CN106916419A - 吸光蓄热母粒与纤维及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种吸光蓄热母粒，包含第一聚合物、微多孔颗粒与吸光发热颗粒。微多孔颗粒分布于第一聚合物中，而吸光发热颗粒分布于微多孔颗粒的表面或孔隙中。本发明亦揭露由上述吸光蓄热母粒及基质纤维母粒所制成的吸光蓄热纤维，其中吸光蓄热母粒及基质纤维母粒的重量比例为1：9至1：14。本发明更揭露上述吸光蓄热母粒的制造方法。本发明的纤维由吸光蓄热母粒及基质纤维母粒所制成，因此纤维可藉由吸光蓄热母粒中的吸光发热颗粒及微多孔颗粒吸收热能，更能利用微多孔颗粒的孔隙来有效蓄热。

Description

吸光蓄热母粒与纤维及其制造方法

技术领域

本发明是有关一种吸光蓄热母粒及其制成的纤维，特别是一种含有吸光蓄热颗粒及微多孔颗粒的吸光蓄热母粒。

背景技术

在寒冷天气中人们会穿上厚重衣物，以维持体温并得到保暖效果。然而此些厚重衣物不仅造成外观上的臃肿，更易造成身体活动的不便与产生不舒适感。因此，在织物产业上发热衣逐渐占有一席之地，其利用吸湿发热原理，由衣服纤维吸收水分后，再产生化学反应发出热能。此种发热衣不仅加热速度较慢，且温度提升效率亦不稳定。举例而言，当人体大量出汗时，发热衣会吸收过多水分而高度发热，但当在静态活动下无排汗时，发热衣即无增温反应，故此种设计并不符合实际使用需求。

有鉴于此，纺织业积极研究如何制备有效吸热与蓄热的织物，近年来于纤维中添加远红外线放射材料的织物逐渐见于市面。其能吸收太阳光里的近红外线并放出远红外线被人体吸收而产生热能，而增加保暖效果。然而，此种织物的蓄热效果不佳，产生的热能易在短时间内散逸而无法达到长效的保暖效果。

有鉴于此，业界亟需开发一种高效率发热与长效蓄热的发热织物。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有吸光发热颗粒分布于微多孔颗粒表面或其孔隙的吸光蓄热母粒，除可藉由吸光发热颗粒及微多孔颗粒吸收热能，更能利用微多孔颗粒的孔隙来有效蓄热。

本发明的一态样在于提供一种吸光蓄热母粒，包含：第一聚合物，占60至88.8重量份；微多孔颗粒，占10至30重量份，并分布于第一聚合物中；以及吸光发热颗粒，占1至4重量份，并分布于微多孔颗粒的表面或孔隙中。

根据本发明的一或多个实施方式，微多孔颗粒的平均粒径为1μm至5μm。

根据本发明的一或多个实施方式，微多孔颗粒包含椰壳炭、竹炭、活性炭或其组合。

根据本发明的一或多个实施方式，微多孔颗粒的比表面积为500m²/g至1500m²/g。

根据本发明的一或多个实施方式，第一聚合物包含聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸或其组合。

根据本发明的一或多个实施方式，吸光发热颗粒的平均粒径介于50nm至250nm。

根据本发明的一或多个实施方式，吸光发热颗粒包含氧化钨、氧化钨复合物、碳化锆、碳化铋、碳化硅、氧化铁或其组合。

根据本发明的一或多个实施方式，氧化钨复合物为M_xWO_3-yA_y，其中M为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)或锶(Cs)，A为氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)，且0<x≦1，0<y≦0.5。

本发明的另一态样提供一种由上述的吸光蓄热母粒及基质纤维母粒所制成的吸光蓄热纤维，其中吸光蓄热母粒及基质纤维母粒的重量比例为1：9至1：14。

根据本发明的一或多个实施方式，基质纤维母粒的材料包含聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酰胺或其组合。

本发明的另一态样在提供一种吸光蓄热母粒的制造方法，包含下列步骤。将微多孔颗粒与研磨的吸光发热颗粒预混合以形成均匀分散的混合粉体，其后将第一聚合物与预混合粉体进行第二次混合搅拌，形成吸光蓄热母粒塑料，其中吸光蓄热母粒材料包含60至88.8重量份的第一聚合物，10至30重量份的微多孔颗粒以及1至4重量份的吸光发热颗粒。之后将吸光蓄热母粒材料加热到80℃至100℃进行干燥12小时至24小时，以及将干燥后的吸光蓄热母粒材料进行混炼分散制程以形成吸光蓄热母粒，其中混炼分散制程的最高温度为230℃至290℃。

