TW201732103A - 導電織物及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種導電織物及其製備方法,包括:提供一種導電織物,包括:一纖維層;以及一複合導電層,設置於該纖維層上,該複合導電層的材料係包括:一特定比例奈米導電材質以及耐水洗高分子材質,該特定比例導電材質包括A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、以及C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。該耐水洗高分子材質包括聚醚型聚氨酯高分子,而複合導電層係以熱壓轉印或網印之後處理方式,將複合導電層圖案化於纖維層上。複合導電層的材料係包括:本發明之導電織物具有均勻之導電性及極佳之耐水洗性。
Description
本發明有關於一種導電織物及其製備方法,特別是一種含聚氨酯高分子(polyurethane,PU)之導電織物及其製備方法,其利用後處理織方式賦予織物導電性,具有極佳之導電度均勻性與高牢度耐水洗性(water resistance)。
傳統上,導電織物廣泛地應用於如半導體工業、電子工業、醫學工程、生物工程等領域,製作出符合所需的防靜電、防塵、防爆等工作服,也可用於電磁波遮罩和吸收材料和電熱製品的發熱元件等產品之中,或是用於電容式觸控螢幕操作之手套結構等,相較於傳統的紡織材料,導電織物屬於紡織工業中的高科技產品。因導電織物擁有以下的特性:導電性、電磁波防護性、柔軟性等,非常適合運用在以手機、平板及筆電為首的IT裝置的電磁波對策組件上,所以,也被稱為智慧型紡織品。
一般而言,導電織物有數種製造方式,包括:電解電鍍、金屬鍍膜、金屬包覆、表面加工、融熔紡絲等方式。依導電材之複合方法或程度,或是依構成聚合物之分子取向(Molecular Orientation),可控制或調整織物的導電性。進一步言,導電材塗佈在織物表面的方式,又可分為:濕式金屬電鍍、金屬之真空噴鍍、金屬粒子塗料塗佈、金屬或金屬鹽之吸附或沉著、金屬之鎔射、焊濺法(spattering)、離子電鍍法等。在前述這些方法中,金屬電鍍法之耐久性甚為良好,眞空噴鍍或塗佈法,較適合作為織物後加工或處理之方法,可供衣服、裝潢素材等多方面所使用。
導電織物無論使用上述何種製造方式,目的均是要將金屬和纖維成功地複合在一起,使其成為一種兼具纖維柔軟性和金屬特性兩者優點的高附加價值複合材料。舉例而言,金屬鍍膜法,係利用在每一根纖維上形成金屬薄膜,以在運用纖維的特徵之下,賦與金屬的特性。而表面加工法,則包括薄膜層壓材或樹脂塗層等方法。至於蒸鍍、噴鍍等氣相系處理方式,只能單面處理,雖然可以形成金屬薄膜,但是很難將整個織物導電化,而且導電性的等級很低。
要均勻地在具凹凸紋形狀複雜的纖維布料上進行金屬化處理,是一門很困難且複雜的技術。利用電漿化學沉積的金屬鍍層方法,在尼龍纖維表面鍍覆金屬來製成導電纖維,雖然效果最佳,然而,電漿系統設備不僅昂貴、耗費大量電力、且製程時間久,使得整體製程成本較高、效率亦不佳。
此外,習知金屬和纖維在作用時,因著兩者本質上的不同,造成作用時金屬和纖維的結合度不佳,使得導電織物的耐水洗性變差,嚴重減損了導電織物的應用範圍及市場接受/普及度。
有鑑於此,本發明提供一種導電性與耐水洗性極佳之導電織物,其利用易與聚酯纖維(polyester)產生交聯反應且之高分子,以及採用特定比例之導電配方,使導電材質與高分子間具有良好之分散性,且可透過後加工之處理方式牢固地附著於聚酯纖維布料上,不僅具有極佳之導電性與耐水洗性,且能大量節省成本與電力,還可使得製程時間大幅縮短。
就其中一個觀點,本發明提供一種導電織物,包括:一纖維層;以及一複合導電層,設置於該纖維層上,該複合導電層的材料係包括:一特定比例奈米導電材質以及耐水洗高分子材質,該特定比例導電材質包括A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、以及C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。
