CN101173093A - 一种多功能的混合物、聚四氟乙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种包含多孔性树脂及多孔隙碳粒子的混合物，该混合物具有透气、透湿、吸附、吸臭、调湿、耐水洗及抗层剥的功效；本发明另提供一种具透气、透湿、吸附、吸臭、调湿、耐水洗及抗层剥的聚四氟乙烯薄膜及处理方法。

Description

一种多功能的混合物、聚四氟乙烯薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料，特别涉及一种吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的多功能混合物，本发明还涉及一种包含多孔性树脂及多孔隙碳粒子的混合物的制备方法，和一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的聚四氟乙烯薄膜及处理方法。
背景技术
众所周知，聚四氟乙烯(C2F4)，如铁氟龙，杜邦公司销售的含氟聚合物树脂，主要是由碳原子和氟原子组成，其中不含氢，不会和氧发生反应，故其十分安定，具备冷热稳定性、耐蚀性、不沾粘性、低磨擦系数、低介电常数、绝缘性及自润性等多项特性，除此之外，该聚四氟乙烯不易与其它物质融合，而其它物质亦不易沾粘于上，所以是相关行业采用较多的材料之一。
因聚四氟乙烯具备了如上所述的各项优点，业者将其加工制成所谓的聚四氟乙烯薄膜，并利用其多孔的特性，加以层合在织物或非织物上，作为过滤器材或其它用途，如美国专利第5234739、6080472、5750242号、台湾专利公告第538164、592783及专利公开号200621496号所揭露的内容。
而将多孔隙碳粒子结合聚四氟乙烯，应用在复合材料、电子材料(电极)、低介电材料或防火用织物，并受专利的保护，如日本专利第6316784、61049377、55023039号，加拿大专利第1214753号，瑞士专利第671707号，德国专利第4137627号所揭露的内容。
由上述所揭露的制程及制品中得知：最后所制成的聚四氟乙烯与多孔隙碳粒子复合材料，依使用情况加以运用在衣物、复合材料及电子零件上，都是利用了聚四氟乙烯的耐高温性、绝缘性、耐腐蚀性等特性，还没有利用聚四氟乙烯薄膜的多孔特性以结合多孔隙碳粒子的功能的。
此外，聚四氟乙烯薄膜运用在成衣上，因其多孔结构的特性，有透气、透湿气及高耐水压等功效，但经过长时间的水洗搓揉，会因组织破坏而产生层剥的不良现象，进而降低耐水压的效果。
本发明书所提及的混合物的抗层剥能力为使原本易层剥的布料或薄膜具有不易层剥的能力；而混合物的透气能力为不影响原本布料的透气度。
由上述内容可知，多孔性聚四氟乙烯薄膜结合多孔隙碳粒子的复合材料尚未应用于成衣领域。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种包含多孔性树脂及多孔隙碳粒子的多功能混合物及其制备方法，该混合物具有吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的功效；本发明另提供一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的聚四氟乙烯薄膜及处理方法。
本发明提供一种混合物，其包含多孔隙碳粒子及多孔性树脂，该多孔隙碳粒子均匀散布且外露于该多孔性树脂表面，以便于接触散布在空气中的有毒气体分子或是难闻气体分子；本发明的混合物另包含一溶剂，该溶剂为异丙醇、丁酮、丙酮、水、甲苯、二甲基甲酰胺或其混合的制剂。
而该多孔隙碳粒子是选自活性碳、碳黑、石墨或其组合，直径大小介于0.1-1微米之间；该多孔性树脂是由聚胺基甲酸乙酯和甲酸酯所组成。
本发明的混合物中，多孔隙碳粒子所占的重量百分比是介于1-30％之间为佳、2-25％之间为更佳、4-20％之间为最佳；多孔性树脂所占的重量百分比是介于10-70％之间为佳、20-55％之间为更佳、30-45％之间为最佳；而溶剂所占的重量百分比是介于30-80％之间为佳、40-70％之间为更佳、50-65％之间为最佳。
本发明还提供一种制备具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的混合物的方法，其步骤包含：
(1)将多孔性树脂与可完全或部分溶于水的溶剂充分搅拌混合；
(2)将多孔隙碳粒子与可完全或部分溶于水的溶剂充分搅拌混合；
(3)将步骤(2)的溶液缓慢加入至步骤(1)的溶液中，使多孔隙碳粒子均匀分布于多孔性树脂中，再以温度由低至高的方式完成干燥定型。
优选地，所述多孔性树脂在步骤(1)的比例占全部体积的30-50％；所述可完全或部分溶于水的溶剂在步骤(1)的比例占全部体积的50-70％。所述多孔隙碳粒子在步骤(2)的比例占全部体积的3-10％；所述可完全或部分溶于水的溶剂在步骤(2)的比例占全部体积的90-97％。
