TWI472660B - 線狀有機材的連續性改質裝置 - Google Patents

線狀有機材的連續性改質裝置 Download PDF

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Chingtang Huang
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Description

線狀有機材的連續性改質裝置
本發明是有關於一種改質裝置，且特別是有關於一種線狀有機材的連續性改質裝置。
現代紡織品的應用並非僅屬於衣著產業，可以擴展與其他產業結合，如：醫療產業、國防科技產業、生技產業、包裝產業、休閒產業等。然而，紡織品在其他產業的應用，紡織品其表面性質，如濕潤性、化學反應性、粘著性、相容性等，非常重要。換句話說，紡織品表面性質與製程加工以及產品的用途具有密切關係。為了改善紡織品的表面性質，增加產品的應用層面，通常會對紡織品進行表面改質加工，而利用氣體電漿加工處理為常用的一種技術。
電漿加工處理應用在紡織品上可以活化纖維表面並對纖維表面進行改質，以使纖維表面具備特性的表面特性，如親水性、可染色性、較佳的化學反應性等。
現有技術中，尚未有具體且實用的加工方式以對纖維表面進行改質。因此，如何快速且有效地對纖維表面進行改質是一項重要的課題。
本發明提供一種線狀有機材的連續性改質裝置，其具有良好的改質效率與改質的持久性。
本發明之一實施例提出一種線狀有機材的連續性改質裝置。線狀有機材的連續性改質裝置包括一捲取設備、一抽出設備、一第一含浸設備以及一第一大氣電漿產生器。捲取設備用以捲取一線狀有機材。抽出設備用以抽出線狀有機材，其中捲取設備與抽出設備以一加工速度傳送線狀有機材。第一含浸設備位於捲取設備與抽出設備之間，其中位於捲取設備與抽出設備之間的線狀有機材係被傳送至第一含浸設備中的一含浸溶液。第一大氣電漿產生器位於捲取設備與抽出設備之間並且對線狀有機材進行改質。
在本發明之一實施例中，上述之捲取設備包括一捲取器以及一第一驅動馬達。第一驅動馬達與捲取器連接以驅動捲取器捲取線狀有機材。
在本發明之一實施例中，上述之抽出設備包括一抽出器，以抽出線狀有機材。
在本發明之一實施例中，上述之第一含浸設備包括一第一含浸槽以及一第一導引元件。第一含浸槽用以容納含浸溶液。第一導引元件改變線狀有機材的傳送方向以將線狀有機材導引至含浸溶液中。
在本發明之一實施例中，上述之第一大氣電漿產生器位於含浸設備與抽出設備之間，以在含浸前預先對線狀有機材進行改質。
在本發明之一實施例中，上述之含浸設備位於第一大氣電漿產生器與抽出設備之間，以對經過含浸的線狀有機材進行改質。
在本發明之一實施例中，上述之線狀有機材的連續性改質裝置，更包括一第二大氣電漿產生器，其中第二大氣電漿產生器設置於第一含浸設備與捲取設備之間。
在本發明之一實施例中，線狀有機材的連續性改質裝置更包括一乾燥器。乾燥器設置於第一大氣電漿產生器與抽出設備之間，以乾燥線狀有機材。
在本發明之一實施例中，線狀有機材的連續性改質裝置更包括一第二含浸設備以及一第二大氣電漿產生器。第二含浸設備與第二大氣電漿產生器設置於第一含浸設備與抽出設備之間。
在本發明之一實施例中，上述之第二大氣電漿產生器設置於第一含浸設備與第二含浸設備之間。
在本發明之一實施例中，上述之第二含浸設備設置於第一大氣電漿產生氣與第二大氣電漿產生器之間。
在本發明之一實施例中，上述之加工速度介於5公分/秒至25公分/秒。
基於上述，本申請案之線狀有機材的連續性改質裝置利用大氣電漿產生器對線狀有機材做連續性的改質，故可快速、大量且有效地對線狀有機材進行改質。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。請參照圖1，本實施例之線狀有機材的連續性改質裝置100包括一捲取設備120、一抽出設備110、一第一含浸設備130以及一第一大氣電漿產生器140。捲取設備120用以捲取一線狀有機材160。抽出設備110用以抽出線狀有機材160，其中捲取設備120與抽出設備110以一加工速度傳送線狀有機材160。第一含浸設備130位於捲取設備120與抽出設備110之間，其中位於捲取設備120與抽出設備110之間的線狀有機材160係被傳送至第一含浸設備130中的一含浸溶液136。第一大氣電漿產生器140位於捲取設備120與抽出設備110之間並且對線狀有機材160進行改質。
