粒體結構。其中，每一功能性顆粒體結構包括一改性甲殼素奈米顆粒及多顆彼此緊鄰地覆蓋在該改性甲殼素奈米顆粒表面的植物提取物顆粒。在本新型吸濕抗菌功能性纖維中，該等功能性顆粒體結構穩定並均勻嵌設在該纖維本體，使得本新型吸濕抗菌功能性纖維不僅具有優異的抗菌性及吸濕速乾性，還具有優異的斷裂強度、可紡性佳且不易斷裂的優點。
Description
本新型是有關於一種功能性纖維(functional fiber)，特別是指一種具有吸濕功能及抗菌功能的纖維。
富含甲殼素(Chitin)的蝦殼是目前工業上生產甲殼素的主要原料，不過該蝦殼中還含有蛋白質、無機鹽(如碳酸鈣)、天然色素等物質，因此一般會利用「酸鹼法」脫除該蝦殼中的蛋白質及無機鹽繼而提純出甲殼素。
由於甲殼素對水、稀酸液、鹼液、乙醇或其他有機溶劑等常用溶劑的溶解度極差而不利於後續應用。為了改善該甲殼素對常用溶劑的溶解度差的問題，以往會對該甲殼素進行去乙醯化反應來獲得對常用溶劑的溶解度較高的幾丁聚醣(Chitosan，亦稱殼聚醣)。
在紡織工業中，利用在紡絲原液中添加甲殼素衍生物及/或殼聚醣所製得的功能性纖維具有優異的抗菌性及吸濕速乾性等特性而廣受市場歡迎。然而，在製造這種功能性纖維的過程中，往
往會出現該甲殼素衍生物及/或該殼聚醣與該紡絲原液的相容性不佳，進而在紡絲過程中發生如堵塞噴絲口等問題。再者，該甲殼素衍生物及/或該殼聚醣是否能穩定並均勻分散於該紡絲原液中而使所製得的功能性纖維確實具有抗菌性及吸濕速乾性等特性，也是製造該功能性纖維需要考量之處。
因此，本新型之目的，即在提供一種解決至少一上述問題的吸濕抗菌功能性纖維。
於是，本新型吸濕抗菌功能性纖維包含一呈長條狀的纖維本體及多個呈球狀並嵌設在該纖維本體的功能性顆粒體結構。其中，每一功能性顆粒體結構包括一改性甲殼素奈米顆粒及多顆彼此緊鄰地覆蓋在該改性甲殼素奈米顆粒表面的植物提取物顆粒。
本新型之功效在於：在本新型吸濕抗菌功能性纖維中，該等功能性顆粒體結構穩定並均勻嵌設在該纖維本體，使得本新型吸濕抗菌功能性纖維不僅具有優異的抗菌性及吸濕速乾性，還具有優異的斷裂強度、可紡性佳且不易斷裂的優點。
1:纖維本體
2:功能性顆粒體結構
21:改性甲殼素奈米顆粒
22:植物提取物顆粒
本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式
中清楚地呈現，其中：圖1是本新型吸濕抗菌功能性纖維的一實施例的示意圖；圖2是該實施例沿長度方向剖切的剖視示意圖；圖3是該實施例中的功能性顆粒體結構的剖視示意圖；及圖4是實施例1中的多顆功能性顆粒體結構的外觀的掃描式電子顯微鏡照片。
本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1及圖2，本新型吸濕抗菌功能性纖維的一實施例包含一呈長條狀的纖維本體1及多個呈球狀並均勻嵌設在該纖維本體1的功能性顆粒體結構2。參閱圖3，每一功能性顆粒體結構2包括一改性甲殼素奈米顆粒21及多顆彼此緊鄰地覆蓋在該改性甲殼素奈米顆粒21表面的植物提取物顆粒22。在本新型的一些實施態樣中，以該吸濕抗菌功能性纖維為100wt%計，例如但不限於該纖維本體1的含量範圍為70wt%至90wt%，該等功能性顆粒體結構2的含量範圍總共為10wt%至30wt%。在該吸濕抗菌功能性纖維中，以該等功能性顆粒體結構2總共為100wt%計，例如但不限於該等改性甲殼素奈米顆粒21的含量範圍總共為70wt%至90wt%，該等植
物提取物顆粒22的含量範圍總共為10wt%至30wt%。
以下對該纖維本體1、該等功能性顆粒體結構2、該等改性甲殼素奈米顆粒21及該等植物提取物顆粒22進行進一步的說明。
該纖維本體1的種類無需特別限制，紡織領域中任何可用來形成纖維的聚合物皆適合用於形成該纖維本體1。在本新型的一些實施態樣中，例如但不限於該纖維本體1是一黏膠纖維本體，其中，該黏膠纖維本體是由黏膠纖維紡絲原液所形成。該黏膠纖維紡絲原液包含的具體成分例如但不限於甲種纖維素(亦稱α-纖維素)。
在本新型的一些具體實施態樣中，該等植物提取物顆粒22的平均粒徑範圍為20nm至50nm。在本新型的一些具體實施態樣中，該等植物提取物顆粒22是由蘆薈提取物粉末、茶提取物粉末及草珊瑚提取物粉末所構成。其中，該蘆薈提取物粉末、該茶提取物粉末及該草珊瑚提取物粉末皆富含多醣、多酚、黃酮等活性成分，能夠賦予該吸濕抗菌功能性纖維具有較佳的抗菌及吸濕速乾的性能。更佳地，該蘆薈提取物粉末、該茶提取物粉末及該草珊瑚提取物粉末的重量比例範圍為1：2至5：3至4。
在本新型的一些具體實施態樣中，該等改性甲殼素奈米顆粒21是由包括以下(a)至(e)的步驟所製得：(a).將含有甲殼素、無機鹽及蛋白質的蝦殼塊進行碎化處理，得