优选地，所述步骤(1)的溶液与步骤(2)的溶液在步骤(3)混合时的比例为7∶3。
多孔隙碳粒子为一种多孔性及高比表面积的材料，能吸附空气中有毒气体或挥发性有机溶剂等对人类身体有害的物质，更有调整湿度的功能。本发明的混合物是将该多孔隙碳粒子均匀散布且外露于该多孔性树脂表面使其得以与空气接触，因而具有吸附、吸臭、调湿的功能。
本发明进一步提供一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的多孔性聚四氟乙烯薄膜，其包含一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥等功能的混合物及多孔性聚四氟乙烯薄膜，其中该混合物附着于该聚四氟乙烯薄膜的表面或包覆其中。
优选地，所述多孔隙碳粒子是活性碳、碳黑、石墨或其组合。所述多孔隙碳粒子直径大小介于0.1-1微米。所述溶剂占混合物总重的30-80％。
再者，本发明更进一步提供一种制备具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的多孔性聚四氟乙烯薄膜的方法，其包含以下步骤：
(1)将多孔隙碳粒子、多孔性树脂及可完全或部分溶于水的溶剂均匀混合而得到混合物；
(2)藉由涂布或浸渍的方式，将步骤(1)得到的混合物均匀分布于多孔性聚四氟乙烯薄膜表面或包覆多孔性聚四氟乙烯薄膜；
(3)将步骤(2)得到的薄膜烘干，去除溶剂，使得该混合物附着于该聚四氟乙烯薄膜的表面或使该聚四氟乙烯薄膜包覆于该混合物中。
优选地，所述多孔隙碳粒子取自活性碳、碳黑、石墨或其组合。所述多孔隙碳粒子直径大小介于0.1～1微米。所述多孔性树脂是由聚胺基甲酸乙酯和甲酸酯所组合而成。所述步骤(1)的溶剂所占的重量百分比是介于30～80％之间。
本发明的多孔隙混合物具有透气、透湿、耐水洗及抗层剥的功能，以达到保护聚四氟乙烯薄膜的作用。
为了使任何本技术领域的技术人员，了解本发明的技术内容并据以实施，并且能根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，轻易地理解本创作相关的目的及优点，本发明将在具体实施方式中详细叙述本发明的特征及优点。本发明内容及若干具体实施例请参考附图且详述如下。事实上，本发明可能以不同的形式来实施，且不应该被推断为仅限于文中所提及的实例。
附图说明
图1a及图1b为本发明的混合物附着聚四氟乙烯薄膜上的示意图；
图2为本发明混合物在扫描式电子显微镜观察的放大图，图2a为2,500倍放大图，图2b为10,000倍放大图；
图3所示是本发明的“一种多功能混合物”应用于多孔性聚四氟乙烯薄膜的制备流程图；
图4的表格为透气、透湿及耐水压性能测试结果表；
图5为耐水压能力下降比较图；
图6为吸附能力测试比较表。
具体实施方式
如图一所示，本发明的多功能混合物是由不同大小的多孔隙碳粒子10及多孔性树脂20所组成，经由涂布或浸渍的方式附着于拉伸成形的聚四氟乙烯薄膜30上，形成一种具有吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥效果的聚四氟乙烯薄膜30，该聚四氟乙烯薄膜30能不失其原有的透气、透湿及耐水压的特性。
本发明所提出的薄膜制作方式，将藉由以下的制作程序的实施方式及附呈图示作进一步的说明。
实施方式1：本发明的混合物制备流程
本发明的混合物是一多孔性材质，由6％的多孔隙碳粒子、50％的多孔性树脂及44％的溶剂，经由搅拌混合而成，搅拌时间为2～30min，该溶剂为丙酮、水、甲苯或二甲基甲酰胺等混合的溶剂，该多孔隙碳粒子是由碳黑、活性碳、石墨组成；混合物的制备方式分为三个步骤：
(1)将多孔性树脂与甲苯或二甲基甲酰胺做充分搅拌混合(此称为混合树脂)；
(2)将多孔隙碳粒子与丙酮或水做充分搅拌混合(此称为混合溶液)；及
(3)将混合溶液缓慢加入至混合树脂中，使碳粒子均匀分布于多孔性树脂中，另以温度70～180℃由低至高的方式完成干燥定型，待溶剂挥发后多孔隙碳粒子均匀暴露于多孔性树脂的表层，保留其吸附、吸臭及调湿的功能性，请参照图二。另外，步骤(1)的多孔性树脂的比例较佳为30-50％，甲苯或二甲基甲酰胺的比例较佳为50-70％；步骤(2)的多孔隙碳粒子的比例较佳为3-10％，丙酮或水的比例较佳为90-97％；步骤(3)的混合溶液与混合树脂的比例较佳3∶7。藉由此多孔隙碳粒子使其具吸附、吸臭及调湿的特性，使本发明的多孔性混合物得具备吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的功能。
实施方式2：制备一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥功效的多孔性聚四氟乙烯薄膜。
