TWI720894B - 溫度調節耐隆纖維 - Google Patents

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Abstract

一種溫度調節耐隆纖維包括纖維本體以及相變化組成物。相變化組成物摻雜於纖維本體中，且包括450重量份至550重量份的聚四氫呋喃衍生物以及5重量份至20重量份的琥珀酸酐衍生物。以100重量份的溫度調節耐隆纖維計，相變化組成物的含量介於6重量份至12重量份間。

Description

溫度調節耐隆纖維
本揭露內容是有關於一種耐隆纖維，且特別是有關於一種具有溫度調節性能的耐隆纖維。
近年來，全球溫室效應造成極端的氣候變遷，而極冷與極熱的氣候亦改變著衣著的型態，使得傳統服飾將科技導入以強化保暖的功能。相變化材料是一種在特定溫度範圍內可進行相轉換的物質，且其在進行相轉換的過程中常伴隨大量潛熱(latent heat)的吸收或釋放。相變化材料最大的特點在於當其吸收或釋放大量潛熱時，仍可使得環境的溫度維持在一定的範圍內。因此，相變化材料常被應用於保暖織物的相關領域中。然而，如何克服將相變化材料整合至織物時的諸多限制仍為紡織業者積極研究的重要課題。
本揭露提供一種溫度調節耐隆纖維，其可被應用於織物中，以使得織物具有良好的保暖效果。
根據本揭露一實施方式，溫度調節耐隆纖維包括纖維本體以及相變化組成物。相變化組成物摻雜於纖維本體中，且包括450重量份至550重量份的聚四氫呋喃衍生物以及5重量份至20重量份的琥珀酸酐衍生物。以100重量份的溫度調節耐隆纖維計，相變化組成物的含量介於6重量份至12重量份間。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物的相變化溫度介於21℃至29℃間。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物的潛熱值介於60焦耳/克至95焦耳/克間。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物的初始裂解溫度介於260℃至330℃間，且最大裂解溫度介於350℃至410℃間。
在本揭露一實施方式中，聚四氫呋喃衍生物的重量平均分子量介於1800g/mole至3200g/mole間。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物的重量平均分子量介於20000g/mole至30000g/mole間。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物包括9重量份至20重量份的馬來酸酐衍生物。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物包括0.25莫耳份至0.99莫耳份的第一結構單元以及0.01莫耳份至0.75莫耳份的第二結構單元。第一結構單元如式(1)所示，
Figure 02_image001
式(1)，且第二結構單元如式(2)所示，
Figure 02_image003
式(2)，其中n為25至48的正整數。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物包括10重量份至25重量份的直鏈脂肪酸衍生物。
在本揭露一實施方式中，相變化組成物包括0.40莫耳份至0.80莫耳份的第一結構單元、0.01莫耳份至0.40莫耳份的第二結構單元以及0.18莫耳份至0.22莫耳份的第三結構單元。第一結構單元如式(1)所示，
Figure 02_image001
式(1)，第二結構單元如式(2)所示，
Figure 02_image003
式(2)，且第三結構單元如式(3)所示，
Figure 02_image005
式(3)，其中n為25至48的正整數。
根據本揭露上述實施方式，由於本揭露的溫度調節耐隆纖維包括纖維本體以及適量地摻雜於纖維本體中的相變化組成物，且相變化組成物又包括適量的聚四氫呋喃衍生物以及琥珀酸酐衍生物，因此可使得本揭露的溫度調節耐隆纖維具有良好的溫度調節性能，從而可應用於穿戴型保暖織物的相關領域。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的，因此不應用以限制本揭露。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。