到目數範圍為1000mesh至3000mesh且包含該甲殼素、該無機鹽及該蛋白質的蝦殼粉；(b).將該蝦殼粉進行脫鹽處理以脫除該無機鹽，得到包含該甲殼素及該蛋白質的經脫鹽蝦殼粉，其中，該脫鹽處理包括使用酸性處理液脫除該蝦殼粉中的該無機鹽，且以該蝦殼粉的用量為1g計，該酸性處理液的用量範圍為至少15mL；(c).將該經脫鹽蝦殼粉進行脫蛋白處理以脫除該蛋白質，得到包含該甲殼素的經脫蛋白蝦殼粉，其中，該脫蛋白處理包括在微波環境下使用鹼性處理液脫除該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質，且以該經脫鹽蝦殼粉的用量為1g計，該鹼性處理液的用量範圍為至少15mL；(d).將該經脫蛋白蝦殼粉進行奈米化處理，得到多顆包含該甲殼素的甲殼素奈米顆粒，其中，該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度範圍為96%至99%且平均粒徑範圍為10nm至50nm；及(e).將該等甲殼素奈米顆粒進行改性處理，得到多顆改性甲殼素奈米顆粒21，其中，該改性處理包括將該等甲殼素奈米顆粒溶解於乙酸中後與聚乙二醇反應得到包含該等改性甲殼素奈米顆粒21的待提純物。
在本新型的一些具體實施態樣中，該等功能性顆粒體結構2是由以下(f)的步驟所製得：
(f).將該等改性甲殼素奈米顆粒21、該等植物提取物顆粒22、甘油及水混合並進行均質化處理，得到該等功能性顆粒體結構2。
在本新型的一些具體實施態樣中，該吸濕抗菌功能性纖維是由以下(g)的步驟所製得：(g).將該等功能性顆粒體結構2與紡絲原液混合並進行紡絲程序而製得該吸濕抗菌功能性纖維。
以下詳細說明各步驟。
〈步驟(a)〉
於該步驟(a)中，將包含甲殼素、無機鹽及蛋白質的蝦殼塊進行碎化處理以得到包含該甲殼素、該無機鹽及該蛋白質的蝦殼粉。其中，該碎化處理的具體方式不限，只要使該蝦殼粉的目數範圍為1000mesh至3000mesh即可。
於該步驟(a)中，該碎化處理的目的在於使得到的該蝦殼粉的目數範圍為1000mesh至3000mesh。透過讓該蝦殼粉的目數為至少1000mesh，即該蝦殼粉的比表面積相應較為大，會使得後續該步驟(d)所製得的該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度高，還會使得後續該步驟(f)所製得的該等功能性顆粒體結構2中的該等植物提取物顆粒22的負載率佳，從而使得經由該步驟(g)所製得的吸濕抗菌功能性纖維的斷裂強度符合國家標準GB/T 14463-2022《黏膠短纖維》中對一等品的要求。透過讓該蝦殼粉的目數為不大
於3000mesh，能使得該蝦殼粉不易發生團聚現象，還會使得後續該步驟(e)所製得的該等改性甲殼素奈米顆粒21於該步驟(f)時不易發生沉澱現象，從而使得該等功能性顆粒體結構2在該紡絲原液中分散均勻，最終使得所製得的該吸濕抗菌功能性纖維的抗菌性及吸濕速乾性皆良好。
〈步驟(b)〉
於該步驟(b)中，將該蝦殼粉進行脫鹽處理以脫除該無機鹽，而得到包含該甲殼素及該蛋白質的經脫鹽蝦殼粉。其中，該脫鹽處理包括使用酸性處理液脫除該蝦殼粉中的該無機鹽，該酸性處理液的種類不限，已知能夠從蝦殼中脫除無機鹽(如碳酸鈣)的酸性化學品皆適用於作為本新型中使用的該酸性處理液。在本新型的一些具體實施態樣中，該酸性處理液包含酸性物質及溶媒，其中，該酸性物質選自於鹽酸、硝酸、苦味酸、酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、水楊酸、咖啡酸或上述任意組合，該溶媒選自於鹽酸、硝酸、水或上述任意組合。考量該酸性處理液對設備的腐蝕性及操作人員的安全性，並確保該脫鹽處理具有更良好的效果，較佳地，該酸性物質為酒石酸及檸檬酸且該溶媒為鹽酸。更佳地，於該酸性處理液中，該鹽酸、該酒石酸及該檸檬酸的重量比例範圍為1.5至3.5：2至3：0.5至1.5。
於該步驟(b)中，以該蝦殼粉的用量為1g計，該酸性處理
液的用量範圍為至少15mL。以該蝦殼粉的用量為1g計，透過讓該酸性處理液的用量為至少15mL，能使得該蝦殼粉中的該無機鹽被完全脫除，還會使得後續該步驟(d)所製得的該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度高，從而使得經由該步驟(g)所製得的該吸濕抗菌功能性纖維的抗菌及吸濕速乾的性能良好。再者，以該蝦殼粉的用量為1g計，進一步控制該酸性處理液的用量不高於20mL，還能降低對環境造成的負擔。因此，在本新型的一些具體實施態樣中，以該蝦殼粉的用量為1g計，該酸性處理液的用量範圍為15mL至20mL。
