TWI580828B - 複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法 - Google Patents

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TWI580828B TW105126995A TW105126995A TWI580828B TW I580828 B TWI580828 B TW I580828B TW 105126995 A TW105126995 A TW 105126995A TW 105126995 A TW105126995 A TW 105126995A TW I580828 B TWI580828 B TW I580828B
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李俊毅
李俊輝
張祐豪
張紹彥
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國立臺灣科技大學
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複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法
本發明為一種複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法，特別是只一種具有濕度控制裝置的複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法
靜電紡絲是一種用於紡織製造領域以及醫療領域(傷口敷料、植入材料)的技術，且為一種成本費用較低的製程方法，其透過聚合物溶液或聚合物熔體的帶電射流(electrically charged jet)來製造連續的奈米纖維。然而，在以往透過靜電紡絲的方式生產PVP/Ag複合奈米纖維膜的製程中，包覆劑(聚乙烯吡咯烷酮，簡稱PVP)與硝酸銀(AgNO 3)的含量比只能到達1：1，所以製造出的PVP/Ag複合奈米纖維膜的表面阻抗值非常高。因此，含量比1：1的PVP/Ag複合奈米纖維膜大多作為抗菌與SERS訊號(表面增強拉曼散射，Surface Enhanced Raman Scattering，常縮寫為SERS，可以廣泛應用於生 物、醫藥、電化學、環境工程等多種方面偵測分子)增強的用途上。此外，當硝酸銀(AgNO 3)的用量提高，也就是PVP與硝酸銀(AgNO 3)的含量比為1：1.5或1：2時，溶液中的電荷會和周圍水分子吸引或排斥，破壞製程中的靜電場，造成靜電紡絲設備內的單軸針或同軸針噴出來的帶電射流極度不穩定，無法準確沉積在靜電紡絲設備的收集板上，或者破碎狀的帶電射流也無法形成纖維。因此，當硝酸銀(AgNO 3)的用量提高時，傳統的靜電紡絲製程根本無法成功紡織出 PVP/AgNO3複合奈米纖維膜。也應為如此，傳統的靜電紡絲製程的PVP/Ag複合奈米纖維膜的沒有導電性，更無法作為抗靜電之應用。 因此，如何在高量的硝酸銀(AgNO 3)條件下穩定的進行靜電紡絲製程，便是本領域具有通常知識者值得去思量地。
本發明之目的在於提供一複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法，該複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法能在使用高量的硝酸銀(AgNO 3)的情況下穩定的進行靜電紡絲製程(最佳的狀態下，PVP與硝酸銀(AgNO 3)的含量比可達到1：3.7)。並且，最終所生產出來的PVP/Ag複合奈米纖維膜本身具有導電性。 本發明提供一種複合奈米纖維膜的製造設備包括一主殼體、一出料裝置、一攝影機、一電壓供應器及一濕度控制裝置，出料裝置設置於主殼體內部，出料裝置元包括一出料針，且攝影機是對準出料針。此外，電壓供應器電性連接該出料裝置，而濕度控制裝置經由一管線將乾燥空氣導入該主殼體內。其中，該主殼體內的相對濕度不大於20%RH。 在上所述之複合奈米纖維膜的製造設備，其中該出料針為一單軸針或一同軸針。 在上所述之複合奈米纖維膜的製造設備，其中濕度控制裝置包括一乾燥塔、一氣體洗滌瓶及一空氣幫浦。乾燥塔包括多個乾燥劑，而氣體洗滌瓶連接該乾燥塔，空氣幫浦連接該氣體洗滌瓶。其中，管線連接該乾燥塔與該主殼體。 在上所述之複合奈米纖維膜的製造設備，其中該出料針垂直於水平面。 本發明之目的在於提供一種複合奈米纖維膜的製造方法，該製造方法應用於如上述的複合奈米纖維膜的製造設備上，製造方法包括：將一PVP(聚乙烯吡咯烷酮)與一硝酸銀加入一溶劑中，以形成一混合溶液；利用濕度控制裝置將乾燥空氣導入主殼體內，使主殼體內的相對濕度不大於20%RH；在混合溶液的黏度高於235mPas及該混合溶液的電導度低於161mS/cm之條件下進行靜電紡絲，以形成一PVP/AgNO 3纖維；經由一紫外光照射該PVP/AgNO 3纖維。 在上所述之複合奈米纖維膜的製造方法，其中該PVP與該硝酸銀的含量比為1：1.5或1：2。 