TW202311491A - 紫外線敏感人造纖維素紡織纖維 - Google Patents

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Abstract

本揭露係有關一種包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維、一種包含該紡絲纖維的紫外線敏感細紗、以及一種包含該紡絲纖維的紫外線敏感織物。本揭露亦有關一種用於製備包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維的方法。此外，本揭露係有關一種包含紫外線敏感紡絲纖維的服裝或衣物。

Description

紫外線敏感人造纖維素紡織纖維
本揭露係有關一種包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維、一種包含該紡絲纖維的紫外線敏感細紗、以及一種包含該紡絲纖維的紫外線敏感織物。本揭露亦有關一種用於製備包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維的方法。此外，本揭露復有關一種包含紫外線敏感紡絲纖維的服裝或衣物。
可持續性(sustainability)是紡織行業的熱門話題，因此，有迫切需要將不斷發展的行業轉變為可在地球容忍範圍內營運的行業。纖維素溶解轉化(Ioncell®)製程是一種生產環保紡織品的潛在新方法，其既解決了紡織纖維生產對環境的衝擊，又為更可持續地使用原材料提供了一個平台。因此，纖維素溶解轉化製程為探索智慧型紡織品生產機會提供了一個有趣的平台。
先前已經表明，添加劑可以在紡絲製程中加入到纖維素溶解轉化纖維中。與傳統的紡織品加工製程相比，在紡絲過程中加入添加劑可以更有效和更可持續地在紡織品中產生更耐用的功能。例如，與纖維表面的添加劑相比，當在纖維結構中加入添加劑時，可增加耐洗性和耐摩擦性。
紡織品中一項潛在的有趣功能是紫外線感應。紫外線輻射會導致健康危害，例如皮膚損傷和DNA損傷。因此，保護人們，尤其是保護兒童免於過度暴露於紫外線輻射的需求正在浮現。衣服中的簡單紫外線檢測可以警告用戶有害的輻射劑量，並提醒用戶進入陰涼處或塗抹防曬霜等保護行為。
紫外線敏感紡織品的研究，主要是用作美觀組件，但該研究亦表明，以顏色變化對紫外線照射作出反應的纖維可用作可穿戴的紫外線感測器。目前的研究主要集中在有機光致變色染料(organic photochromic dye)上。然而，一些光致變色染料及其降解化合物是有毒的，這對紡織工業的應用而言是一個問題。
本文揭露一種包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維。該光學活性材料可由下列化學式(I)表示：
(M’)8(M”M''')6O24(X,X’)2：M'''' 化學式(I)
其中，
M’表示選自國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)元素週期表第1族的鹼金屬的單原子陽離子；
M”表示選自IUPAC元素週期表第13族的元素的三價單原子陽離子，或選自IUPAC元素週期表第3-12族中任一族的過渡元素的三價單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合；
M'''表示選自IUPAC元素週期表第14族的元素的單原子陽離子，或選自IUPAC元素週期表第13族和第15族中任一族的元素的單原子陽離子，或鋅的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合；
X表示選自IUPAC元素週期表第17族的元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合，或其中X不存在；
X’表示選自IUPAC元素週期表第16族的一種或多種元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合，或其中X’不存在；以及
M''''表示選自IUPAC元素週期表的稀土金屬的一種元素的摻雜陽離子(dopant cation)，或選自IUPAC元素週期表的過渡金屬的一種元素的摻雜陽離子，或鋇、鍶、鉈、鉛或鉍的摻雜陽離子，或此類陽離子的任何組合，或其中M''''不存在；
此外，至少存在X和X’中之一者。
本文亦揭露一種紫外線敏感細紗。該紫外線敏感細紗包含本文所揭露的紡絲纖維。
此外，本文揭露包含該紫外線敏感細紗的紫外線敏感織物。
本文另揭露一種用於生產包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維的方法。
最後，本文揭露根據本揭露的紡絲纖維、根據本揭露的方法所生產的紡絲纖維、根據本揭露的紫外線敏感細紗、或根據本揭露的紫外線敏感織物用於生產紫外線敏感服裝或衣物的用途。
隨附的圖式旨在提供對實施例的進一步理解且構成本說明書的一部分，隨附的圖式繪示各種實施例。在圖式中：
圖1呈現根據本揭露的用於生產紫外線敏感紡絲纖維的製程的一般流程。
圖2呈現根據本揭露的紫外線敏感紡絲纖維的反射光譜。
圖3呈現球磨前後的光學活性化合物的顆粒大小。
圖4呈現根據本揭露的紫外線敏感織物的耐磨性。
圖5呈現根據本揭露的起毬對於紫外線敏感織物的影響。
圖6呈現使用專門的色彩濃度測量行動應用程式記錄的結果。色彩濃度值來自未曝光的白色參考樣本和暴露於不同劑量的254奈米紫外線輻射的樣本的數位8位元綠頻道(G channel)的數值的比率。
本揭露公開一種包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維。該光學活性材料可由下列化學式(I)表示
(M’)8(M”M''')6O24(X,X’)2：M'''' 化學式(I)
其中，
M’表示選自國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)元素週期表第1族的鹼金屬的單原子陽離子；
M”表示選自IUPAC元素週期表第13族的元素的三價單原子陽離子，或選自IUPAC元素週期表第3-12族中任一族的過渡元素的三價單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合；
M'''表示選自IUPAC元素週期表第14族的元素的單原子陽離子，或選自IUPAC元素週期表第13族和第15族中任一族的元素的單原子陽離子，或鋅的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合；
X表示選自IUPAC元素週期表第17族的元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合，或其中X不存在；
X’表示選自IUPAC元素週期表第16族的一種或多種元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合，或其中X’不存在；以及
M''''表示選自IUPAC元素週期表的稀土金屬的一種元素的摻雜陽離子(dopant cation)，或選自IUPAC元素週期表的過渡金屬的一種元素的摻雜陽離子，或鋇、鍶、鉈、鉛或鉍的摻雜陽離子，或此類陽離子的任何組合，或其中M''''不存在；
