TWI754918B - 光變色聚丙烯纖維及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種紡織材料,且特別是有關於一種光變色聚丙烯纖維以及光變色聚丙烯纖維的製備方法。
在全球化的趨勢下,紡織產業正面臨強大的競爭壓力,紡織業者必須不斷地研發新的技術與多元化的產品,才能面對全世界的競爭。
光變色纖維是一種在受到光刺激後可以自動改變顏色的纖維。光變色纖維在一定波長的光線照射下可以產生變色現象,而在另外一種波長的光線照射(或熱的作用)下,又會發生可逆變化回到原來的顏色。光變色纖維主要運用於娛樂服裝、安全服裝、裝飾品以及防偽標識等等。然而,現有的製備方法均相當複雜,且製作出的光變色纖維容易有黃化現象以及光變色壽命不長等問題。
有鑒於此,本發明提供一種光變色聚丙烯纖維以及光變色聚丙烯纖維的製備方法,使用單一主成分熔融紡絲的技術,可製備出不易黃化、具有降低纖維底色效果的光變色纖維,以及延長光變色纖維在受到光刺激後改變顏色的使用壽命。
本發明提供一種光變色聚丙烯纖維,其包括約98~99重量份的聚丙烯、0.2~0.8重量份的光變色劑、0.1~1重量份的紫外光吸收劑以及0.1~1重量份的光安定劑。上述紫外光吸收劑包括
。上述光安定劑包括
,其中n為10~14。
在本發明的一實施例中,光變色聚丙烯纖維更包括0.2~0.3重量份的抗氧化劑。
本發明提供另一種光變色聚丙烯纖維的製備方法,其包括以下步驟。製備光變色母粒,包括將95重量份的聚丙烯以及5重量份的光變色劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述光變色母粒。製備紫外光吸收劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的紫外光吸收劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述紫外光吸收劑母粒,其中所述紫外光吸收劑包括
。製備光安定劑母粒,其包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的光安定劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成光安定劑母粒,其中所述光安定劑包括
,其中n為10~14。進行母粒混合步驟,混合100重量份的所述光變色母粒、10~100重量份的所述紫外光吸收劑母粒、10~100重量份的所述光安定劑母粒以及760~800重量份的聚丙烯母粒,以得到光變色聚丙烯混合物。進行熔融紡絲步驟,對所述光變色聚丙烯混合物進行熔融紡絲,以得到所述光變色聚丙烯纖維。
在本發明的一實施例中,光變色聚丙烯纖維的製備方法更包括以下步驟。製備抗氧化劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的抗氧化劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述抗氧化劑母粒。在上述母粒混合步驟中加入25重量份的所述抗氧化劑母粒,以形成所述光變色聚丙烯混合物。
在本發明的一實施例中,上述抗氧化劑為亞磷酸酯類抗氧化劑,包括螺旋狀亞磷酸酯及其衍生物。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或實例,以實現本發明的不同特徵。特定實例的組成及佈局敘述如下,以簡化本發明。當然這些僅是實例,並非用以限制。
本發明提供一種光變色聚丙烯纖維,其包括約98~99重量份的聚丙烯、0.2~0.8重量份的光變色劑、0.1~1重量份的紫外光吸收劑以及0.1~1重量份的光安定劑。值得注意的是,上述紫外光吸收劑包括
,且上述光安定劑包括
,其中n為10~14。
本發明選用聚丙烯(polypropylene,PP)作為基材,主要優點在於其除了具有較高的耐衝擊性、強韌的機械性質以及抗多種有機溶劑和酸鹼腐蝕之外,還可以降低含水率造成的影響。詳細的說,紡織材料含水率越高越可能影響其物理機械性質,如強力、伸長率、電阻和比重等,甚至對後續的紡絲加工都有一定程度上的困難。
在多個實施例中,上述光變色劑為受到紫外光/陽光照射下可以產生變色現象的光變色劑,其能吸收紫外光/陽光照射的能量,產生分子結構的改變而產生顏色變化;而當失去紫外光/陽光照射的能量後,則回復原本的分子結構及原本的顏色。在一實施例中,上述光變色劑的材料可包括螺惡嗪(spirooxazine)及其衍生物。在一實施例中,上述光變色劑可包括螺絲(spiroyarn)及其衍生物。具體來說,上述光變色劑為受到紫外光/陽光照射下會變成紫色的光變色劑,例如是購自崇裕科技的型號NCC#12。