在上所述之複合奈米纖維膜的製造方法，其中該溶劑採用一乙醇混合一去離子水，且該乙醇及該去離子水的含量比為1：1。 為讓本之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參閱圖1及圖2，圖1所繪示為本實施例之複合奈米纖維膜的製造設備10的示意圖，圖2所繪示為出料針11的示意圖。複合奈米纖維膜的製造設備10包括一主殼體11、一出料裝置12、一收集板12C、一攝影機13、一電壓供應器14及一濕度控制裝置15。其中，出料裝置12設置於主殼體11內部，且出料針垂直於水平面。此外，出料裝置12元還包括一出料針120，出料針11例如為一單軸針或一同軸針，在圖2中，出料針120是使用同軸針作為範例，且攝影機13是正對著出料針120進行攝影，以觀察泰勒錐所產生的帶電射流。此外，電壓供應器14電性連接該出料裝置12，以提供高壓直流電給出料裝置12。濕度控制裝置15包括一乾燥塔151、一氣體洗滌瓶152及一空氣幫浦153，乾燥塔151包括多個乾燥劑151A，而氣體洗滌瓶152是連接該乾燥塔151，空氣幫浦153則是連接氣體洗滌瓶152。並且，乾燥塔151會經由一管線150與主殼體11相連接。具體來說，空氣幫浦153會將一般的空氣先打入氣體洗滌瓶152內，讓氣體洗滌瓶152除去該空氣中的雜質。之後，去除雜質的空氣再導入乾燥塔151內，以使乾燥劑151A再去除該空氣內的水分而獲得乾燥的空氣。之後，這些乾燥的空氣會經由管線150持續傳導至主殼體11內部，以使主殼體11內部的相對濕度快速下降。 接著，申請人分別在三種不同範圍的相對濕度下使用高量的硝酸銀(PVP與硝酸銀的含量比為1：2的PVP/Ag混合溶液)去進行靜電紡絲製程，產生結果整理如下： <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> 濕度 </td><td> 靜電紡絲製程的運作情況 </td></tr><tr><td> ≦20%RH </td><td> 高穩定的靜電紡絲製程，PVP/AgNO3纖維直徑均一，能長時間紡絲。 </td></tr><tr><td> 20%~30%RH </td><td> 若30分鐘以上，泰勒錐逐漸變大，需要些微調整電壓及流速參數才能保持穩定靜電紡絲製程。 </td></tr><tr><td> 30%~40%RH </td><td> 泰勒錐開始不穩定，噴出來的帶電射流產生不規則鞭動。若超過15分鐘，收集板12C沉積纖維會累積電荷，使 PVP/AgNO3纖維逐漸無法附著上收集板12C。 </td></tr></TBODY></TABLE>經由上述不同相對濕度的靜電紡絲製程的運作情況能得知，當主殼體11內部內的相對濕度沒有超過20%RH時，PVP/Ag混合溶液中的電荷不易和周圍水分子產生吸引或排斥，也不會破壞製程中的靜電場，所以出料針120所噴出來PVP/ AgNO 3)纖維的直徑均一，能夠長時間安定紡絲。因此，相較於習知的靜電紡絲製程，本實施例之複合奈米纖維膜的製造設備10利用濕度控制裝置15創造出一個濕度較低的穩定環境(主殼體內的相對濕度不大於20%RH)，所以使用高量的硝酸銀(AgNO 3)還是能噴射出穩定的帶電射流。因此，噴射出的PVP/AgNO 3纖維會準確沉積在收集板12C上。之後，利用紫外光將硝酸銀(AgNO 3)進行還原，以形成具有導電性PVP/Ag奈米纖維膜。此外，藉由攝影機13監控著帶電射流噴射的情況，便能立即調靜電紡絲製程的各項參數或控制條件，例如：調整溶液配置的比例、溫度與濕度、調整電壓大小、調整流速或寮整流量的大小等。這樣一來，當泰勒錐逐漸變大射，就可以立即器調整電壓大小(利用電壓供應14進行調整)或流速參數(控制出料裝置12)，更能確保穩定的靜電紡絲製程。 上述中，當出料針11是使用單軸針時，PVP與硝酸銀的含量比最高可達到為1：2。然而，當出料針11是使用同軸針時(請再參閱圖2)，同軸針的內針120i可使用高純度的硝酸銀(AgNO 3)溶液，而同軸針的外針120e可使用PVP與硝酸銀的含量比為1：2的PVP/ AgNO 3混合溶液。這樣一來，當外針120e與內針120i同時噴射出帶電射流時，外針120e所噴射出的PVP/ AgNO 3混合溶液會包覆著內針120i的硝酸銀(AgNO 3)溶液。因此，PVP與硝酸銀的含量比便可達到為1：3.7。並且，PVP與硝酸銀的含量比1：3.7所還原出的PVP/Ag奈米纖維膜具有更高的導電性，其能作為抗靜電之應用，例如：作為無塵衣的主要材質。 請參閱圖3，圖3所繪示為本實施例之複合奈米纖維膜的製造方法30的流程圖，複合奈米纖維膜的製造方法30是應用於複合奈米纖維膜的製造設備10上，複合奈米纖維膜的製造方法30包括下列步驟：首先，請參閱步驟S31，先將一PVP(聚乙烯吡咯烷酮)與一硝酸銀(AgNO 3)加入一溶劑中，以形成一PVP/ AgNO 3混合溶液，其中該PVP與該硝酸銀(AgNO 3)的含量比為1：1.5或1.2。之後，請參閱步驟S32，利用濕度控制裝置15將乾燥空氣導入主殼體11內，使該主殼體11內的相對濕度不大於20%RH。之後，請參閱步驟S33，在該PVP/AgNO 3混合溶液的黏度高於235mPas及該PVP/ AgNO 3混合溶液的電導度低於161mS/cm之條件下進行單軸靜電紡絲製程(出料針11為一單軸針)，以形成一PVP/ AgNO 3纖維。