三维成型生物制造材料及制造方法技术

本文描述了三维成型生物制造材料及制备三维成型生物制造材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维成型生物制造材料及制造方法相关申请的交叉引用本文所述的方法和材料(例如，生物制造皮革材料)可与以下任何专利和未决申请中所述的特征一起使用或可包括这些特征，和/或可与其中的一个或多个特征相关。以下每份专利和未决申请全文以引用方式并入本文：2013年3月28日提交的标题为“ENGINEEREDLEATHERANDMETHODSOFMANUFACTURETHEREOF”(工程化皮革及其制造方法)的美国专利申请号13/853,001；2015年12月11日提交的标题为“ENGINEEREDLEATHERANDMETHODSOFMANUFACTURETHEREOF”(工程化皮革及其制造方法)的美国专利申请号14/967,173；2015年11月3日提交的标题为“REINFORCEDENGINEEREDBIOMATERIALSANDMETHODSOFMANUFACTURETHEREOF”(强化工程化生物材料及其制造方法)的PCT专利申请号PCT/US2015/058794；2017年2月15日提交的标题为“BIOFABRICATEDMATERIALCONTAININGCOLLAGENFIBRILS”(包含胶原原纤维的生物制造材料)的美国专利申请号15/433,777；以及2017年2月15日提交的标题为“COMPOSITEBIOFABRICATEDMATERIAL”(复合生物制造材料)的美国专利申请号15/433,676。有关以引用方式并入的声明本说明书中提及的所有出版物和专利申请全文以引用方式并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被明确地和单独地指出以引用方式并入。
技术介绍

本专利技术涉及模拟天然衍生材料的成型生物制造皮革材料。具体地，本专利技术涉及通过真空成形工艺、注塑成型工艺和热成形工艺形成的三维成型生物制造皮革材料。相关技术描述皮革用于多种多样的应用，包括家具装饰品、服装、鞋类、行李、手提包和配饰以及汽车应用。当前，动物的皮张用作天然皮革的原材料。然而，取自家畜的皮张会带来环境问题，因为饲养家畜需要大量的饲料、牧场、水和化石燃料。家畜还会给空气和水域造成重大污染。另外，使用动物皮生产皮革会遭到有社会意识的个人的反对。全球皮革行业每年屠宰超过十亿只动物。大多数皮革来源于没有动物福利法或法律大部分或完全未实施的国家。在不杀死动物的情况下生产的皮革将具有极大的时尚新颖性和吸引力。纵观历史，人们已作了许多尝试，使用多种合成材料模仿皮革。如先前所提到的，对皮革替代品有着强烈的需求，因为皮革生产涉及动物屠宰，随之引起很大的环境影响并需加以处理。对皮革产品的日益增长的需求还促进了牲畜围场实践和工厂化养殖，已在此记录到对动物的虐待。因此，由于行星资源变得越来越紧张，皮革的质量和可用性持续下降。形成合成皮革的尝试在再现皮革的独特特性组方面全都收效不佳。合成皮革材料的示例包括Clarino、Naugahyde、Corfam和Alcantara等等。它们由各种化学和聚合物成分制成，包括聚氯乙烯、聚氨酯、硝化纤维包覆棉布、聚酯或其他用合成聚合物包覆的天然布或纤维材料。使用通常从化学和纺织生产方法(包括非织造和先进纺纱工艺)借鉴的多种技术来组装这些材料。虽然这些材料中的许多材料已用于鞋类、装饰品和服装应用，但它们不符合奢侈品应用的标准，因为它们难以企及让皮革显得如此独一无二和深受喜爱的透气性、性能、手感或审美特性。迄今为止，还没有由胶原或胶原样蛋白制成替代皮革类材料，因此这些材料缺少产生皮革美感的胶原网络的化学组成和结构。沿着胶原多肽链的大量酸性和碱性氨基酸侧基以及其向牢固又多孔的纤维状构造的组织允许通过鞣制工艺进行改性并且产生皮革的期望强度、柔软度和美感。生物制造皮革可用于许多产品，其中一些产品需要使生物制造皮革成型并保留形状的能力。如本文所用，术语“形状”意指沿着产品的至少一个方位具有长度、宽度和高度和/或保持的曲率半径的三维结构。此类产品的示例包括但不限于鞋类、运动鞋、水壶(cantene)、滗析器等。当前用于制备这些产品的皮革工艺包括从皮革片材切割出形状，这会导致皮革不完全使用并产生皮革废料。需要形成成型生物制造皮革产品的更有效工艺，同时使废料最小化。共同未决的美国专利申请号62/533,950和号15/713,300各自通过各种工艺来形成生物制造皮革。生物制造皮革是未成型的。美国专利申请公布号2009/0226557教导了使用包含变性胶原粒料的热塑性组合物通过各种工艺来形成成型固体制品。所述组合物包括增塑剂。尽管有该教导内容，仍一直需要形成成型生物制造皮革产品的更有效工艺，同时使废料最小化。
技术实现思路
一般来讲，本文描述了成型生物制造皮革材料以及由鞣制、脱水和润滑或加脂的原纤化非人胶原形成所述皮革材料的方法。所得的生物制造材料可按使用天然皮革的任何方式使用，并且在外观和手感上与真实皮革极其类似，同时具有与普通皮革区分开的附加特征。例如，生物制造皮革材料被成型为使得其可用于诸如鞋类、球、手提包、钱包等成型制品，并且使时间和废料最小化。本文所述的工程化皮革材料也可被称为生物制造皮革材料，因为它们是在体外制造的，相比之下，自然或天然皮革衍生自体内生长的动物生皮。例如，生物制造皮革材料可为具有一定厚度的原纤化、鞣制(例如，交联)和加脂(润滑)的胶原，其中该材料的含水量为20重量％或更少(例如，其中该材料的润滑剂含量为1重量％或更多；并且其中该材料包括原纤维密度在5与500mg/cc之间的胶原原纤维的网络。例如，生物制造皮革材料可为原纤化、鞣制(例如，交联)和润滑的胶原，其中该材料具有约0.05mm至20mm之间的厚度，进一步其中该材料的含水量可为20重量％或更少并且其中材料的润滑剂(例如，脂肪、油、其他材料(诸如允许脱水皮革材料中的原纤维移动的聚合物))含量可为1重量％(例如，10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％等，介于15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％等下限值与20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％等上限值之间，其中下限值始终小于上限值)或更多；并且其中该材料包括原纤维密度在5与500mg/cc之间的未成束胶原原纤维的网络。一般来讲，本文所述的生物制造皮革材料的含水量可小于预定最大百分比(例如，小于20％、15％、10％等)并且润滑剂含量可(按重量百分比计)大于预定最小百分比(例如，大于10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％等，或介于10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％等下限值与20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％等上限值之间，其中下限值始终小于上限值)。可对本文所述的任何生物制造皮革进行加脂以引入润滑剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维成型制品，所述三维成型制品包括所提取的天然存在的胶原、重组胶原或其中的组合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180305 US 62/638,6701.一种三维成型制品，所述三维成型制品包括所提取的天然存在的胶原、重组胶原或其中的组合。


