TWI586860B - 紅外線光熱轉換纖維及紅外線光熱轉換纖維的製作方法 - Google Patents
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Description
本發明是相關於一種紅外線光熱轉換纖維及紅外線光熱轉換纖維的製作方法，尤指一種可提高發熱效果並增加白度的紅外線光熱轉換纖維及紅外線光熱轉換纖維的製作方法。
為了形成發熱纖維，先前技術會在纖維中添加可放射遠紅外線的材料(例如竹炭)，上述可放射遠紅外線的材料在吸收人體散出的熱後會放射遠紅外線讓人體吸收，遠紅外線會和人體中的水分子共振產生熱，而達到發熱的效果。但缺點是此纖維製品必須與皮膚緊貼，才能有效吸收人體散出的熱，因此發熱效果受限。
為了改善上述問題，先前技術在纖維中添加吸收太陽光的材料(例如摻銻二氧化錫)以取代竹炭，而達到發熱的效果。但缺點是摻銻二氧化錫為深藍色，會使添加了摻銻二氧化錫的纖維色度偏藍，影響纖維製品的顏色。此外，摻銻二氧化錫的太陽光吸收波長範圍只介於1700奈米到2300奈米之間，故先前技術之發熱纖維的吸光發熱效果有限。
本發明之目的在於提供一種可提高發熱效果並增加白度的紅外線光熱轉換纖維及紅外線光熱轉換纖維的製作方法，以解決先前技術的問題。
本發明紅外線光熱轉換纖維包含一高分子基質，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。該高分子基質是利用乾式或濕式紡絲方式所形成。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，分散在該高分子基質中。該第二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，分散在該高分子基質中。
在本發明一實施例中，該紅外線光熱轉換纖維另包含一第三紅外線光熱轉換材料，具有複數個摻銻二氧化錫微粒，分散在該高分子基質中。
在本發明一實施例中，該第一紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間，而該第三紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間。
在本發明一實施例中，該第一至第三紅外線光熱轉換材料的平均粒徑是小於1微米。
在本發明一實施例中，該紅外線光熱轉換纖維另包含一分散劑。
在本發明一實施例中，該分散劑在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間。
在本發明一實施例中，該紅外線光熱轉換纖維的白度是76以上。
本發明紅外線光熱轉換纖維的製作方法包含提供一第一漿料，其中該第一漿料包含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，該第二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。將該第一漿料與一高分子液體混和以形成一第二漿料，以及用一噴嘴將該第二漿料擠出至一酸性溶液中以形成一紅外線光熱轉換纖維。
在本發明一實施例中，該第一漿料另包含一第三紅外線光熱轉換材料，具有複數個摻銻二氧化錫微粒。
在本發明一實施例中，該第一紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間，而該第三紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間。
在本發明一實施例中，該第一漿料中的該第一至第三紅外線光熱轉換材料的平均粒徑是小於1微米。
在本發明一實施例中，該第一漿料另包含一分散劑，該製作方法另包含研磨該第一至該第三紅外線光熱轉換材料以形成該第一漿料。
在本發明一實施例中，該分散劑在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間。
在本發明一實施例中，該高分子液體是嫘縈黏液。
相較於先前技術，本發明紅外線光熱轉換纖維中除了氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒外，也添加被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒，因此本發明紅外線光熱轉換纖維的太陽光吸收波長範圍增加，使紅外線光熱轉換纖維的發熱效果提升。另外，若在上述紅外線光熱轉換纖維中額外添加摻銻二氧化錫微粒，可進一步提升本發明紅外線光熱轉換纖維的發熱效果，改善習知發熱纖維發熱效果不佳的問題。再者，在本發明紅外線光熱轉換纖維中添加的被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒可增加紅外線光熱轉換纖維的白度，改善習知發熱纖維白度不佳的缺點。