條件是至少存在X和X’中之一者。
根據本揭露的纖維可以通過濕紡絲製程和乾濕紡絲製程生產。這使得可以生產包含紫外線感測器的紡織纖維，該紫外線感測器在紡織品結構中穩定且足夠活躍。該紡織纖維的功能化係通過將紫外線感測器結合到紡絲溶液中而達成。在本揭露的情況下，紫外線感測器係藉由通過紡嘴的共擠壓和隨後的纖維素纖維在非溶劑、水中的凝結/再生而固定在纖維基質中。
本說明書中的術語「光學活性化合物」是指與光相互作用的化合物。在一實施例中，光學活性化合物與紫外線光相互作用。
在一實施例中，根據本揭露的紡絲纖維中包含的纖維素纖維是人造纖維素紡織纖維。在某些實施例中，該人造纖維素紡織纖維係以用於人造纖維素纖維生產的乾濕噴射紡絲技術生產的纖維素纖維，其利用離子液體(ionic liquids；IL)溶解纖維素。在該製程中，含有離子液體和纖維素的聚合物溶液通過紡嘴和氣隙被擠出到水中。纖維素在水中再生，再生纖維圍繞旋轉導輥從水中抽出。在一實施例中，該人造纖維素紡織纖維可以是使用纖維素溶解轉化製程或萊賽爾製程(lyocell process)生產的纖維。
除非另有說明，否則在本說明書中「存在X和X’中的至少一個」的條件應理解為存在X或X’，或存在X和X’兩者。
在本說明書中，除非另有說明，用語「單原子離子」應理解為由單一原子構成的離子。如果一個離子包含多於一個的原子，即使這些原子屬於同一元素，也應理解為多原子離子。因此，在本說明書中，除非另有說明，用語「單原子陽離子」應理解為由單一原子構成的陽離子。
紫方鈉石(hackmanite)是一種方鈉石材料，是一種天然礦物，化學式為Na8Al6Si6O24(Cl,S)2。先前的研究表明，可用紫方鈉石為基礎製備一種顯示出長發光餘輝的合成材料。該合成材料，被例如紫外線輻射或陽光照射後，具有長時間顯示白色餘輝的技術效果。在一實施例中，根據本說明書中描述的一個或多個實施例的材料的發光波長為370至730奈米。在一實施例中，根據本說明書中描述的一個或多個實施例的材料的發光高峰位在大約515奈米處。
在本說明書中，除非另有說明，否則「餘輝」、「持續發光」、「磷光」或任何相應的用語應理解為是指材料在受到紫外線或可見光或具有更高能量的輻射激發後在黑暗中發光的現象。
選自IUPAC元素週期表第1族的不同鹼金屬的至少兩種單原子陽離子的組合可用於製備對紫外線A(UVA)輻射、紫外線B(UVB)輻射和/或紫外線C(UVC)輻射敏感的材料。該組合可用於製備能指示紫外線A輻射、紫外 線B輻射和紫外線C輻射中至少一種的存在的材料，或指示紫外線A輻射、紫外線B輻射和紫外線C輻射這三者均存在的材料。
在一實施例中，該材料被配置為在暴露於紫外線輻射時改變顏色，其中，材料的色彩濃度與紫外線輻射強度之間的相關度係基於以下公式1計算：
y=A1*e(x/t1)+y0 公式1
其中之參數具有下列意義：
y=色彩濃度(黑色百分比)
A1=色彩幅度(amplitude)
x=陽光的紫外線指數值或UVA、UVB和/或UVC的紫外線燈功率(%)
t1=色彩的生長常數(growth constant)
y0=色彩的初始偏移量(initial offset)。
根據上述公式1，可以從色彩濃度計算輻射強度，如下：
X=t1*[ln(y-y0)-lnA1]。
在一實施例中，對於太陽紫外線指數檢測，A1=-1到-15，t1=-30到-5，且y0=5到20。
在一實施例中，對於UVA檢測，A1=-1.5到-0.1，t1=-30到-10，且y0=9.5到10.5。
在一實施例中，對於UVB檢測，A1=-3.0到-1.8，t1=-450到-20，且y0=11到13。
在一實施例中，對於UVC檢測，A1=-3.0到-1.8，t1=-200到-15，且y0=12到13。
選自IUPAC元素週期表第1族的不同鹼金屬的至少兩種單原子陽離子的組合的變化可用於製備可被調整以檢測紫外線A輻射、紫外線B輻射和/或紫外線C輻射的材料。
根據本揭露的紡絲纖維表現出光致變色特性。在某些實施例中，根據本揭露的紡絲纖維是光致變色紫外線感測器。光致變色紫外線感測器是一種化合物、組成物或材料，例如纖維、細紗或織物，該感測器在暴露於紫外線光時有反應，並提供其已暴露於紫外線光的指示。根據光致變色材料的特性，該反應可以是累積的或快速的。在快速反應中，光致變色感測器必須快速反應以提供即時曝光資料。在累積反應中，可以使用光致變色感測器，例如用於監測每天暴露在紫外線光下的情況。快速和累積反應的光致變色感測器均可能具有不同的靈敏度，從高靈敏度到低靈敏度變化。本文中的感測器的靈敏度是指感測器指示已發生曝光的臨界值。在某些實施例中，根據本揭露的紡絲纖維可經調適以調節其光致變色特性的靈敏度。
在一實施例中，M’表示選自IUPAC元素週期表第1族的一種鹼金屬的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合，條件是M’不能僅為鈉的單原子陽離子。
在一實施例中，M’表示選自IUPAC元素週期表第1族的不同鹼金屬的至少兩種單原子陽離子的組合。
在一實施例中，M’表示選自由鋰、鈉、鉀、銣、銫和鍅所組成之群組中的不同鹼金屬的至少兩種單原子陽離子的組合。
在一實施例中，M’表示選自由鋰、鉀、銣、銫和鍅所組成之群組中的一種金屬的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合。
在一實施例中，M’表示不同金屬的至少兩種單原子陽離子的組合，其中至少一種金屬選自IUPAC元素週期表的第1族。
在一實施例中，M”表示選自由鋁和鎵所組成之群組中的一種金屬的三價單原子陽離子，或此類陽離子的組合。
在一實施例中，M”表示硼的三價單原子陽離子。
在一實施例中，M'''表示選自由矽和鍺所組成之群組中的一種元素的單原子陽離子，或此類陽離子的組合。
在一實施例中，M'''表示選自由鋁、鎵、氮、磷和砷所組成之群組中的一種元素的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合。
在一實施例中，X表示選自由氟、氯、溴、碘及砈所組成之群組中的一種元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合。
在一實施例中，X’表示選自由氧、硫、硒及碲所組成之群組中的一種或多種元素的單原子陰離子或多原子陰離子，或此類陰離子的任何組合。
在一實施例中，M''''表示選自由鐿、鉺、鋱和銪所組成之群組中的一種元素的陽離子，或此類陽離子的任何組合。
在一實施例中，M''''表示選自由鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、銀、鎢和鋅所組成之群組中的一種元素的陽離子，或此類陽離子的任何組合。
在一實施例中，光學活性化合物係選自下列化合物所組成的群組：