在本文中，有時以鍵線式(skeleton formula)表示聚合物或基團的結構。這種表示法可以省略碳原子、氫原子以及碳氫鍵。當然，結構式中有明確繪出原子或原子基團的，則以繪示者為準。
本揭露內容提供一種溫度調節耐隆纖維，其包括纖維本體以及摻雜於纖維本體中的相變化組成物。由於相變化組成物適量地摻雜於纖維本體中，且又包括適量的聚四氫呋喃衍生物以及琥珀酸酐衍生物，因此本揭露的溫度調節耐隆纖維可具有良好的溫度調節性能，從而使得以其所製成的溫度調節織物具有良好的保暖效果。
溫度調節耐隆纖維包括纖維本體以及相變化組成物。纖維本體的基底材料為耐隆。相變化組成物適量地摻雜於纖維本體中，以提供溫度調節耐隆纖維良好的溫度調節性能。具體而言，當以100重量份的溫度調節耐隆纖維計，相變化組成物的含量介於6重量份至12重量份間。另外，相變化組成物包括450重量份至550重量份的聚四氫呋喃衍生物以及5重量份至20重量份的琥珀酸酐衍生物，從而具有好的潛熱及相變化溫度。
在一些實施方式中，相變化組成物的重量平均分子量可介於20000g/mole至30000g/mole間，使其與纖維本體間具有良好的相容性，從而提供溫度調節耐隆纖維良好的纖維形態。另外，具有上述重量平均分子量的相變化組成物可具有良好的耐熱性，從而避免其於熔融紡絲的過程中發生熱裂解及閃燃，以確保製程上的安全性與穩定性。又，具有上述重量平均分子量的相變化組成物可具有固體與彈性體(膠體)間的相轉換，因此其可直接摻雜於纖維本體中以製作成單組份的溫度調節耐隆纖維。詳細而言，習知的相變化材料的相轉換通常是發生於固體與液體間，由於考量到液體滲漏的問題，因此常需將相變化材料包覆於微膠囊中方能配置於纖維本體中，或是常需將其製作成雙組份的纖維(例如，芯鞘型纖維)，以克服液體滲漏的問題。因此，相較於習知的相變化材料，由於本揭露的相變化組成物的相轉換是發生於固體與彈性體(膠體)間，因此其可製作成單組份的溫度調節耐隆纖維，從而簡化溫度調節耐隆纖維的製作過程，並提供使用者穿戴輕便性及舒適性。另外，由於本揭露的相變化組成物的相轉換是發生於固體與彈性體(膠體)間，因此可避免其於熔融紡絲的過程中因發生熔融遷移而導致纖維本體表面產生油膩感，從而提升後整理加工的便利性(例如，提升纖維的染色性)。
相變化組成物包括450重量份至550重量份的聚四氫呋喃衍生物以及5重量份至20重量份的琥珀酸酐衍生物。具體而言，相變化組成物可包括如式(1)所示的第一結構單元，
Figure 02_image001
式(1)，其中n為25至48的正整數。由於聚四氫呋喃衍生物具有直鏈型結構，因此可促使以其所形成的相變化組成物具有直鏈型結構，從而可增加高分子間的作用力，提高相變化時的潛熱。在一些實施方式中，聚四氫呋喃衍生物的重量平均分子量可介於1800g/mole至3200g/mole間，以提供其反應前驅物(例如，聚四氫呋喃)良好的反應性，從而使得以其所形成的相變化組成物具有前述合適的重量平均分子量。
在一些實施方式中，相變化組成物可更包括9重量份至20重量份的馬來酸酐衍生物。具體而言，相變化組成物可包括0.25莫耳份至0.99莫耳份的第一結構單元以及0.01莫耳份至0.75莫耳份的第二結構單元，其中第一結構單元如式(1)所示，
Figure 02_image001
式(1)，第二結構單元如式(2)所示，
Figure 02_image003
式(2)，且n為25至48的正整數。對此，具有馬來酸酐衍生物的相變化組成物可提供良好的溫度調節性能，並可具有如前述相變化組成物的各種優點。
在一些實施方式中，相變化組成物可更包括10重量份至25重量份的直鏈脂肪酸衍生物。具體而言，相變化組成物可包括0.40莫耳份至0.80莫耳份的第一結構單元、0.01莫耳份至0.40莫耳份的第二結構單元以及0.18莫耳份至0.22莫耳份的第三結構單元，其中第一結構單元如式(1)所示，
Figure 02_image001
式(1)，第二結構單元如式(2)所示，
Figure 02_image003
式(2)，第三結構單元如式(3)所示，
Figure 02_image005
式(3)，且n為25至48的正整數。由於直鏈脂肪酸衍生物具有直鏈型結構，因此可促使以其所形成的相變化組成物具有直鏈型結構，從而提高相變化時的潛熱。具有直鏈脂肪酸衍生物的相變化組成物可提供良好的溫度調節性能，並可具有如前述相變化組成物的各種優點。
在一些實施方式中，可依上述比例混合聚四氫呋喃、琥珀酸酐、馬來酸酐及/或直鏈脂肪酸衍生物溶於適量的甲苯中，以進行酯化反應，從而得到所述相變化組成物。在一些實施方式中，可透過將琥珀酸酐的添加量調整為大於馬來酸酐的添加量，來確保相變化組成物具有直鏈型結構，從而可提高相變化時的潛熱。在一些實施方式中，可透過質子酸的添加以及共沸迴流的反應方式，以促使反應快速且完全地進行。
