CN113249874A - 一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法及设备，属于静电纺丝领域，方法包括以下步骤：得到混合纺丝液；将混合纺丝液加入至溶液静电纺丝装置的注射器中，将熔体纺丝原料加入至熔体静电纺丝直写装置的料筒内；通过溶液静电纺丝装置在接收辊筒上纺制一层纳米纤维层；控制位于接收辊筒两侧的熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置，同时从接收辊筒的起始端纺丝至末端，形成纤维膜。本发明采用熔体静电纺丝直写和溶液静电纺丝交替进行纺丝的方法，使得所纺出纤维膜具有优异的性能，将熔体静电纺丝直写和溶液静电纺丝集中纺丝在接收辊筒的同一处，实现两种纺丝方式的灵活配合。

Description

一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法及设备
技术领域
本发明涉及静电纺丝领域，尤其涉及一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法及设备。
背景技术
面膜是护理面部皮肤的重要功能性化妆品之一，目前市面上主流且受众面最广的是湿型面膜，即以各种基材辅以营养成分和药物，贴敷于面部，使面膜中水分和营养物质在短时间内渗入肌肤表皮角质层，以期达到某种护肤功效。目前我国市面上销售的贴式面膜的载体材料包括蚕丝纤维、水凝胶、竹炭纤维、粘胶纤维等。一般的面膜主要采用非织造布材料为载体搭配精华液使用，普通非织造布的亲肤性较差、透气性一般，难以给客户带来舒适的体验；且非织造布生产过程中消耗石油资源在环境中不易降解；此外，面膜类化妆品一般添加防腐剂，这些防腐剂可能是致敏源；另外，面膜还易受温度、空气、光照等外部环境影响，可能产生一些有害微生物，导致面膜变质，引起皮肤过敏反应等。
速溶型纳米纤维面膜是指采用水溶性高聚物与活性物质通过纳米成型技术直接制备出的干式面膜。这种干式面膜的纳米纤维遇水可以瞬间溶解，可实现较快速的护肤体验。使用前的速溶型纳米纤维均匀的附着在蕾丝布表面；喷涂少量水后，附着在蕾丝布表面的纳米纤维迅速溶解。纳米纤维可搭载多种美容活性成分，例如小分子透明质酸钠、超低分子铁皮石斛多糖、黄秋葵多糖、活性多肽、烟酰胺等，当纳米纤维遇水后这些活性成分迅速释放被皮肤吸收。但目前制作面膜的材料大多不是成本昂贵就是制作过程可能会产生对人体有害物质，因此找寻安全无毒、质优价廉的替代材料成为当前的迫切需求。
现有贴式面膜膜布的制备方法包括上浆法、水刺法、物理或化学粘合法、三维打印等，然而这些方法都存在一定缺陷:上浆法操作繁琐，不适宜批量生产；水刺工艺虽然能制得柔软透气的无纺布，但设备复杂，生产成本高；物理或化学粘合法虽然孔隙率高，但是都需要粘合加固，聚合物材料单一、没有承载组织的足够机械强度、残留试剂可能有害，此外制备的膜布纤维粗，与面部也不能完全贴合；三维打印虽然可以制造复杂形状、孔隙率和孔大小可单独控制，但是存在制造原理不同材料适用不同和聚合物等材料制造尺度偏大的问题。因此寻找工序简单、效率高、成本低、成品质量好的工艺方法成为当前的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法及设备。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，方法包括以下步骤：
步骤S1：配制纺丝液，待纺丝液的温度降至室温后，加入精华液并搅拌，得到混合纺丝液；
步骤S2： 将步骤S1得到的混合纺丝液加入至溶液静电纺丝装置的注射器中，将熔体纺丝原料加入至熔体静电纺丝直写装置的料筒内并加热至熔融状态；
步骤S3：设定熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置的运行参数和环境参数；
步骤S4：通过溶液静电纺丝装置在接收辊筒上纺制一层纳米纤维层；