在本實施例中，捲取設備120包括一捲取器122以及與捲取器122連接的一第一驅動馬達124，第一驅動馬124達用以驅動捲取器122捲取線狀有機材160。抽出設備110包括一抽出器112，抽出器可用於抽出線狀有機材160。參照圖1，本實施例中的線狀有機材160在一開始被抽出設備110帶出，經過改質後在另一端被捲取設備120捲取。在捲取設備120與抽出設備110之間，線狀有機材160會依序經過第一含浸設備130和第一大氣電漿產生器140以完成改質的程序，其中第一含浸設備130包括一第一含浸槽132以及一第一導引元件134，而第一含浸槽132用以容納含浸溶液136，第一導引元件134改變線狀有機材160的傳送方向，以將線狀有機材160導引至含浸溶液136中。
在本實施例中，由於第一大氣電漿產生器140可以在一大氣壓或者接近一大氣壓下產生電漿，而且不需使用真空腔體，因此並具有佔地面積小與耗電量小的特性。值得一提的是，被改質的線狀有機材160可不受真空腔體的限制，使得第一大氣電漿產生器140可以對線狀有機材160做連續性的改質程序，以讓線狀有機材160的連續性改質具有良好的加工速度，例如以每秒5公分到25公分的速度做加工處理，因此製造成本有效的降低。
在本實施例中，第一大氣電漿產生器140可以是筆式電漿產生器或者是其他合適的電漿產生器。舉例來說，參照圖1，第一大氣電漿產生器可以包括射頻產生器141、中空圓柱體型不銹鋼管142、陶瓷管143、陽極144、陰極145以及氣體輸入端146，其中中空圓柱體型不銹鋼管142與陽極144連接並且被陶瓷管143包圍用以作為絕緣體，陶瓷管143外再設置一環型不繡鋼管做為陰極145。此外在陽極144與陰極145間連接一射頻產生器141，例如為射頻(Radio Frequency,RF)等於13.56MHz之高頻電壓源。射頻產生器141誘導陽極144與陰極145使得陰極145端產生放電現象，接著使用驅動氣體由氣體輸入端146注入，並於陰極145端噴出形成電漿火炬，其中驅動氣體可以是氬氣(Ar)、氮氣(N2 )或者是氧氣(O2 )，而電漿火炬可以照射在線狀有機材160進行表面改質。
仔細而言，第一大氣電漿產生器140產生電漿來撞擊線狀有機材160，以電漿中高能量的離子來改變線狀有機材160的表面結構，進而達到改質的效果。在本實施例中，線狀有機材160之材質可以是聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、尼龍(Nylon)或者是其他合適的高分子聚合物材質。更精確的說，第一大氣電漿產生器140所產生的電漿之高能量的離子打斷線狀有機材160表面之高分子的鍵結，以達成線狀有機材160表面改質之目的。
請參照圖1，在本實施例中，線狀有機材160從抽出設備110送出後會先經過第一含浸設備130，透過第一含浸設備130中的第一導引元件134送入第一含浸槽132並浸泡在一含浸溶液136中。具體來說，本實施例之含浸溶液136可以是一聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)溶液或是其他的機能性高分子溶液又或者是染料溶液。當線狀有機材160由第一導引元件134送入第一含浸槽132並浸泡在一含浸溶液136中後，線狀有機材160的表面會沾附均勻的含浸溶液136，接著，線狀有機材160會送至第一大氣電漿產生器140，由第一大氣電漿產生器140產生的電漿火炬照射線狀有機材160進行改質。詳言之，第一大氣電漿產生器140所產生的電漿火炬使得線狀有機材160產生斷鍵反應，進而使線狀有機材160與含浸溶液136中之高分子產生化學鍵結，以達成線狀有機材160的表面性質。
在本實施例中，線狀有機材的連續性改質裝置100更包括一配置在第一大氣電漿產生器140與捲取設備120之間的乾燥器170，乾燥器170可以用來烘乾改質後的線狀有機材160，然後，再由捲取設備120將改質後的線狀有機材160捲取。然而，在其他實施例中，乾燥器170可以設置在抽出設備110與第一含浸設備130之間，用以乾燥化與清潔改質前的線狀有機材160。此外，在本實施例中，可依據實際需求，在第一大氣電漿產生器140與捲取設備120之間及/或抽出設備110與第一含浸設備之130間之皆設置一乾燥器170。
在本實施例中，線狀有機材160可被改質的表面積大，故可增加改質的均勻性與效率。此外，由於第一大氣電漿產生器140對線狀有機材160產生斷鍵反應(即表面改質)，故線狀有機材160可輕易地與含浸溶液136中之高分子產生化學鍵結，以使線狀有機材160的性質(例如電阻值)有所改變。
