阅读说明：本技术 抗菌结构及其制造方法 (Antimicrobial structure and method of making same ) 是由 张嘉纮 李士玮 廖釬銂 于 2019-02-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种抗菌结构及其制造方法,其中抗菌结构包括多个抗菌层以及至少一中间层。多个抗菌层呈堆栈设置,每一抗菌层为一带有抗菌金属的高分子纤维或抗菌金属纤维所形成,至少一中间层设置在多个抗菌层之间。借此,抗菌结构能够应用于各种抗菌性产品,并提供长效而稳定的抗菌效果。(The invention discloses an antibacterial structure and a manufacturing method thereof, wherein the antibacterial structure comprises a plurality of antibacterial layers and at least one middle layer. The antibacterial layers are stacked, each antibacterial layer is formed by high polymer fibers or antibacterial metal fibers with antibacterial metal, and at least one middle layer is arranged among the antibacterial layers. Therefore, the antibacterial structure can be applied to various antibacterial products and provides a long-acting and stable antibacterial effect.)

抗菌结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种抗菌结构，特别是涉及一种基于高分子纤维的抗菌结构及其制造方法。

背景技术

在日常生活中，人们不可避免的要接触到各种各样的细菌、真菌等微生物，其中一些有害微生物在合适的环境条件下会迅速生长繁殖，且可能引发疾病、危害人体健康，而各类生活用品往往是这些有害微生物繁殖和传播的重要媒介。随着人们生活水平的提高，人们的健康意识和卫生防菌意识越来越强，近年来抗菌材料逐渐被应用在日常生活用品上，以减少细菌的孳生。

目前常用的抗菌材料有两类，分别为金属抗菌材料和光催化抗菌材料。常见的金属抗菌材料包括铜、锌及银，其主要抗菌机制为﹕可释放出具有抗菌能力金属离子，一旦金属离子接触到微生物细胞膜，便可依靠库伦力与带有负电荷的微生物牢固吸附一起，并穿透细胞膜以与微生物体内蛋白质上的巯基发生反应；如此一来，蛋白质将失去活性，导致细胞丧失分裂增殖能力而死亡。常见的光催化抗菌材料包括二氧化钛及氧化锌，其主要抗菌机制为﹕在太阳光、紫外线的照射下，可产生具有极强氧化作用的氢氧自由基，其可破坏微生物细胞膜，使细胞质流失，并将细胞核氧化。前述抗菌材料虽然能够起到杀菌的作用，但其等在应用上仍有改善的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种能够兼顾轻量化、结构强度与抗菌能力的抗菌结构及其制造方法。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是：一种抗菌结构的制造方法，其包括︰步骤(A)，提供一复合高分子纤维，并使所述复合高分子纤维形成一层状结构，其中所述复合高分子纤维上均匀分布有一有效数量的抗菌金属前驱物；步骤(B)，将所述有效数量的抗菌金属前驱物还原成抗菌金属，以使所述层状结构形成一抗菌层；步骤(C)，提供一有机高分子纤维于所述抗菌层上，并使所述有机高分子纤维形成一中间层；步骤(D)，重复步骤(A)及(B)或步骤(A)至(C)。

在本发明的一实施例中，所述复合高分子纤维包括一芯层以及一包覆所述芯层的表层，且所述有效数量的抗菌金属前驱物均匀分布于所述表层内，其中，步骤(B)包括对所述层状结构进行电浆处理，以使所述层状结构中的所述复合高分子纤维形成一带有抗菌金属的高分子纤维，其中，所述带有抗菌金属的高分子纤维包括一高分子内芯以及一围绕所述高分子内芯的抗菌金属外鞘。

在本发明的一实施例中，所述复合高分子纤维包括一芯层以及一包覆所述芯层的表层，且所述有效数量的抗菌金属前驱物均匀分布于所述芯层与所述表层内，其中，步骤(B)包括对所述层状结构进行电浆处理，以使所述层状结构中的所述复合高分子纤维形成一抗菌金属纤维。

在本发明的一实施例中，步骤(A)包括以电纺纱的方式提供所述复合高分子纤维，其中，步骤(C)包括以电纺纱的方式提供所述有机高分子纤维。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是：一种抗菌结构，其包括多个抗菌层以及至少一中间层。多个所述抗菌层呈堆栈设置，其中每一所述抗菌层为一带有抗菌金属的高分子纤维所形成，至少一所述中间层设置在多个所述抗菌层之间。