2.根据权利要求1所述的成型制品，其中所述重组胶原是III型胶原。


3.根据权利要求1所述的成型制品，其中所述重组胶原选自包括以下的一组来源：牛、猪、袋鼠、绵羊、短吻鳄、鸵鸟、恐龙、大象、鳄鱼、猛犸象、羚羊、熊、海狸、野牛、野猪、骆驼、北美驯鹿、猫、家牛、鹿、狗、麋鹿、狐狸、长颈鹿、山羊、野兔、马、北山羊、狮子、美洲驼、猞猁、貂、驼鹿、公牛、西貒、兔、海豹、松鼠、虎、鲸、狼、牦牛、斑马、龟、蛇、青蛙、蟾蜍、火蜥蜴、蝾螈、鸡、鸭、鸸鹋、鹅、松鸡、野鸡、鸽子、鹌鹑、火鸡、鱼或它们的组合。


4.根据权利要求1所述的成型制品，其中所述制品的形状选自球体、圆柱体、圆锥体、立方体、四面体、长方体、三棱柱以及它们的组合。


5.一种形成三维成型制品的方法，所述方法包括：提供胶原溶液；提供具有成型腔体的凸模具和凹模具，其中所述凹模具包括使水能够经由真空去除的材料；用所述胶原溶液部分地填充所述凹模具；将所述凸模具插入到所述凹模具中；用所述胶原溶液填充所述凹模具与所述凸模具之间的空隙；对所述模具抽真空；重复所述填充和真空过程直至填充所述空隙；干燥所述制品；以及从所述模具中取出所述制品以形成所述三维成型胶原制品。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述胶原溶液包括所提取的天然存在的胶原、重组胶原或其中的组合。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述重组胶原是III型胶原。


8.根据权利要求6所述的方法，其中所述重组胶原选自包括以下的一组来源：牛、猪、袋鼠、绵羊、短吻鳄、鸵鸟、恐龙、大象、鳄鱼、猛犸象、羚羊、熊、海狸、野牛、野猪、骆驼、北美驯鹿、猫、家牛、鹿、狗、麋鹿、狐狸、长颈鹿、山羊、野兔、马、北山羊、狮子、美洲驼、猞猁、貂、驼鹿、公牛、西貒、兔、海豹、松鼠、虎、鲸、狼、牦牛、斑马、龟、蛇、青蛙、蟾蜍、火蜥蜴、蝾螈、鸡、鸭、鸸鹋、鹅、松鸡、野鸡、鸽子、鹌鹑、火鸡、鱼或它们的组合。


9.根据权利要求5所述的方法，其中所述模具由选自以下的材料制成：聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚碳酸酯、铝、玻璃纤维、不锈钢以及它们的组合。


10.根据权利要求5所述的方法，其中所述腔体的表面的形状选自圆形、曲线形、正方形、椭圆形以及它们的组合。


11.根据权利要求5所述的方法，其中所述凹模具中使水能够经由真空去除的所述材料是网面材料。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述网面材料具有不大于74微米的开口。


13.根据权利要求5所述的方法，其中在室温下干燥所述三维成型胶原制品。


14.一种形成三维成型胶原制品的方法，所述方法包括：提供受热的胶原溶液和聚合物；提供左模具和右模具，所述左模具和所述右模具被加工成具有腔体、孔口和取出所述制品的装置；将所述模具保持在一起；加热所述模具；提供通过所述孔口进给所述胶原溶液并且填充所述腔体的装置；让所述模具和所述制品冷却；打开所述模具；以及使所述制品从所述模具脱模以形成所述成型胶原制品。


15.根据权利要求14所述的方法，其中所述聚合物是热塑性聚合物。


16.根据权利要求15所述的方法，其中所述热塑性聚合物是聚己内酯。


17.根据权利要求14所述的方法，其中所述胶原溶液包括所提...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·巴宾，K·斯巴克斯，S·斯皮涅拉，B·P·珀塞尔，
申请(专利权)人：现代牧场股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US