較佳的,本發明奈米導電材含有10~15wt%奈米銀線、60~70wt%奈米銀片、以及35~45wt%奈米銀粒子。
一實施例中,本發明纖維層的材料可為聚酯纖維(polyester)。
一實施例中,本發明複合導電層係利用一後加工處理方式設置於纖維層上,較佳的是熱壓轉印製程或網印製程。
一實施例中,本發明耐水洗高分子材質包括聚氨酯類高分子(PU),較佳的是聚醚型聚氨酯高分子(polyether polyurethane)。
就其中一個觀點,本發明提供一種導電織物的製備方法,形成如上所述之導電織物,包括:提供一特定比例奈米導電材,該奈米導電材含有一特定比例配方的奈米金屬線材、奈米金屬片材、以及奈米金屬粒子;提供一耐水洗高分子材;形成一導電漿料,該導電漿料混合有該奈米導電材、一溶劑、一水性樹脂,以及該耐水洗高分子材;提供一纖維性布料;以及進行一後處理製程,以熱壓轉印或網印之方式將導電漿料圖案化於該纖維性布料上。
其中,本發明特定比例導電材質包括A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、以及C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。較佳的,奈米導電材含有10~15wt%奈米銀線、60~70wt%奈米銀片、以及35~45wt%奈米銀粒子。
一實施例中,本發明更包括:進行一奈米銀線轉相製程,讓原先只能分散在極性溶劑的該奈米導電材,經由表面改質技術,使該奈米導電材表面帶有特殊官能基,而能均勻地分散在非極性溶劑中。
一實施例中,本發明導電漿料更包括:一增稠劑;以及一消泡劑。
一實施例中,本發明耐水洗高分子材質包括聚氨酯類高分子(PU),較佳的是聚醚型聚氨酯高分子。
一實施例中,本發明後加工處理方式包括熱壓轉印製程或
網印製程。
藉由底下實施例之詳細說明,更容易瞭解本發明之具體功效。
10‧‧‧導電織物
12‧‧‧導電纖維
12a‧‧‧纖維
12b‧‧‧金屬鍍膜
20‧‧‧導電織物
22‧‧‧纖維層
24‧‧‧複合導電層
24a‧‧‧特定比例導電材質
24b‧‧‧耐水洗高分子材質
S1‧‧‧提供特定比例之奈米導電材
S2‧‧‧提供耐水洗高分子材
S3‧‧‧形成導電漿料
S4‧‧‧提供聚酯纖維布料
S5‧‧‧將導電漿料熱壓轉印或網印於聚酯纖維布料上
第1圖繪示係習知一種導電織物之結構示意圖。
第2A圖繪示係根據本發明之一實施例,一種導電織物之側視示意圖。
第2B圖繪示係根據本發明之一實施例,一種導電織物之上視示意圖。
第3圖繪示係根據本發明之一實施例,一種導電織物之製備方法流程示意圖。
本發明的特色之一是利用易與聚酯纖維(polyester)產生交聯反應之高分子,例如聚氨酯高分子(polyurethane,PU),較佳的是聚醚型聚氨酯高分子,使其與金屬物質混合反應。
本發明的另一特色是將上述高分子與導電材質作混合,目的係使導電材質與聚氨酯高分子之間具有良好之分散性,以形成複合導電層,其可牢固地附著於聚酯纖維布料上。
本發明的再一特色是,上述導電材質係採用一特定比例的導電配方,使其不僅導電性佳,且可節省成本,又易於與上述高分子作混合。
本發明的又一特色是,利用奈米銀線轉相技術,讓原先只能分散在極性(例如:水)溶劑的奈米銀配方(包括銀線、銀片以及銀粒子),經由表面改質技術,使奈米銀配方表面帶有特殊官能基,而能均勻地分散在非極性(例如:苯、酮)溶劑中。
請參照第1圖,其繪示習知一種導電織物10之結構示意圖。導電織物10係由導電纖維12所編織而成,其中,導電纖維12之每一根纖維12a都由金屬鍍膜12b所覆蓋,金屬鍍膜12b之材質例如為銅、鎳、或銀等,而纖維12a之材質例如為聚酯纖維(polyester)。導電織物10的密度
為150-300根/平方英吋,表面阻抗小於0.05Ohm/英吋。習知導電織物10係在每一根纖維上形成金屬薄膜,然而,此種方式不僅耗費大量電力且又耗時,使得整體製程成本較高、效率亦有待改進。習知若要採用後加工之製備方式,雖然製程成本會較低且效率較高,然而,卻有導電性不均勻等缺點。