之後，請參閱步驟S34，經由一紫外光照射該PVP/ AgNO 3纖維，該紫外光會將硝酸銀(AgNO 3)還原成銀(Ag)，以形成具導電性PVP/Ag奈米纖維膜。在上述步驟S32中，該溶劑採用一乙醇混合一去離子水，且該乙醇及該去離子水的含量比為1：1。 綜上所述，本實施例之複合奈米纖維膜的製造設備10及複合奈米纖維膜的製造方法30能穩定的靜電紡絲製程能在使用高量的硝酸銀(AgNO 3)的情況下穩定的進行靜電紡絲製程。並且，最終所生產出來的PVP/Ag複合奈米纖維膜本身具有導電性(電阻率為39.34~54.01Ω-cm之纖維膜，能達成抗靜電纖維的應用範圍)。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。
10‧‧‧複合奈米纖維膜的製造設備
11‧‧‧主殼體
12‧‧‧出料裝置
120‧‧‧出料針
120e‧‧‧外針
120i‧‧‧內針
12C‧‧‧收集板
13‧‧‧攝影機
14‧‧‧電壓供應器
15‧‧‧濕度控制裝置
150‧‧‧管線
151‧‧‧乾燥塔
151A‧‧‧乾燥劑
152‧‧‧氣體洗滌瓶
153‧‧‧空氣幫浦
30‧‧‧複合奈米纖維膜的製造方法
S31~S32‧‧‧步驟
圖1所繪示為本實施例之複合奈米纖維膜的製造設備10的示意圖。 圖2所繪示為出料針(同軸針)噴射出PVP與硝酸銀的示意圖。 圖3所繪示為本實施例之複合奈米纖維膜的製造方法30的流程圖。
10‧‧‧複合奈米纖維膜的製造設備
11‧‧‧主殼體
12‧‧‧出料裝置
120‧‧‧出料針
12C‧‧‧收集板
13‧‧‧攝影機
14‧‧‧電壓供應器
15‧‧‧濕度控制裝置
150‧‧‧管線
151A‧‧‧乾燥劑
151‧‧‧乾燥塔
152‧‧‧氣體洗滌瓶
153‧‧‧空氣幫浦

Claims (7)

  1. 一種複合奈米纖維膜的製造設備，包括：         一主殼體；         一出料裝置，設置於該主殼體內部，該出料裝置元包括一出料針；          一攝影機，該攝影機對該出料針進行攝影；         一電壓供應器，該電壓供應器電性連接該出料裝置；及         一濕度控制裝置，該濕度控制裝置經由一管線將乾燥空氣導入該主殼體內；         其中，該主殼體內的相對濕度不大於20%RH。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之複合奈米纖維膜的製造設備，其中該出料針為一單軸針或一同軸針。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之複合奈米纖維膜的製造設備，其中該濕度控制裝置包括： 一乾燥塔，該乾燥塔包括多個乾燥劑； 一氣體洗滌瓶，該氣體洗滌瓶連接該乾燥塔；及 一空氣幫浦，該空氣幫浦連接該氣體洗滌瓶； 其中，該管線連接該乾燥塔與該主殼體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之複合奈米纖維膜的製造設備，其中該出料針垂直於水平面。
  5. 一種複合奈米纖維膜的製造方法，該製造方法應用於如申請專利範圍第2項所述的複合奈米纖維膜的製造設備上，該製造方法包括： 將一PVP(聚乙烯吡咯烷酮)與一硝酸銀加入一溶劑中，以形成一混合溶液； 利用該濕度控制裝置將乾燥空氣導入該主殼體內，使該主殼體內的相對濕度不大於20%RH； 在該混合溶液的黏度高於235mPas及該混合溶液的電導度低於161mS/cm之條件下進行靜電紡絲，以形成一PVP/AgNO 3纖維； 經由一紫外光照射該PVP/AgNO 3纖維。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之複合奈米纖維膜的製造方法，其中該PVP與該硝酸銀的含量比為1：1.5或1：2。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之複合奈米纖維膜的製造方法，其中該溶劑採用一乙醇混合一去離子水，且該乙醇及該去離子水的含量比為1：1。
TW105126995A 2016-07-22 2016-08-24 複合奈米纖維膜的製造設備及其製造方法 TWI580828B (zh)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011084843A (ja) * 2009-10-16 2011-04-28 Panasonic Corp ナノファイバ膜製造装置およびナノファイバ膜製造方法
TW201300592A (zh) * 2011-06-27 2013-01-01 Long High Tech Textile Co Ltd U 具有防水透濕微多孔奈米纖維膜及其貼合布
JP2015024537A (ja) * 2013-07-25 2015-02-05 凸版印刷株式会社 防湿フィルム及び包装材料用防湿フィルム

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