为进一步说明本发明，兹以实施例(搭配比较例)配合说明如下，然其并非用以限定本发明，本发明技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。

附图说明

为使本发明的上述及其他目的、特征、和优点更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图详细说明如下：

图1是绘示本发明部分实施方式中，吸光蓄热母粒中微多孔颗粒与吸光发热颗粒之间的关系图；

图2是绘示本发明部分实施方式中，吸光蓄热纤维的剖面示意图；

图3A绘示比较例1、实验例1与实验例2的温度折线图；

图3B绘示比较例2、实验例1与实验例2的温度折线图；以及

图3C绘示比较例2、实验例3与实验例4的温度折线图；

其中，符号说明：

110：微多孔颗粒 111：微多孔颗粒孔隙

120：吸光发热颗粒 200：吸光蓄热纤维

210：纤维主体 301：比较例1的温度折线

302：比较例2的温度折线 303：实施例1的温度折线

304：实施例2的温度折线 305：实施例3的温度折线

306：实施例4的温度折线。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。

本发明提供一种吸光蓄热母粒，包含第一聚合物、微多孔颗粒与吸光发热颗粒，其中微多孔颗粒分布于第一聚合物中，而吸光发热颗粒分布于微多孔颗粒的表面或孔隙中。以100重量份的吸光蓄热母粒计，第一聚合物占60至88.8重量份、微多孔颗粒占10至30重量份、而吸光发热颗粒占1至4重量份。在本发明的部分实施方式中，第一聚合物包含聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸或其组合。

请参阅图1，图1绘示本发明部分实施方式，吸光蓄热母粒中微多孔颗粒与吸光发热颗粒之间的关系图。如图1所示，微多孔颗粒110具有多个孔隙111，而吸光发热颗粒120分布于微多孔颗粒110的表面及孔隙111中。吸光发热颗粒120可吸收环境中的近红外线并以热能的型态释放远红外线，并藉由微多孔颗粒110的孔隙111使产生的热能不易逸散。具体而言，此些孔隙111中具有流动性低的空气而不利于热对流，使热能主要以传导的方式传播。但空气本身又为热的不良导体，因此能有效阻隔热能的传递。藉此，吸光发热颗粒120产生的热能保留在微多孔颗粒110中而不逸散，以达到良好的蓄热效果。

如前所述，微多孔颗粒110的孔隙111能提升蓄热能力，而微多孔颗粒110的比表面积的大小更关联于其孔隙的多寡。也就是说，比表面积越大的情况下，微多孔颗粒110的孔隙111越多而能达到更好的蓄热效果。在本发明的部分实施方式中，微多孔颗粒110的比表面积介于500m²/g至1500m²/g，较佳为1000m²/g至1500m²/g，次佳为500m²/g至1000m²/g。

此外，此吸光蓄热母粒在后续应用中会经过纺丝、拉伸等工序以制备吸光蓄热纤维。因此微多孔颗粒110的平均粒径不宜过大，以有助于在纺丝原料中均匀地混合与分散，并避免在纺丝工序中堵塞过滤器网孔。藉此，使拉伸工序中产生断丝的可能性大幅降低。在本发明的部分实施方式中，微多孔颗粒110的平均粒径小于5μm，较佳为介于1μm至5μm。

另一方面，吸光发热颗粒120的粒径需小于微多孔颗粒110的孔隙111的尺寸，如此才能进入微多孔颗粒110的孔隙111内部并藉由孔隙111达到阻隔热量散逸的效果。在本发明的部分实施方式中，吸光发热颗粒120的平均粒径介于50nm与250nm之间。

根据本发明的部分实施方式，微多孔颗粒110包含椰壳炭、竹炭、活性炭或陶瓷材料。在微多孔颗粒110为椰壳炭、竹炭或活性炭的实施方式中，微多孔颗粒110本身为深色(例如：黑色)而能吸收外界辐射热，其更产生额外的热量而提高发热效率，并有利于制备深色织物。另一方面，在微多孔颗粒110为陶瓷材料的实施方式中，微多孔颗粒110可为浅色(例如：白色)而能制备浅色织物，但其辐射热吸收效率较差，此时热量的主要来源为吸光发热颗粒120所提供。