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Ga)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Cr)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Mn)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Fe)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Co)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Ni)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Cu)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,B)6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Mn6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Cr6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Fe6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Co6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Ni6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Cu6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8B6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Ga6Si6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6(Si,Zn)6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6(Si,Ge)6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6Zn6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6(Ga,Si,N)6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6(Ga,Si,As)6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6(Ga,N)6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Al6(Ga,As)6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Ga)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Cr)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Mn)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Fe)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Co)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Ni)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,Cu)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8(Al,B)6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Mn6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Cr6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Fe6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Co6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Ni6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Cu6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8B6Ge6O24(Cl,S)2：Ti、以及
(LixNa1-x-y-zKyRbz)8Ga6Ge6O24(Cl,S)2：Ti，
其中
x+y+z
Figure 111116450-A0202-12-0011-12
1，且
x
Figure 111116450-A0202-12-0011-13
0，y
Figure 111116450-A0202-12-0011-14
0，z
Figure 111116450-A0202-12-0011-15
0。
在一實施例中，該材料係選自(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Na,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2：Eu、(Na,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2：Tb、(Li,K)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Li,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、(Li,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2、以及(Li,Na,K,Rb)8Al6Si6O24(Cl,S)2所組成的群組。
在一實施例中，該光學活性化合物係選自(Li,Na)8(Al,Si)6O24(Cl,S)2：Ti、(Na,K)8(Al,Si)6O24(Cl,S)2：Ti、以及(Na,Rb)8(Al,Si)6O24(Cl,S)2：Ti所組成的群組。
在一實施例中，該光學活性化合物係根據一篇論文(Norrbo,I.；Głuchowski,P.；Paturi,P.；Sinkkonen,J.；Lastusaari,M.,Persistent Luminescence of Tenebrescent Na8Al6Si6O24(Cl,S)2：Multifunctional Optical Markers.Inorg.Chem.2015,54,7717-7724)中的化學反應合成。該論文之參照係基於另一篇論文(Armstrong,J.A.；Weller,J.A.Structural Observation of Photochromism.Chem.Commun.2006,1094-1096)。該化學反應使用化學計量的沸石(Zeolite)A和Na2SO4以及LiCl、NaCl、KCl和/或RbCl作為起始材料。所添加的至少一種摻雜物(dopant)為氧化物、溴化物、氟化物、氯化物或碘化物添加。在一實施例中，所添加的該至少一種摻雜物可為氧化物。在一實施例中，該摻雜物可以是TiO2。該材料可以如下製備：首先，在500℃溫度下將沸石A乾燥1小時。然後將初始混合物在空氣中且在850℃溫度下加熱48小時。然後將產品自然冷卻至室溫並研磨。最後，在流動的12% H2+88% N2氛圍下，將產品在850℃溫度下重新加熱2小時。用水洗滌所製備的材料，以除去任何過量的LiCl/NaCl/KCl/RbCl雜質，其純度可以通過X光粉末繞射測量(X-ray powder diffraction measurement)來驗證。
