TWI425131B - 一種具有改質層之紡織品 - Google Patents

Description

一種具有改質層之紡織品

本發明是有關於一種紡織品及其製備方法，且特別是有關於一種聚苯并噁嗪(polybenzoxazine;PBZ)的紡織品。

在工業運用上或日常生活中，具有親水特性或疏水特性表面的紡織材料是不可獲缺的，其已廣泛地運用在衣服、鞋類、家具以及生活用品上，因此研究具有親水特性或疏水特性的紡織品一直是業界最感興趣的部份。

習知常見製備同時具有疏水性與親水性的紡織品有兩種方式。一種係將含氟的撥水紗與親水紗一起縫製而成。但含有氟化物的撥水紗需先進行前處理後才可紡製，且需要搭配適當的助劑，以避免後端加工導致紗線功能失效，造成製程複雜與生產成本較高。另一種製備同時具有疏水性與親水性的紡織品，是使用含氟的撥水劑以及親水性之物質來雙面加工於織品上，使織品表面達到具有親水與疏水的效果。然而，使用兩種藥劑造成製程成本增加，且含氟的藥劑經水洗後易剝落，易改變紡織品表面的親/疏水性質。另一方面，氟化物易造成環境污染，成為環保上的議題，而限制其運用性。

因此，本發明之一態樣是在提供一種紡織品。紡織品包含有織物以及配置於其上之改質層，改質層具有第一區域的材料包含疏水性的聚苯并噁嗪(polybenzoxazine)層，其具有下列化學式(I)至(II)其中至少一者：

其中R₁ 為丙烯基、甲基或苯基，R₂ 為氫或甲基，m及n分別為正整數。

依據本發明一實施例，改質層之該第一區域表面的水接觸角為大於約120度。

依據本發明又一實施例，改質層之一第二區域的材料包括親水性之光重排的聚苯并噁嗪。

依據本發明又一實施例，改質層之該第二區域的水接觸角為小於約60度。

依據本發明另一實施例，紡織品之表面具有第一區域以及第二區域，且第一區域具有第一水接觸角大於約120度，第二區域具有第二水接觸角小於約60度。

本發明之另一態樣是在提供一種紡織品的製造方法，方法包含如下。施加苯并噁嗪單體溶液於織物上。加熱織物上之苯并噁嗪單體溶液，以形成由疏水性聚苯并噁嗪(polybenzoxazine)所構成之改質層。

依據本發明一實施例，苯并噁嗪單體溶液中之苯并噁嗪單體具有下列化學式(III)至(VII)之至少之一者：

且該苯并噁嗪單體在該苯并噁嗪單體溶液中的重量百分比為約0.1%至約4%。

依據本發明一實施例，有機溶劑為四氫呋喃(Tetrehydrofuran)、丙酮、甲基乙基丙酮或醚類。

依據本發明一實施例，施加該苯并噁嗪單體溶液於該織物之方法包括含浸法與壓吸法之至少一者。

依據本發明另一實施例，方法更包含以紫外光照射改質層，光重排聚苯并噁嗪，使改質層轉變為親水性。

依據本發明另一實施例，其中該紫外光的波長為約200 nm至約400 nm，且該紫外光照射該織物的時間為約3分鐘至約6小時。

上述本發明實施方式，本發明提出一種紡織品及其製備方法，其所得紡織品具有親/疏水轉換的效果。聚苯并噁嗪層經過紫外光照射，即可從疏水性轉變為親水性質，其可細微的精確控制疏水區域與親水區域，且其製程簡單、成本低、不含氟化物且不易剝落。因此，應用上述本發明之實施方以式，不僅可解決習知紡織品使用氟化物環境污染以及高製程成本的問題。

上述發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。

下面將更詳細地討論本發明之實施方式。然而，此實施方式可為各種發明概念的應用，可被具體實行在各種不同特定的範圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限於揭露的範圍。

紡織品的結構

參考第1圖，其繪示依照本發明一實施方式之紡織品的橫截面示意圖。紡織品100包含有織物110以及改質層120。

織物110可為天然纖維或合成纖維製成的紡織品或不織布。其中，天然纖維可為棉、羊毛等，合成纖維可為聚酯類。

改質層120係配置於於織物110之表面。根據一實施方式，改質層120可選擇性的係配置於織物110之一表面。在另一實施方式中，改質層120也可選擇性的係配置於織物110之兩表面，以增加紡織品100的應用性。改質層120的材料為聚苯并噁嗪(polybenzoxazine)，其化學結構可為下面之化學式(I)及(II)之至少一者：