圖2是本發明第二實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。請參照圖2，本實施例之線狀有機材的連續性改質裝置100a與圖1之線狀有機材的連續性改質裝置100類似，惟二者主要差異之處在於：二者之加工的順序不同。具體來說，線狀有機材160於抽出設備110送出之後，會先經過第一大氣電漿產生器140的處理，以使線狀有機材160的表面產生斷鍵反應。之後，線狀有機材160會被含浸於第一含浸設備130的含浸溶液136中，以使線狀有機材160與含浸溶液136中之高分子產生化學鍵結，以達成線狀有機材160的表面性質。換言之，第一大氣電漿產生器140配置於抽出設備110與第一含浸設備130之間。另外，關於線狀有機材的連續性改質裝置100a的詳細描述可參照第一實施例，故在此不再贅述。
圖3是本發明第三實施例之線狀有機材的連續性改質裝置。請參照圖3，線狀有機材的連續性改質裝置100b與圖2之線狀有機材的連續性改質裝置100a類似，惟二者主要差異之處在於：線狀有機材的連續性改質裝置100b更包括一第二大氣電漿產生器180。第二大氣電漿產生器180設置於第一含浸設備130與抽出設備110之間。
在本實施例中，線狀有機材160會先被第二大氣電漿產生器180所產生的電漿改質，才與第一含浸設備130之含浸溶液136中之高分子產生化學鍵結，之後，線狀有機材160可再經過第一大氣電漿產生器140所產生的電漿進行表面處理。
圖4是本發明第四實施例之線狀有機材的連續性改質裝置。請參照圖4，線狀有機材的連續性改質裝置100c與圖1之線狀有機材的連續性改質裝置100類似，惟二者主要差異之處在於：線狀有機材的連續性改質裝置更包括一第二含浸設備190與一第二大氣電漿產生器180。在本實施例中，第二大氣電漿產生器180設置於第一含浸設備130與第二含浸設備190之間。參照圖4，首先，線狀有機材160會被導入第二含浸設備190中的含浸溶液196中，之後，第二大氣電漿產生器180所產生電漿會對線狀有機材160做第一次的表面改質。在線狀有機材160被表面改質之後，線狀有機材160會被含浸於第一含浸設備130中的含浸溶液136中，而在含浸於含浸溶液136之後，第一大氣電漿產生器140所產生電漿會對線狀有機材160進行第二次的表面改質。詳細而言，線狀有機材160先浸泡於第二含浸設備190中的含浸溶液196以可以提高線狀有機材160的表面活性，而第二含浸設備190中的含浸溶液196可以是丙烯酸(propenoic acid)。線狀有機材160經過含浸於第二含浸設備190中的丙烯酸溶液(propenoic acid)後，線狀有機材160的表面會被活化。此外，在本實施例中，第一含浸設備130中的含浸溶液136可以是聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)溶液或是其他的機能性高分子溶液又或者是染料溶液。線狀有機材160經過前述之活化處理後，接著含浸於第一含浸設備130中的含浸溶液136，再透過第一大氣電漿產生器140進行第二次的表面改質。
圖5是本發明第五實施例之線狀有機材的連續性改質裝置。請參照圖5，線狀有機材的連續性改質裝置100d與圖4之線狀有機材的連續性改質裝置100c類似，惟二者主要差異之處在於：二者之加工的順序。詳言之，在本實施例中，第二含浸設備190設置於第一含浸設備130與第二大氣電漿產生器180之間。如圖5所示，線狀有機材160先經過第二電漿產生器180的電漿照射後，才被傳送至第二含浸設備190的含浸溶液196中。在線狀有機材160經過浸泡之後，第一大氣電漿產生器140會對線狀有機材160進行第二次電漿照射。而在進行第二次電漿照射之後，線狀有機材160再含浸於第一含浸設備130的含浸溶液136中。
以下將舉出兩個實驗例以詳細說明本申請案之改質的機制。
【第一實驗例】
在本實驗例中，線狀有機材160為聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)。線狀有機材160經過第二大氣電漿產生器180所產生的電漿照射之後，聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)末端的羧基(如上述化學式中的A部分)會被斷鍵而形成羧根(如上述化學式中的B部分)。接著，線狀有機材160被含浸於第一含浸設備130的含浸溶液136中，此處，含浸溶液136為聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)溶液。然後，線狀有機材160會經過第一大氣電漿產生器140的電漿照射，而大氣電漿打斷聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)之氧(O)和氧(O)的鍵結(O-O)(如圖中的圓形區域C)。此時，聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)的斷鍵部分(如上述化學式中的C部分)與線狀有機材160的羧根(如上述化學式中的B部分)會形成化學鍵結(如上述化學式中的D部分)，進而完成線狀有機材160的表面改質。
