TWI567120B

TWI567120B - 防水透濕薄膜

Info

Publication number: TWI567120B
Application number: TW105100014A
Authority: TW
Inventors: 林志駿; 高有志; 洪子景
Original assignee: 台虹科技股份有限公司
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2017-01-21
Also published as: TW201725228A; CN106939123A

Description

防水透濕薄膜

本發明係相關於一種防水透濕薄膜，尤指一種可提高透濕效率的防水透濕薄膜。

在先前技術中，為了讓使用者的身體能保持乾爽，防水透濕布料會被用來做成機能性衣物。當使用者穿著上述機能性衣物時，身體排出的汗水形成水蒸氣後可通過防水透濕布料向外界擴散，以避免使用者感到悶熱，而外界的雨或霧等水滴卻無法通過防水透濕布料，以避免使用者的身體被淋濕，進而同時達到防水與透濕的效果。一般而言，防水透濕布料有兩種製作方式，一種是於布料上塗佈具防水透濕特性之功能層以進一步形成防水透濕布料，一種是利用高分子材料形成具防水透濕特性之薄膜以直接作為防水透濕布料。防水透濕布料隨著材質及結構的不同而有不同的透濕效率。如何提高防水透濕布料的透濕效率，一直是業界中相當重要的課題。

本發明之目的在於提供一種可提高透濕效率的防水透濕薄膜，以解決先前技術的問題。

本發明防水透濕薄膜包含一聚氨酯基質，一第一紅外線光熱轉換材料，以及一第二紅外線光熱轉換材料。該聚氨酯基質是由包含聚乙二醇的高分子材料所聚合而成。該第一紅外線光熱轉換材料具有複數個氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒，分散在該聚氨酯基質中。第二紅外線光熱轉換材料具有複數個摻銻氧化錫微粒，分散在該聚氨酯基質中。

在本發明一實施例中，該第一紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間

在本發明一實施例中，該聚氨酯基質是由聚乙二醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。

在本發明一實施例中，該聚氨酯基質是由聚乙二醇混合聚酯多元醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。

在本發明一實施例中，該聚氨酯基質是由聚乙二醇混合聚醚多元醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。

在本發明一實施例中，該第一紅外線光熱轉換材料及該第二紅外線光熱轉換材料的平均粒徑小於50微米。該第一紅外線光熱轉換材料及該第二紅外線光熱轉換材料的次佳平均粒徑小於10微米。該第一紅外線光熱轉換材料及該第二紅外線光熱轉換材料的最佳平均粒徑小於0.1微米。

在本發明一實施例中，該防水透濕薄膜另包含一第三紅外線光熱轉換材料，具有複數個被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒，分散在該聚氨酯基質中。

在本發明一實施例中，該第一紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間，該第三紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間。

相較於先前技術，本發明防水透濕薄膜添加有不同紅外線吸收波長範圍的紅外線光熱轉換材料，以提高防水透濕薄膜於太陽光照射後的溫度上升幅度，進而加強防水透濕薄膜擴散水蒸氣的能力。因此本發明防水透濕薄膜有較佳的透濕效率。

請參考第1圖，第1圖是本發明防水透濕薄膜的第一實施例的示意圖。如第1圖所示，本發明防水透濕薄膜100包含一聚氨酯基質110、一第一紅外線光熱轉換材料120以及一第二紅外線光熱轉換材料130。

聚氨酯基質110是由包含聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)的高分子材料所聚合而成，舉例來說，聚氨酯基質可以是由聚乙二醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成；或者聚氨酯基質可以是由聚乙二醇混合聚酯多元醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成；或者聚氨酯基質可以是由聚乙二醇混合聚醚多元醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。由於聚乙二醇是一種親水性高分子材料，因此當聚乙二醇和其他高分子材料聚合成聚氨酯基質時，聚氨酯基質具有透濕性。再者，聚氨酯基質又可防止水滴通過，因此聚氨酯基質可以同時提供防水及透濕功能。