在一實施例中,上述光變色劑可具有由以下式(I)或式(II)所表示的結構:
式(I)
式(II),其中在所述式(I)中,各R
1包括氫、溴、-N
2O、C
1~C
6的烷基或C
1~C
6的烷氧基;n為1~3的整數,當n等於或大於2時,兩個或兩個以上的R
1可彼此連接形成C
6-C
10的芳香環;R
2包括氫或C
1~C
6的烷基;以及R
3包括氫、亞胺基(imino group)或5元或6元的含氮雜環基。
更具體地說,上述光變色劑可具有由式(I-1)至式(I-10)中任一個所表示的結構:
式(I-1)
式(I-2)
式(I-3)
式(I-4)
式(I-5)
式(I-6)
式(I-7)
式(I-8)
式(I-9)
式(I-10)。
在多個實施例中,紫外光吸收劑能夠將高能量的紫外線光能轉換成熱能或具有無破壞性的長光波釋放出來,從而避免光源中的紫外線所引起的黃變、光澤度降低及物性減弱等問題。在多個實施例中,紫外光吸收劑包括三嗪類紫外線吸收劑。在一實施例中,紫外光吸收劑包括2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-己氧基苯酚(2-(4,6-Diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-5-hexyloxy-phenol),其化學結構為
。在一實施例中,上述紫外光吸收劑的分子量為425。具體來說,上述紫外光吸收劑例如是購自永光化學的型號Eversorb 41 FD。
在多個實施例中,光安定劑可有效地抑制光致降解物理和化學過程。由於高分子材料長期暴露在陽光下或置於強螢光下,吸收了紫外線的能量,而引起自動氧化反應,導致聚合物的降解,使得製品變色、發脆、性能下降,進而無法使用。因此,光安定劑的添加能夠捕捉造成劣化的自由基,阻斷光、氧老化的連鎖反應,有效保護高分子,避免光熱老化所引起的黃變、光澤度降低及物性減弱等問題。在一實施例中,光安定劑包括由丁二酸(butanedioic acid)、二甲酯(dimethyl ester)與4-羥基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇(4-hydroxy-2,2,6,6-tertamethyl-1-piperdine ethanol)所形成的聚合物,其化學結構為
,其中n為10~14。在一實施例中,上述光安定劑的分子量為3100~4000。具體來說,上述光安定劑例如是購自永光化學的型號Eversorb 94 FD。
在多個實施例中,光變色聚丙烯纖維還包括0.2~0.3重量份的抗氧化劑。在多個實施例中,抗氧化劑包括亞磷酸酯類抗氧化劑,其包括螺旋狀亞磷酸酯及其衍生物。由於亞磷酸酯類抗氧化劑與聚丙烯相容性佳,能夠耐聚丙烯加工溫度。此外,相較於受阻酚類抗氧化劑,本發明選擇使用亞磷酸酯類抗氧化劑,可以順利進行連續熔融紡絲,提高紡絲效能。
在本發明的光變色聚丙烯纖維中,藉由添加特定比例的亞磷酸酯類抗氧化劑於聚丙烯中,可明顯改善纖維加工中產生的黃化現象,使變色效果更為明顯,還可以有效地降低纖維底色。在本發明中,將亞磷酸酯類抗氧化劑的含量控制在0.2~0.3重量份之間,可達到最佳的紡絲效能及降低纖維底色的效果。
在一實施例中,上述亞磷酸酯類抗氧化劑例如是購自奇鈦科技的型號Revonox 608。在另一實施例中,上述亞磷酸酯類抗氧化劑例如是購自永安化學的型號Everaox 168、201、204等等。
在一實施例中,本發明的光變色聚丙烯纖維還包括約0.05~0.1重量份的固體分散劑。在一實施例中,上述固體分散劑包括聚酯型分散劑。在一實施例中,上述固體分散劑例如是購自EMS-Griltex的型號D 1377E。
上述所列舉的各組分的示範性結構或產品型號,僅僅為說明起見,並不用於限定本發明。各組分也可以使用其他結構或其他產品型號,只要能製備出本發明的光變色聚丙烯纖維即可。
本發明另提供一種光變色聚丙烯纖維的製備方法,其包括以下步驟。首先,製備光變色母粒,包括將95重量份的聚丙烯以及5重量份的光變色劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述光變色母粒。在一實施例中,可於上述製備光變色母粒的步驟中,額外添加0.1重量份的固體分散劑並均勻混合。在一實施例中,粉體細化步驟為乾式研磨,將粒徑大小研磨至約300~400 nm之間,操作條件為在轉速500 rpm下研磨3分鐘。在一實施例中,粉體分散步驟的操作條件為在轉速500 rpm下分散10分鐘。在一實施例中,混練造粒步驟的混練溫度為220~240℃,螺桿轉速為200 rpm。
