CN116163148A - 拨水抗菌墨水 - Google Patents

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Abstract

一种用于对织物进行数码印花喷墨涂布的拨水抗菌墨水包括25重量份至35重量份的拨水剂以及5重量份至15重量份的铵盐抗菌剂，其中铵盐抗菌剂的重量平均分子量介于1000Da至5000Da间。本揭露的拨水抗菌墨水可牢固地配置于织物上并稳定地发挥其拨水抗菌效果。

Description

拨水抗菌墨水
技术领域
本揭露内容是有关于一种拨水抗菌墨水，特别是有关于一种用于对织物进行数码印花喷墨涂布的拨水抗菌墨水。
背景技术
随着现今社会生活水准的提升，人们对于机能性纺织品的需求亦越来越高，且随着各种机能性纺织品不断问世，具有特定目的的机能性纺织品的发展亦日趋完善。
在拨水纺织品领域中，目前市面上大多具有拨水效果的纺织品无法具有良好的抗菌效果，其原因在于目前用以赋予纺织品多重机能的方法通常是使用单一机能性墨水对纺织品进行多次喷涂，而这样的方式常存在药剂相容性低、药剂分散均匀性差及机能相互干扰等问题，无法使纺织品兼具多重机能。此外，即使选择以复杂且耗时的制程来实现纺织品的拨水抗菌需求，随着穿戴次数的增加，其拨水功能会逐渐退化，无法满足使用者的需求。因此，如何使纺织品兼具良好的拨水及抗菌性能，并长期维持其功能仍为纺织业者积极研究的重要课题。
发明内容
本揭露提供一种用于对织物进行数码印花喷墨涂布的拨水抗菌墨水，其可牢固地配置于织物上并稳定地发挥其拨水抗菌效果。
根据本揭露一些实施方式，一种用于对织物进行数码印花喷墨涂布的拨水抗菌墨水包括25重量份至35重量份的拨水剂以及5重量份至15重量份的铵盐抗菌剂，其中铵盐抗菌剂的重量平均分子量介于1000Da至5000Da间。
在本揭露一些实施方式中，铵盐抗菌剂具有封闭型异氰酸酯基团。
在本揭露一些实施方式中，拨水抗菌墨水更包括1重量份至3重量份的表面活性剂，且表面活性剂包括硅基表面活性剂、环氧烷基表面活性剂或其组合。
在本揭露一些实施方式中，环氧烷基表面活性剂包括环氧乙烷─环氧丙烷共聚物。
在本揭露一些实施方式中，拨水剂是无氟拨水剂，且表面活性剂是环氧烷基表面活性剂。
在本揭露一些实施方式中，拨水剂是含氟拨水剂。
在本揭露一些实施方式中，拨水抗菌墨水更包括15重量份至25重量份的保湿剂以及0.001重量份至1重量份的消泡剂。
在本揭露一些实施方式中，拨水抗菌墨水的表面张力介于25mN/m至32mN/m间。
在本揭露一些实施方式中，拨水抗菌墨水中的分散质的粒径(D90)介于4.5nm至800nm间。
在本揭露一些实施方式中，拨水抗菌墨水的粘度介于1.5cP至10.0cP间。
根据本揭露上述实施方式，由于本揭露的拨水抗菌墨水包括适量的拨水剂及适量的铵盐抗菌剂，且铵盐抗菌剂的重量平均分子量落在合适的范围中，因此可避免疏水的拨水剂与亲水的铵盐抗菌剂相互干扰，从而提升拨水剂与铵盐抗菌剂间的相容性。如此一来，当将拨水抗菌墨水通过数码印花喷墨涂布的方式配置于织物上后，拨水剂及铵盐抗菌剂可共同稳定地存在于由拨水抗菌墨水所形成的拨水抗菌涂层中，使得配置有拨水抗菌涂层的拨水抗菌织物在经多次水洗后仍可具有良好拨水性及抗菌性。
具体实施方式
以下将揭露本揭露的多个实施方式，为明确地说明起见，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揭露。也就是说，在本揭露部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的，因此不应用以限制本揭露。
在本文中，有时以键线式(skeleton formula)表示聚合物或基团的结构。这种表示法可省略碳原子、氢原子以及碳氢键。当然，结构式中有明确绘出原子或原子基团的，则以绘示者为准。