〈步驟(c)〉
於該步驟(c)中，將該經脫鹽蝦殼粉進行脫蛋白處理以脫除該蛋白質，而得到包含該甲殼素的經脫蛋白蝦殼粉。該脫蛋白處理包括在微波環境下使用鹼性處理液將該經脫鹽蝦殼粉中的蛋白質分解成肽或胺基酸，達到脫除該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質的效果。其中，透過該微波環境搭配該鹼性處理液能夠更有效率地脫除該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質。透過在該微波環境下，能使得該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質被完全脫除，還會使得後續該步驟(d)所製得的該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度高，從而使得經由該步驟(g)所製得的該吸濕抗菌功能性纖維的抗菌及吸濕速乾的性能良好。更進一步地，為了得到更高甲殼素純度的該等甲殼素奈米顆粒，較佳地，在本新型的一些具體實施態樣中，該微波環境的溫度範圍
為40℃至50℃，功率範圍為160至320W。
於該步驟(c)中，該鹼性處理液的種類不限，已知能夠分解蝦殼中蛋白質的鹼性化學品皆適用於作為本新型中所使用的該鹼性處理液。在本新型的一些具體實施態樣中，該鹼性處理液包含鹼性物質及水，其中，該鹼性物質選自於尿素、氫氧化鉀、氫氧化鈉、三乙胺、4-二甲基吡啶或上述任意組合。該鹼性處理液的pH值越高，自該經脫鹽蝦殼粉中脫除該蛋白質的效果越佳，但可能會使得該肽或該胺基酸被該鹼性處理液進一步分解產生硫化氫或氨氣等具有刺激氣味的物質。因此，為了使後續該步驟(d)所製得的該等甲殼素奈米顆粒的氣味良好，較佳地，該鹼性處理液的pH值範圍為11至12。在本新型的一些具體實施態樣中，該鹼性處理液的pH值範圍為11至12，且該鹼性物質包括尿素及氫氧化鈉，該尿素及該氫氧化鈉的重量比例範圍為2至3：1至2。
於該步驟(c)中，以該經脫鹽蝦殼粉的用量為1g計，該鹼性處理液的用量範圍為至少15mL。以該經脫鹽蝦殼粉的用量為1g計，透過讓該鹼性處理液的用量為至少15mL，能使得該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質被完全脫除，還會使得後續該步驟(d)所製得的該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度高，從而使得經由該步驟(g)所製得的該吸濕抗菌功能性纖維的抗菌及吸濕速乾的性能良好。再者，以該經脫鹽蝦殼粉的用量為1g計，進一步控制該鹼性處理液的
用量不高於20mL，還能降低對環境造成的負擔。因此，在本新型的一些具體實施態樣中，以該經脫鹽蝦殼粉的用量為1g計，該鹼性處理液的用量範圍為15mL至20mL。
〈步驟(d)〉
於該步驟(d)中，將該經脫蛋白蝦殼粉進行奈米化處理而得到多顆包含該甲殼素的甲殼素奈米顆粒，且該等甲殼素奈米顆粒的平均粒徑範圍為10nm至50nm。
在本新型的一些具體實施態樣中，該奈米化處理包括將該經脫蛋白蝦殼粉與鹽酸水溶液反應得到酸性粗產物，調節該酸性粗產物的酸鹼值而得到中性粗產物，將該中性粗產物依序進行離心、透析、超音波震盪及濃縮而得到該等甲殼素奈米顆粒。其中，該鹽酸水溶液的作用在於讓該經脫蛋白蝦殼粉發生膨脹、酸化及水解。較佳地，該鹽酸水溶液的體積莫耳濃度範圍為2M至4M，使得該等甲殼素奈米顆粒具有良好的粒徑分布均勻性。在本新型的一些實施態樣中，該離心的轉速範圍例如但不限於為7000rpm/min至9000rpm/min，該離心的時間範圍例如但不限於為10分鐘至15分鐘。該超音波震盪的功率例如但不限於為900W，該超音波震盪的時間例如但不限於為30分鐘。該濃縮是在溫度範圍例如但不限於為50℃至60℃的條件下進行。
值得一提的是，由於該步驟(a)的該蝦殼粉的特定目數範
圍設計，並搭配該步驟(b)中使用特定用量範圍的該酸性處理液脫除該蝦殼粉中的該無機鹽，及該步驟(c)中使用特定用量範圍的該鹼性處理液搭配微波環境脫除該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質，使得所製得的該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度範圍為96%至99%。以執行一次該步驟(b)及一次該步驟(c)為一純化程序，較佳地，該純化程序的次數範圍為3次至4次，能使該等甲殼素奈米顆粒具有更高的甲殼素純度。
〈步驟(e)〉