第一紅外線光熱轉換材料120具有複數個氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒分散在聚氨酯基質110中。第一紅外線光熱轉換材料120的氧化鎢微粒可以是由化學式WyOz表示，W是鎢，O是氧，2.2 ＜ z/y ＜ 3。而第一紅外線光熱轉換材料110中的複合氧化鎢微粒可以是由化學式MxWyOz表示，M是H、He、鹼金屬、鹼土金屬、稀土類元素、Cs、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Hf、Os、Bi、I中選出一種以上之元素，W是鎢，O是氧，0.001 ＜ x/y ＜ 1，2.2 ＜ z/y ＜ 3。第二紅外線光熱轉換材料130具有複數個摻銻氧化錫微粒分散在聚氨酯基質110中。

本發明防水透濕薄膜100的透濕效率可以由以下擴散公式表示：

其中J為擴散通量，D為擴散係數，C為濃度，X為距離。換句話說，擴散係數D越大，本發明防水透濕薄膜擴散水蒸氣的能力就越強，亦即本發明防水透濕薄膜100的透濕效率越高。由於擴散係數D和溫度正相關，因此當本發明防水透濕薄膜100的溫度越高時，本發明防水透濕薄膜100的透濕效率越高。

由於本發明防水透濕薄膜100中包含第一紅外線光熱轉換材料120及第二紅外線光熱轉換材料130，因此當本發明防水透濕薄膜100被太陽光照射時，第一紅外線光熱轉換材料120及第二紅外線光熱轉換材料130會將太陽光中的紅外線轉換成熱能，以使防水透濕薄膜100的溫度上升較快，進而提高本發明防水透濕薄膜100的透濕效率。

另外，由於第一紅外線光熱轉換材料120中氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒的紅外線吸收波長範圍是介於900奈米到1700奈米之間，而第二紅外線光熱轉換材料130中摻銻二氧化錫微粒的紅外線吸收波長範圍是介於1700奈米到2300奈米之間，因此本發明防水透濕薄膜100具有較大的紅外線吸收波長範圍(介於900奈米到2300奈米之間)，進而使得本發明防水透濕薄膜100於太陽光照射下可以具有較佳的溫度上升效果，以進一步提高透濕效率。

在本發明防水透濕薄膜100中，第一紅外線光熱轉換材料120的光熱轉換最佳濃度是介於5 g/m ²和6 g/m ²之間，舉例來說，當乾膜厚度為15µm時，乾膜重量每米平方約為15克，以最佳添加濃度計算，第一紅外線光熱轉換材料佔總重量的百分比係介於33%和40%之間；當添加量小於40%時，隨著添加濃度增加，防水透濕薄膜100因吸收紅外線而造成的溫度上升將隨之增加；當添加量大於40%時，因吸收紅外線而造成的溫度上升已不隨添加濃度增加而增加。

第二紅外線光熱轉換材料的光熱轉換最佳濃度介於10和12 g/m ²之間，舉例來說，當乾膜厚度為15µm時，乾膜重量每米平方約為15克，以最佳添加濃度計算，第二紅外線光熱轉換材料佔總重量的百分比係介於67%和80%之間；當添加量小於80%時，隨著添加濃度增加，防水透濕薄膜100因吸收紅外線而造成的溫度上升將隨之增加；當添加量大於80%時，因吸收紅外線而造成的溫度上升已不隨添加濃度增加而增加。

但以考量本發明防水透濕薄膜100之透濕效率而言，第一紅外線光熱轉換材料及第二紅外線光熱轉換材料於紅外線光熱轉換薄膜中的重量百分比最佳係介於0.5%和10%之間。

請參考第2圖，第2圖是本發明防水透濕薄膜的第二實施例的示意圖。如第2圖所示，本發明防水透濕薄膜100’除了包含聚氨酯基質110、第一紅外線光熱轉換材料120以及第二紅外線光熱轉換材料130外，還包含一第三紅外線光熱轉換材料140。第三紅外線光熱轉換材料140具有複數個被摻銻氧化錫包覆的二氧化鈦微粒分散在聚氨酯基質110中。由於二氧化鈦微粒是白色，而摻銻氧化錫微粒是藍色，第三紅外線光熱轉換材料140除了可以將紅外線轉換成熱能外，亦可以增加防水透濕薄膜100’的白度。如此，本發明防水透濕薄膜100’於色彩上可以有更多的變化。