本揭露内容提供一种用于对织物进行数码印花喷墨涂布的拨水抗菌墨水，其包括适量的拨水剂及适量的铵盐抗菌剂。通过使铵盐抗菌剂的重量平均分子量落在合适的范围中，可避免疏水的拨水剂与亲水的铵盐抗菌剂相互干扰，从而提升拨水剂与铵盐抗菌剂间的相容性。如此一来，当将拨水抗菌墨水通过数码印花喷墨涂布(简称喷墨涂布)的方式配置于织物上后，拨水剂及铵盐抗菌剂可共同稳定地存在于由拨水抗菌墨水所形成的拨水抗菌涂层中，使得配置有拨水抗菌涂层的拨水抗菌织物在经多次水洗后仍可具有良好拨水性及抗菌性。另一方面，由于拨水抗菌墨水可通过喷墨涂布的方式直接形成于织物上，因此可省去繁琐的预处理、高温干燥处理以及水洗处理等步骤，从而广泛地适用于多种材质及类型的布料，并可提升制程的便利性。
本揭露的拨水抗菌墨水包括25重量份至35重量份的拨水剂以及5重量份至15重量份的铵盐抗菌剂。落在上述比例范围中的拨水剂及铵盐抗菌剂可确保拨水抗菌墨水具有良好的拨水性及抗菌性。此外，铵盐抗菌剂的重量平均分子量介于1000Da至5000Da间，从而确保当将拨水抗菌墨水通过喷墨涂布的方式配置于织物上后，拨水剂及铵盐抗菌剂可共同稳定地存在于由拨水抗菌墨水所形成的拨水抗菌涂层中，使得配置有拨水抗菌涂层的拨水抗菌织物在经多次水洗后仍可具有良好拨水性及抗菌性。详细而言，若铵盐抗菌剂的重量平均分子量大于5000Da，将导致拨水剂在织物上的定向排列受到铵盐抗菌剂干扰，造成拨水剂无法牢固地配置于织物上，从而影响拨水抗菌墨水所能提供的拨水性；若铵盐抗菌剂的重量平均分子量小于1000Da，可能导致铵盐抗菌剂无法牢固地配置在织物上。
在一些实施方式中，拨水剂可以是含氟拨水剂，例如是含有氟碳-压克力共聚合物的UNIDYNE C6氟碳系列中的TG-5546(型号，购自台湾大金先端化学股份有限公司)。含氟拨水剂在成膜后(即形成拨水抗菌涂层后)可立即具有高稳定性，以免于受到拨水抗菌墨水中其他助剂(例如，表面活性剂、消泡剂等)的干扰，从而提供稳定的拨水性。在另一些实施方式中，拨水剂可以是无氟拨水剂，例如压克力系拨水剂或水性聚胺酯系(Polyurethane，PU)拨水剂。具体而言，压克力系拨水剂可例如是主要成分为丙烯酸乙酯共聚物的CT-207(型号，购自承隆企业有限公司)。无氟拨水剂可提供环境友善性。
在一些实施方式中，铵盐抗菌剂可包括异氰酸酯三聚体。具体而言，铵盐抗菌剂可包括如式(1)所示的结构单元，
Figure BDA0003500062680000041
其中R1以及R2至少一者包括异氰酸酯基团。举例而言，铵盐抗菌剂可衍生自脂肪族异氰酸酯，例如是六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate，HDI)、苯二甲基二异氰酸酯(xylylene diisocyanate，XDI)、氢化甲苯撑基二异氰酸酯(hydrogenated tolylene diisocyanate，HTDI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(trimethyl hexamethylene diisocyanate，TMHDI)、二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate，HMDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(isophorone diisocyanate，IPDI)三聚体或其组合。举另一例而言，铵盐抗菌剂可衍生自芳香族异氰酸酯，例如是甲苯撑基二异氰酸酯(tolylene diisocyanate，TDI)或二苯甲烷二异氰酸酯(diphenyl methane diisocyanate，MDI))三聚体或其组合。通过使铵盐抗菌剂包括上述异氰酸酯三聚体，铵盐抗菌剂可具有反应性，从而在配置于织物上后，藉由高温固化制程而交联成膜于织物的表面。
在一些实施方式中，铵盐抗菌剂可具有封闭型异氰酸酯基团，从而在高温固化制程前维持良好的稳定性，以避免在尚未成膜前发生自聚反应而导致无法成膜。具体而言，在铵盐抗菌剂所包括的异氰酸酯三聚体(即，以式(1)表示的结构单元)中，R1及R2至少一者可包括3，5-二甲基吡唑(3,5-dimethylpyrazole)的官能基团，也就是包括如式(2)所示的结构单元，