在本发明的一实施例中，所述带有抗菌金属的高分子纤维包括一高分子内芯以及一围绕所述高分子内芯的抗菌金属外鞘。

在本发明的一实施例中，所述高分子内芯的外径为1纳米至10000纳米，所述高分子内芯的材料为高结晶度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、低软化温度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或低软化温度的聚苯乙烯(PS)。

在本发明的一实施例中，所述抗菌金属外鞘的厚度为1纳米至10000纳米，所述抗菌金属外鞘的材料为银、铜、锌或其等的合金。

在本发明的一实施例中，多个所述抗菌层的其中之一具有至少一抗菌区域以及一非抗菌区域，且至少一所述抗菌区域的材料为银、铜、锌或其等的合金。

在本发明的一实施例中，至少一所述中间层为一有机高分子纤维所形成，所述有机高分子纤维的材料为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子。

在本发明的一实施例中，至少一所述中间层为一塑料层，所述塑料层的材料为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子。

在本发明的一实施例中，所述抗菌结构还包括一载体，用以承载多个所述抗菌层与至少一所述中间层。

在本发明的一实施例中，所述抗菌层的厚度为0.1微米至100微米，所述中间层的厚度为0.1微米至100微米。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外再一技术方案是：一种抗菌结构，其包括多个抗菌层以及至少一中间层。多个所述抗菌层呈堆栈设置，其中每一所述抗菌层为一抗菌金属纤维所形成，至少一所述中间层设置在多个所述抗菌层之间。

在本发明的一实施例中，所述抗菌金属纤维的材料为银、铜、锌或其等的合金。

在本发明的一实施例中，所述抗菌金属纤维的外径为1纳米至10000纳米。

在本发明的一实施例中，至少一所述中间层为一有机高分子纤维所形成，所述有机高分子纤维的材料为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子。

在本发明的一实施例中，至少一所述中间层为一塑料层，所述塑料层的材料为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子。

在本发明的一实施例中，所述抗菌结构还包括一载体，用以承载多个所述抗菌层与至少一所述中间层。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的抗菌结构，其能通过“至少一中间层设置在多个抗菌层之间，其中每一抗菌层为一带有抗菌金属的高分子纤维所形成”以及“至少一中间层设置在多个抗菌层之间，其中每一抗菌层为一抗菌金属纤维所形成”的技术方案，以提供长效而稳定的抗菌效果，并降低成本。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一和第二实施例的抗菌结构的其中一结构示意图。

图2为图1的II部分的其中一放大示意图。

图3为图1的III部分的放大示意图。

图4为图2所示带有抗菌金属的高分子纤维的局部结构示意图。

图5为本发明第一和第二实施例的抗菌结构的另外一结构示意图。

图6为本发明第一和第二实施例的抗菌结构中的抗菌层的其中一制造过程示意图。

图7为图6所示复合高分子纤维的其中一局部结构示意图。

图8为本发明第一和第二实施例的抗菌结构中的抗菌层的另外一制造过程示意图。

图9为本发明第一和第二实施例的抗菌结构中的中间层的制造过程示意图。

图10为本发明第一和第二实施例的抗菌结构的其中一具体应用示意图。

图11为本发明第一和第二实施例的抗菌结构的其中一具体应用示意图。

图12为图1的XII部分的放大示意图。

图13为图6所示复合高分子纤维的另外一局部结构示意图。

图14为本发明第三实施例的抗菌结构的结构示意图。

图15为本发明第三实施例的抗菌结构中的抗菌层的一制造过程示意图。

具体实施方式

近年来，生活方式的改变加上居住环境的高密度化，人们的生活空间中存在许多有害微生物如细菌、霉菌等，尤其我国高温高湿的气候条件容易孳生有害微生物；故，越来越多的生活用品被要求具备抗菌能力，以减少有害微生物的孳生和传播，进而维护人体健康。因此，本发明提供一种抗菌结构，其能够应用于各种抗菌性产品，并提供长效而稳定的抗菌效果。抗菌性产品可举出家电产品所使用的过滤器、具有抗菌功能的衣物或布料产品及可通风门的窗产品。