接著,製備紫外光吸收劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的紫外光吸收劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述紫外光吸收劑母粒,其中所述紫外光吸收劑包括
。在一實施例中,可於上述製備紫外光吸收劑母粒的步驟中,額外添加0.1重量份的固體分散劑並均勻混合。在一實施例中,粉體細化步驟為乾式研磨,將粒徑大小研磨至約300~400 nm之間,操作條件為在轉速500 rpm下研磨3分鐘。在一實施例中,粉體分散步驟的操作條件為在轉速500 rpm下分散10分鐘。在一實施例中,混練造粒步驟的混練溫度為220~240℃,螺桿轉速為200 rpm。
然後,製備光安定劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的光安定劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成光安定劑母粒,其中所述光安定劑包括
,且n為10~14。在一實施例中,可於上述製備光安定劑母粒的步驟中,額外添加0.1重量份的固體分散劑並均勻混合。在一實施例中,粉體細化步驟為乾式研磨,將粒徑大小研磨至約300~400 nm之間,操作條件為在轉速500 rpm下研磨3分鐘。在一實施例中,粉體分散步驟的操作條件為在轉速500 rpm下分散10分鐘。在一實施例中,混練造粒步驟的混練溫度為220~240℃,螺桿轉速為200 rpm。
將約100重量份的光變色母粒、10~100重量份的所述紫外光吸收劑母粒、10~100重量份的所述光安定劑母粒以及760~800重量份的聚丙烯母粒進行混合,以得到光變色聚丙烯混合物。
再進行熔融紡絲步驟,對上述光變色聚丙烯混合物進行熔融紡絲,以得到所述光變色聚丙烯纖維。在一實施例中,纖維紡絲條件的紡絲溫度為220~230℃, 捲取速度為700 m/min。
在一實施例中,光變色聚丙烯纖維的製備方法還包括製備抗氧化劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的抗氧化劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述抗氧化劑母粒。並且在上述母粒混合步驟中加入25重量份的所述抗氧化劑母粒,以形成如上所述的光變色聚丙烯混合物。在一實施例中,粉體細化步驟為乾式研磨,將粒徑大小研磨至約300~500 nm之間,操作條件為在轉速500 rpm下研磨3分鐘。在一實施例中,粉體分散步驟的操作條件為在轉速500 rpm下分散10分鐘。在一實施例中,混練造粒步驟的混練溫度為220~240℃,螺桿轉速為200 rpm。
以下的實施例係用以詳述本發明之特定態樣,並使本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以實施本發明。然而,以下的實施例不應用以限制本發明。以下,將列舉多個比較例與實施例以驗證本發明的功效。
實驗例1:母粒製備
在本實驗例中,依據下表一的母粒配方,製備出光變色母粒、抗氧化劑母粒、紫外光吸收劑母粒以及光安定劑母粒。
表一
註1:單位均為重量份
註2:光變色劑為購自崇裕科技的型號NCC#12,具有通式(I-10)的結構
註3:抗氧化劑為購自奇鈦科技的型號Revonox 608
註4:分散劑為購自EMS-Griltex的型號D 1377E
註5:紫外光吸收劑為購自永光化學Eversorb 41FD
註6:光安定劑為購自永光化學Eversorb 94FD
母粒樣品 | 母粒配方 | |||||
聚丙烯 | 光變色劑 | 抗氧化劑 | 紫外光吸收劑 | 光安定劑 | 分散劑 | |
光變色母粒 | 94.9 | 5 | -- | -- | -- | 0.1 |
抗氧化劑母粒 | 90 | -- | 10 | -- | -- | -- |
紫外光吸收劑母粒 | 89.9 | -- | -- | 10 | -- | 0.1 |
光安定劑母粒 | 89.9 | -- | -- | -- | 10 | 0.1 |
實驗例2:製備光變色聚丙烯纖維並進行性質測試
在本實驗例中,選用不同的紫外光吸收劑和光安定劑組合以及組成物間不同的比例,以製備出如下表二的各種光變色聚丙烯纖維。這些光變色聚丙烯纖維的纖維機械性質經測試後皆具有良好的紡絲效能。
表二
註1:組成物配方中的單位均為重量份
註2:光變色劑為購自崇裕科技的型號NCC#12,具有通式(I-10)的結構
註3:第一紫外光吸收劑為購自永光化學Eversorb 12