Figure BDA0003500062680000042
在一些实施方式中，当R1或R2的其中一者包括前述异氰酸酯基团时，则另一者可包括前述异氰酸酯基团或以式(2)表示的封闭型异氰酸酯基团。在一些实施方式中，铵盐抗菌剂可进一步包括异氰酸酯五聚体，其与上述异氰酸酯三聚体的差异仅在末端基(例如，R1及R2基团)的数量。详细来说，异氰酸酯五聚体具有五个末端，而其中四个末端可各自包括异氰酸酯基团或封闭型异氰酸酯基团。当铵盐抗菌剂包括异氰酸酯五聚体时，可进一步提升铵盐抗菌剂的成膜性，从而确保铵盐抗菌剂牢固地配置在织物上。
在一些实施方式中，拨水抗菌墨水可更包括1重量份至3重量份的表面活性剂。落在上述比例范围中的表面活性剂可使拨水剂的表面张力接近于铵盐抗菌剂的表面张力，以提升拨水剂与铵盐抗菌剂的相容性，从而使拨水抗菌墨水具有良好的动态安定性。在一些实施方式中，表面活性剂可包括硅基表面活性剂、环氧烷基表面活性剂或其组合。当拨水剂是无氟拨水剂时，表面活性剂较佳可以是环氧烷基表面活性剂，从而确保无氟拨水剂良好地发挥其拨水效果。在一些实施方式中，环氧烷基表面活性剂可例如是环氧乙烷─环氧丙烷共聚物。
在一些实施方式中，拨水抗菌墨水可更包括15重量份至25重量份的保湿剂。落在上述比例范围中的保湿剂可确保拨水抗菌墨水在喷印的过程中不会因凝结而沉积或阻塞喷头。具体而言，若保湿剂的含量小于15重量份，可能无法有效地避免拨水抗菌墨水凝结；而若保湿剂的含量大于25重量份，容易造成拨水抗菌墨水在织物上的干燥速度太慢，使得数码喷印制程整体的生产速度下降。在一些实施方式中，保湿剂可例如是丙三醇、二甘醇、丙二醇甲醚或其组合。
在一些实施方式中，拨水抗菌墨水可更包括0.001重量份至1重量份的消泡剂。落在上述比例范围中的消泡剂可以确保拨水抗菌墨水中不具有泡沫。具体而言，若消泡剂的含量小于0.001重量份，拨水抗菌墨水容易因其中铵盐抗菌剂的高亲水性而产生泡沫，从而影响感拨水抗菌墨水的稳定性以及喷印时的流畅性；若消泡剂的含量大于1重量份，易导致拨水抗菌墨水的粘度及表面张力过低，从而影响墨水的整体性质。在一些实施方式中，消泡剂可例如是聚醚改性聚二甲基硅氧烷、破泡聚硅氧烷、溶于聚乙二醇中的破泡聚硅氧烷与憎水颗粒混合物或其组合。
通过将拨水剂、铵盐抗菌剂及其他助剂(视情况添加)均匀混合以形成拨水抗菌墨水，并藉由喷墨涂布的方式将拨水抗菌墨水喷涂于织物上以形成拨水抗菌织物，不仅可精准地赋予织物局部或全面的拨水抗菌性能，以避免过量使用化学药剂，从而减少浪费并有效地降低成本，还可解决传统纺织品因多次加工所造成的耗时、耗能以及机能性药剂(例如，拨水药剂与抗菌药剂)相互干扰的问题，以同时赋予织物良好的拨水性与抗菌性。另一方面，通过喷印而非浸染的方式将拨水抗菌墨水配置于织物上，可省去繁琐的预处理、高温干燥处理及水洗处理等步骤，从而广泛地适用于多种材质及类型的布料，并且提升制程便利性。
拨水抗菌墨水的粘度、表面张力及其中分散质的粒径可经调整以落在合适的范围中，从而利于通过数码印花喷墨涂布制程以将拨水抗菌墨水配置于织物上。在一些实施方式中，拨水抗菌墨水的粘度可介于1.5cP至10.0cP间，使得喷印出的墨水液滴可具有合适的大小，并可使拨水抗菌墨水具有合适的流动性以利于数码印花喷墨涂布制程。在一些实施方式中，拨水抗菌墨水的表面张力可介于25mN/m至32mN/m间，从而有利于墨水液滴于喷头处成形，并可使拨水抗菌墨水具有良好的渗透性。在一些实施方式中，拨水抗菌墨水中的分散质的粒径(D90)可介于4.5nm至800nm间，从而避免在进行数码印花喷墨涂布制程期间发生喷头阻塞的问题，并可使拨水抗菌墨水具有良好的稳定性。上述分散质的粒径(D90)亦会影响拨水抗菌墨水的粘度。举例而言，拨水抗菌墨水中较小的分散质粒径可使拨水抗菌墨水具有较低的粘度。在较佳的实施方式中，拨水抗菌墨水的粘度可介于2.0cP至6.0cP间，表面张力可介于27mN/m至30mN/m间，且分散质的粒径(D90)可介于400nm至700nm间，可避免墨水液滴沉积于喷头处而造成堵塞。