步骤S5：控制位于接收辊筒两侧的熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置，以相同速率同时从接收辊筒的起始端纺丝至末端，使得熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置在接收辊筒上分别纺制成的纳米纤维彼此间密集交错，形成纤维膜。
优选的，所述纺丝液采用PEO材料配制。
优选的，所述精华液包括水、丁二醇、寡肽-1、寡肽-6、β-葡聚糖、酵母、1,2戊二醇、透明质酸钠。
优选的，所述熔体纺丝原料为PCL材料。
优选的，所述溶液静电纺丝装置的运行参数包括注射泵的供液速度、辊筒转速、纺丝距离、纺丝电压，所述环境参数包括纺丝温度和纺丝湿度。
优选的，所述接收辊筒上覆盖有用于接收纺丝基材的铝箔纸。
本发明还提供一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备设备，包括接收辊筒、熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置；
所述溶液静电纺丝装置包括注射器、注射泵和第一高压电源，所述注射器的出料口设在所述接收辊筒的一侧，所述注射器设在所述注射泵的输出端，所述第一高压电源的正极与所述注射器相连，所述第一高压电源的负极与所述接收辊筒相连；
所述熔体静电纺丝直写装置包括料筒、第二高压电源、加热器和气体补给器，所述料筒的出料口设在所述接收辊筒的另一侧，所述加热器的发热丝套设在所述料筒的外侧，所述气体补给器的输出端与所述料筒的进气口连通，所述第二高压电源的正极与所述料筒相连，所述第二高压电源的负极与所述接收辊筒相连。
优选的，基于静电纺丝的新型速溶面膜制备设备还包括计算机和减速马达，所述计算机与所述减速马达的控制端连接，所述减速马达用于控制所述接收辊筒的旋转。
本发明的有益效果为：本发明采用[L1] 熔体静电纺丝直写（MEW）和溶液静电纺丝（SE）交替进行纺丝的方法，使得所纺出纤维膜具有优异的性能，区别于传统熔体静电纺丝直写和溶液静电纺丝结合时各自独立纺丝的方式，将熔体静电纺丝直写和溶液静电纺丝集中纺丝在接收辊筒的同一处，实现两种纺丝方式的灵活配合。
通过本方法纺制成的纤维膜，本质上是以溶液静电纺丝为主要成膜途径，利用溶液静电纺丝所能形成的密集分布的纳米级纤维，以其高比表面积、孔隙率和优异的孔结构，极大提升面膜精华液的搭载量；同时结合熔体静电纺丝直写所形成的有序微纳尺度纤维支架结构，使得整体纤维膜机械性能更优异。两者纺制成的纳米纤维彼此间密集交错，使得整体结构更加稳固，但膜的厚度并没有明显增大甚至略有降低，并且由于静电纺丝属于物理变化，使得纤维膜兼具两种纤维优点的同时，理化性质也能保持稳定。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例1的新型速溶面膜制备方法的制备流程示意图；
图2是本发明实施例2的新型速溶面膜制备设备的结构示意图。
其中：接收辊筒1、注射器21、注射泵22、第一高压电源23、料筒31、第二高压电源32、加热器33、气体补给器34、计算机4、减速马达5。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，参考附图1，该方法包括以下步骤：
步骤S1：使用量筒量取一定量去离子水于10ml搅拌瓶中，加入搅拌子后放到磁力搅拌器上搅拌；然后使用电子天平称取一定量的PEO（聚氧化乙烯），缓慢加入搅拌的搅拌瓶里；盖紧瓶盖，防止水汽进入搅拌瓶；设置加热温度为65℃，连续搅拌溶解3~4小时，直至溶液澄清透明，即可得到10g,10%wt浓度的PEO纺丝液，待PEO纺丝液的温度降至室温后，加入适量精华液，放至磁力搅拌器上搅拌一段时间，即可得到混合纺丝液；
步骤S2：将步骤S1得到的混合纺丝液加入至溶液静电纺丝装置的注射器中，注射器固定到注射泵上，注射器的针头接第一高压电源正极，接收辊筒接通第一高压电源的负极，接收辊筒贴上接收基材铝箔纸；再将熔体纺丝原料加入至熔体静电纺丝直写装置的料筒内并加热至熔融状态；