請參考第1圖及第2圖。第1圖是本發明紅外線光熱轉換纖維的製作方法流程圖。第2圖是本發明紅外線光熱轉換纖維的製作方法示意圖。如圖所示，在步驟10中，本發明製作方法將一第一紅外線光熱轉換材料110，一第二紅外線光熱轉換材料120，一第三紅外線光熱轉換材料130，加到一含有分散劑之水溶液140中混和研磨以形成一第一漿料100。其中，第一紅外線光熱轉換材料110具有複數個氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒112，第二紅外線光熱轉換材料120具有複數個被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒122，而第三紅外線光熱轉換材料130 具有複數個摻銻二氧化錫微粒132。在第一漿料100中研磨後的第一至第三紅外線光熱轉換材料110、120、130的微粒112、122、132的平均粒徑是小於1微米。分散劑可為水溶性胺類化合物，舉例來說，分散劑可以是選自於由含胺基之聚合物和含胺基之矽氧烷所組成的群組，但本發明不以此為限。
在步驟20中，本發明製作方法將第一漿料100與一高分子液體210混和以形成一第二漿料200。高分子液體210可以是纖維黏液或再生纖維黏液(例如嫘縈黏液)。
在步驟30中，本發明製作方法用一噴嘴220將第二漿料200擠出至一酸性溶液230中以形成紅外線光熱轉換纖維300。另外，在將第二漿料200擠出至酸性溶液230中時，可同時形成複數條紅外線光熱轉換纖維300，不限於只形成一條紅外線光熱轉換纖維300。請參考第3圖。第3圖是本發明紅外線光熱轉換纖維的示意圖。如第3圖所示，紅外線光熱轉換纖維300中包含一高分子基質310，第一紅外線光熱轉換材料110，第二紅外線光熱轉換材料120，以及第三紅外線光熱轉換材料130。其中，第一至第三紅外線光熱轉換材料110、120、130包含的微粒112、122、132分散在高分子基質310中。高分子基質310是上述高分子液體210經由濕式紡絲方式所形成，且高分子基質310為絲狀。
在上述實施例中，本發明紅外線光熱轉換纖維300是利用濕式紡絲方式所形成，但在本發明其他實施例中，紅外線光熱轉換纖維也可將纖維黏液或再生纖維黏液改質後經由乾式紡絲方式形成。
第一紅外線光熱轉換材料110的氧化鎢微粒是由化學式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、Mg、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、Be、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。
在本發明紅外線光熱轉換纖維300的製作方法中，第三紅外線光熱轉換材料130可選擇性地被添加，換句話說，本發明紅外線光熱轉換纖維300不一定要包含第三紅外線光熱轉換材料130。相似地，分散劑亦可選擇性地被添加。第一紅外線光熱轉換材料110在紅外線光熱轉換纖維300中的重量百分比介於0.1%和1%之間，第二紅外線光熱轉換材料120在紅外線光熱轉換纖維300中的重量百分比介於0.1%和5%之間，而第三紅外線光熱轉換材料130在紅外線光熱轉換纖維300中的重量百分比介於0.1%和1%之間。另外，分散劑在紅外線光熱轉換纖維300中的重量百分比介於0.1%和5%之間。依據上述配置，由於氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒的太陽光吸收波長範圍是介於900奈米到1700奈米之間，而摻銻二氧化錫微粒及被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒的太陽光吸收波長範圍是介於1700奈米到2300奈米之間，因此本發明紅外線光熱轉換纖維300相較於先前技術之發熱纖維具有較大的太陽光吸收波長範圍(介於900奈米到2300奈米之間)，進而使得本發明紅外線光熱轉換纖維300可以具有較佳的發熱效果。
舉例來說，請參考表一。表一中的溫差是本發明以175瓦的紅外線燈源在距離紅外線光熱轉換纖維30公分處照射10分鐘前後，不同成分比例所形成的紅外線光熱轉換纖維之量測結果。在比較例1中，紅外線光熱轉換纖維包含重量百分比為1%的第三紅外線光熱轉換材料130，此紅外線光熱轉換纖維在紅外線燈源照射10分鐘後溫度增加28.50
C。在比較例2中，紅外線光熱轉換纖維包含重量百分比為1%的第一紅外線光熱轉換材料110，此紅外線光熱轉換纖維在紅外線燈源照射10分鐘後溫度增加27.60