於該步驟(e)中，將該等甲殼素奈米顆粒進行改性處理而得到該等改性甲殼素奈米顆粒21。該改性處理包括將該等甲殼素奈米顆粒溶解於乙酸中後與聚乙二醇反應得到包含該等改性甲殼素奈米顆粒21的待提純物。其中，讓該等甲殼素奈米顆粒與該聚乙二醇反應的目的在於使所形成的該等改性甲殼素奈米顆粒21相較於該等甲殼素奈米顆粒具有更多的極性基團，不僅能夠使該等改性甲殼素奈米顆粒21與後續該步驟(f)中的該等植物提取物顆粒22具有良好的相容性而構成如圖3所示的結構，從而提升該等功能性顆粒體結構2中的該等植物提取物顆粒22的負載率，還能夠使該吸濕抗菌功能性纖維具有良好的抗菌性及吸濕速乾性。為了從該待提純物中提取出該等改性甲殼素奈米顆粒21，在本新型的一些具體實施態樣中，該改性處理還包括將該待提純物進行脫泡得到經脫泡混合
物，將該經脫泡混合物進行透析得到透析液，調節該透析液的pH值到10至13而析出包含該等改性甲殼素奈米顆粒21的固形物，將該固形物經抽氣過濾並以乙醇洗滌及去除乙醇，而得到該等改性甲殼素奈米顆粒21。
於該改性處理中，為了讓該等甲殼素奈米顆粒與該聚乙二醇能夠很好地進行去乙醯化反應，利用作為溶劑的該乙酸使該等甲殼素奈米顆粒被充分溶解，從而使該聚乙二醇對經該乙酸溶解後的甲殼素奈米顆粒能夠最大限度地完成去乙醯化。其中，該去乙醯化反應是向該等甲殼素奈米顆粒的分子鏈中引入該聚乙二醇的結構，可有效地提升該等甲殼素奈米顆粒的分子鏈中極性基團的分佈率，也就是提升了該等甲殼素奈米顆粒的分子鏈中親水基團的占比，使得由該等甲殼素奈米顆粒所製得的該等改性甲殼素奈米顆粒21具有較佳的親水性。此外，因為該等改性甲殼素奈米顆粒21具有較佳的親水性，而能夠使後續該步驟(f)所製得的該等功能性顆粒體結構2在該步驟(g)中與所使用的紡絲原液具有良好的相容性。
因此，透過於該步驟(e)中添加該聚乙二醇，會使得後續該步驟(f)所製得的該等功能性顆粒體結構2與該紡絲原液的相容性佳，從而使得後續該步驟(g)所製得的該吸濕抗菌功能性纖維的可紡性佳、斷裂強度佳(即不易斷裂)、抗菌功能佳及吸濕速乾功能佳。
較佳地，該等甲殼素奈米顆粒的總重量與該聚乙二醇的重量的重量比例範圍為1：0.1至0.3，該聚乙二醇的羥值範圍為102mgKOH/g至129mgKOH/g且平均相對分子量(relative molecu lar weight，簡稱Mr)範圍為900至1100。在本新型的一些實施態樣中，該反應的轉速範圍例如但不限於為500rpm/min至900rpm/min，該反應的時間例如但不限於至少為10分鐘。
〈步驟(f)〉
於該步驟(f)中，將該等改性甲殼素奈米顆粒21、該等植物提取物顆粒22、甘油及水混合並進行均質化處理，得到該等功能性顆粒體結構2。其中，每一功能性顆粒體結構2包括一改性甲殼素奈米顆粒21及多顆彼此緊鄰地覆蓋在該改性甲殼素奈米顆粒21表面的植物提取物顆粒22，如圖3所示。在本新型的一些具體實施態樣中，該均質化處理包括將該等改性甲殼素奈米顆粒21、該等植物提取物顆粒22、該甘油及該水混合並在超音波震盪下得到均質液，再將該均質液依序經冷卻、過濾及乾燥而製得該等功能性顆粒體結構2。
於該步驟(f)中，該等植物提取物顆粒22的作用在於使該等功能性顆粒體結構2與該紡絲原液之間具有良好的相容性，從而該等功能性顆粒體結構2在該紡絲程序的過程中不會發生如堵塞噴絲口等問題，以及能使本新型吸濕抗菌功能性纖維具有可紡性佳且
不易斷裂的優點。
於該步驟(f)中，該甘油的羥基與該等改性甲殼素奈米顆粒21中的極性基團、該等植物提取物顆粒22中的極性基團形成氫鍵，不但可以降低該等改性甲殼素奈米顆粒21在紡絲程序的過程中的耗損，還可以提升所製得的該等功能性顆粒體結構2的親水性，從而在後續的該步驟(g)中使得該等功能性顆粒體結構2與所使用的該紡絲原液之間具有良好的相容性。
於該步驟(f)中，該水作為溶劑，並搭配該超音波震盪，使該等改性甲殼素奈米顆粒21及該等植物提取物顆粒22均勻分散於該甘油及該水中，從而使得所製得的該等功能性顆粒體結構2在所使用的該紡絲原液中具有良好的相容性。在本新型的一些實施態樣中，該超音波震盪的溫度範圍例如但不限於為30℃至50℃，該超音波震盪的功率範圍例如但不限於為300W至500W，該超音波震盪的時間例如但不限於至少為20分鐘。
〈步驟(g)〉
於該步驟(g)中，將該等功能性顆粒體結構2與紡絲原液混合並進行紡絲程序而製得該吸濕抗菌功能性纖維。其中，該吸濕抗菌功能性纖維包含一纖維本體1及多個功能性顆粒體結構2，如圖1及圖2所示。在本新型的一些具體實施態樣中，該紡絲程序是將該等功能性顆粒體結構2與該紡絲原液混合得到的紡絲混合液進行濕
式紡絲。