在一實施例中，該紡絲纖維包含0.1重量%至20重量%的光學活性材料。在一實施例中，該紡絲纖維包含的光學活性材料的量為0.1至20重量%，或1至18重量%，或1至16重量%，或1至14重量%，或2至12重量%，或2至10重量%。
在一實施例中，包含在纖維中的光學活性材料係經過研磨。
在一實施例中，該纖維具有0.04至0.06的雙折射率(birefringence)。
在一實施例中，該纖維的反射率(reflectance)為10至100%。
由於無機材料的嵌入，纖維失去了機械特性。由於人造纖維素纖維具有非常高的固有強度，因此可以容忍強度的損失，而對於粘膠纖維(viscose fiber)則並非如此。
在某些實施例中，根據本揭露的紡絲纖維在調節時具有強度(tenacity)σ
Figure 111116450-A0202-12-0013-16
32cN/tex和伸度(elongation)ε
Figure 111116450-A0202-12-0013-17
7%。在某些實施例中，根據本揭露的紡絲纖維在濕潤時具有強度σ
Figure 111116450-A0202-12-0013-18
32cN/tex和伸度ε
Figure 111116450-A0202-12-0013-19
10%。
在一實施例中，該纖維具有光致變色特性。
本揭露的纖維中包含的纖維素纖維可以是依照WO 2018/142025 A1、WO 2018/138416 A1、和/或WO 2018/115584 A1等文獻所公開的方式生產的纖維素溶解轉化纖維。
本文揭露的紡絲纖維可以使用本技術領域中具有通常知識者已知的任何方法紡成細紗。
本文揭露一種紫外線敏感細紗。該紫外線敏感細紗包括同樣在本文中揭露的紡絲纖維。
在某些實施例中，包含根據本揭露的紡絲纖維的紫外線敏感細紗呈現光致變色特性。在某些實施例中，根據本揭露的紫外線敏感細紗呈現光致變色特性，該特性可用於指示對於紫外線輻射的即時暴露或長時間暴露。在一實施例中，紫外線敏感細紗的反射率為10至100%。
在某些實施例中，本文揭露的紫外線敏感細紗可用於生產紫外線敏感織物。本揭露的細紗可用於使用本技術領域中具有通常知識者已知的任何方法生產織物。儘管存在光學活性化合物，但與天絲(Tencel)纖維的機械特性相當，並且與生產自棉纖維的細紗相比顯著更高。
本文揭露一種包含紫外線敏感細紗的紫外線敏感織物。在一實施例中，由馬丁代爾法(Martindale method)測定，該紫外線敏感織物在9kPa壓力下對標準羊毛織物具有至少15,000次摩擦的耐磨性。
在某些實施例中，根據本揭露的包含紡絲纖維和/或紫外線敏感細紗的紫外線敏感織物呈現光致變色特性。在某些實施例中，根據本揭露的紫外線敏感織物呈現光致變色特性，該特性可用於指示對於紫外線輻射的即時暴露或長時間暴露。
在一實施例中，該紫外線敏感織物在2000次摩擦後具有至少4的起毬等級，在2000次摩擦後具有至少4的起絨毛等級，並且在2000次摩擦後具有至少3.5的消光等級，以上數據由改進的馬丁代爾法測定，在測定時將紫外線敏感織物相互摩擦。上述等級從5級到1級，其中，5級表示沒有起毬(pilling)/起絨毛(fuzzing)/消光(matting)，1級表示嚴重的起毬/起絨毛/消光。
在一實施例中，紫外線敏感織物在洗滌後能保持其初始反射率的至少50%。在某些實施例中，紫外線敏感織物在洗滌後能保持其初始反射率的至少60%，或至少65%，或至少70%，或至少75%，或至少80%，或至少85%，或至少90%，或至少95%。在一實施例中，紫外線敏感織物在洗滌後能保持其初始反射率的100%。耐洗性測試表明，紫外線敏感材料係固定在纖維/織物基質 中，且不會隨洗滌次數的增加而被去除，如果材料僅通過塗覆而固定在表面上也會出現這種情況。
此外，根據本揭露的織物呈現染料的改進的耐磨性和洗滌耐久性。
本文揭露一種用於生產包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維的方法。該方法可包括：
將光學活性化合物分散在奈米原纖化纖維素懸浮液中，
對分散液添加離子液體，
對分散液進行超音波處理，
從分散液中紡出纖維，
用水清洗纖維，以及
讓纖維乾燥。
在某些實施例中，可以使用超音波處理或等效製程以分散光學活性化合物。
在一實施例中，先將光學活性化合物研磨1至30分鐘，然後將其分散在離子液體中。在一實施例中，先將光學活性化合物研磨2至25分鐘，或3至20分鐘，或4至18分鐘，或4至16分鐘，或5至14分鐘，或6至12分鐘，然後將其分散在離子液體中。
在某些實施例中，光學活性材料被研磨直到顆粒具有0.2至10μm2的截面積。在某些實施例中，光學活性材料被研磨直到顆粒具有0.2至10μm2，或0.2至9μm2，或0.3至8μm2，或0.4至7μm2，或0.4至6μm2，或0.5至5μm2，或0.5至4μm2，或0.5至3μm2，或0.5至2μm2，或0.5至1.8μm2， 或0.6至1.6μm2，或0.7至1.5μm2的截面積。密切控制光學活性化合物的顆粒大小，可避免無機顆粒在紡絲溶液的過濾過程中被濾除，並因此損失。控制顆粒大小對於顆粒在纖維素溶液中的均勻分佈也很重要，可使纖維素溶液穩定且不會凝膠化。此外，光學活性化合物的分散液的流變特性(rheological property)不應改變。
在一實施例中，光學活性化合物的顆粒大小對於防止懸浮液凝膠化是關鍵的。
在某些實施例中，光學活性化合物的顆粒具有0.2μm2或更小的截面積，在此情況下不需要研磨。在某些實施例中，截面積為0.2μm2或更大的光學活性化合物顆粒在使用前需要研磨。
纖維素奈米纖絲(cellulose nanofibril,CNF)係藉由將未乾燥的紙漿流體化而製備。令紙漿通過高壓流化器(fluidizer)六次以崩解紙漿。在崩解之前不使用化學預處理或酶預處理。在某些實施例中，CNF具有5至20奈米的寬度，且長度為數百奈米至數微米。
在某些實施例中，可以將添加劑添加到包含CNF和/或光學活性化合物的懸浮液中以防止凝膠化。
為了獲得離子液體和光學活性化合物顆粒的均勻混合物，必須通過適當的能量輸入以混合懸浮液。在一實施例中，可以通過尖端超音波處理將懸浮液精細分散。在一實施例中，可以使用30MJ/m3溶液的特定能量輸入。在某些實施例中，可以使用超音波處理或等效製程以分散光學活性化合物。
在某些實施例中，在添加纖維素紙漿之前，先將奈米纖維素添加到光學活性化合物在離子液體中的懸浮液中。