在以下叙述中，将针对本揭露的拨水抗菌墨水以及以拨水抗菌墨水制得的拨水抗菌织物进行各种评估。应了解到，在不逾越本揭露范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其量及比例、处理细节以及处理流程等。因此，不应由下文所述的各实施例对本揭露作出限制性的解释。
<实验例1：拨水剂与铵盐抗菌剂的分散性评估>
在本实验例中，将30重量份的压克力系的无氟拨水剂CT-207(型号，购自承隆企业有限公司)与10重量份且重量平均分子量约为3000Da的铵盐抗菌剂混合，以形成实施例1的拨水抗菌墨水；并将30重量份的压克力系的无氟拨水剂CT-207与10重量份且重量平均分子量约为200000-300000Da的甲壳素抗菌剂混合，以形成比较例1的拨水抗菌墨水。接着，将实施例1与比较例1的拨水抗菌墨水分别通过数码印花喷墨涂布制程配置于聚酯织物上，以分别形成拨水抗菌织物，并以标准方法AATCC22对拨水抗菌织物进行拨水度测试。测试结果显示以比较例1的拨水抗菌墨水形成的拨水抗菌织物的拨水度仅为1级(ISO1)，而以实施例1的拨水抗菌墨水形成的拨水抗菌织物的拨水度高达5级(ISO5)。由此可见，由于甲壳素的重量平均分子量过大，因此会干扰拨水剂在织物上的定向排列，导致拨水剂无法稳定且牢固地配置于织物的表面。
<实验例2：拨水抗菌墨水的基础配方评估>
在本实验例中，针对比较例及实施例的拨水抗菌墨水进行粘度、表面张力以及喷涂状况的量测。各比较例及各实施例的拨水抗菌墨水中的组成成分与含量以及量测的结果如表一所示。
表一
Figure BDA0003500062680000071
注1：未标示的单位为重量份。
注2：(A)代表甲壳素；(B)代表本揭露的铵盐抗菌剂，其重量平均分子量介于1000Da至5000Da间；(C)代表四级铵盐抗菌剂，其重量平均分子量介于150Da至170Da间；(D)代表环氧烷基表面活性剂；(E)代表硅基表面活性剂。
注3：比较例4另添加3.33重量份的架桥剂，架桥剂为异氰酸酯型架桥剂。
注4：消泡剂是非硅型消泡剂。
注5：符号「X」代表无法喷涂；符号「△」代表7天内可喷涂；符号「O」代表长达7天以上可喷涂。
由比较例2至4及7可知，当使用甲壳素做为抗菌剂的材料时，因甲壳素的重量平均分子量过大，故导致墨水中的分散质产生沉淀或者导致墨水无法稳定喷涂；比较实施例2及比较例5可知，当墨水的表面张力未落于适当范围而导致墨水无法稳定喷涂，而加入适量的消泡剂可改善墨水的表面张力及可喷涂性；由比较例6可知，当使用重量平均分子量过小的四级铵盐抗菌剂做为抗菌剂的材料时，将破坏墨水的乳化平衡产生沉淀进而造成墨水无法稳定喷涂。反观实施例2至4，拨水抗菌墨水中各成分的种类、比例及墨水的特性(例如，粘度及表面张力)皆落在合适的范围中，因此各实施例的拨水抗菌墨水具有合适的流动性，且可利于墨水液滴的成形，并且具有良好的渗透性。此外，各实施例的拨水抗菌墨水不易发生墨水沉积以及喷头堵塞的问题。
<实验例3：拨水抗菌墨水的储存稳定性评估>
在本实验例中，针对实施例2及4的拨水抗菌墨水进行高温及常温储存稳定性测试。具体而言，高温储存稳定性测试是将拨水抗菌墨水放置于温度为60℃的烘箱内历时7天，并待其回到室温后进行测试；而常温储存稳定性测试是将拨水抗菌墨水放置于室温(25℃)的环境内历时30天，并进行测试。测试内容包括量测拨水抗菌墨水相对于测试前的固含量、粒径D90、平均粒径、粘度及表面张力。测试结果如表二所示。
表二
Figure BDA0003500062680000091
注：拨水抗菌墨水的固含量是以拨水抗菌墨水的总重量计。