在本新型的一些具體實施態樣中，該紡絲原液為黏膠纖維紡絲原液，該黏膠纖維紡絲原液所包含的具體成分例如但不限於甲種纖維素。較佳地，該等功能性顆粒體結構2與該紡絲原液的重量比例範圍為1至3：7至10，使得該吸濕抗菌功能性纖維兼具更佳的抗菌性、更佳的吸濕速乾性及更佳的斷裂強度。
該濕式紡絲中所使用的紡絲設備及紡絲條件不限。在本新型的一些具體實施態樣中，噴絲頭的孔徑範圍例如但不限於為0.2mm至0.6mm。在本新型的一些具體實施態樣中，紡絲速度範圍例如但不限於為25m/min至35m/min。在本新型的一些具體實施態樣中，凝固浴的組成例如但不限於包括硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)及聚季銨鹽(polyquaternium)，且該硫酸、該磷酸及該聚季銨鹽的重量比例範圍例如但不限於為10至16：8至12：5至9，能夠讓該吸濕抗菌功能性纖維具有更佳的斷裂強度。在本新型的一些具體實施態樣中，該凝固浴的溫度範圍例如但不限於為45℃至46℃。在本新型的一些具體實施態樣中，該濕式紡絲還包括後處理，該後處理例如但不限水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油及/或烘乾等。
值得一提的是，由於該等甲殼素奈米顆粒具有甲殼素純度高且平均粒徑小的特點，從而使得該步驟(f)所得到的該等功能性顆粒體結構2能夠穩定並均勻分散至該紡絲原液中而不易在該紡
絲程序中被損耗掉，也就是該等功能性顆粒體結構2穩定並均勻嵌設在該纖維本體1中，繼而使得本新型吸濕抗菌功能性纖維具有優異的抗菌性及吸濕速乾性。
本新型將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，所述實施例僅為例示說明用，而不應被解釋為本新型實施的限制。
〈實施例1〉
(a).提供蝦殼塊，其中，該蝦殼塊是將廢棄蝦殼洗淨後在溫度50℃的條件下乾燥6小時所製得。使用一台碎化機(來源：濰坊市精華粉體工程設備有限公司；型號：JHMB2.2*0.5)對該蝦殼塊進行碎化，得到目數為2000mesh的蝦殼粉。
(b).提供由酒石酸及檸檬酸溶解於鹽酸所形成的酸性處理液，其中，該鹽酸、該酒石酸及該檸檬酸的重量比例為2：2.5：1。將500g的該蝦殼粉與8000mL的該酸性處理液混合，得到pH值為1.5的酸性混合物，接著利用一台攪拌設備(來源：河南天鋼環保設備有限公司；型號：80型)在溫度為25℃且轉速為100rpm/min的條件下對該酸性混合物攪拌30分鐘以脫除該蝦殼粉中的無機鹽(如碳酸鈣)。攪拌結束後將所得到的產物進行過濾得到酸性濾餅，並以蒸餾水不斷沖洗該酸性濾餅直至沖洗流出的濾液的pH值為7，得到第一中性濾餅。然後在溫度為80℃的條件下對該第一中性濾餅進行乾燥3小時，得到375g的經脫鹽蝦殼粉。
(c).提供由尿素及氫氧化鈉溶解在水中所形成的鹼性處理液，其中，該尿素與該氫氧化鈉的重量比例為2.5：1.5，且以該鹼性處理液的總量為100wt%，該尿素與該氫氧化鈉的總和含量為10wt%。將375g的該經脫鹽蝦殼粉與6000mL的該鹼性處理液混合，得到pH值為12的鹼性混合物。接著使用一台微波設備(來源：青島邁威微波化學設備有限公司；型號：MKX-H4G1A)，在溫度為45℃且功率為220W的條件下對該鹼性混合物進行微波10分鐘以脫除該經脫鹽蝦殼粉中的蛋白質。微波結束後將所得到的產物進行過濾得到鹼性濾餅，並以蒸餾水不斷沖洗該鹼性濾餅直至沖洗流出的濾液的pH值為7，得到第二中性濾餅。然後在溫度為70℃的條件下對該第二中性濾餅進行乾燥2小時，得到124g的經脫蛋白蝦殼粉。
(d).將500mL且濃度為3M的鹽酸水溶液(由鹽酸與水所組成)以0.6mL/min的速度加至124g的該經脫蛋白蝦殼粉中後，置於上述攪拌設備中並在溫度為4.5℃且轉速為8000rpm/min下攪拌4.5小時以使該經脫蛋白蝦殼粉完全溶解於該鹽酸水溶液中而得到酸性粗產物。然後以蒸餾水調節該酸性粗產物的酸鹼值至形成pH值為7且含有沉澱物的中性粗產物。使用一台離心設備(來源：湖南凱達科學儀器有限公司；型號：DL6M)，在轉速設定為15000rpm/min的條件下對該中性粗產物進行離心20分鐘後取該沉澱物，
將該沉澱物置於一個透析袋(來源：國藥集團化學試劑有限公司；型號：DM20 92420601；截留分子量：8,000Da至14,000Da)中以去離子水透析3天得到透析產物。使用一台超音波震盪設備(來源：常州朗越儀器製造有限公司；型號：HH-2J)，在功率為900W的條件下對該透析產物進行超音波震盪30分鐘後，接著移到一台濃縮設備(來源：湖北點刻機械有限公司；型號：DK-DZ)中並在溫度為55℃的條件下進行濃縮，得到118g的多顆甲殼素奈米顆粒。