在某些實施例中，離子液體可選自由例如[DBNH][OAc]、[DBUH][OAc]、[mTBDH][OAc]、[Emim][OAc]、[Bmim][OAc]]、[TMG][OAc]、[DMP][OAc]、NMMo單水合物、以及能以至少13重量%的濃度溶解纖維素的其他離子液體(例如基於咪唑(imidazolium)的離子液體)所組成的群組。在一實施例中，離子液體選自由[DNBH][OAc]所組成的群組。在一實施例中，光學活性材料以1至10重量%的濃度分散在離子液體中。在一實施例中，光學活性材料以1至9重量%，或1至8重量%，或1至7重量%，或1.5至6重量%，或1.5至5重量%，或2至4重量%的濃度分散在離子液體中。
在一實施例中，該纖維是濕紡絲製程或乾濕紡絲製程。在某些實施例中，該濕紡絲製程是標準粘液(viscose,CV)製程或莫代爾製程(Modal process,CMD)。在某些實施例中，該乾濕紡絲製程是萊賽爾製程(Lyocell process,CLY)。在某些實施例中，萊賽爾製程包括使用NMMO單水合物作為溶劑和/或使用離子液體作為直接纖維素溶劑。
在一實施例中，包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的纖維係使用乾噴紡絲單元紡絲。
根據本揭露的紡絲纖維、或根據本揭露的方法所生產的紡絲纖維、根據本揭露的紫外線敏感細紗、或根據本揭露的紫外線敏感織物用於生產紫外線敏感服裝或衣物的用途在此公開。在某些實施例中，紫外線敏感服裝或衣物呈現光致變色效果。在某些實施例中，該光致變色效果可指示對於紫外線光的暴露。
在一實施例中，紫外線敏感的服裝或衣物是兒童服裝或衣物。
包含摻有本說明書中描述的光學活性材料組成物的纖維素纖維的纖維具有對紫外線敏感的附加效用。這種特性使該纖維非常適用於生產可用於生產紫外線敏感織物的細紗。紫外線敏感織物可用於能指示何時已超過紫外線暴露臨界值的衣服，且因此可通過指示已達到預設的紫外線暴露臨界值以保護穿著衣服的人免受曬傷。
包含摻有本說明書中描述的光學活性材料組成物的纖維素纖維的纖維還具有在調節和潮濕情況下改進的纖維強度特性的附加效用。
本說明書中描述的包含摻有光學活性材料組成物的纖維素纖維的纖維具有吸收紫外線光的附加效用。此特性使該纖維非常適用於生產可用於生產紫外線敏感織物的細紗。紫外線敏感織物可用於吸收紫外線光的衣服，從而保護穿著衣服的人免受曬傷。
本發明復有關一種紫外線輻射感測材料，其中，該材料包括根據本說明書中描述的一個或多個實施例的光學活性化合物。本發明更有關一種紫外線輻射感測材料，其中，該紫外線輻射感測材料包括根據本說明書中描述的一個或多個實施例的材料。
本發明又有關一種裝置，其中，該裝置包括根據本說明書中描述的一個或多個實施例的材料。在一實施例中，該裝置為紫外線輻射感測器、紫外線輻射檢測器、行動電話和應用程式、或紫外線輻射指示器。
該材料還可以粉末形式混合在用於生產配備有紫外線指示器或內嵌紫外線指示器的塑膠瓶、貼紙、玻璃、纖維素纖維、纖維素細紗、纖維素織物和類似產品的原材料中。這使該等產品自身成為紫外線指示器。包含該材料的 產品也可以設想為珠寶、可穿戴物件、服裝、織物、紡織品或類似產品。該材料可用作儀錶的顯示部分，其根據色調進行校準。
本發明還有關根據本發明的材料用於指示紫外線輻射的存在的用途。在一實施例中，該紫外線輻射為紫外線A輻射、紫外線B輻射和/或紫外線C輻射。
本發明尚有關根據本發明的材料在安全或認證裝置中的用途。在一實施例中，該安全或認證裝置係選自由紗線(thread)、纖維、細紗(yarn)、織物、衣服、紡織品、箔、顏料、染料和全像圖(hologram)組成的群組。在一實施例中，該安全或認證裝置為墨水或顏料或染料。
本發明復有關一種判定紫外線輻射強度的方法，其中，該方法包括：
a)提供根據本說明書中描述的一個或多個實施例的材料；
b)令步驟a)中提供的材料承受紫外線輻射；
c)判定該材料因受到紫外線輻射而發生的色彩變化；以及
d)比對該材料的色彩與指示該紫外線輻射的強度與該材料的色彩的相關性的參考物。
在一實施例中，步驟c)包括以目測判定該材料的色彩變化。
該參考物例如可為指示該紫外線輻射強度與該材料色彩濃度之間相關性的卡片等物件。在一實施例中，材料的色彩濃度用於指示紫外線指數的數值。在一實施例中，材料的色彩濃度與紫外線輻射強度之間的相關性係基於以下公式1計算：
y=A1*e(x/t1)+y0 公式1
其中之參數具有下列意義：
y=色彩濃度(黑色百分比)
A1=色彩幅度
x=陽光的紫外線指數值或UVA、UVB和/或UVC的紫外線燈功率(%)
t1=色彩的生長常數
y0=色彩的初始偏移量。
上述的本發明實施例可以彼此任意組合使用。複數實施例可以組合以形成本發明的另一實施例。與本發明相關的材料、裝置、用途或方法可以包括上述本發明實施例中之至少一者。
該材料具有額外的實用性，即作為一種低成本材料，即使在高紫外線等級下也能提供穩定性，以及白光下的消色(decoloration)。
該材料具有額外的實用性，即在沒有紫外線輻射的情況下不會改變色彩。
該材料具有附加的實用性，即其色彩可藉由可見光照射或加熱而恢復為無色(白色)，即消色，從而能重複使用。
該材料具有額外的實用性，即良好地遵循紅斑作用光譜(erythemal action spectrum)，從而能監測導致曬傷的輻射，特別是UVB和UVC。
該材料具有額外的實用性，即在陽光下，該色彩濃度可用於指示紫外線指數的數值。
範例
現在將詳細參考各種實施例。
下文詳細揭露一些實施例，俾使本技術領域中具有通常知識者能利用基於本揭露的實施例。該等實施例中，並非全部步驟或特徵均有詳細說明，因為基於本說明書，許多步驟或特徵對於本技術領域中具有通常知識者係顯而易見。
材料
紙漿：樺木預水解牛皮紙(prehydrolyzed kraft,PHK)溶解紙漿(η=446mL/g,Mn=50.3kDa,Mw=156.4kDa,PDI=3.1)。從芬蘭的斯道拉恩索(Stora Enso)收到的片材。使用磨粉機(Wiley mill)將片材研磨成紙漿。已測定乾物質含量。
DBN：1,5-二氮雜雙環[4.3.0]非-5-烯(1,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene，DBN，99%，英國Fluorochem公司)。
OAc：乙酸(冰醋酸，100%，德國默克公司)。
[DBNH][OAc]：DBN用等莫爾量(equimolar amount)的OAc中和。在整個中和過程中，將反應混合物加熱(70℃)以避免離子液體結晶。在鹼中加入適量的酸後，將溶液攪拌30分鐘，以確保完全轉化為[DBNH][OAc]。
光學活性材料：Na8Al6Si6O24(Cl,S)2。由芬蘭圖爾庫大學(University of Turku)提供。第1批是未研磨的光學活性材料，第2和第3批以速度10球磨(ball-milled)10分鐘。
CNF：纖維素奈米纖絲(CNF)通過將未乾燥的紙漿流體化而製備。令紙漿通過高壓流化器六次以崩解紙漿。在崩解之前不使用化學預處理或酶預處理。CNF具有5至20奈米的寬度，且長度為數百奈米至數微米。
範例1-在離子液體內分散光學活性材料
尖端超音波處理：為了準備尖端超音波處理，先在水中製備具有0.4重量%的CNF和5重量%的光學活性化合物的溶液，並用磁力攪拌器混合一整晚。
將CNF-光學活性化合物懸浮液添加到離子液體中，並使用布蘭森(Branson)品牌的數位超音波破碎儀(Digital Sonifier)對樣本進行3次尖端超音波處理，每次30秒，振幅為30%。
球磨：使用飛利浦迷你研磨機(Philips Minimill)PW4018/00以速度5和10球磨光學活性化合物粉末10分鐘。研磨前後的顆粒大小如圖3所示。