以下為本發明各個實施例之說明：

實施例1：

本發明防水透濕薄膜的製作方法可以是先將第一與第二外線光熱轉換材料分別和聚氨酯混合以製成分別包含第一與第二紅外線光熱轉換材料的高分子母粒。其中第一紅外線光熱轉換材料係摻銫氧化鎢微粒，且銫與鎢的莫爾比為0.33:1，第二紅外線光熱轉換材料係摻銻氧化錫微粒。將分別包含第一與第二紅外線光熱轉換材料的高分子母粒再依照預定比例混合製成本發明防水透濕薄膜。舉例來說，將第一紅外線光熱轉換材料與一聚氨酯基質利用高速混和機充分拌勻後，令一雙軸擠出機於160℃至190℃之溫度下將拌勻後之紅外線光熱轉換材料與聚氨酯基質共混擠出，以製得一第一紅外線光熱轉換聚氨酯母粒。第一紅外線光熱轉換材料與聚氨酯基質之重量比為1:0.1:8.9，亦即以第一紅外線光熱轉換聚氨酯母粒之總重量為基準，第一紅外線光熱轉換材料之含量為10重量百分比。第二紅外線光熱轉換聚氨酯母粒之製備方法與第一紅外線光熱轉換聚氨酯母粒概同。

於製備紅外線光熱轉換聚氨酯母粒時，亦可添加一分散劑，該分散劑包含聚醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚酯-聚矽氧烷、聚醯胺蠟、氧化聚烯蠟、聚酯蠟或其組合。更具體而言，該分散劑包含聚乙二醇、聚己內酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚己內酯-聚矽氧烷、氧化聚乙烯蠟、聚乙烯-乙酸乙烯酯蠟或其組合，藉由分散劑可改善紅外線轉換材料中微粒之分散性，有利於降低紅外線轉換材料中微粒之粒徑，提供較高透光率之薄膜。

實施例1再將所製得的第一紅外線光熱轉換聚氨酯母粒、第二紅外線光熱轉換聚氨酯母粒及聚氨酯基質以5:5:90的重量比拌合獲得一拌合物，令一雙層吹膜機於140℃至170℃之溫度下進行造膜作業；該拌合物經單軸擠出機由內層擠出口擠出，而低密度聚乙烯經單軸擠出機由外層擠出口擠出，雙層膜經冷卻後由收捲輪進行收捲，再剝除低密度聚乙烯，以取得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜，該薄膜厚度為25µm。但本發明薄膜製備方法不限於此，也可將第一紅外線光熱轉換材料與一分散劑及丁酮充分混和後，令一濕式研磨機研磨製得一第一紅外線光熱轉換漿料。第一紅外線光熱轉換材料、分散劑與丁酮之重量比為1:0.1:8.9，亦即以該第一紅外線光熱轉換聚氨酯母粒之總重量為基準，該第一紅外線光熱轉換材料之含量為10重量百分比。第二紅外線光熱轉換漿料之製備方法與第一紅外線光熱轉換漿料概同。本發明實施例1亦可取其第一紅外線光熱轉換漿料、第二紅外線光熱轉換漿料與溶劑型聚氨酯基質以5:5:90的重量比例均勻混和獲得一拌合物，利用刮刀式塗佈機將拌合物均勻塗佈於離型膜上，將塗佈有拌合物之離型膜放置於80℃烘箱中，將其溶劑去除後取得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜，其薄膜厚度為25µm。

實施例2：

實施例2與實施例1概同。其第一紅外線光熱轉換材料、第二紅外線光熱轉換材料及聚氨酯基質以0.5:2.5:97的重量比混和製得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜。