(e).將118g的該等甲殼素奈米顆粒溶解於500g的乙酸中，再加入23.6g的聚乙二醇(來源：南通文暉化工有限公司；平均羥值：102mgKOH/g至125mgKOH/g；平均相對分子量(Mr)：900至1100)，接著置於上述攪拌設備中並在溫度為35℃且轉速為900rpm/min的條件下攪拌15分鐘，反應得到包含多顆改性甲殼素奈米顆粒的待提純物。在25℃下將該待提純物置於一台脫泡設備(來源：深圳思邁達電子有限公司；型號：TWV-500T)中，並在轉速為35rpm/min的條件下脫泡20小時以脫除該待提純物中的氣泡，得到經脫泡混合物。然後將該經脫泡混合物置於一個透析袋(來源：浙江博實醫療器械有限公司；型號：MD34；截留分子量：10,000Da)中以蒸餾水透析24小時得到透析液，再使用濃度為0.01M的氫氧化鈉水溶液(由氫氧化鈉與水所組成)調節該透析液的pH值至12而析出包含該等改性甲殼素奈米顆粒的固形物。該固形物經漏斗抽
氣過濾並以乙醇沖洗並持續抽氣過濾以除去乙醇，得到139g的該等改性甲殼素奈米顆粒。
(f).提供多顆由蘆薈提取物粉末(來源：陝西海塞生物科技有限公司)、茶提取物粉末(來源：西安禾泰源生物技術有限公司)及草珊瑚提取物粉末(來源：西安全奧生物科技有限公司)所構成的植物提取物顆粒，且該蘆薈提取物粉末、該茶提取物粉末及該草珊瑚提取物粉末的重量比例為1：2：4，以及該等植物提取物顆粒的平均粒徑為30nm。在上述超音波震盪設備中將139g的該等改性甲殼素奈米顆粒、28g的該等植物提取物顆粒、4.2g的甘油及400g的水混合並在溫度為40℃且功率為400W的條件下進行超音波震盪25分鐘，得到外觀呈澄清狀的均質液。待該均質液冷卻至室溫後會有固體析出而得到包含該固體的均質物，接著，將該均質物進行過濾並取該固體。在溫度為55℃的條件下對該固體進行乾燥3小時，得到166g且包含該等改性甲殼素奈米顆粒及該等植物提取物顆粒的多顆功能性顆粒體結構。
(g).使用上述攪拌設備在溫度為30℃且轉速為750rpm/min的條件下將300重量份的該等功能性顆粒體結構與700重量份的黏膠纖維紡絲原液(來源：唐山三友集團興達化纖有限公司；該黏膠纖維紡絲原液包含含量範圍為9.5%至9.8%的甲種纖維素)均勻混合，得到黏膠纖維紡絲混合液。接著將該黏膠纖維紡絲混合液進
行濕式紡絲而製得吸濕抗菌功能性纖維。在該濕式紡絲中，是利用一台紡絲設備(來源：青島諾康環保科技有限公司；型號：HZ-SF-01)對該黏膠纖維紡絲混合液進行紡絲，該紡絲設備的噴絲頭具有15000個孔且每一個孔的孔徑為0.06mm，紡絲速度為30m/min；從該噴絲頭噴出的該黏膠纖維紡絲混合液的細流在溫度為45℃且由60g/L的硫酸、50g/L磷酸及35g/L的聚季銨鹽所組成的凝固浴中凝固成初生纖維；將該初生纖維依序進行包括水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油及烘乾的後處理即製得該吸濕抗菌功能性纖維。
〈實施例2至9〉
實施例2至9中的各步驟的條件如表1及表2所示。實施例2及3與實施例1的差別在於該步驟(a)中所使用的蝦殼粉的目數不同。實施例4至6與實施例1的差別在於該步驟(b)中所使用的酸性處理液的用量比例不同。實施例7至9與實施例1的差別在於該步驟(c)中所使用的鹼性處理液的用量比例不同。
〈評價項目〉
甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度(單位：%)：利用一台高效液相層析儀(來源：上海天普分析儀器有限公司；型號：LC8000)，並依據《甲殼素純度的高效液相色譜法測定》的檢測方法，分別對實施例1至9的甲殼素奈米顆粒進行甲殼素純度的量測，結果記載於表1至表2。
甲殼素奈米顆粒的平均粒徑(單位：nm)：利用一台奈米雷射粒徑分析儀(來源：北京海鑫瑞科技有限公司；型號：HL2020-L)，分別對實施例1至9的甲殼素奈米顆粒進行平均粒徑的量測，結果記載於表1至表2。
改性甲殼素奈米顆粒的耗損率(單位：%)：參考CN110274969A《一種檢測甲殼素聚酯纖維中甲殼素的方法》，對實施例1的吸濕抗菌功能性纖維進行樣品配製得到待測液。接著，利用上述的高效液相層析儀對該待測液進行檢測，得到實施例1的吸濕抗菌功能性纖維中的改性甲殼素奈米顆粒的含量。再藉由以下公式計算得到實施例1的改性甲殼素奈米顆粒的耗損率。並以相同方式分別得到實施例2至9的改性甲殼素奈米顆粒的耗損率，結果記載於表1至表2。該公式為：改性甲殼素奈米顆粒的耗損率(%)=(m0-m1)/m0×100%
其中，m0=步驟(f)所使用的改性甲殼素奈米顆粒的重量(g)；及m1=吸濕抗菌功能性纖維中的改性甲殼素奈米顆粒的含量(g)。