請參照第2A圖及第2B圖,其繪示係根據本發明之一實施例,一種導電織物20之側視及上視示意圖。導電織物20包括纖維層12以及其上之複合導電層24。複合導電層24係利用後加工處理之方式,例如熱壓轉印或網印之方式,形成於纖維層12上。纖維層12的材料較佳的是聚酯纖維(polyester),而複合導電層24的材料係由特定比例導電材質24a以及耐水洗高分子材質24b所組成。上述導電材質係採用一特定比例的導電配方,舉例而言,該特定比例為A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。較佳的,上述導電配方可以是10~15wt%奈米銀線、60~70wt%奈米銀片、以及35~45wt%奈米銀粒子。上述耐水洗高分子材質可以是聚氨酯類高分子(PU),較佳的是聚醚型聚氨酯高分子。
請參照第3圖,其繪示係根據本發明之一實施例,一種導電織物之製備方法流程示意圖。首先,進行S1步驟,提供一特定比例奈米導電材,該奈米導電材含有一特定比例配方的奈米金屬線材、奈米金屬片材、以及奈米金屬粒子。舉例而言,該奈米導電材含有A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。較佳的,該奈米導電材含有10~15wt%奈米銀線、60~70wt%奈米銀片、以及35~45wt%奈米銀粒子。補充說明的是,奈米銀片與奈米銀線的比例大於奈米銀粒子,係為了使後續奈米導電材容易聚集且吸附於聚酯纖維布料上,另一方面又要兼顧導電性奈米材在溶劑與耐水洗高分子中,可以均勻地分散。此外,本發明還進行奈米銀線轉相步驟:讓原先只能分散在極性溶劑的奈米銀配方(包括銀線、銀片以及銀粒子),經由表面改質技術,使奈米銀配方表面帶有特殊官能基,而能均勻地分散在非極性溶劑中。
然後,進行S2步驟,提供一耐水洗高分子材,該耐水洗高分子可以是聚氨酯類高分子(PU),較佳的是聚醚型聚氨酯高分子。聚氨酯高分子一般所指的是由二元羧酸與二元醇等通過縮聚反應得到的聚酯多元醇,廣義上是含有酯基(COO)或是碳酸酯基(OCOO)的多元醇。聚氨酯類高分子(PU)含有強極性的氨基甲酸酯基團,不溶於非極性溶劑,且具有良好的強韌性和耐油性。此外,聚氨酯可以抗多種酸鹼和有機溶劑腐蝕,且聚氨酯的力學性能具有很大的可調性,因此聚氨酯製品常具有耐磨、耐溫、密封、隔音、加工性能好、可降解等優異性能。
聚氨酯類高分子中,包括聚醚型聚氨酯以及聚酯型聚氨酯等高分子,其相關化學式分別例示如下:
其中,聚醚型聚氨酯高分子結構之醚鍵內聚能低,並易於旋轉,故由聚醚型聚氨酯製備的聚氨酯材料,具有低溫柔順性能好、耐水解性能優良、原料體系粘度低、易與異氰酸酯或助劑等組份互溶、以及加工性能優良等優點。聚酯型聚氨酯與聚醚型聚氨酯比較起來,二者均具有耐水性,但聚醚型聚氨酯比較不親水,成膜後耐水洗性也較佳。
聚氨酯類高分子(PU)因為含有強極性的氨基甲酸酯基團,易與聚酯纖維(polyester)產生交聯反應,本發明此處即是利用此特性,使奈米導電材可牢固且均勻地附著於聚酯纖維布料上。
接著,進行S3步驟,由上述奈米導電材以及耐水洗高分子材形成一導電漿料,該導電漿料混合有奈米導電材、溶劑、水性樹脂,以及耐水洗高分子材。較佳的,導電漿料還含有一增稠劑與一消泡劑。更仔細地說,本發明的導電漿料中,該溶劑例如是水,該水性樹脂例如是聚氨酯類樹脂或壓克力樹脂,該增稠劑例如是無機鹽、纖維素類或酯類,該消泡劑例如是水性有機矽、水性礦物油、或乙氧基化聚氧丙基。其中,本發明之導電漿料整體組成重量若是以100wt%計算,該奈米導電材佔1wt%至5wt%、該溶劑佔45wt%至55wt%、該水性樹脂佔5wt%至10wt%、該耐水
洗高分子佔45wt%至55wt%、該增稠劑少於2wt%,而該消泡劑比例不大於0.02wt%,上述比例可以使導電性奈米材在溶劑與水性樹脂中均勻地分散,且使導電性奈米材與該耐水洗高分子可以均勻地混合。
然後,進行S4步驟,提供纖維性布料,較佳的是聚酯纖維布料,易與聚氨酯類高分子(PU),特別是聚醚型聚氨酯高分子,產生交聯反應。聚酯纖維之相關化學式例示如下:
之後,進行S5步驟,以熱壓轉印或網印之方式將導電漿料圖案化於聚酯纖維布料上,形成本發明之導電織物。其中,網印步驟係以濾網版加壓塗佈方式將上述導電漿料均勻網印於聚酯纖維布料上,並使水分完全除去,即可形成一乾燥且具有特定厚度之導電織物;上述濾網版加壓塗佈網印方式係將導電漿料塗佈於特殊大小之濾網,再於適當壓力下網印於聚酯纖維布料上。而熱壓轉印製程,又稱熱轉寫印刷技術,係指將欲圖案化之導電漿料,先加熱並轉印於功能性中間載體(例如:紙張或轉寫膜)上,再經過相應的轉印設備,在幾分鐘內加熱到一定的溫度(例如:180~230℃),然後把中間載體上的圖案轉印到聚酯纖維布料上。
本發明利用耐水洗高分子使得奈米導電材可以均勻地、大量地吸附於聚酯纖維布料上,並再藉由烘乾,即能製得導電效果佳的導電織物。本發明不僅較習知製程時間大為縮短,且製備成本相對於電漿沉積、電鍍等方式也大幅降低。
綜上所述,本發明所提出的導電織物,不僅具有傳統導電布纖維的特性,例如導電性、柔軟、具可撓曲性、質輕、耐用、比重輕、以及結構多樣化等特性。而且,比較相同斷面積的布條狀的拉伸強度,其可遠在鋼材之上。此外,本發明還加強了導電度之均勻性、以及高牢度耐水洗性,使其更壓倒性地勝過其他導電織物。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
20‧‧‧導電織物
22‧‧‧纖維層
24‧‧‧複合導電層
24a‧‧‧特定比例金屬配方
24b‧‧‧耐水洗高分子層
Claims (15)
- 一種導電織物,包括:一纖維層;以及一複合導電層,設置於該纖維層上,該複合導電層的材料係包括:一特定比例奈米導電材質以及耐水洗高分子材質,該特定比例導電材質包括A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、以及C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。
- 如申請專利範圍第1項所述之導電織物,其中該纖維層的材料包括聚酯纖維(polyester)。
- 如申請專利範圍第1項所述之導電織物,其中該複合導電層係利用一後加工處理方式設置於該纖維層上。
- 如申請專利範圍第3項所述之導電織物,其中該後加工處理方式包括熱壓轉印製程。
- 如申請專利範圍第3項所述之導電織物,其中該後加工處理方式包括網印製程。
- 如申請專利範圍第1項所述之導電織物,其中該奈米導電材含有10~15wt%奈米銀線、60~70wt%奈米銀片、以及35~45wt%奈米銀粒子。
- 如申請專利範圍第1項所述之導電織物,其中該耐水洗高分子材質包括聚氨酯類高分子(PU)。
- 如申請專利範圍第1項所述之導電織物,其中該耐水洗高分子材質包括聚醚型聚氨酯高分子。
- 一種導電織物之製備方法,形成申請專利範圍第1項所述之導電織物,包括:提供一特定比例奈米導電材,該奈米導電材含有一特定比例配方的奈米金屬線材、奈米金屬片材、以及奈米金屬粒子;提供一耐水洗高分子材;形成一導電漿料,該導電漿料混合有該奈米導電材、一溶劑、一水性 樹脂,以及該耐水洗高分子材;提供一纖維性布料;以及進行一後處理製程,以熱壓轉印或網印之方式將導電漿料圖案化於該纖維性布料上。
- 如申請專利範圍第9項所述導電織物之製備方法,其中更包括:進行一奈米銀線轉相製程,讓原先只能分散在極性溶劑的該奈米導電材,經由表面改質技術,使該奈米導電材表面帶有特殊官能基,而能均勻地分散在非極性溶劑中。
- 如申請專利範圍第9項所述導電織物之製備方法,其中該導電漿料更包括:一增稠劑;以及一消泡劑。
- 如申請專利範圍第9項所述導電織物之製備方法,其中該特定比例導電材質包括A wt%比例之奈米銀線、B wt%比例之奈米銀片、以及C wt%比例之奈米銀粒子,其中A+B+C之組成重量為100wt%計。
- 如申請專利範圍第12項所述導電織物之製備方法,其中該奈米導電材含有10~15wt%奈米銀線、60~70wt%奈米銀片、以及35~45wt%奈米銀粒子。
- 如申請專利範圍第9項所述導電織物之製備方法,其中該耐水洗高分子材質包括聚氨酯類高分子(PU)或聚醚型聚氨酯高分子。
- 如申請專利範圍第9項所述導電織物之製備方法,其中該後加工處理方式包括熱壓轉印製程或網印製程。
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