由表二可知，实施例2及4的拨水抗菌墨水不论是于高温或常温的环境下，其固含量、粒径D90、平均粒径、粘度及表面张力皆变化非常小，仍维持在可喷涂的状态。换句话说，实施例2及4的拨水抗菌墨水在高温下可储存长达至少7天而不变质，而在常温的环境下可储存长达至少30天而不变质，显示具有良好的储存稳定性。应了解到，若将上述拨水抗菌墨水于高温环境下可稳定储存的时间换算为拨水抗菌墨水于常温下可稳定储存的时间，各实施例的拨水抗菌墨水可稳定地于常温下储存约6个月至2年。
<实验例4：拨水抗菌织物的拨水抗菌效果评估>
在本实验例中，将实施例2及4的拨水抗菌墨水喷涂于聚酯梭织布(基重为73.0gsm，经纱与纬纱各自的规格为25D/75F，经密与纬密各自为≧400根/英吋)的表面，并进行高温固化制程(热定型制程)，以形成拨水抗菌织物，并以标准方法AATCC对拨水抗菌织物进行拨水度测试，且以标准方法AATCC100对拨水抗菌织物进行灭菌率测试。更进一步地，各拨水抗菌织物更以标准方法AATCC135经历20次水洗后再度进行测试。测试结果如表三所示。
表三
Figure BDA0003500062680000101
如表三所示，不论是水洗前后，各拨水抗菌织物皆具有优异的拨水度及灭菌率，显示拨水剂及铵盐抗菌剂可共同稳定地存在于由拨水抗菌墨水所形成的拨水抗菌涂层中，成功地克服使用习知的加工助剂所带来的水洗牢度不佳的问题。
经由上述各实验例的验证，本揭露的拨水抗菌墨水不仅可具有合适的流动性以及良好的渗透性，且其于高温及常温环境下皆具有一定程度的稳定性。此外，本揭露的拨水抗菌墨水可提供良好的拨水抗菌性，并可藉由印花喷墨涂布精准地喷涂于织物以形成拨水抗菌织物，从而提供以其所制得的拨水抗菌织物良好的拨水抗菌性。另外，本揭露的拨水抗菌墨水可牢固地配置于织物上，有利于提升拨水抗菌织物的水洗牢度。
虽然本揭露已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟习此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种拨水抗菌墨水，其特征在于，用于对织物进行数码印花喷墨涂布，所述拨水抗菌墨水包括：
25重量份至35重量份的拨水剂；以及
5重量份至15重量份的铵盐抗菌剂，所述铵盐抗菌剂的重量平均分子量介于1000Da至5000Da间。
2.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，其中所述铵盐抗菌剂具有封闭型异氰酸酯基团。
3.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，更包括1重量份至3重量份的表面活性剂，所述表面活性剂包括硅基表面活性剂、环氧烷基表面活性剂或其组合。
4.如权利要求3所述的拨水抗菌墨水，其中所述环氧烷基表面活性剂包括环氧乙烷─环氧丙烷共聚物。
5.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，其中所述拨水剂是无氟拨水剂，且所述表面活性剂是环氧烷基表面活性剂。
6.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，其中所述拨水剂是含氟拨水剂。
7.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，更包括：
15重量份至25重量份的保湿剂；以及
0.001重量份至1重量份的消泡剂。
8.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，其中所述拨水抗菌墨水的表面张力介于25mN/m至32mN/m间。
9.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，其中所述拨水抗菌墨水中的分散质的粒径(D90)介于4.5nm至800nm间。
10.如权利要求1所述的拨水抗菌墨水，其中所述拨水抗菌墨水的粘度介于1.5cP至10.0cP间。
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