在一些實施方式中，相變化組成物的相變化溫度可介於21℃至29℃間，從而提供溫度調節耐隆纖維合適的相變化溫度，以應用於穿戴型保暖織物等產品，並滿足使用者的穿戴需求。具體而言，在一些實施方式中，溫度調節耐隆纖維的相變化溫度可介於27℃至29℃間。在一些實施方式中，相變化組成物的潛熱值可介於60焦耳/克至95焦耳/克間，使其在進行相轉換的過程中，可具備吸收一定熱能的特質，以達到良好的溫度緩衝效果，從而使溫度調節耐隆纖維具有良好的溫度調節性能。具體而言，在一些實施方式中，在相變化組成物的相變化溫度區間，溫度調節耐隆纖維的熱焓值可介於3焦耳/克至8焦耳/克間。
在一些實施方式中，相變化組成物的初始熱裂解溫度可介於260℃至330℃間，且其最大熱裂解溫度可介於350℃至410℃間。具有上述熱裂解溫度的相變化組成物可具有良好的耐熱性，從而避免其於熔融紡絲的過程中發生熱裂解及閃燃，以確保製程上的安全性與穩定性。在一些實施方式中，相變化組成物在溫度為56℃時的黏度可介於14000cP至15000cP間，使具有良好的紡絲性以製備出高良率的溫度調節耐隆纖維。
在以下敘述中，將列舉本揭露多個實施例以及比較例來進行各種分析以驗證本揭露的功效。實施例1至5為本揭露的相變化組成物，而實施例6至9為本揭露的溫度調節耐隆纖維。詳細而言，實施例6至9的溫度調節耐隆纖維是透過將實施例4的相變化組成物以不同的含量分別摻雜於纖維本體中而製成的。另外，比較例1是市售的相變化材料，而比較例2是市售的聚酯纖維。各實施例與各比較例的成分與含量如表一所示。
表一
聚四氫呋喃衍生物 琥珀酸酐衍生物 馬來酸酐衍生物 直鏈脂肪酸衍生物
實施例1 500 (分子量2000) 12.51 12.25 0
實施例2 500 (分子量2000) 6.25 18.38 0
實施例3 500 (分子量2000) 10.01 9.80 14.22
實施例4 500 (分子量3000) 16.68 0 0
實施例5 500 (分子量3000) 8.34 0 23.71
比較例1 市售的相變化材料：正十八烷
  實施例4的相變化組成物的含量(以100重量份的纖維計)
實施例6 6
實施例7 8
實施例8 10
實施例9 12
比較例2 0
註1：各成分含量的單位為重量份 註2：實施例6至9的溫度調節耐隆纖維為單組份的長纖維 註3：比較例2的聚酯纖維為雙組份的芯鞘型短纖維，其中的相變化材料位於芯層且為正十八烷 >實驗例1：相變化組成物的熱性質分析>
在本實驗例中，透過微示差掃描熱卡分析法(differential scanning calorimetry， DSC)對實施例1至5的相變化組成物以及比較例1的相變化材料進行主要相變化溫度以及熱焓值(潛熱值)的測量，並透過熱重力分析法(thermogravimetric analysis，TGA) 對實施例1至5的相變化組成物以及比較例1的相變化材料進行熱裂解溫度的測量。測量結果如表二所示。
表二
主要相變化溫度 (℃) 熱焓值 (J/g) 初始熱裂解溫度 (℃) 最大熱裂解溫度 (℃)
實施例1 22.8 64.80 282 370
實施例2 23.1 64.40 327 410
實施例3 21.0 69.30 266 350
實施例4 28.1 93.30 313 408
實施例5 27.9 86.39 290 390
比較例1 30.7 213.7 90 151
如表二所示，實施例1至5的相變化組成物具有合適的相變化溫度以及一定的熱焓值(潛熱值)，以滿足使用者的穿戴需求並可具有良好的溫度緩衝效果。另外，相較於比較例1的相變化材料，實施例1至5的相變化組成物具有明顯較大的初始熱裂解溫度以及最大熱裂解溫度，顯示其具有較佳的耐熱性，從而避免其於熔融紡絲的過程中發生熱裂解及閃燃，以確保製程上的安全性與穩定性，並從而提升溫度調節耐隆纖維的良率。 >實驗例2：纖維的熱性質分析>
在本實驗例中，對實施例6至9的溫度調節耐隆纖維及/或比較例2的聚酯纖維進行主要相變化溫度、熱焓值、纖維強度、纖維拉伸率以及纖維規格的測量。測量結果如表三所示。
表三
主要相變化溫度 (℃) 熱焓值 (J/g) 纖維強度 (g/d) 纖維拉伸率 (%) 纖維規格 (d/24f)
實施例6 27.9 3.01 3.92 50.7 70.9
實施例7 28.3 4.51 3.74 51.9 70.7
實施例8 28.4 6.81 3.69 35.8 95.1
實施例9 28.1 7.37 3.49 49.8 79.1