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“抗菌结构及其制造方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

第一实施例

请参阅图1所示，本发明第一实施例提供一种抗菌结构1，其主要包括多个抗菌层11及至少一中间层12，其中多个抗菌层11呈堆栈设置，至少一中间层12则设置在多个抗菌层之间。借此，。

虽然在图1中显示了三个抗菌层11与两个中间层12，且每一个中间层12皆位于两个相邻的抗菌层11之间，但是抗菌层11与中间层12的数量和位置关没有特别的限制，可根据实际需要进行设置。在本实施例中，抗菌层11的厚度可为0.1微米至100微米，中间层12的厚度可为0.1微米至100微米，但不限制于此。

请参阅图2并配合图4所示，抗菌层11为带有抗菌金属的高分子纤维111所形成，例如，抗菌层11可为一条或多条带有抗菌金属的高分子纤维111依特定方向紧密堆栈、缠绕或交织而成。进一步地说，带有抗菌金属的高分子纤维111包括一高分子内芯C及一围绕高分子内芯C的抗菌金属外鞘S，其中高分子内芯C具有良好的机械强度而能够起到支撑作用，抗菌金属外鞘S具有高表面积而能够与空气中的有害微生物充分接触。高分子内芯C的外径可为1纳米至10000纳米，且抗菌金属外鞘S的厚度可为1纳米至10000纳米，但不限制于此。虽然在图4中显示了抗菌金属的是以管状外鞘的形式存在，但是在其他实施例中，抗菌金属也可以微粒的形式连续分布在高分子内芯C的表面上。

在本实施例中，高分子内芯C的材料可为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子，或其等的共聚合物。丙烯酸类高分子可举出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚丙烯腈(PAN)；乙烯基类高分子可举出聚苯乙烯(PS)及聚醋酸乙烯酯(PVAc)；聚酯类高分子可举出聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)及聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)；聚酰胺类高分子可举出尼龙(nylon)。然而，本发明不以上述所举的例子为限。考虑到机械特性和加工性，高分子内芯C的材料较佳为高结晶度的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、低软化温度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或低软化温度的聚苯乙烯(PS)。另外，抗菌金属外鞘S的材料可为银、铜、锌，或其等的合金，但不限制于此。

请参阅图3所示，在本实施例中，中间层12可为有机高分子纤维121所形成，例如，中间层12可为一条或多条有机高分子纤维121依特定方向紧密堆栈、缠绕或交织而成。有机高分子纤维121的外径可为1纳米至10000纳米；有机高分子纤维121的材料可为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子，或其等的共聚合物，这些高分子的具体例已如前述，在此不再赘述。中间层12也可为一塑料层；塑料层的材料可为丙烯酸类、乙烯基类、聚酯类或聚酰胺类高分子，或其等的共聚合物，这些高分子的具体例已如前述，在此不再赘述。

请参阅图5所示，抗菌结构1可进一步包括一载体13，用以承载抗菌层11与中间层12，且抗菌结构1可通过载体13以应用在各种抗菌性产品上。在本实施例中，载体13可为一固定框架，但不限制于此；抗菌层11连同中间层12可先被加工成预定尺寸大小以固定在载体13上，然后再通过载体13安装至所需位置。

请参阅图6至图9所示，下面将说明形成抗菌结构1的方法。首先，提供一复合高分子纤维111a，并使复合高分子纤维111a形成一层状结构11a，其中复合高分子纤维111a包括一芯层1111a及一包覆芯层1111a的表层1112a；值得注意的是，表层1112a内具有抗菌金属前驱物MP沿轴向连续且均匀地分布(如图7所示)。在本实施例中，如图6所示，可采用静电纺丝(electrospinning)装置2提供复合高分子纤维111a；静电纺丝装置2可包括一第一喷丝器21、一高压电源22及一收集板23；第一喷丝器21可包括一第一储液槽211及一第一喷嘴212，第一喷嘴212与第一储液槽211的底部连通，高压电源22的正、负极分别电性连接第一喷嘴212与收集板23。