图三所示是本发明的“一种多功能混合物”应用于多孔性聚四氟乙烯薄膜的制备流程，本发明提供浸渍及涂布两种方式以制备一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥功效的多孔性聚四氟乙烯薄膜，分别说明如下：
以浸渍方式制备一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥功效的多孔性聚四氟乙烯薄膜及其织物。制备流程分为进料、浸渍、烘干及卷取四个步骤，首先多孔性聚四氟乙烯薄膜于进料设备处整理成卷，准备进入浸渍设备，浸渍设备包括罗拉、下压滚轮、浸渍槽及挤压滚轮，多孔性聚四氟乙烯薄膜经由罗拉使其充分延展，由下压滚轮进入装满依照实施例一制造的混合物的浸渍槽，再通过挤压滚轮后完成浸渍的步骤，沾黏着本发明的混合物的聚四氟乙烯薄膜通过烘箱，以温度70～180℃施以30～180秒的烘干后，于后端卷取成一定尺寸大小的成品即完成，上述的处理流程为一连续的程序。
以涂布方式制备一种具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥功效的多孔性聚四氟乙烯薄膜。制备流程分为进料、涂布、烘干及卷取四个步骤，首先多孔性聚四氟乙烯薄膜于进料设备处整理成卷，准备进入涂布设备，涂布设备包括罗拉及涂覆装置，多孔性聚四氟乙烯薄膜经由罗拉使其充分延展，涂覆装置可直接将本发明的混合物涂布于聚四氟乙烯薄膜的上，涂覆着本发明的混合物的聚四氟乙烯薄膜通过烘箱，以温度70～180℃施以30～180秒的烘干后，于后端卷取成一定尺寸大小的成品即完成，上述的处理流程为一连续的程序。
实施方式3：透气性、透湿性及抗水洗层剥的测试
如图四的表格所示，以未经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜作为对照组，经过本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜作为对实验组，分别测试其透气、透湿及耐水压等特性。
透气度比较：
以一般织物透气度测试规范测(ASTM-D737 1996)，测得未经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜每分钟可排出0.02～0.1立方英寸的空气，即表示透气度为0.02～0.1cfm(Cubic Feet Per Minute)单位；而经过本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜与未经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜的测试数据亦相似，因此保有聚四氟乙烯薄膜原有的透气性。
透湿度比较：
以一般织物常用的透湿度测试规范JIS-L1099：1993-A1，测得未经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜每24小时每平方厘米可通过6,909克的气体，即表示其透湿度为6,909g/m2/24hr；而经过本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜每24小时每平方厘米可通过8,335克的气体，即表示其透湿度为8,335g/m2/24hr。可见经过本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜可提升其透湿性。
耐水压比较：
以一般织物常用的耐水压测试规范JIS-L1092：1998-6.1，测得未经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜的原始耐水压为22250mmH2O，经5次洗涤后降为5216mmH2O，经15次洗涤后降为1550mmH2O，经25次洗涤后降为1350mmH2O；而经过本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜的原始耐水压为14333mmH2O，经5次洗涤后降为12716mmH2O，经15次洗涤后降为8783mmH2O，经25次洗涤后降为6633mmH2O。
由测试数据可得，未经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜其耐水压的能力将会因为洗涤次数增加而大幅下降，相较之下，经本发明混合物处理的聚四氟乙烯薄膜其耐水压能力较不会因洗涤而大幅下降，仍保有相当的耐水压能力，延长使用次数。请参照图五。
实施方式4：吸附能力测试