步骤S3：设定熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置的运行参数和环境参数；其中，溶液静电纺丝装置的运行参数和环境参数设置为注射泵规格为10ml，供液速度为0.5~3ml/h，辊筒转速200转/min，滑台行程20cm，纺丝距离15cm，纺丝电压14~20kv，温度35℃，湿度60%，定时120min；
步骤S4：通过溶液静电纺丝装置在接收辊筒上纺制一层纳米纤维层；
步骤S5：控制位于接收辊筒两侧的熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置，以相同速率同时从接收辊筒的起始端纺丝至末端，使得熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置在步骤S4形成的纳米纤维层上分别纺制成的纳米纤维彼此间密集交错，形成纤维膜。
通过本方法纺制成的纤维膜，本质上是以溶液静电纺丝为主要成膜途径，利用溶液静电纺丝所能形成的密集分布的纳米级纤维，以其高比表面积、孔隙率和优异的孔结构，极大提升面膜精华液的搭载量；同时结合熔体静电纺丝直写所形成的有序微纳尺度纤维支架结构，使得整体纤维膜机械性能更优异。两者纺制成的纳米纤维彼此间密集交错，使得整体结构更加稳固，但膜的厚度并没有明显增大甚至略有降低，并且由于静电纺丝属于物理变化，使得纤维膜兼具两种纤维优点的同时，理化性质也能保持稳定。
由此，采用[L2] 熔体静电纺丝直写（MEW）和溶液静电纺丝（SE）相结合的方式能使得纳米纤维彼此间交错密集，既提高了成膜的韧性与孔隙率，也让纳米纤维连续性更好、直径更小（最小直径可达几十到几百纳米），能够生成极大的比表面积和优异的孔结构，也能极大的提高面膜中活性成分的负载量。
纺丝液采用PEO材料配制。PEO材料具有的水溶性、生物相容性、优异的溶液流变性、与有机溶剂易结合、容易制备等优点，由此，通过PEO材料配制纺丝液使得制备出的纤维膜的纤维直径均匀，分布密集，具有极大的比表面积和优异的孔结构，能极大的提高面膜中活性成分的负载量，并且保水性持水性强，生物相容性好等优点，且成膜柔性好韧性高，具有良好的弹性和透气性，质地透明丝滑，能极大提高人体面部贴合度（大于90%）以及肌肤的吸收效果和舒适度。并且通过本方法制成的纤维膜制成的面膜遇水会自动溶解，使用时仅需喷少许小分子水（化妆水、爽肤水、喷雾、精华液等）便可让脸部吸收，且使用后会自行消失，既省时又环保。
步骤S3中，通过设定溶液静电纺丝装置的运行参数，使得溶液静电纺丝装置所纺制的纳米纤维直径可调。
精华液包括水、丁二醇、寡肽-1、寡肽-6、β-葡聚糖、酵母、1,2戊二醇、透明质酸钠。由此，精华液不添加任何防腐剂、乳化剂、香精香料成分，仅含有载体聚合物和美容活性成分，使得本方法制成的纤维膜形成的纳米纤维面膜具有温和、安全，环境友好、绿色可持续等优势。
熔体纺丝原料采用PCL材料(聚己内酯)，PCL材料具有无毒、不溶于水、生物相容性较好的优点，使得通过本方法制备成的面膜具有良好的弹性和透气性。
实施例2
基于静电纺丝的新型速溶面膜制备设备，参考附图2，包括接收辊筒1、熔体静电纺丝直写装置、溶液静电纺丝装置、计算机4和减速马达5；
溶液静电纺丝装置包括注射器21、注射泵22和第一高压电源23，注射器21的出料口设在接收辊筒1的一侧，注射器21设在注射泵22的输出端，第一高压电源23的正极与注射器21相连，第一高压电源23的负极与接收辊筒1相连；
熔体静电纺丝直写装置包括料筒31、第二高压电源32、加热器33和气体补给器34，料筒31的出料口设在接收辊筒1的另一侧，加热器33的发热丝套设在料筒31的外侧，气体补给器34的输出端与料筒31的进气口连通，第二高压电源32的正极与料筒31相连，第二高压电源32的负极与接收辊筒1相连，气体补给器用于提供驱动力使料筒31内的物料挤出；
计算机4与减速马达5的控制端连接，减速马达5用于控制接收辊筒1的旋转。