根据本发明的实施例，上述吸光发热颗粒的材料可包含远红外线放射材料例如是氧化钨、氧化钨类复合物、氧化锆、硅酸锆、二氧化硅、氧化钨、氧化铝、氧化镁、氧化钛、高岭土、氧化硅、氧化锌、硫酸钡、氧化钙、三氧化二锑、氧化铁、氧化硼或其组合。

根据本发明的其他部分实施方式，氧化钨复合物的化学式例如是M_xWO_3-yA_y，其中M为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)或锶(Cs)，A为氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)，且0<x≦1，0<y≦0.5。

在本发明的部分实施方式中，吸光蓄热母粒更包含抗氧化剂，若以100重量份的吸光蓄热母粒计，抗氧化剂占0.1至3重量份。在本发明的部分实施方式中，抗氧化剂可包含四(β-[3,5-二叔丁基-4-羟基苯基]丙酸)季戊四醇酯(pentaerythrite tetra[β-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate])、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(Benzenepropanamide,N,N’-1,6-hexanediylbis[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy])及三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(Tns-(2.4-di-tert-butyl)-phosphite)。

在本发明的部分实施方式中，吸光蓄热母粒更包含分散剂，若以100重量份的吸光蓄热母粒计，分散剂占0.1至3重量份。在本发明的部分实施例中，分散剂为蜡聚合物，其可为石蜡油、乙烯基双硬脂酸酰胺蜡、乙烯基双月桂胺蜡、聚酯蜡、酰胺腊或其组合。在本发明的其他部分实施例中，分散剂包括聚胺酯共聚物、聚酰胺共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。在本发明的其他部分实施例中，分散剂例如是硅烷系耦合剂、钛系耦合剂或其组合。

本发明亦提供一种吸光蓄热纤维，由上述的吸光蓄热母粒及基质纤维母粒所制成，其中吸光蓄热母粒及基质纤维母粒的重量比例为1：9至1：14，且基质纤维母粒的成分可为任意织物纤维的主体成分，如聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸或其组合。基质纤维母粒降低了微多孔颗粒与吸光发热颗粒在吸光蓄热纤维中所占的重量份。举例来说，在一些实施例中，以100重量份的吸光蓄热纤维计，微多孔颗粒占0.67至3重量份，而吸光发热颗粒占0.03至0.4重量份。

图2绘示上述吸光蓄热纤维的剖面图。如图2所示，吸光蓄热纤维200主要由基质纤维母粒与吸光蓄热母粒中的第一聚合物构成纤维主体210，而微多孔颗粒110则分布于纤维主体210中。如前所述，微多孔颗粒110的孔隙111使吸光发热颗粒120产生的热能不易散逸，此让吸光蓄热纤维200也具有良好的蓄热效果。在前文中揭示了本发明的吸光蓄热母粒与纤维的多种组成物及其重量份，下文将参照各实施例来描述用以制备吸光蓄热母粒与纤维的方法与步骤。

吸光蓄热纤维的制备方式可区分为两阶段，第一阶段先制备吸光蓄热母粒，而第二阶段再将吸光蓄热母粒与基质纤维母粒一同制成吸光蓄热纤维。首先，吸光蓄热母粒的制造方法包含下列步骤。进行预混练步骤，将微多孔颗粒与吸光发热颗粒研磨混合以形成颗粒混合物，并将第一聚合物与所述颗粒混合物混合搅拌以形成吸光蓄热母粒材料。之后将吸光蓄热母粒材料加热到80℃至100℃进行干燥12小时至24小时，并将干燥后的吸光蓄热母粒材料进行混炼分散制程以形成吸光蓄热母粒。

上述的研磨混合步骤(即，预混练步骤)是为了缩减吸光发热颗粒与微多孔颗粒的粒径以使此两者能均匀混合，其中将吸光发热颗粒研磨至平均粒径约50至250nm以及微多孔颗粒研磨至平均粒径约1至5μm。需注意的是，研磨并无先后顺序之分，其可为先分别研磨吸光发热颗粒与微多孔颗粒再混合两者以形成颗粒混合物，亦可为混合吸光发热颗粒及微多孔颗粒后再同时研磨两者以形成颗粒混合物。