其中R₁ 為丙烯基、甲基或苯基，R₂ 為氫或甲基，m及n分別為正整數。聚苯并噁嗪主要係由苯并噁嗪(benzoxazine)單體經加熱所聚合而成。在加熱的環境下，苯并噁嗪單體可進行開環聚合，以形成如化學式(I)、化學式(II)或兩者皆有之聚苯并噁嗪。由於上述加熱直接聚合而得之改質層120具有很強的分子內氫鍵(位於羥基與胺基之間)，使其具有比聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene)還低的表面能，所以具有很強的疏水性，水在其上的接觸角可大於約120度。

改質層120接受紫外線照射進行光重排後，而得到親水性的聚苯并噁嗪。上述疏水性之聚苯并噁嗪在照射紫外線後，會在異亞丙基的連結(isopropylidene linkages)上產生斷鍵及重排的反應，而產生2,6-雙取代之苯醌單元(2,6-disubstituted benzoquinone units)。因此，使得聚苯并噁嗪之原先的分子內氫鍵轉成分子間氫鍵，使其表面能增加，而增加光重排後產物的親水性。水在光重排後之聚苯并噁嗪的接觸角，可小於約60度。上述之分子結構的變化與其伴隨之疏水性/親水性的變化，請參考Chun-Syong Liao等人在2009年Langmuir上所發表的論文「Fabrication of Patterned Superhydrophobic Polybenzoxazine Hybrid Surfaces」(Langmuir2009 ,25,3359-3362)。

請參考第2圖，其繪示本發明之一實施方式的上視圖。在此實施方式中，紡織品200之改質層120具有第一區域224以及第二區域226，其中第二區域226可經過紫外光(200-400 nm)照射後，讓第二區域226表面由疏水性轉變為親水性，而未受光照之第一區域224依然保持疏水性。上述第二區域226的大小形狀並無限制，其可為圓形、方形、橢型、圖案或標誌等。因此，可在一紡織品200同一表面上，讓其同時具有疏水性的第一區域224以及親水性的第二區域226。在一實施方式中，第二區域226之水接觸角可小於約60度，而第一區域224之水接觸角可大於120度。

紡織品的製造方法

第3圖為依據本發明一實施方式之紡織品製造方法流程圖。在第3圖中，上述的紡織品製造方法包含施加苯并噁嗪溶液於織物上(步驟310)以及加熱苯并噁嗪溶液層(步驟320)。

在步驟310中，先在織物上施加苯并噁嗪溶液，施加的方法例如可為含浸法或壓吸法。織物的材料如上所述，在此不再贅述之。

根據一實施方式，苯并噁嗪單體在苯并噁嗪單體溶液中的重量百分比為約0.1%至約4%。若希望加工後織物的手感較為良好，則苯并噁嗪單體在苯并噁嗪單體溶液中的重量百分比較佳為小於等於2%。其中，苯并噁嗪單體溶液中之苯并噁嗪單體例如可為如下面化學式(III)至(VII)所示之單體之一或其任意組合。

而苯并噁嗪單體溶液所用之有機溶劑需為可溶解上述單體且不與其產生反應的溶劑，例如四氫呋喃(Tetrahydrofuran;THF)、丙酮、甲基乙基丙酮或醚類。

在步驟320中，加熱織物上之苯并噁嗪單體溶液，以形成改質層。根據一實施方式，加熱溫度約為160℃至約180℃，加熱時間約為3分鐘至6小時。加熱之目的係在使苯并噁嗪單體進行開環聚合，以形成聚苯并噁嗪。在此步驟中所得到的聚苯并噁嗪所構成之改質層具有疏水性。根據一實施方式，聚苯并噁嗪所構成之改質層表面之水接觸角可大於約120度。

接下來，在步驟330中，可讓聚苯并噁嗪所構成之改質層進行紫外光照射，形成光重排之親水性改質層，照射的區域可為全面性或區域性。其中，紫外光的波長範圍為約200 nm至約400 nm，且紫外光照射織物的時間可約為3分鐘至6小時。在此步驟中所得到之由光重排後聚苯并噁嗪所構成的改質層具有親水性質。根據一實施方式，光重排後之改質層表面的水接觸角約小於60度。

實驗例一

實驗例1-11所使用之織布為聚酯纖維(polyester)。製備方法如前所述，其中各實驗例所使用的單體、溶劑、加熱時間以及加熱溫度皆列示在表1中，實驗例1-11之苯并噁嗪單體在苯并噁嗪溶液中的重量百分比皆為2%，且施予苯并噁嗪溶液於織布的方式為將織布含浸於苯并噁嗪溶液中。

接下來，將所得之具有聚苯并噁嗪層之紡織品進行親/疏水性測試，其方法為將水滴在聚苯并噁嗪層上，並觀測其水接觸角，所得水滴與水接觸角亦列在表1中。由表1的結果可知，所得之聚苯并噁嗪層與水接觸角度約大於等於120°。