如图六表格所示，以含有0％自由活性碳的本发明混合物作为对照组，以含有6％自由活性碳的本发明混合物作为实验组。在对照组中，样品吸附前重量为34.9656，吸附后重量为34.9913克(g)，增加0.0257克(g)。在实验组中，样品吸附前样品重量为41.4806克(g)，吸附后重量为41.6046克(g)，增加0.124克(g)。
依照吸臭常用测试规范ASTM D 5742-955计算得对照组样品的丁烷活性(Butane Activity)为0.074％；实验组样品的丁烷活性为0.3％。由此可知，实验组具有较高的吸附能力。

Claims (21)

1.一种混合物，其包含：
(1)多孔隙碳粒子；及
(2)多孔性树脂，
其中该多孔隙碳粒子均匀散布且外露于该多孔性树脂表面。
2.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述混合物还包含可完全或部分溶于水的溶剂，所述溶剂可选自：异丙醇、丁酮、丙酮、水、甲苯、二甲基甲酰胺或其混合的溶剂。
3.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述多孔隙碳粒子选自活性碳、碳黑、石墨或其组合。
4.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述多孔隙碳粒子孔径大小介于0.1-1微米。
5.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述多孔性树脂由聚胺基甲酸乙酯和甲酸酯组成。
6.根据权利要求2所述的混合物，其特征在于，所述溶剂占混合物总重的30-80％。
7.一种制备具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的混合物的方法，其步骤包含：
(1)将多孔性树脂与可完全或部分溶于水的溶剂充分搅拌混合；
(2)将多孔隙碳粒子与可完全或部分溶于水的溶剂充分搅拌混合；
(3)将步骤(2)的溶液缓慢加入至步骤(1)的溶液中，使多孔隙碳粒子均匀分布于多孔性树脂中，再以温度由低至高的方式完成干燥定型。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多孔性树脂在步骤(1)的比例占全部体积的30-50％。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可完全或部分溶于水的溶剂在步骤(1)的比例占全部体积的50-70％。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多孔隙碳粒子在步骤(2)的比例占全部体积的3-10％。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可完全或部分溶于水的溶剂在步骤(2)的比例占全部体积的90-97％。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的溶液与步骤(2)的溶液在步骤(3)混合时的比例为7∶3。
13.根据权利要求1所述的混合物，其特征在于，所述混合物附着于聚四氟乙烯薄膜的表面。
14.根据权利要求13所述的混合物，其特征在于，所述多孔隙碳粒子是活性碳、碳黑、石墨或其组合。
15.根据权利要求13所述的混合物，其特征在于，所述多孔隙碳粒子直径大小介于0.1-1微米。
16.根据权利要求13所述的混合物，其特征在于，所述溶剂占混合物总重的30-80％。
17.一种制备具吸附、吸臭、调湿、透气、透湿、耐水洗及抗层剥的多孔性聚四氟乙烯薄膜的方法，其包含以下步骤：
(1)将多孔隙碳粒子、多孔性树脂及可完全或部分溶于水的溶剂均匀混合而得到混合物；
(2)藉由涂布或浸渍的方式，将步骤(1)得到的混合物均匀分布于多孔性聚四氟乙烯薄膜表面或包覆多孔性聚四氟乙烯薄膜；
(3)将步骤(2)得到的薄膜烘干，去除溶剂，使得该混合物附着于该聚四氟乙烯薄膜的表面或使该聚四氟乙烯薄膜包覆于该混合物中。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述多孔隙碳粒子取自活性碳、碳黑、石墨或其组合。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述多孔隙碳粒子直径大小介于0.1-1微米。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述多孔性树脂是由聚胺基甲酸乙酯和甲酸酯组成。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的溶剂所占的重量百分比介于30-80％之间。
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