範例2-使用小型紡絲單元的纖維素纖維紡絲
紡絲原液(dope)製備：光學活性化合物-CNF(0.4重量%)的懸浮液在水中製備並混合至少1小時。將光學活性化合物-CNF懸浮液添加到熔化的[DNBH][OAc]中，並使用布蘭森品牌的數位超音波破碎儀進行2次30秒及30%振幅的尖端超音波處理。將有分散的光學活性化合物的離子液體倒入小型立式捏揉機中。添加13重量%的纖維素，且在約20毫巴的真空下並在80℃及每分鐘30轉的條件下混合2至2.5小時以溶解該纖維素。
隨後，將紡絲原液加壓過濾以除去未溶解的纖維素。該過濾係在80℃下通過分層過濾網(型號為GKD Ymax2，標稱5微米，廠商名稱為Gebr.Kufferath AG，德國)以進行過濾。過濾後的樣本在5℃溫度下儲存並固化。
流變：使用具有平行板幾何形狀(25毫米板直徑，1毫米間隙尺寸)的型號為Anton Paar MCR302的流變儀(rheometer)測定紡絲原液的流變特性。動態頻率掃描(dynamic frequency sweep)以0.5%的應變(strain)和0.01至100 1/s的角速度範圍在55-90℃下進行。記錄零剪切粘度(zero shear viscosity)、儲存模數(storage modulus)和角頻率。
紡絲：使用KS15乾噴濕紡單元(設備廠商為Fourné Maschinenbau GmbH)進行紡絲。使用孔長為20微米且直徑為100微米的單絲紡嘴。紡絲原液首先在80℃熔化大約1小時，然後將加熱降低到大約70℃的紡絲溫度。將紡絲原液(20克)通過氣隙紡入5℃水浴中，纖維素在此再生。然後，將形成的細絲引導到馬達驅動的導輥對(godet couple)上，細絲圍繞著該導輥對被收集。擠出速度保持恆定，但捲取速度會變化，以收集具有不同DR的纖維。用剃刀刀片將收集到的細絲切成10厘米長的纖維，並用80℃的水洗滌2小時，換水數次。風乾纖維。
範例3-使用大型紡絲單元的纖維素纖維紡絲
紡絲原液製備：光學活性化合物(21.5重量%)-CNF(0.4重量%)的懸浮液在水中製備並混合1小時。將光學活性化合物-CNF懸浮液添加到具有大約1000公克的熔化的[DNBH][OAc]的1公升玻璃瓶中，並使用布蘭森品牌的數位超音波破碎儀進行3次50秒及50%振幅的尖端超音波處理。將有分散的光學活性化合物的離子液體和剩餘的離子液體加入大型立式捏揉機中，在80℃及每分鐘30轉的條件下混合10分鐘。添加13重量%的纖維素，且在降低的壓力下並在80℃及每分鐘30轉的條件下混合2小時以溶解該纖維素。
隨後，將紡絲原液加壓過濾，即在80℃下通過分層過濾網(型號為GKD Ymax2，標稱5微米，廠商名稱為Gebr.Kufferath AG，德國)。過濾後的樣本在5℃溫度下儲存並固化。
流變：同範例2。
紡絲：使用KS80乾噴濕紡單元(設備廠商為Fourné Maschinenbau GmbH)進行紡絲原液的紡絲。使用孔長為20微米且直徑為100微米的400孔紡嘴。紡絲原液首先在80℃熔化，然後將加熱降低到大約70℃的紡絲溫度。將紡絲原液(1.6公斤)通過氣隙紡入10℃水浴中，纖維素在此再生。然後，將形成的細絲引導到馬達驅動的導輥對(godet couple)上，細絲圍繞著該導輥對被收集。擠出速度保持恆定，但捲取速度會變化，以收集具有不同DR的纖維。將收集到的細絲切成10厘米長的纖維，用於測試，並切成4厘米長的纖維，用於紡成細紗。使用內部製造的纖維清洗機並使用80℃的水清洗纖維2小時。風乾纖維。
範例4-細紗生產
紡絲：風乾的纖維用0.25%的比例為80：20的Afilan® CVS：Leomin® PN處理，以提高纖維內聚力，並降低摩擦和靜態性能。測定纖維的乾物質含量。Afilan® CVS和Leomin® PN在50℃的水中混合。添加纖維並混合5分鐘。通過壓燙(pressing)去除多餘的水，以達到300%的壓吸率，並將纖維徹夜風乾。紡絲的目標量是乾纖維質量的0.25%。
鬆開纖維：用手鬆開具有光學活性化合物的纖維，以避免纖維斷裂。
細紗之前：將鬆開的纖維分成等量的批(每批約25克)並加以梳理(梅斯丹實驗室(Mesdan Lab)梳理機337A)以形成連續的纖維網。梳理過的纖維網被折疊成纖維條(silvers)並經過兩次牽伸(drafted)(設備型號為Mesdan Stiro Roving Lab 3371)。在第二次牽伸時，合併兩個纖維條(併股)。在牽伸之後，纖維條再次併股並形成粗紗(roving)。測定粗紗支數(tex)(純纖維素溶解轉化 纖維(Ioncell)=881支；包含光學活性化合物的纖維=862支)，並計算粗紗的收率(roving yield)(純纖維素溶解轉化纖維=98.5%；包含光學活性化合物的纖維=98.5%)。
細紗紡絲：粗紗經過環紡(ring-spun)(設備型號Sermates Ring Lab 82 BA)，且調整紡絲中的總牽伸以生產30支的細紗。使用每公尺600的撚度(twist)和Z扭力(Z torsion)。紡絲速度為每分鐘10000至12000轉。
織物生產：將兩根環紡細紗合股撚在一起(設備型號為Agteks DirecTwist)以形成30 tex x 2 S 300的細紗。將合股細紗編織成平針織物結構(設備型號為Stoll CMS ADF 32W E7.3 multi gauge)，用於織物測試。用纖維素溶解轉化纖維和紫外線敏感細紗編織嵌花結構織物，以用於展示。
範例5-實驗方法
光學活性化合物的顆粒大小：在球磨前後使用TEM測量(設備型號為JEM-1400 Plus)以測定顆粒大小。
纖維素纖維的機械特性：每次紡絲都對DR5、8和11進行細絲測試，或者，如果未達到DR11，則測試達到最高DR者。使用100至200毫克的預張重量(pretension weight)測量線性密度、強度和伸度(設備型號為Favigraph 41442，廠商名稱為Textechno Herbert Stein GmbH & Co.KG)。根據國際標準組織(International Standard Organization,ISO)5079標準，以20毫米的隔距長和每分鐘20毫米的速度測試每個樣本的20根纖維。在調節(20±2℃及65±2%)和潮濕狀況下測量強度和伸度。
楊氏模數(Young’s modulus)係使用計算數學軟體MATLAB根據在強度測量期間產生的應力應變曲線(stress-strain curve)計算產生。該數值係根據所有DR8和最高DR樣本而計算。
細紗機械特性：拉伸測量所使用的拉伸測試機(設備型號為MTS400，廠商名稱為MTS System Norden)具有50牛頓負載、每分鐘250毫米的測試速度和250毫米的隔距長。
雙折射率：雙折射率係描述纖維方向(fiber orientation)的纖維光學特性。雙折射率係根據來自所有DR8和最高DR樣本的具有平均線性密度的三根細絲(在每根纖維進行三次測量)計算得出。將細絲固定在兩片雙面膠帶之間的顯微鏡玻璃上。使用配備有徠卡(Leica)B 5 λ-Berek傾斜補償器的蔡司(Zeiss)Axio Scope A1顯微鏡進行測量。每根纖維測量三個位置。通過將延遲(retardation)除以纖維直徑(使用每立方公分1.5公克的纖維素密度值且根據線性密度計算)及假定相當於100%方向(orientation)的0.062，以確定雙折射率(Lenz、Schurz和Wrentschur，1994年發表)。