进一步地说，可先制备一第一电纺液L1，其组成主要包括有机高分子、抗菌金属前驱物及有机溶剂；再将第一电纺液L1置入第一喷丝器21的第一储液槽211；然后通过高压电源22在第一喷丝器21与收集板23之间产生一预定强度的电场，以使第一电纺液L1从第一喷嘴212喷出后，形成复合高分子纤维111a沉积于收集板23上。值得说明的是，若抗菌结构1具有载体13，则可在提供复合高分子纤维111a之前，先将载体13置于收集板23上。

虽然在图7中显示了复合高分子纤维111a是以电纺丝的方式形成，但是在其他实施例中，复合高分子纤维111a也可以其他的方式形成，例如瞬纺(flash spinning)、电喷洒(electrospray)、熔喷(melt blown)及静电熔喷(electrostatic melt blown)。

在本实施例中，有机高分子与前述高分子内芯C的材料相同。抗菌金属前驱物MP为前述抗菌金属外鞘S的金属成分的前驱物，其可为金属盐、金属卤化物或金属有机错合物，但不限制于此。有机溶剂可为甲醇或丁酮，但不限制于此。若金属成分为金，金的前驱物可举出三氯化金及四氯金酸；若金属成分为银，银的前驱物可举出︰三氟醋酸银、醋酸银、硝酸银、氯化银及碘化银；若金属成分为铜，铜的前驱物可举出醋酸铜、氢氧化铜、硝酸铜、硫酸铜、氯化铜及铜酞菁；若金属成分为铂，铂的前驱物可举出六羟基铂酸钠。然而，本发明不以上述所举的例子为限。

在形成基于复合高分子纤维111a的层状结构11a之后，将复合高分子纤维111a上的抗菌金属前驱物MP还原成抗菌金属，以使层状结构11a形成抗菌层11。在本实施例中，如图8所示，可采用电浆处理装置3来还原复合高分子纤维111a上的抗菌金属前驱物MP，以使复合高分子纤维111a形成带有抗菌金属的高分子纤维。进一步地说，电浆处理装置3可施行一低压、高压或大气电浆处理；电浆处理的时间可为1秒至300秒；电浆处理可使用惰性气体、空气、氧气或氢气电浆，且可在惰性气体气氛(如氩气气氛)、氮气气氛或还原气氛下进行，还原气氛可为氢气与氮气或惰性气体(如氩气)，其中氢气含量可为2％至8％，较佳为5％。然而，上述电浆处理的操作条件可根据实际需要做调整，并非用以限定本发明。在电浆处理的过程中，随着被还原生成的抗菌金属逐渐累积在高分子内芯C的外表面上而形成连续的抗菌金属外鞘S，高分子内芯C将不会再受到电浆撞击。

虽然在图8中显示了复合高分子纤维111a上的抗菌金属前驱物MP是在电浆处理的过程中被还原，但是在其他实施例中，也可通过其他的方式来还原抗菌金属前驱物MP，例如使用氢氧化钠等强碱还原金属前驱物。

在形成抗菌层11之后，提供一有机高分子纤维121于抗菌层11上，并使有机高分子纤维121形成一中间层12。在本实施例中，如图9所示，可采用静电纺丝装置2来提供有机高分子纤维121；静电纺丝装置2还可包括一第二喷丝器24，第二喷丝器24可包括一第二储液槽241及一第二喷嘴242，其中第二喷嘴242也和高压电源22的正极电性连接。

进一步地说，可先制备一第二电纺液L2，其组成主要包括有机高分子及有机溶剂；再将第二电纺液L2置入第二喷丝器24的第二储液槽241；然后通过高压电源22在第二喷丝器24与收集板23之间产生一预定强度的电场，以使第二电纺液L2从第二喷嘴242喷出后，形成有机高分子纤维121沉积于抗菌层11上。在本实施例中，有机高分子与前述有机高分子纤维121的材料相同，有机溶剂可为甲醇或丁酮，但不限制于此。