C。在本發明實施例1中，紅外線光熱轉換纖維包含重量百分比為1%的第一紅外線光熱轉換材料110以及重量百分比為0.5%的第二紅外線光熱轉換材料120，此紅外線光熱轉換纖維在紅外線燈源照射10分鐘後溫度增加28.80
C。在本發明實施例2中，紅外線光熱轉換纖維包含重量百分比為1%的第一紅外線光熱轉換材料110、重量百分比為0.5%的第二紅外線光熱轉換材料120以及重量百分比為0.1%的第三紅外線光熱轉換材料130，此紅外線光熱轉換纖維在紅外線燈源照射10分鐘後溫度增加29.90
C。在本發明實施例3中，紅外線光熱轉換纖維包含重量百分比為0.5%的第一紅外線光熱轉換材料110、重量百分比為0.5%的第二紅外線光熱轉換材料120以及重量百分比為0.5%的第三紅外線光熱轉換材料130，此紅外線光熱轉換纖維在紅外線燈源照射10分鐘後溫度增加30.90
C。 表一
由表一的量測結果可知，本發明實施例1到3的紅外線光熱轉換纖維相較於習知添加摻銻二氧化錫的纖維(比較例1)在照射後的升溫效果有提升。另外，由於本發明實施例1的紅外線光熱轉換纖維相較於比較例2的紅外線光熱轉換纖維額外添加複數個被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒122，使得本發明實施例1的紅外線光熱轉換纖維較比較例2的紅外線光熱轉換纖維具有較大的太陽光吸收波長範圍，而導致本發明實施例1的紅外線光熱轉換纖維相較於比較例2的紅外線光熱轉換纖維在照射前後的溫差多了約1.2度。在本發明實施例2的紅外線光熱轉換纖維中，相較於本發明實施例1的紅外線光熱轉換纖維又添加了複數個摻銻二氧化錫微粒132，使得本發明實施例2的紅外線光熱轉換纖維相較於實施例1的紅外線光熱轉換纖維在照射前後的溫差多了約1.1度。本發明實施例3的紅外線光熱轉換纖維相較於實施例2的紅外線光熱轉換纖維在照射前後的溫差多了約1度。因此，相較於本發明的實施例2的紅外線光熱轉換纖維，本發明實施例3的紅外線光熱轉換纖維的成分比例在紅外線燈源照射後有較佳的升溫效果。
另外，在表一中，比較例1和2的紅外線光熱轉換纖維的白度介於69到70之間，而本發明實施例1到3的紅外線光熱轉換纖維的白度介於76到78之間。因此，本發明紅外線光熱轉換纖維裡添加的被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒132，可增加紅外線光熱轉換纖維的白度。
請參考表二，表二是比較在紅外線光熱轉換纖維中添加不同微粒對於紅外線光熱轉換纖維的白度及伸度的影響。表二中的純纖維是沒有添加任何微粒的纖維，經量測所得之白度是80而伸度是20%。比較例3的紅外線光熱轉換纖維是包含重量百分比為1%的第一紅外線光熱轉換材料、重量百分比為0.1%的第三紅外線光熱轉換材料、以及重量百分比為20%的二氧化鈦微粒，經量測所得之白度是77而伸度是4%。本發明實施例1的紅外線光熱轉換纖維經量測所得之白度是78而伸度是13%。 表二
由表二的結果可知。比較例3的紅外線光熱轉換纖維雖然和本發明實施例1的紅外線光熱轉換纖維的白度接近，但伸度卻降低很多。因此，相較於添加二氧化鈦微粒和摻銻二氧化錫微粒的紅外線光熱轉換纖維，本發明紅外線光熱轉換纖維裡添加的被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒132，不僅可維持白度，亦可具有足夠的伸度。
相較於先前技術，本發明紅外線光熱轉換纖維中除了氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒外，也添加被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒，因此本發明紅外線光熱轉換纖維的太陽光吸收波長範圍增加，使紅外線光熱轉換纖維的發熱效果提升。另外，若在上述紅外線光熱轉換纖維中額外添加摻銻二氧化錫微粒，可進一步提升本發明紅外線光熱轉換纖維的發熱效果，改善習知發熱纖維發熱效果不佳的問題。再者，在本發明紅外線光熱轉換纖維中添加的被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒可增加紅外線光熱轉換纖維的白度，改善習知發熱纖維白度不佳的缺點。 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。
10, 20, 30‧‧‧步驟
100‧‧‧第一漿料
110‧‧‧第一紅外線光熱轉換材料
112‧‧‧氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒
120‧‧‧第二紅外線光熱轉換材料