在形成吸光蓄热母粒后，再将其与基质纤维母粒一同纺丝而形成吸光蓄热纤维。此处所述的基质纤维母粒是由聚合物所组成，例如：聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酰胺或其组合，并在纺丝后与吸光蓄热母粒中的第一聚合物共同构成纤维主体使微多孔颗粒散布于其中。在本发明的部分实施方式中，纺丝过程中吸光蓄热母粒及基质纤维母粒的重量比例为1：9至1：14。在本发明的其他部分实施方式中，基质纤维母粒的材质可同于或异于吸光蓄热母粒中的第一聚合物。

请接着参阅吸光蓄热纤维的具体实施方式。

实验例1：

在实验例1中，第一聚合物为聚乙烯对苯二甲酯(Polyethylene Terephthalate,PET)，吸光发热颗粒为氧化钨颗粒，而使用的微多孔颗粒为活性碳颗粒。将PET、氧化钨颗粒与活性碳颗粒于260至290℃下进行混炼制成吸光蓄热母粒后，再与同为PET的基质纤维母粒在250至300℃以1：14的重量比例共同纺丝制成吸光蓄热纤维。实验例1的吸光蓄热纤维中，氧化钨颗粒占0.1重量份，而活性碳占0.8重量份。

实验例2：

实验例2与实验例1以相同的原料与制造方法形成吸光蓄热纤维，差别在于实验例2的吸光蓄热纤维中活性碳占1.0重量份。

实验例3：

实验例3与实验例1以相同的原料与制造方法形成吸光蓄热纤维，差别在于实验例3的吸光蓄热纤维中氧化钨颗粒占0.05重量份，而活性碳占0.8重量份。

实验例4：

实验例4与实验例1以相同的原料与制造方法形成吸光蓄热纤维，差别在于实验例4的吸光蓄热纤维中氧化钨颗粒占0.05重量份，而活性碳占1.0重量份。

比较例1：

比较例1与实验例1以相同的制造方法形成吸光蓄热纤维，差别在于比较例1的吸光蓄热纤维中并不具有活性碳颗粒(或称，微多孔颗粒)，而氧化钨颗粒同样占0.1重量份。

比较例2：

比较例2与实验例1以相同的制造方法形成吸光蓄热纤维，差别在于比较例2的吸光蓄热纤维中并不具有活性碳颗粒(或称，微多孔颗粒)，而氧化钨颗粒占1.0重量份。

请接着参阅表一，其为不同成分的比较例1-2及实验例1-4的吸光蓄热纤维的可纺性压升测试以及升温测试。首先以不同孔径的滤网(孔径为20微米及40微米的滤网)进行压升测试以评估比较例1-2及实验例1-4的可纺性。之后将比较例1-2及实验例1-4的吸光蓄热纤维置于距离照射灯源1米处，用500W的卤素灯以45度角照射测试10分钟，关灯后以热显像仪在50厘米处取影像，分析表面温度并比较照射前后的温度差。

表一：比较例1-2及实施例1-4的吸光蓄热纤维的可纺性压升测试以及升温测试

在表一中以符号○表示以孔径为20微米的滤网进行压升测试时，压力值会介于5至15巴(bar)，且以孔径为40微米的滤网进行压升测试时，压力值会介于5至10巴(bar)，且具有优良的可纺性。如表一所示，比较例1-2及实验例1-4在压升测试中均具有优良的可纺性，而有利于纺丝形成吸光蓄热纤维。

接着参阅比较例1、实验例1与实验例2，其均含有0.1重量份的氧化钨颗粒，但实验例1与2中更具有活性碳颗粒。如表一所示，实验例1与2的吸光蓄热纤维在经红外线照射十分钟后，温差值分别为8.05℃与8.13℃，显著优于未添加活性碳颗粒的比较例1，其温差值仅4.50℃。此外，实验例2中因具有较高含量的活性碳颗粒，其温差值亦会高于实验例1。由于深色的活性碳颗粒本身即能吸收辐射热，其与氧化钨颗粒在吸光后均能产生热能。另一方面，活性碳颗粒的孔隙中的空气更阻隔热能散失，而达到良好的蓄热效果。基于上述原因，实验例1与2在照射10分钟后的温差值将远优于比较例1。

请同时参阅图3A，其绘示比较例1、实验例1与实验例2的温度-时间关系图。其中，折线301、303与304分别表示比较例1、实验例1与实验例2中温度与时间之间的关系。如图3A所示，添加活性碳颗粒的实验例1与2在红外线照射后的温度上升速度明显较高，其折线303与304在第一分钟的斜率均高于比较例1的折线301，可推知添加微多孔的活性碳颗粒不仅能提升吸光蓄热的效果，更能达到更快的升温速度。