實施例3：

實施例3另將第三外線光熱轉換材料和聚氨酯混合以製成第三紅外線光熱轉換聚氨酯母粒。第三紅外線光熱轉換聚氨酯母粒之製備方法與第一紅外線光熱轉換聚氨酯母粒概同。實施例3與實施例1概同。其第一紅外線光熱轉換材料、第二紅外線光熱轉換材料、第三紅外線光熱轉換材料及聚氨酯基質以0.5:2:0.5:97的重量比混和製得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜。

實施例4：

實施例4與實施例1概同。其第一紅外線光熱轉換材料、第二紅外線光熱轉換材料及聚氨酯基質以1.5:3.5:95的重量比混和製得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜。

實施例5：

實施例5與實施例1概同。其第一紅外線光熱轉換材料、第二紅外線光熱轉換材料及聚氨酯基質以3.5:6.5:90的重量比混和製得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜。

實施例6：

實施例6與實施例1概同。其第一紅外線光熱轉換材料、第二紅外線光熱轉換材料及聚氨酯基質以5:10:85的重量比混和製得一紅外線光熱轉換聚氨酯薄膜。

在本發明實施例中，第一紅外線光熱轉換材料120在防水透濕薄膜中的重量百分比是介於0.1%和10%之間，第二紅外線光熱轉換材料130在防水透濕薄膜中的重量百分比是介於0.1%和10%之間，而第三紅外線光熱轉換材料在防水透濕薄膜中的重量百分比是介於0.1%和10%之間。

本發明透濕度量測方法係準備一壓克力材質的可掀蓋箱子，箱子內添加少量的水並放置一溫濕度計，可隨時記錄箱內溫濕度。於透濕杯內裝乾燥氯化鈣，氯化鈣主要功能是將透濕杯內的濕度維持於一低濕度狀態，而壓克力箱係提供環境一高濕度狀態。透濕度量測時，透濕杯口朝上，使杯口上披覆的薄膜曝露於太陽光照射下。因透濕杯內外環境濕度差，造成一濕度梯度，使環境的水氣經由薄膜擴散進入透濕杯內。於固定時間下量測透濕杯總重量並計算透濕度。請參考表一。表一是不同配方比例的防水透濕薄膜於太陽光照射下的透濕度量測結果。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0003"><TBODY><tr><td> 配方比例 </td><td> 比較例1 </td><td> 比較例2 </td><td> 比較例3 </td><td> 實施例1 </td><td> 實施例2 </td><td> 實施例3 </td><td> 實施例4 </td><td> 實施例5 </td><td> 實施例6 </td></tr><tr><td> 第一紅外線光熱轉換材料(wt%) </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 1 </td><td> 0.5 </td><td> 0.5 </td><td> 0.5 </td><td> 1.5 </td><td> 3.5 </td><td> 5 </td></tr><tr><td> 第二紅外線光熱轉換材料(wt%) </td><td> 0 </td><td> 1 </td><td> 0 </td><td> 0.5 </td><td> 2.5 </td><td> 2 </td><td> 3.5 </td><td> 6.5 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> 第三紅外線光熱轉換材料(wt%) </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0.5 </td><td> 0 </td><td> 0 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> 聚氨酯基質(wt%) </td><td> 100 </td><td> 99 </td><td> 99 </td><td> 99 </td><td> 97 </td><td> 97 </td><td> 95 </td><td> 90 </td><td> 85 </td></tr><tr><td> 與比較例1之溫差(℃) </td><td> 0 </td><td> 1.1 </td><td> 0.8 </td><td> 2.2 </td><td> 4.1 </td><td> 3.7 </td><td> 4.6 </td><td> 5.3 </td><td> 5.5 </td></tr><tr><td> 透濕度(g/m<sup>2</sup>*24hr) </td><td> 5145 </td><td> 5207 </td><td> 5239 </td><td> 5490 </td><td> 5988 </td><td> 5702 </td><td> 5549 </td><td> 5308 </td><td> 4952 </td></tr></TBODY></TABLE>表一