【第二實驗例】
本實驗例中，線狀有機材160為聚丙烯(Polypropylene，PP)。線狀有機材160經過第二大氣電漿產生器180的電漿照射後，聚丙烯(Polypropylene，PP)一端的碳氫鍵(C-H)會被斷鍵而形成3級碳(C+ )(如上述化學式中的A部分)。接著，線狀有機材160含浸於第一含浸設備130的含浸溶液136中，此處，含浸溶液136為聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)溶液。然後，線狀有機材160會經過第一大氣電漿產生器140的電漿照射，而大氣電漿打斷聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)之氧(O)和氧(O)的鍵結(O-O)(如上述化學式中的B部分)。此時，聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)的斷鍵部份與線狀有機材160的3級碳(C+ )(如上述化學式中的A部分)進行化學反應(如上述化學式中的C部分)而形成新的鍵結(如上述化學式中的D部分)，進而完成線狀有機材160的表面改質。
以下內容將舉出上述圖1到圖5實施例之線狀有機材的連續性改質裝置之實驗的數據。需注意的是，下述之表一中所列的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明之範疇內。
表一列出的是對應到圖1到圖5實施例之線狀有機材的連續性改質裝置之實驗的數據，其中線狀有機材可為聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚丙烯(Polypropylene，PP)或尼龍(Nylon)。
標號5+ 之實驗例對應於圖1之實施例，標號4++ 之實驗例對應於圖2之實施例，標號3++ 之實驗例對應於圖3之實施例，標號2++ 之實驗例對應於圖5之實施例，標號1++ 之實驗例對應於圖4之實施例。
由表一可以知道圖4與圖5之實施例具有良好的加工速度，可以達到每秒20~25公分的加工速度，相對的電漿的功率也較高。圖3之實施例包括兩次的表面改質，而線狀有機材改質後具有106 歐姆/公分左右的低電阻值，而且加工的速度達到每秒15公分。圖1之實施例中電漿的功率較低，而且線狀有機材可以被改質為具有相當低電阻值，約為105 歐姆/公分。
由表一的數據可知，本發明之實施例之線狀有機材的連續性改質裝置可依所需的電阻質整線狀有機材改質的加工速度或者是第一大氣電漿產生器與第二大氣電漿產生器的電漿照射功率。
在表二中，線狀有機材以聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、尼龍(Nylon)當做示範的例子。當線狀有機材經過大氣電漿照射後，線狀有機材的表面被改質，再將線狀有機材含浸於機能性高分子溶液中，以使高分子與改質後的線狀有機材的表面鍵結。在表二中，線狀有機材經過大氣電漿照射後並與聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)鍵結的情形以及未經大氣電漿照射而直接塗佈上聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)的情形。
由表二可以證實，未經大氣電漿照射的線狀有機材與經過大氣電漿照射的線狀有機材在水洗之前的電阻值是相當的，例如為106 歐姆/公分，但是在水洗後，未經大氣電漿照射的線狀有機材之電阻值增加的幅度已大於檢測儀器的範圍，而經過大氣電漿照射的線狀有機材之電阻值與水洗前的情形差異不大，例如維持在106 歐姆/公分左右。因此，大氣電漿對於線狀有機材的改質可以使聚(3,4-亞乙二氧基=吩)(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene,PEDOT)穩固的接枝於線狀有機材，進而使線狀有機材的改質後的性質有良好的持久性。
綜上所述，本申請案之線狀有機材的連續性改質裝置利用大氣電漿產生器對線狀有機材做連續性的改質，使得線狀有機材呈現穩定的改質效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
100、100a、100b、100c、100d．．．線狀有機材的連續性改質裝置
110．．．抽出設備
112．．．抽出器
120．．．捲取設備
122．．．捲取器
124．．．第一驅動馬達
130．．．第一含浸設備
132．．．第一含浸槽
134．．．第一導引元件
136、196．．．含浸溶液
140‧‧‧第一大氣電漿產生器