122‧‧‧被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒
130‧‧‧第三紅外線光熱轉換材料
132‧‧‧摻銻二氧化錫微粒
140‧‧‧含有分散劑之水溶液
200‧‧‧第二漿料
210‧‧‧高分子液體
220‧‧‧噴嘴
230‧‧‧酸性溶液
300‧‧‧紅外線光熱轉換纖維
310‧‧‧高分子基質
100‧‧‧第一漿料
110‧‧‧第一紅外線光熱轉換材料
112‧‧‧氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒
120‧‧‧第二紅外線光熱轉換材料
122‧‧‧被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒
130‧‧‧第三紅外線光熱轉換材料
132‧‧‧摻銻二氧化錫微粒
140‧‧‧含有分散劑之水溶液
200‧‧‧第二漿料
210‧‧‧高分子液體
220‧‧‧噴嘴
230‧‧‧酸性溶液
300‧‧‧紅外線光熱轉換纖維
310‧‧‧高分子基質
第1圖是本發明紅外線光熱轉換纖維的製作方法流程圖。 第2圖是本發明紅外線光熱轉換纖維的製作方法示意圖。 第3圖是本發明紅外線光熱轉換纖維的示意圖。
110‧‧‧第一紅外線光熱轉換材料
112‧‧‧氧化鎢微粒及/或複合氧化鎢微粒
120‧‧‧第二紅外線光熱轉換材料
122‧‧‧被摻銻二氧化錫包覆的二氧化鈦微粒
130‧‧‧第三紅外線光熱轉換材料
132‧‧‧摻銻二氧化錫微粒
300‧‧‧紅外線光熱轉換纖維
310‧‧‧高分子基質
Claims (14)
- 一種紅外線光熱轉換纖維，包含：一高分子基質，其中該高分子基質是利用乾式或濕式紡絲方式所形成；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，分散在該高分子基質中；以及一第二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，分散在該高分子基質中。
- 如請求項1所述的紅外線光熱轉換纖維，另包含一第三紅外線光熱轉換材料，具有複數個摻銻二氧化錫微粒，分散在該高分子基質中。
- 如請求項2所述的紅外線光熱轉換纖維，其中該第一紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間，而該第三紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間。
- 如請求項2所述的紅外線光熱轉換纖維，其中該第一至第三紅外線光熱轉換材料的平均粒徑是小於1微米。
- 如請求項1所述的紅外線光熱轉換纖維，另包含一分散劑。
- 如請求項5所述的紅外線光熱轉換纖維，其中該分散劑在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間。
- 如請求項1所述的紅外線光熱轉換纖維，其白度是76以上。
- 一種紅外線光熱轉換纖維的製作方法，包含：提供一第一漿料，其中該第一漿料包含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，該第二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；將該第一漿料與一高分子液體混和以形成一第二漿料；以及用一噴嘴將該第二漿料擠出至一酸性溶液中以形成一紅外線光熱轉換纖維。
- 如請求項8所述的製作方法，其中該第一漿料另包含一第三紅外線光熱轉換材料，具有複數個摻銻二氧化錫微粒。
- 如請求項9所述的製作方法，其中該第一紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間，該第二紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間，而該第三紅外線光熱轉換材料在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和1%之間。
- 如請求項9所述的製作方法，其中該第一漿料中的該第一至第三紅外線光熱轉換材料的平均粒徑是小於1微米。
- 如請求項8所述的製作方法，其中該第一漿料另包含一分散劑，該製作方法另包含研磨該第一及該第二紅外線光熱轉換材料以形成該第一漿料。
- 如請求項12所述的製作方法，其中該分散劑在該紅外線光熱轉換纖維中的重量百分比介於0.1%和5%之間。
- 如請求項8所述的製作方法，其中該高分子液體是嫘縈黏液。
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