X光繞射(X-ray Diffraction,XRD)：XRD樣本的製備方法是使用剪刀將纖維剪切成小塊，然後使用壓片機以持續30秒的恆定力將100毫克的剪切後的纖維壓成圓盤。X光繞射測量使用在45kV和200mM下運作的CuK α X光儀(設備品牌為RIGAKU SmartLab)進行。使用下列的謝樂方程式(Scherrer equation)估計晶體寬度：
Figure 111116450-A0202-12-0026-1
掃描電子顯微法：拍攝光學活性化合物粉末、薄膜表面以及纖維表面和橫截面的掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)影像。為了製備橫截面樣本，將在水中拉伸的纖維束在液態氮中冷凍，且藉由破冰而斷裂。使用碳帶(carbon tape)將表面和橫截面樣本固定在樣本架上，且將金/鈀(80金/20鈀)濺鍍到樣本上，持續90秒(設備型號為Q 150R S plus濺鍍機，廠商名稱為Quorum)。使用蔡司(Zeiss)Sigma VP掃描電子顯微鏡以對樣本進行成像。
反射率測量：反射率測量在圖爾庫大學進行，其係有關紫外線輻射後的正規化(normalization)和成像片(imaging film)。
反射率測量係使用暴露於254奈米紫外線輻射的樣本進行，另有一個在完全相同的光學測量設置中且未暴露於紫外線的樣本作為白色參考物。在正常測量中，樣本暴露於10至5000mJ/cm2的UVC暴露值。所指的反射率值是電磁光譜350至800奈米部分中得到的全域最小值(global minimum)。反射率測量的結果如圖6所示。
明度(brightness)：使用分光光度計(spectrophotometer，型號為SE 070R Elrepho，廠商為Lorentzen & Wettre)測量纖維的明度。使用的光源為D65，觀察角度為10°。
織物洗滌測試：根據EN ISO 105-C06標準進行洗滌測試。根據反射率測量確定色彩堅牢度。
織物耐磨性：依據EN ISO 12947-2：2016標準的馬丁代爾法測定織物的耐磨性(樣本斷裂)。
織物起毬：根據EN ISO 12945-4：2020標準以視覺分析測定織物表面起毬、起絨毛及消光的傾向，但織物在測試前未調節。
範例6-纖維機械特性
從DR5、8和11開始進行纖維拉伸測試，或者若未達到11，則使用DR最高的纖維。測量斷裂時的線性密度、強度和伸度(設備名稱為Favigraph，廠商名稱為Textechno Herbert Stein GmbH & Co.KG)。根據纖維的線性密度，使用100至200毫克的預張重量。根據ISO 5079標準，以20毫米的隔距長和每分鐘20毫米的測試速度對每個樣本總共測試20根纖維。在調節條件(20±2℃和65±2%)和潮濕條件(測試前10秒潤濕且在水容器中測試)下測量強度和伸度。
兩批光學活性化合物纖維之間的調節和潮濕強度都不同：第二批的平均強度低11%至24%(表2)。各批之間的伸度值也不同，因此，紡絲原液I展現更高的伸度值，但在DR11處，伸度值彼此非常接近。紡絲原液I纖維的機械特性與小紡絲單元獲得的相似，而紡絲原液II的數值接近來自小紡絲的10%光學活性化合物纖維。
可能導致來自不同紡絲原液的纖維之間的差異的一些因素是黏滯彈性特性的差異，以及影響紡絲條件的紡絲製程中纖維的斷裂和聚集體的形成。黏滯彈性特性的差異可能來自紡絲原液的製備。例如，紡絲原液I接受了較長時間的超音波處理，且紡絲原液II與紡絲原液I通過相同的過濾器進行過濾，然該過濾器在過濾紡絲原液II之前已經部分堵塞。
Figure 111116450-A0202-12-0029-2
範例7-光學特性
雙折射率：用小型紡絲單元紡製的3.5%光學活性化合物纖維比純纖維素溶解轉化纖維顯示出更高的方向，然而在此所有樣本的方向都比用小型紡絲單元紡製的樣本更低，且光學活性化合物纖維的方向遠低於纖維素溶解轉化纖維的方向(表3)。
Figure 111116450-A0202-12-0029-3
X光繞射：樣本之間的晶體寬度差異非常小，最大約為2奈米。紡絲原液I纖維的結晶度指數(crystallinity index)接近純纖維素溶解轉化纖維(分別為34.3%和35.6%)，而紡絲原液II纖維的結晶度指數更高(38.7%)。這很不尋常，因為紡絲原液I的粘滯彈性特性比紡絲原液II更接近純纖維素紡絲原液。在纖維中測量由45至48奈米的光學活性化合物形成的晶體。
範例8-光學活性細紗
雖然3.5%的光學活性細紗的斷裂強度明顯低於純纖維素溶解轉化細紗，但它展示出與天絲相似的斷裂強度，表示細紗品質良好(表4)。此外，值得注意的是，光學活性化合物纖維的品質非常均勻，這也有助於細紗紡絲。光學活性化合物纖維的不均勻性也可能增加纖維之間的摩擦，從而提高可紡性。
光學活性化合物細紗包含一些粗纖維，這些粗纖維在處理過程中沒有被去除，因為纖維是用手鬆開的。這可能對細紗品質沒有影響或影響很小。
Figure 111116450-A0202-12-0030-4
光學活性細紗略帶黃色，而純纖維素溶解轉化細紗呈亮白色。
範例9-織物測試
光學活性織物(224±12.5g/m2)的每平方面積織物質量略高於純纖維素溶解轉化織物(216±10.4g/m2)。
反射率：紫外線照射在織物中導致可見的光學反應。此外，光學活性化合物行動應用程式可用於測定暴露的織物上的紫外線指數。應用程式結果的不一致是由應用程式的早期階段造成。任何陰影、照明條件的變化、織物上的形成物、攝像機角度等都會影響結果。然而，可使用該應用程式讀取紫外線指數隨著輻射增加而增加的明顯趨勢。
耐磨性：光學活性織物在15000至18000次摩擦後斷裂，而純纖維素溶解轉化織物僅在34000至35000次摩擦後斷裂，這是合乎預期的，因為纖維強度有助於織物強度。在斷裂點測量光學活性化合物織物的反射率，這表示織物劣化會降低織物的光學反應(圖4)。
起毬測試：纖維素溶解轉化織物和光學活性化合物織物在2000次摩擦後均出現輕微起毬和起絨毛現象(表5)。起毬測試後，織物的反射率並未降低，似乎反而提高(圖5)。這可能只是由於正常的標準差(standard deviation)，因為反射率是在一個位置測量的，而不是在幾個位置測量再取平均值。然而，也可能是表面纖維素的磨損會顯露出光學活性化合物而增加可上色性(colourability)。然而，這個假設需要更多試驗。
Figure 111116450-A0202-12-0032-5
洗滌堅牢度：在一個洗滌週期後織物顏色沒有改變。此外，標準織物在紫外線下沒有顯示出染色，這表示在洗滌過程中光學活性化合物沒有被去除。可以測試更多洗滌週期後的結果。
對於本技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，隨著技術的進步，可用各種方式實現基本想法。因此，實施例不限於上述範例；相反，實施例可以在請求項的範圍內變化。
上述的實施例可以彼此任意組合使用。複數實施例可以組合在一起以形成另一實施例。本文揭露的方法、紡絲纖維、細紗、織物或用途可包括上述實施例中的至少一者。應當理解，上述益處和優點可以涉及一個實施例或可以涉及複數實施例。該等實施例不限於解決所述的任何或全部問題的實施例，或具有所述的任何或全部益處和優點的實施例。另外，請理解，所述的「一個」項目係指該等項目中的一者或多者。用語「包括」在本說明書中用於表示包括其後的特徵或動作，且不排除進一步包括一個或多個附加特徵或動作。