比較例2 26.4/32.9 0.29/0.57 未測量 未測量 未測量
註1：比較例2的聚酯纖維具有兩個主要相變化溫度以及其分別對應的兩個熱焓值
如表三所示，實施例6至9的溫度調節耐隆纖維具有合適的相變化溫度，以滿足使用者的穿戴需求。另外，相較於比較例2的聚酯纖維，實施例6至9的溫度調節耐隆纖維具有明顯較大的熱焓值，顯示其可具有較佳的溫度緩衝效果，從而達到較佳的溫度調節性能。在實施例6至9中，纖維強度可介於3.4克/丹尼至4.0克/丹尼間，纖維拉伸率可介於35%至52%間，纖維規格可介於70d/24f至96d/24f，顯示本揭露的溫度調節耐隆纖維符合工業上的標準且具有良好應用性。
根據本揭露上述實施方式，本揭露的溫度調節耐隆纖維包括纖維本體以及摻雜於纖維本體中的相變化組成物。相變化組成物包括聚四氫呋喃衍生物以及琥珀酸酐衍生物，並可選擇性地包括馬來酸酐衍生物以及直鏈脂肪酸衍生物。本揭露的相變化組成物具有良好的耐熱性以及固體與彈性體(膠體)間的相轉換，從而提供溫度調節耐隆纖維良好的製作便利性。另外，使用本揭露溫度調節耐隆纖維所製成的織物可具有良好的保暖效果及穿戴輕便性。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
無
無
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Claims (10)

  1. 一種溫度調節耐隆纖維，包括： 纖維本體；以及 相變化組成物，摻雜於所述纖維本體中，所述相變化組成物包括： 450重量份至550重量份的聚四氫呋喃衍生物；以及 5重量份至20重量份的琥珀酸酐衍生物， 其中以100重量份的所述溫度調節耐隆纖維計，所述相變化組成物的含量介於6重量份至12重量份間。
  2. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物的相變化溫度介於21℃至29℃間。
  3. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物的潛熱值介於60焦耳/克至95焦耳/克間。
  4. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物的初始熱裂解溫度介於260℃至330℃間，且最大熱裂解溫度介於350℃至410℃間。
  5. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述聚四氫呋喃衍生物的重量平均分子量介於1800g/mole至3200g/mole間。
  6. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物的重量平均分子量介於20000g/mole至30000g/mole間。
  7. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物包括9重量份至20重量份的馬來酸酐衍生物。
  8. 如請求項7所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物包括： 0.25莫耳份至0.99莫耳份的第一結構單元，所述第一結構單元如式(1)所示，
    Figure 03_image001
    式(1)；以及 0.01莫耳份至0.75莫耳份的第二結構單元，所述第二結構單元如式(2)所示，
    Figure 03_image003
    式(2)，其中n為25至48的正整數。
  9. 如請求項1所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物包括10重量份至25重量份的直鏈脂肪酸衍生物。
  10. 如請求項9所述的溫度調節耐隆纖維，其中所述相變化組成物包括： 0.40莫耳份至0.80莫耳份的第一結構單元，所述第一結構單元如式(1)所示，
    Figure 03_image001
    式(1)； 0.01莫耳份至0.40莫耳份的第二結構單元，所述第二結構單元如式(2)所示，
    Figure 03_image003
    式(2)；以及 0.18莫耳份至0.22莫耳份的第三結構單元，所述第三結構單元如式(3)所示，
    Figure 03_image005
    式(3)，其中n為25至48的正整數。
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