該實施例與比較例之防水透濕膜厚度為25µm，由表一的透濕度量測結果可知，實施例1至5的防水透濕薄膜相較於比較例2至3的防水透濕薄膜在太陽光照射下的透濕度較高。由於本發明實施例1至5的防水透濕薄膜具有兩種以上不同紅外線吸收波長範圍的紅外線光熱轉換微粒，而比較例2至3的防水透濕薄膜分別只具有單一紅外線吸收波長範圍的紅外線光熱轉換微粒，因此本發明實施例1至5的防水透濕薄膜的紅外線吸收波長範圍較大，具有較佳的紅外線光熱轉換效率，使其薄膜溫度較高，進而可以提供較高的透濕效率。實施例6說明當紅外線光熱轉換材料總含量之重量百分比為15%，溫度無明顯上升，且因透濕基質含量較低，導致透濕率大幅下降。故由表一可得知紅外線光熱轉換材料最佳總含量為0.5%和5%之間。

另一方面，第一紅外線光熱轉換材料120及第二紅外線光熱轉換材料130在本發明防水透濕薄膜中的最佳總含量比例亦可以用最佳濃度(g/m ²)表示，舉例來說，當乾膜厚度為15µm時，乾膜重量每米平方約為15克，其紅外線光熱轉換材料於防水透濕膜中的最佳總含量濃度是介於0.075 g/m ²和0.75 g/m ²之間。相較於先前技術，本發明防水透濕薄膜添加有不同紅外線吸收波長範圍的紅外線光熱轉換微粒，以提高防水透濕薄膜於太陽光照射後的溫度上升幅度，進而加強防水透濕薄膜擴散水蒸氣的能力。因此本發明防水透濕薄膜有較佳的透濕效率。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、100’‧‧‧防水透濕薄膜
110‧‧‧聚氨酯基質
120‧‧‧第一紅外線光熱轉換材料
130‧‧‧第二紅外線光熱轉換材料
140‧‧‧第三紅外線光熱轉換材料

第1圖是本發明防水透濕薄膜的第一實施例的示意圖。第2圖是本發明薄膜塗佈裝置的第二實施例的示意圖。

100‧‧‧防水透濕薄膜

110‧‧‧聚氨酯基質

120‧‧‧第一紅外線光熱轉換材料

130‧‧‧第二紅外線光熱轉換材料

Claims

一種防水透濕薄膜，包含：一聚氨酯基質，其中該聚氨酯基質是由包含聚乙二醇的高分子材料所聚合而成；一第一紅外線光熱轉換材料，具有複數個氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒，分散在由包含聚乙二醇的高分子材料所聚合而成的該聚氨酯基質中；以及一第二紅外線光熱轉換材料，具有複數個摻銻氧化錫微粒，分散在由包含聚乙二醇的高分子材料所聚合而成的該聚氨酯基質中。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該第一紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該聚氨酯基質是由聚乙二醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該聚氨酯基質是由聚乙二醇混合聚酯多元醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該聚氨酯基質是由聚乙二醇混合聚醚多元醇、異氰酸酯及擴鏈劑所聚合而成。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該第一紅外線光熱轉換材料及該第二紅外線光熱轉換材料的平均粒徑小於50微米。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，另包含一第三紅外線光熱轉換材料，具有複數個被摻銻氧化錫包覆的二氧化鈦微粒，分散在該聚氨酯基質中。
如請求項7所述的防水透濕薄膜，其中該第一紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間，該第三紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的重量百分比介於0.5%和10%之間。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該第一及第二紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的總重量百分比介於0.5%和5%之間。
如請求項1所述的防水透濕薄膜，其中該第一及第二紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的總含量介於0.075g/m²和0.75g/m²之間。
如請求項7所述的防水透濕薄膜，其中該第一至第三紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的總重量百分比介於0.5%和5%之間。
如請求項7所述的防水透濕薄膜，其中該第一至第三紅外線光熱轉換材料在該防水透濕薄膜中的總含量介於0.075g/m²和0.75g/m²之間。