Claims (29)

  1. 一種包含摻有光學活性材料的纖維素纖維的紡絲纖維，該光學活性材料係由下列化學式(I)表示：
    (M’)8(M”M''')6O24(X,X’)2：M'''' 化學式(I)
    其中，
    M’表示選自國際純化學暨應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry,IUPAC)元素週期表第1族的鹼金屬的單原子陽離子；
    M”表示選自IUPAC元素週期表第13族的元素的三價單原子陽離子，或選自IUPAC元素週期表第3-12族中任一族的過渡元素的三價單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合；
    M'''表示選自IUPAC元素週期表第14族的元素的單原子陽離子，或選自IUPAC元素週期表第13族和第15族中任一族的元素的單原子陽離子，或鋅的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合；
    X表示選自IUPAC元素週期表第17族的元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合，或其中X不存在；
    X’表示選自IUPAC元素週期表第16族的一種或多種元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合，或其中X’不存在；以及
    M''''表示選自IUPAC元素週期表的稀土金屬的元素的摻雜陽離子，或選自IUPAC元素週期表的過渡金屬的元素的摻雜陽離子，或鋇、鍶、鉈、鉛或鉍的摻雜陽離子，或此類陽離子的任何組合，或其中M''''不存在；
    此外，至少存在X和X’中之一者。
  2. 如請求項1所述之紡絲纖維，其中，M’表示選自IUPAC元素週期表第1族的鹼金屬的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合，且M’並非表示僅為鈉的單原子陽離子。
  3. 如請求項1所述之紡絲纖維，其中，M’表示選自IUPAC元素週期表第1族的不同鹼金屬的至少兩種單原子陽離子的組合。
  4. 如請求項1所述之紡絲纖維，其中，M’表示選自由鋰、鈉、鉀、銣、銫和鍅所組成之群組中的不同鹼金屬的至少兩種單原子陽離子的組合。
  5. 如請求項1所述之紡絲纖維，其中，M’表示選自由鋰、鉀、銣、銫和鍅所組成之群組中的金屬的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合。
  6. 如請求項1所述之紡絲纖維，其中，M’表示不同金屬的至少兩種單原子陽離子的組合，其中，至少一種金屬選自IUPAC元素週期表的第1族。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之紡絲纖維，其中，M”表示選自由鋁和鎵所組成之群組中的一種金屬的三價單原子陽離子，或此類陽離子的組合。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之紡絲纖維，其中，M”表示硼的三價單原子陽離子。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之紡絲纖維，其中，M'''表示選自由矽和鍺所組成之群組中的一種元素的單原子陽離子，或此類陽離子的組合。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之紡絲纖維，其中，M'''表示選自由鋁、鎵、氮、磷和砷所組成之群組中的一種元素的單原子陽離子，或此類陽離子的任何組合。
  11. 如請求項1至10中任一項所述之紡絲纖維，其中，X表示選自由氟、氯、溴、碘及砈所組成之群組中的一種元素的陰離子，或此類陰離子的任何組合。
  12. 如請求項1至11中任一項所述之紡絲纖維，其中，X’表示選自由氧、硫、硒及碲所組成之群組中的一種或多種元素的單原子陰離子或多原子陰離子，或此類陰離子的任何組合。
  13. 如請求項1至12中任一項所述之紡絲纖維，其中，M''''表示選自由鐿、鉺、鋱和銪所組成之群組中的一種元素的陽離子，或此類陽離子的任何組合。
  14. 如請求項1至13中任一項所述之紡絲纖維，其中，M''''表示選自由鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、銀、鎢和鋅所組成之群組中的一種元素的陽離子，或此類陽離子的任何組合。
  15. 如請求項1至14中任一項所述之紡絲纖維，其中，該纖維包含0.1重量%至20重量%的該光學活性材料。
  16. 如請求項1至15中任一項所述之紡絲纖維，其中，該光學活性材料經過研磨。
  17. 如請求項1至16中任一項所述之紡絲纖維，其中，該纖維具有0.04至0.06的雙折射率。
  18. 如請求項1至17中任一項所述之紡絲纖維，其中，該纖維的反射率為75至100%。
  19. 如請求項1至18中任一項所述之紡絲纖維，其中，該纖維係光致變色。
  20. 一種紫外線敏感細紗，包含請求項1至19中任一項所述之紡絲纖維。
  21. 如請求項19所述之紫外線敏感細紗，其中，該的反射率為10至100%。
  22. 一種紫外線敏感織物，包含如請求項20至21中任一項所述之細紗，其中，該織物具有至少15000次摩擦的耐磨性。
  23. 如請求項22所述之紫外線敏感織物，其中，該織物在2000次摩擦後具有至少4的起毬等級，在2000次摩擦後具有至少4的起絨毛等級，以及在2000次摩擦後具有至少3.5的消光等級。
  24. 如請求項22至23中任一項所述之紫外線敏感織物，其中，該織物在洗滌後保持其初始反射率的至少95%。
  25. 一種用於生產如請求項1至19中任一項所述之紡絲纖維的方法，其中，該方法包含：
    將光學活性化合物分散在奈米原纖化纖維素懸浮液中；
    對該分散液添加離子液體；
    對該分散液進行超音波處理；
    從該分散液中紡出纖維；
    用水清洗該纖維；以及
    讓該纖維乾燥。
  26. 如請求項25所述之方法，其中，該光學活性化合物在分散於該離子液體中之前先被研磨1至30分鐘。
  27. 如請求項25至26中任一項所述之方法，其中，該離子液體係選自由例如[DBNH][OAc]、[DBUH][OAc]、[mTBDH][OAc]、以及溶解纖維素的其他離子液體(例如基於咪唑的離子液體)所組成的群組。
  28. 如請求項25至27中任一項所述之方法，其中，該纖維係使用濕紡絲製程或乾濕紡絲製程紡製。
  29. 如請求項1至19中任一項所述之紡絲纖維、如請求項25至28中任一項所述之方法所生產的紡絲纖維、如請求項20至21中任一項所述之紫外線敏感細紗、或如請求項22至24中任一項所述之紫外線敏感織物的用途係用於生產服裝或衣物。
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