植物提取物顆粒的耗損率(單位：%)：利用上述的高效液相層析儀，並依據Q/532BLH12-2021《蘆薈纖維》、Q/BTC0328-2019《茶纖維》的標準檢測方法，並參照《淺談草珊瑚總黃酮提取及含量檢測》，對實施例1的植物提取物顆粒及吸濕抗菌功能性
纖維進行量測，得到實施例1於該步驟(f)所使用的植物提取物顆粒中有效成分的含量，以及實施例1的吸濕抗菌功能性纖維中的植物提取物顆粒中有效成分的含量。再藉由以下公式計算得到實施例1的植物提取物顆粒的耗損率。並以相同方式分別得到實施例2至9的植物提取物顆粒的耗損率，結果記載於表1至表2。該公式為：植物提取物顆粒的耗損率(%)=(a0-a1)/a0×100%
其中，a0=步驟(f)所使用的植物提取物顆粒中有效成分的含量(g)；及a1=吸濕抗菌功能性纖維中的植物提取物顆粒中有效成分的含量(g)。
植物提取物顆粒的負載率(單位：%)：藉由以下公式，分別計算出實施例1至9的吸濕抗菌功能性纖維的植物提取物顆粒的負載率，結果記載於表1至表2。該公式為：植物提取物顆粒的負載率(%)=a1/a0×100%
其中，a0=步驟(f)所使用的植物提取物顆粒中有效成分的含量(g)；及a1=吸濕抗菌功能性纖維中的植物提取物顆粒中有效成分的含量(g)。
乾斷裂強度(單位：cN/dtex)：依據GB/T 14463-2022《黏膠短纖維》的標準檢測方法，分別對實施例1至9的吸濕抗菌
功能性纖維進行乾斷裂強度的量測，結果記載於表1至表2。
濕斷裂強度(單位：cN/dtex)：依據GB/T 14463-2022《黏膠短纖維》的標準檢測方法，分別對實施例1至9的吸濕抗菌功能性纖維進行濕斷裂強度的量測，結果記載於表1至表2。
抗菌試驗：依據FZ/T 73023-2006《抗菌針織品》中〈D.8抗菌織物測試方法：振蕩法〉的標準檢測方法，將實施例1的吸濕抗菌功能性纖維先經過50次的水洗次數再進行金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及白色念珠菌的抑菌率的檢測，得到實施例1的吸濕抗菌功能性纖維分別對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及白色念珠菌的抑菌率。並以相同方式分別得到實施例2至9的吸濕抗菌功能性纖維的抑菌率，結果記載於表1至表2。業界一般認為，當吸濕抗菌功能性纖維經過50次的水洗次數後，其對金黃色葡萄球菌的抑菌率為80%以上、大腸桿菌的抑菌率為70%以上及白色念珠菌的抑菌率為60%以上時，即說明吸濕抗菌功能性纖維符合AAA級的抗菌級別。
吸濕速乾試驗：依據GB/T 21655.1-2008《紡織品 吸溼速乾性的評定 第1部分：單項組合試驗法》的標準檢測方法，分別對實施例1至9的吸濕抗菌功能性纖維進行洗滌前後的吸水率、滴水擴散時間、芯吸高度、蒸發速率及透濕量共5項的檢測，其中前3項對應吸濕性的評價，後2項對應速乾性的評價，結果記載於表1至表2。
功能性顆粒體結構的外觀：使用一台掃描式電子顯微鏡(來源：德國MERLIN Compact；型號：ZEISS EVO 18)，對實施例1的功能性顆粒體結構的外觀進行觀察，結果參閱圖4。
參閱表1至表2可見，實施例1至9的甲殼素奈米顆粒具有高純度及小粒徑的特性，並透過該等改性甲殼素奈米顆粒及該等植物提取物顆粒相互搭配，使得所製得的吸濕抗菌功能性纖維具有低的改性甲殼素奈米顆粒的耗損率(0.8%以下)、低的植物提取物顆粒的耗損率(1.9%以下)且高的植物提取物顆粒的負載率(96%以上)，從而使得所製得的吸濕抗菌功能性纖維兼具優異的斷裂強度、抗菌功能及吸濕速乾功能。
參閱圖4，每一功能性顆粒體結構2的外觀具有多個孔隙，由此可知，在每一功能性顆粒體結構2中，該等植物提取物顆粒雖包覆但並非完全覆蓋住該改性甲殼素奈米顆粒的表面。
綜上所述，本新型透過使用的該等甲殼素奈米顆粒具有甲殼素純度高且平均粒徑小的特點，從而該等功能性顆粒體結構2穩定並均勻嵌設在該纖維本體1中，繼而使所製得的本新型吸濕抗菌功能性纖維不僅具有優異的斷裂強度，還兼具有優異的抗菌性及吸濕速乾性。再者，透過該等改性甲殼素奈米顆粒21及該等植物提取物顆粒22的相互搭配，還能夠讓該等功能性顆粒體結構2與該紡絲原液有良好的相容性，所以該等功能性顆粒體結構2在該紡絲程序的過程中不會發生如堵塞噴絲口等問題，使得本新型吸濕抗菌功能性纖維還具有可紡性佳且不易斷裂的優點。故確實能達成本新型的目的。
惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型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，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。