通过在接收辊筒的两侧分别设置熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置，实现了熔体静电纺丝直写和溶液静电纺丝的交替纺丝，使得熔体静电纺丝直写和溶液静电纺丝集中纺丝在接收辊筒1的同一处，实现两种纺丝方式同时进行。通过设置第一高压电源23和第二高压电源32分别对溶液静电纺丝装置与接收辊筒1之间及熔体静电纺丝直写装置与接收辊筒1之间产生电场，使得熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置的纺丝参数分别独立设置，实现两种纺丝方式的灵活配合。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
步骤S1：配制纺丝液，待纺丝液的温度降至室温后，加入精华液并搅拌，得到混合纺丝液；
步骤S2： 将步骤S1得到的混合纺丝液加入至溶液静电纺丝装置的注射器中，将熔体纺丝原料加入至熔体静电纺丝直写装置的料筒内并加热至熔融状态；
步骤S3：设定熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置的运行参数和环境参数；
步骤S4：通过溶液静电纺丝装置在接收辊筒上纺制一层纳米纤维层；
步骤S5：控制位于接收辊筒两侧的熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置，以相同速率同时从接收辊筒的起始端纺丝至末端，使得熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置在接收辊筒上分别纺制成的纳米纤维彼此间密集交错，形成纤维膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，其特征在于，所述纺丝液采用PEO材料配制。
3.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，其特征在于，所述精华液包括水、丁二醇、寡肽-1、寡肽-6、β-葡聚糖、酵母、1,2戊二醇、透明质酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，其特征在于，所述熔体纺丝原料为PCL材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，其特征在于，所述溶液静电纺丝装置的运行参数包括注射泵的供液速度、辊筒转速、纺丝距离、纺丝电压，所述环境参数包括纺丝温度和纺丝湿度。
6.根据权利要求1所述的一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备方法，其特征在于，所述接收辊筒上覆盖有用于接收纺丝基材的铝箔纸。
7.一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备设备，其特征在于，包括接收辊筒、熔体静电纺丝直写装置和溶液静电纺丝装置；
所述溶液静电纺丝装置包括注射器、注射泵和第一高压电源，所述注射器的出料口设在所述接收辊筒的一侧，所述注射器设在所述注射泵的输出端，所述第一高压电源的正极与所述注射器相连，所述第一高压电源的负极与所述接收辊筒相连；
所述熔体静电纺丝直写装置包括料筒、第二高压电源、加热器和气体补给器，所述料筒的出料口设在所述接收辊筒的另一侧，所述加热器的发热丝套设在所述料筒的外侧，所述气体补给器的输出端与所述料筒的进气口连通，所述第二高压电源的正极与所述料筒相连，所述第二高压电源的负极与所述接收辊筒相连。
8.根据权利要求7所述的一种基于静电纺丝的新型速溶面膜制备设备，其特征在于，还包括计算机和减速马达，所述计算机与所述减速马达的控制端连接，所述减速马达用于控制所述接收辊筒的旋转。
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