TWI656216B - 乾式生物纖維材料及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種乾式生物纖維材料的製備方法，係將一生物纖維材料浸入一濃度10%以上的甘油水溶液一預定時間，再將該含甘油的生物纖維材料進行乾燥處理。本發明亦提供一種依此法製得的乾式生物纖維材料。本發明製備方法避免生物纖維材料的纖維結構因高溫烘乾而遭受不可逆的破壞，因此，本發明乾式生物纖維材料可在與水接觸後快速回復高含水狀態。
Description
本發明係關於一種生物纖維材料及其製備方法，特別係關於一種可快速回復高含水狀態的乾式生物纖維材料及其製備方法。
生物纖維(biocellulose)又稱細菌纖維(bacterial cellulose)或微生物纖維(microbial cellulose)，是由細菌所生產的纖維素，其本質是以β-1,4醣苷鍵連結葡萄糖而形成的直鏈多醣。工業上通常利用木質醋桿菌(Acetobacter xylinum)生產生物纖維。相較於植物纖維，生物纖維的直徑較細(約25nm-100nm)且結構較緊密，其化學組成較未加工的植物纖維更純粹，因為植物纖維通常混合有半纖維素與木質素。同時，相對於一般植物纖維，生物纖維較富張力，可塑性較佳，含水能力亦較高。這些特性使生物纖維適合應用於傷口敷料、人工皮膚、及面膜等生醫材料領域。
市面上的生物纖維產品，如生物纖維面膜，大多以含水形式存在。然而，含水的生物纖維容易滋生細菌或黴菌，因此，這類產品往往需要添加抑菌劑或防腐劑。再者，含水的生物纖維因為體積較大，在運送及儲藏時需要較大的空間，迫使廠商需增加運送及儲藏成本。為解決前述問題，研究人員試圖製造乾燥的生物纖維材料，卻發現生物纖維一經乾燥，其交疊的纖維結構會被破壞，以致所形成的孔隙密合，即便將乾燥的生物纖維再次濕潤，其纖維結構仍難以恢復，導致經乾燥處理的生物纖維材料的含水能力大幅降低。
因此，開發一種製備乾式生物纖維材料的新穎方法，使乾式生物纖維材料可以在添加水或水溶液後快速回復高含水狀態，以解決前述問題，實有其必要。
緣此，本發明之一目的在提供一種乾式生物纖維材料的製備方法，包含如下步驟：(1)將一生物纖維材料維浸泡於一甘油水溶液中一預定時間，以形成一含甘油的生物纖維材料，以及(2)將該含甘油的生物纖維材料進行乾燥處理，而獲得一乾式生物纖維材料，其中該甘油水溶液包含濃度10%以上的甘油。
在本發明之一實施例中，將生物纖維材料浸泡於甘油水溶液之預定時間為30-60分鐘；該乾燥處理為烘乾，較佳為在80-85℃下烘乾2-4小時。
本發明之另一目的在提供一種乾式生物纖維材料，係由前述之製備方法所製造。
本發明之又一目的在提供一種乾式生物纖維面膜，係由前述乾式生物纖維材料加工而得。該乾式生物纖維面膜具有一對應臉部之形狀，且包含對應二眼部、一鼻部外緣、以及一口部的複數個開口。
在本發明一實施例中，該乾式生物纖維面膜與水或水溶液接觸10分鐘後回復乾燥處理前的吸水狀態，其含水重量為該乾式生物纖維面膜重量的10-20倍。
本發明方法藉由浸泡生物纖維材於濃度10%以上的甘油水溶液，使其纖維結構不致因乾燥處理而遭遇不可逆的破壞，因此能在重新泡水後回復乾燥處理前的高含水狀態。相對於習知製程之直接進行烘乾處理會破壞生物纖維材料的纖維結構，本發明製備方法避免乾式生物纖維材料的永久性結構破壞，使生物纖維材料保有吸水回復能力。同時，本發明方法製得之乾式生物纖維材料較濕潤之生物纖維材料容易保存，不須外加防腐劑且所需儲存空間小，因此能降低生產及運輸成本。
以下將配合圖式進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明之發明特點及應用，而非以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，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。