虽然在图9中显示了有机高分子纤维121是以电纺丝的方式形成，但是在其他实施例中，有机高分子纤维121也可以其他的方式形成，例如瞬纺、电喷洒、熔喷及静电熔喷。

需要说明的是，前述形成抗菌层11的步骤可根据导热需要重复一次以上；当需要多个抗菌层11时，前述形成中间层12的步骤也可重复一次以上。

请参阅图10及图11所示，下面将进一步说明本发明的实际应用。如图10所示，空气清静机A可包括至少一抗菌结构1，且空气清静机A可通过任何适当的方式(如：风扇转动)以促使气流F进入至其内部，并在与抗菌结构1充分接触后排出至外部，以达到净化空气的目的。此外，如图11所示，纱窗W也可包括至少一抗菌结构1，当室外的空气经由纱窗W与室内的空气进行流通交换时，抗菌结构1可对空气进行杀菌处理。

第二实施例

请参阅图1并配合图12所示，本发明第二实施例提供一种抗菌结构1，其主要包括多个抗菌层11及至少一中间层12，其中多个抗菌层11呈堆栈设置，至少一中间层12则设置在多个抗菌层之间。本实施例与第一实施例的主要差异在于：抗菌层11为抗菌金属纤维112所形成，例如，抗菌层11可为一条或多条抗菌金属纤维112依特定方向紧密堆栈、缠绕或交织而成。抗菌金属纤维112的外径为1纳米至10000纳米，抗菌金属纤维112的材料可为金、银、铜、铂，或其等的合金，但不限制于此。

请参阅图6及图7，并配合图13所示，在本实施例中，形成抗菌层11的方法是先提供一复合高分子纤维111a，并使复合高分子纤维111a形成一层状结构11a，其中复合高分子纤维111a具有一芯层1111a及一包覆芯层1111a的表层1112a；值得注意的是，芯层1111a与表层1112a内都具有抗菌金属前驱物MP沿轴向连续且均匀地分布(如图13所示)，抗菌金属前驱物MP与前述抗菌金属纤维112的材料相同。然后，将复合高分子纤维111a上的抗菌金属前驱物MP还原成抗菌金属，以使复合高分子纤维111a形成抗菌金属纤维112，亦即使层状结构11a形成抗菌层11。关于提供复合高分子纤维111a与还原其上抗菌金属前驱物MP的技术细节，可参考第一实施例所述，在此不再赘述。

第三实施例

请参阅图14及图15所示，本发明第三实施例提供一种抗菌结构1，其主要包括多个抗菌层11及至少一中间层12，其中多个抗菌层11呈堆栈设置，至少一中间层12则设置在多个抗菌层之间。本实施例与前述实施例的主要差异在于：少一抗菌层11具有至少一抗菌区域R1及一非抗菌区域R2，以适应特殊应用场合。

在本实施例中，如图15所示，形成抗菌层11的方法是先提供一复合高分子纤维111a，并使用复合高分子纤维111a形成一层状结构11a；再形成一图案化遮罩M于层状结构11a上，以暴露出层状结构11a的预定部分；然后通过图案化遮罩M对层状结构11a的预定部分进行电浆处理，将预定部分中复合高分子纤维111a上的抗菌金属前驱物MP还原成抗菌金属，以形成抗菌区域R1；未经过电浆处理的层状结构11a的其余部分则形成非抗菌区域R2。

虽然在图14中显示了最上层的抗菌层11具有抗菌区域R1及非抗菌区域R2，但是在其他实施例中，其他位置的抗菌层11也可具有抗菌区域R1及非抗菌区域R2。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的抗菌结构，其能通过“至少一中间层设置在多个抗菌层之间，其中每一抗菌层为一带有抗菌金属的高分子纤维所形成”以及“至少一中间层设置在多个抗菌层之间，其中每一抗菌层为一抗菌金属纤维所形成”的技术方案，以提供长效而稳定的抗菌效果，并降低成本。

更进一步来说，带有抗菌金属的高分子纤维包括一高分子内芯及一围绕高分子内芯的抗菌金属外鞘，其中高分子内芯具有良好的机械强度而能够起到支撑作用，抗菌金属外鞘具有高表面积而能够增加吸放热的速度；另外，中间层可为一有机高分子纤维所形成。因此，抗菌结构能够兼顾轻量化、结构强度与抗菌能力，以符合轻薄电子产品的设计要求。

更进一步来说，本发明所提供的抗菌结构的制造方法能够利用回收金属废液，既适合工业化量产，又能够减少资源消耗和环境污染。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的申请专利范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的申请专利范围内。