之后，参阅比较例2、实验例1与实验例2。如表一所示，虽然实验例1与2中氧化钨颗粒的含量(0.1重量份)远低于比较例2(1.0重量份)，但实验例1与实验例2中微多孔的活性碳颗粒不仅提升蓄热效果，更产生热量使其经照射后的温差值仍远优于添加较多量氧化钨颗粒的比较例2(温差值为6.5℃)。由此推知微多孔的活性碳颗粒提升蓄热效果的功效优于添加氧化钨颗粒，在此基础上可降低氧化钨颗粒的使用量并进一步节省吸光蓄热纤维的成本。

请同时参阅图3B，其绘示比较例2、实验例1与实验例2的温度-时间关系图。其中，折线302、303与304分别表示比较例2、实验例1与实验例2中温度与时间之间的关系。如图3B所示，即使实验例1与实验例2具有较少的氧化钨颗粒，但其折线303与304在第一分钟的斜率均高于的比较例2的折线302。据此，在提供相同热量下，实验例1与实验例2不仅温度高于比较例2，更具有更快的升温速度。

之后，参阅比较例2、实验例3与实验例4。如表一所示，实验例3与4中更进一步降低氧化钨颗粒的含量(0.05重量份)。参阅图3C，其绘示比较例2、实验例3与实验例4的温度-时间关系图。其中，折线302、305与306分别表示比较例2、实验例3与实验例4中温度与时间之间的关系。如表一与图3C所示，即使比较例2的氧化钨颗粒的含量提升至实验例3与实验例4的20倍，但实验例3与实验例4因具有活性碳颗粒使其温差值(8.05℃与8.13℃)依然高于比较例2，更具有较快的升温速度。

由上述本发明实施例可知，本发明具有下列优点。本发明的吸光蓄热纤维中具有微多孔颗粒，并藉由其中的孔隙阻隔热的传播而达到良好的蓄热效果。此外，选用的微多孔颗粒本身亦可具有吸光发热功能，而进一步增加吸光蓄热纤维产生的热量。另一方面，本发明更揭露用于制备吸光蓄热纤维的吸光蓄热母粒，其可在制程中与基质纤维母粒共同纺丝，而达到降低仓储成本与母粒制作成本的功效。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种吸光蓄热母粒，其特征在包含：

第一聚合物，占60至88.8重量份；

微多孔颗粒，占10至30重量份，并分布于所述第一聚合物中；以及

吸光发热颗粒，占1至4重量份，并分布于所述微多孔颗粒的表面或孔隙中。

2.如权利要求1所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述微多孔颗粒的平均粒径为1μm至5μm。

3.如权利要求1所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述微多孔颗粒为椰壳炭、竹炭、活性炭或其组合。

4.如权利要求1所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述微多孔颗粒的比表面积为500m²/g至1500m²/g。

5.如权利要求1所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述第一聚合物为聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯酸或其组合。

6.如权利要求1所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述吸光发热颗粒的平均粒径介于50nm至250nm。

7.如权利要求1所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述吸光发热颗粒为氧化钨、氧化钨复合物、碳化锆、碳化铋、碳化硅、氧化铁或其组合。

8.如权利要求7所述的吸光蓄热母粒，其特征在其中所述氧化钨复合物为M_xWO_3-yA_y，其中M为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)或锶(Cs)，A为氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)或碘(I)，且0<x≦1，0<y≦0.5。

9.一种吸光蓄热纤维，是以如权利要求1至7任一项所述的吸光蓄热母粒及基质纤维母粒所制成，其特征在其中所述吸光蓄热母粒及所述基质纤维母粒的重量比例为1：9至1：14，且所述基质纤维母粒的材料为聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酰胺或其组合。

10.一种吸光蓄热母粒的制造方法，其特征在包含：

将微多孔颗粒与吸光发热颗粒研磨混合以形成颗粒混合物；

将第一聚合物与所述颗粒混合物混合搅拌以形成吸光蓄热母粒材料，其中所述吸光蓄热母粒材料包含60至88.8重量份的所述第一聚合物，10至30重量份的所述微多孔颗粒以及1至4重量份的所述吸光发热颗粒；

将所述吸光蓄热母粒材料加热到80℃至100℃进行干燥12小时至24小时；以及

将干燥后的所述吸光蓄热母粒材料进行混炼分散制程以形成所述吸光蓄热母粒，其中所述混炼制程的最高温度为230℃至290℃。