圖1係浸泡不同濃度甘油水溶液之乾燥生物纖維面膜及本發明乾式生物纖維面膜重新浸入蒸餾水後的照片。
圖2顯示生物纖維面膜浸泡不同濃度甘油水溶液前後的重量變化。
圖3顯示浸泡不同濃度甘油水溶液之生物纖維面膜在烘乾前及吸水回復後的重量變化。
圖4顯示浸泡不同濃度甘油水溶液之乾燥生物纖維面膜及本發明乾式纖維面膜在吸水回復後的厚度。
本文中所使用數值為近似值，所有實驗數據皆表示在20%的範圍內，較佳為在10%的範圍內，最佳為在5%的範圍內。
本文中所稱「生物纖維材料」，係指由各種微生物所生產的生物纖維所構成的膜狀物，例如由木質醋酸桿菌(Acetobacter xylinum)、漢氏葡糖酸醋酸桿菌(Gluconacetobacter hansenii)、及巴斯德醋酸桿菌(Acetobacter pasteurianus)等細菌所生產的生物纖維材料。
本發明提供一種乾式生物纖維材料的製備方法，其步驟包含將一生物纖維材料維浸泡於一濃度10%以上的甘油水溶液中一段時間，以及將該含甘油的生物纖維材料進行乾燥處理，例如在高溫下烘乾。以下實施例以生物纖維面膜舉例說明乾式生物纖維材料的製備方法，並評估生物纖維面膜在不同濃度甘油水溶液中浸泡後，其經乾燥處理、重新浸入水中的吸水力回復情況。實驗結果顯示，當甘油水溶液的濃度為10%以上時，乾式生物纖維面膜的吸水回復力得到明顯改善，其外觀與觸感皆與未經處理的生物纖維面膜相近。
本實施例以乾式生物纖維面膜之製備說明本發明乾式生物纖維材料的製備方法。首先，將適量甘油與蒸餾水混和均勻，製備重量百分濃度為10%或10%以上的甘油水溶液。同時，將生物纖維材料加工為具有面膜外觀，簡稱生物纖維面膜，並以蒸餾水漂洗。該生物纖維面膜具有一對應臉部之形狀，並可進一步包含對應二眼部、一鼻部外緣、以及一口部的複數個開口。
其次，將漂洗完畢的生物纖維面膜均勻浸泡於前述甘油水溶液中30-60分鐘，浸泡過程中可透過如擠壓、震盪、攪拌等方式使生物纖維面膜充分接觸甘油。浸泡完成後，取出含甘油的生物纖維面膜，將其晾乾至水滴不再滴下，再置入烘箱中於80-85℃下烘乾2-4小時，例如在80℃下烘乾3小時，即可製得本發明之乾式生物纖維面膜。烘乾時間視烘乾溫度而異。
為測試本發明方法製得之乾式生物纖維材料是否能在吸水後快速回復正常外觀，依據實施例1之步驟，先製備重量百分濃度分別為1%、2.5%、5%、7.5%、或10%的甘油水溶液，再將經蒸餾水漂洗的生物纖維面膜分別浸泡於該些甘油水溶液中30-60分鐘。浸泡完成後，將各組含甘油的生物纖維面膜晾乾至水滴不再滴下，再置入烘箱中於80℃下烘乾3小時，製得浸泡不同濃度甘油水溶液之乾燥生物纖維面膜及本發明乾式生物纖維面膜。其後，將前述各組生物纖維面膜浸泡於蒸餾水中10分鐘再取出，比較其外觀的變化。作為比對基準，將未浸泡甘油水溶液且未經乾燥處理的生物纖維面膜設為對照組。
圖1係浸泡不同濃度甘油水溶液之乾燥生物纖維面膜及本發明乾式生物纖維面膜重新浸入蒸餾水後的照片。由圖1可知，浸泡過1%甘油水溶液的乾燥生物纖維面膜在重新泡水後呈現硬化狀態，不易貼服附著物表面，且具有塑膠般的觸感。相對地，浸泡過2.5%、5%、或7.5%甘油水溶液的乾燥生物纖維面膜及本發明乾式生物纖維面膜在重新泡水後，其外觀及觸感與對照組相似。此結果顯示浸泡濃度2.5%以上的甘油水溶液能使生物纖維面膜在經歷高溫80-85℃之乾燥處理後，仍保有未被破壞的纖維結構，因此於再次吸水後回復生物纖維面膜的外觀。
為檢驗本發明方法製得之乾式生物纖維材料的吸水回復效果，依據實施例1之步驟，先製備重量百分濃度分別為1%、2.5%、5%、7.5%、10%、15%、或20%的甘油水溶液，再將經蒸餾水漂洗的生物纖維面膜分別浸泡於不同濃度的甘油水溶液中30-60分鐘，各組皆重複3次。浸泡完成後，將各組含甘油的