141‧‧‧射頻產生器
142‧‧‧中空圓柱體型不銹鋼管
143‧‧‧陶瓷管
144‧‧‧陽極
145‧‧‧陰極
146‧‧‧體輸入端
160‧‧‧線狀有機材
170‧‧‧乾燥器
180‧‧‧第二大氣電漿產生器
190‧‧‧第二含浸設備
圖1為本發明一實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。
圖2是本發明第二實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。
圖3是本發明第三實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。
圖4是本發明第四實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。
圖5是本發明第五實施例之線狀有機材的連續性改質裝置示意圖。
100．．．線狀有機材的連續性改質裝置
110．．．抽出設備
112．．．抽出器
120．．．捲取設備
122．．．捲取器
124．．．第一驅動馬達
130．．．第一含浸設備
132．．．第一含浸槽
134．．．第一導引元件
136．．．含浸溶液
140．．．第一大氣電漿產生器
141．．．射頻產生器
142．．．中空圓柱體型不銹鋼管
143．．．陶瓷管
144．．．陽極
145．．．陰極
146．．．體輸入端
160．．．線狀有機材
170．．．乾燥器

Claims (12)

  1. 一種線狀有機材的連續性改質裝置，包括：一捲取設備，用以捲取一線狀有機材；一抽出設備，用以抽出該線狀有機材，其中該捲取設備與該抽出設備以一加工速度傳送該線狀有機材；一第一含浸設備，位於該捲取設備與該抽出設備之間，其中位於該捲取設備與該抽出設備之間的該線狀有機材係被傳送至該第一含浸設備中的一含浸溶液；以及一第一大氣電漿產生器，位於該捲取設備與該抽出設備之間，以對通過該第一大氣電漿產生器與該第一含浸設備之間的該線狀有機材進行改質，其中該第一大氣電漿產生器為筆式電漿產生器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該捲取設備包括：一捲取器；以及一第一驅動馬達，與該捲取器連接，以驅動該捲取器捲取該線狀有機材。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該抽出設備包括一抽出器，以抽出該線狀有機材。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該第一含浸設備包括：一第一含浸槽，用以容納該含浸溶液；以及一第一導引元件，改變該線狀有機材的傳送方向，以將該線狀有機材導引至該含浸溶液中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該第一大氣電漿產生器位於該含浸設備與該捲取設備之間，以對經過含浸的該線狀有機材進行改質。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該含浸設備位於該第一大氣電漿產生器與該捲取設備之間，以在含浸前預先對該線狀有機材進行改質。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，更包括一乾燥器，其中該乾燥器設置於該第一大氣電漿產生器與該捲取設備之間，以乾燥經過改質的該線狀有機材。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，更包括：一第二含浸設備；以及一第二大氣電漿產生器，其中該第二含浸設備與該第二大氣電漿產生器設置於該第一含浸設備與該抽出設備之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該第二大氣電漿產生器設置於該第一含浸設備與該第二含浸設備之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該第二含浸設備設置於該第一大氣電漿產生器與該第二大氣電漿產生器之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，更包括一第二大氣電漿產生器，其中該第二大氣電漿產生器設置於該第一含浸設備與該抽出設備之間。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之線狀有機材的連續性改質裝置，其中該加工速度介於5公分/秒至25公分/秒。
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