值得一提的是，在此加熱步驟中，雖然加熱溫度可在180℃以下(習知需要210℃)，而且只加熱數分鐘(習知需要1小時以上)，仍然可以讓加工後之織物具有良好的疏水性(水接觸角至少為120度，與現有撥水織物商品相當)。因此，若應用上述織物撥水加工方法，可以非常溫和且不傷織物材料的方式，來得到相當好的織物撥水效果。

實驗例二

實驗例12-22係由將上述實驗例1-11所得紡織品之聚苯并噁嗪層進行400 nm波長的紫外光照射1小時。接下來，將紫外光照射過後的改質層進行親/疏水性測試，其方法如上所述，所得水滴與水接觸角列於下面的表2中。由表2可得知，改質層經過400 nm波長的紫外光照射可讓其表面之水的接觸角減少為約40-60度，顯示照光後改質層的親水性大幅提昇。

實驗例三

實驗例23-33係由將上述實驗例1-11所得之紡織品之聚苯并噁嗪層改以全波長(200-400 nm)波長的紫外光照射1小時。接下來，將紫外光照射過後的改質層進行親/疏水性測試，其方法如上所述，所得水滴與水接觸角列於下面表2中。由表2可得知，改質層經過全波長的紫外光照射後，可讓其表面的水接觸角降低為約30-40度。與實驗例二以單波長400 nm紫外光照射的條件相較下，實驗例三以200-400 nm全波長之紫外光照射改質層，能讓改質層的表面具有更小的水接觸角，使改質層具有較佳之親水性。

值得一提的是，若應用上述織物加工方式，不需要雙藥劑，只使用單藥劑，即可讓織物在其不同區域的表面上分別具有疏水與親水兩種不同性質。

依據上述本發明實施方式，提出一種紡織品及其製備方法，其所得紡織品表面改質層由疏水性之聚苯并噁嗪所構成。在經過紫外光照射後，疏水性聚苯并噁嗪可轉變為親水性。因此，可利用具有不同圖案的光罩來細微精確地控制紡織品之疏水區域與親水區域的大小形狀與分佈位置。由於製程簡單、成本低、不含氟化物且不易剝落，可廣泛的運用在各種織物上，以解決習知紡織品使用氟化物，造成環境污染以及高成本的問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，並用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。鑑於依附項所定義，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，各種的改變、取代或交替方式，皆不偏離本實施方式的精神與範圍。

100、200．．．紡織品

110．．．織物

120．．．聚苯并噁嗪層

310-330．．．步驟

224．．．第一區域

226．．．第二區域

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明一實施方式的橫截面示意圖。

第2圖係繪示依照本發明另一實施方式的上視圖。

第3圖係繪示依照本發明一實施方式的一種製備流程圖。

310~330．．．步驟

Claims (10)

1. 一種紡織品，該紡織品包含：一織物；以及一改質層，配置於該織物之一表面，該改質層之一第一區域的材料包含疏水性聚苯并噁嗪(polybenzoxazine)，其具有下列化學式(I)至(II)其中至少一者： 其中R₁ 為丙烯基、甲基或苯基，R₂ 為氫或甲基，m及n分別為正整數。
2. 如請求項1所述之紡織品，其中該改質層之該第一區域表面的水接觸角為大於約120度。
3. 如請求項1所述之紡織品，其中該改質層之一第二區域的材料包括親水性之光重排的聚苯并噁嗪。
4. 如請求項3所述之紡織品，其中該改質層之該第二區域的水接觸角為小於約60度。
5. 一種紡織品的製造方法，包含：施加一苯并噁嗪單體溶液於一織物表面；以及加熱該織物上之該苯并噁嗪單體溶液，以形成由疏水性聚苯并噁嗪(polybenzoxazine)所構成之一改質層。
6. 如請求項5所述之紡織品的製造方法，其中該苯并噁嗪單體溶液中之苯并噁嗪單體具有下列化學式(III)至(VII)之至少之一者： 且該苯并噁嗪單體在該苯并噁嗪單體溶液中的重量百分比為約0.1%至約4%。
7. 如請求項5所述之紡織品的製造方法，其中該有機溶劑為四氫呋喃、丙酮、丁酮、酮類、醇類或醚類。
8. 如請求項5所述之紡織品的製造方法，其中施加該苯并噁嗪單體溶液於該織物之方法包括含浸法與壓吸法之至少一者。
9. 如請求項5所述之紡織品的製造方法，更包含：以紫外光照射該改質層，光重排該聚苯并噁嗪，使該改質層轉變為親水性。
10. 如請求項9所述之紡織品的製造方法，其中該紫外光的波長為約200 nm至約400 nm，且該紫外光照射該織物的時間為約3分鐘至約6小時。