生物纖維面膜晾乾至水滴不再滴下，再置入烘箱中於80℃下烘乾3小時，製得浸泡不同濃度甘油水溶液之乾燥生物纖維面膜及本發明乾式生物纖維面膜。其後，將前述各組生物纖維面膜浸泡於蒸餾水中10分鐘再取出，進行吸水回復試驗。
圖2顯示生物纖維面膜浸泡不同濃度甘油水溶液前後的重量變化。圖3顯示浸泡不同濃度甘油水溶液之生物纖維面膜在烘乾前及吸水回復後的重量變化。由圖2可知，生物纖維面膜的重量增加不會因為所浸泡之甘油水溶液濃度不同而有顯著差異，其重量增加之平均值為11.5g/片。
然而，由圖3可知，相較所浸泡甘油水溶液的濃度小於10%的組別，當浸泡過濃度10%以上的甘油水溶液，生物纖維面膜在烘乾後的吸水回復試驗中會有明顯較重的重量，且該重量大於其尚未經烘乾處理而單純浸泡甘油水溶液後的重量，說明本發明乾式生物纖維面膜具有明顯較佳的吸水回復效果。此外，本發明乾式生物纖維面膜吸水後的含水重量是其乾重的10-20倍。這些結果證明浸泡濃度10%以上的甘油水溶液能使生物纖維面膜在經歷高溫80-85℃之乾燥處理後，仍具有強大的吸水能力。
圖4顯示浸泡不同濃度甘油水溶液之乾燥生物纖維面膜及本發明乾式纖維面膜在吸水回復後的厚度。依據圖4，浸泡過1%甘油水溶液的乾燥生物纖維面膜在重新泡水後的厚度約0.2mm；浸泡過2.5%、5%、或7.5%甘油水溶液的乾燥生物纖維面膜在重新泡水後之厚度增加至約0.3-0.4mm；浸泡過10%、15%、或20%甘油水溶液的本發明乾式纖維面膜在重新泡水後之厚度大幅增加至約0.8mm以上。相較於乾燥狀態下前述各組乾燥生物纖維面膜的厚度約為0.1mm及本發明乾式生物纖維面膜的厚度約為0.1-0.2mm，前述結果再次證明本發明方法可製得具有良好吸水回復效果的乾式生物纖維材料。
綜上所述，本發明方法藉由浸泡濃度10%以上的甘油水溶液，使生物纖維材料的纖維結構不致因乾燥處理而被破壞，並因此能在重新泡水後回復乾燥處理前之外觀、觸感、厚度及含水狀態。相對於習知製程之直接進行烘乾處理會破壞生物纖維材料的纖維結構，本發明方法避免乾式生物纖維材料的永久性結構破壞，因此保有吸水回復能力。同時，本發明方法製得之乾式生物纖維材料較濕潤之生物纖維材料容易保存，不須外加防腐劑且所需儲存空間小，因此能降低生產及運輸成本。
Claims (7)
- 一種具吸水回復力之乾式生物纖維材料的製備方法，包含如下步驟：(1)將一生物纖維材料浸泡於一甘油水溶液中一預定時間，以形成一含甘油的生物纖維材料；以及(2)將該含甘油的生物纖維材料進行80-85℃烘乾處理，而獲得一具吸水回復力之乾式生物纖維材料；其中該甘油水溶液包含濃度10-20%的甘油。
- 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中該生物纖維材料浸泡於該甘油水溶液的預定時間為30-60分鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述之製備方法，其中該烘乾的時間為2-4小時。
- 一種具吸水回復力之乾式生物纖維材料，係由申請專利範圍第1項至第3項任一項之製備方法所製造。
- 一種具吸水回復力之乾式生物纖維面膜，係由申請專利範圍第4項所述之具吸水回復力之乾式生物纖維材料加工而得，其具有一對應臉部之形狀，且包含對應二眼部、一鼻部外緣、以及一口部的複數個開口。
- 如申請專利範圍第5項所述之具吸水回復力之乾式生物纖維面膜，其與水或水溶液接觸10分鐘後回復乾燥處理前的吸水狀態。
- 如申請專利範圍第5項所述之具吸水回復力之乾式生物纖維面膜，其與水或水溶液接觸10分鐘後之含水重量為接觸前的10-20倍。
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