1:纖維本體
2:功能性顆粒體結構
Claims (9)
- 一種吸濕抗菌功能性纖維，包含： 一纖維本體，呈長條狀；及 多個功能性顆粒體結構，每一功能性顆粒體結構呈球狀並嵌設在該纖維本體，並包括一改性甲殼素奈米顆粒及多顆彼此緊鄰地覆蓋在該改性甲殼素奈米顆粒表面的植物提取物顆粒。
- 如請求項1所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，該纖維本體是一黏膠纖維本體。
- 如請求項1所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，在每一功能性顆粒體結構中，該等植物提取物顆粒是由蘆薈提取物粉末、茶提取物粉末及草珊瑚提取物粉末所構成。
- 如請求項1所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，在每一功能性顆粒體結構中，該等植物提取物顆粒的平均粒徑範圍為20nm至50nm。
- 如請求項1所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，該等改性甲殼素奈米顆粒是由包括以下(a)至(e)的步驟所製得： (a).將含有甲殼素、無機鹽及蛋白質的蝦殼塊進行碎化處理，得到目數範圍為1000mesh至3000mesh且包含該甲殼素、該無機鹽及該蛋白質的蝦殼粉； (b).將該蝦殼粉進行脫鹽處理以脫除該無機鹽，得到包含該甲殼素及該蛋白質的經脫鹽蝦殼粉，其中，該脫鹽處理包括使用酸性處理液脫除該蝦殼粉中的該無機鹽，且以該蝦殼粉的用量為1g計，該酸性處理液的用量範圍為至少15mL； (c).將該經脫鹽蝦殼粉進行脫蛋白處理以脫除該蛋白質，得到包含該甲殼素的經脫蛋白蝦殼粉，其中，該脫蛋白處理包括在微波環境下使用鹼性處理液脫除該經脫鹽蝦殼粉中的該蛋白質，且以該經脫鹽蝦殼粉的用量為1g計，該鹼性處理液的用量範圍為至少15mL； (d).將該經脫蛋白蝦殼粉進行奈米化處理，得到多顆包含該甲殼素的甲殼素奈米顆粒，其中，該等甲殼素奈米顆粒的甲殼素純度範圍為96%至99%且平均粒徑範圍為10nm至50nm；及 (e).將該等甲殼素奈米顆粒進行改性處理，得到該等改性甲殼素奈米顆粒，其中，該改性處理包括將該等甲殼素奈米顆粒溶解於乙酸中後與聚乙二醇反應得到包含該等改性甲殼素奈米顆粒的待提純物。
- 如請求項1所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，該等功能性顆粒體結構是由以下(f)的步驟所製得： (f).將該等改性甲殼素奈米顆粒、該等植物提取物顆粒、甘油及水混合並進行均質化處理，得到該等功能性顆粒體結構。
- 如請求項5所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，該步驟(b)的該酸性處理液包含酸性物質及溶媒，該酸性物質選自於鹽酸、硝酸、苦味酸、酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、水楊酸、咖啡酸或上述任意組合，該溶媒選自於鹽酸、硝酸、水或上述任意組合。
- 如請求項5所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，該步驟(c)的該鹼性處理液包含鹼性物質及水，該鹼性物質選自於尿素、氫氧化鉀、氫氧化鈉、三乙胺、4-二甲基吡啶或上述任意組合。
- 如請求項5所述的吸濕抗菌功能性纖維，其中，該步驟(e)的該等甲殼素奈米顆粒的總重量與該聚乙二醇的重量的重量比例範圍為1：0.1至0.3，該聚乙二醇的羥值範圍為102mgKOH/g至129mgKOH/g且平均相對分子量範圍為900至1100。
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Cited By (1)
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| TWI887601B (zh) * | 2023-02-02 | 2025-06-21 | 許壬申 | 吸濕抗菌功能性纖維及其製法 |
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2023
- 2023-02-02 TW TW112200931U patent/TWM644049U/zh unknown
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