註4:第二紫外光吸收劑為購自永光化學Eversorb 41FD
註5:第一光安定劑為購自永光化學Eversorb 90
註6:第二光安定劑為購自永光化學Eversorb 94FD
註7:抗氧化劑為購自奇鈦科技的型號Revonox 608
組成物配方 | 纖維機械性質 | |||||||||
聚丙烯 | 光變色劑 | 第一紫外光吸收劑 | 第二 紫外 光吸 收劑 | 第一 光安 定劑 | 第二 光安 定劑 | 抗氧 化劑 | 纖維規格 (d/12f) | 纖維強度 (g/d) | 纖維伸度(%) | |
比較例1 | 99.5 | 0.5 | -- | -- | -- | -- | -- | 103 | 2.62 | 71 |
比較例2 | 99.25 | 0.5 | -- | -- | -- | -- | 0.25 | 101 | 2.53 | 71 |
比較例3 | 98.4 | 0.5 | 0.1 | -- | -- | 1 | -- | 109 | 2.43 | 76 |
比較例4 | 98.15 | 0.5 | 0.1 | -- | -- | 1 | 0.25 | 108 | 2.41 | 77 |
比較例5 | 98.4 | 0.5 | -- | 0.1 | 1 | -- | -- | 115 | 2.04 | 93 |
比較例6 | 98.15 | 0.5 | -- | 0.1 | 1 | -- | 0.25 | 109 | 2.01 | 92 |
比較例7 | 99.15 | 0.5 | -- | 0.1 | -- | -- | 0.25 | 101 | 2.52 | 69 |
比較例8 | 98.25 | 0.5 | -- | -- | -- | 1 | 0.25 | 102 | 2.54 | 70 |
實施例1 | 98.4 | 0.5 | -- | 0.1 | -- | 1 | -- | 104 | 2.57 | 72 |
實施例2 | 98.15 | 0.5 | -- | 0.1 | -- | 1 | 0.25 | 103 | 2.53 | 73 |
實施例3 | 98.25 | 0.5 | -- | 0.5 | -- | 0.5 | 0.25 | 104 | 2.54 | 75 |
實施例4 | 98.15 | 0.5 | -- | 1 | -- | 0.1 | 0.25 | 109 | 2.51 | 78 |
實驗例3:紫外光光照測試
在本實驗例中,使用紫外光照射這些光變色聚丙烯纖維,其變色效果及L*a*b*色彩空間性質如下表三。
表三
註1:L*代表亮度
註2:a*代表顏色對立維度,若a*值為正(+)代表受測式樣偏紅;a*值為負(-)代表受測式樣偏綠
註3:b*代表顏色對立維度,若b*值為正(+)代表受測式樣偏黃;b*值為負(-)代表受測式樣偏藍
註4:◎代表變色性極佳;△代表變色性不佳;X代表不變色
光照時數 (4小時) | 光照時數 (12小時) | 光照時數 (24小時) | 光變色效果 | L* | a* | b* | |
比較例1 | X | X | X | 不變色 | 84.7 | +5.4 | +1.5 |
比較例2 | ◎ | X | X | 不變色 | 84.3 | +3.5 | -2.2 |
比較例3 | ◎ | ◎ | △ | 不佳 | 89.6 | +1.1 | +5 |
比較例4 | ◎ | △ | X | 不變色 | 88.6 | +1.8 | +3.5 |
比較例5 | ◎ | △ | △ | 不佳 | 86 | +3.8 | +2.9 |
比較例6 | ◎ | △ | X | 不變色 | 86.6 | +3 | +2.1 |
比較例7 | ◎ | △ | △ | 不佳 | 84.1 | +2.9 | -2.6 |
比較例8 | ◎ | △ | △ | 不佳 | 85.7 | +4.9 | -1.7 |
實施例1 | ◎ | ◎ | ◎ | 極佳 | 89.5 | +1.3 | +3.8 |
實施例2 | ◎ | ◎ | ◎ | 極佳 | 88.2 | +1.2 | +2.3 |
實施例3 | ◎ | ◎ | ◎ | 極佳 | 84.3 | +2.6 | -3.2 |
實施例4 | ◎ | ◎ | ◎ | 極佳 | 84.4 | +1.2 | -3.6 |
由表三可知,比較例1與比較例2的相異之處在於,比較例1是使用未添加抗氧化劑的配方,由於纖維已產生黃化現象,因此纖維並沒有產生變色效果。雖然,比較例2是使用添加抗氧化劑的配方,但是在拉長紫外光的光照時數後,其變色效果仍不如預期。
從比較例3和比較例4可以看出,使用添加第一紫外光吸收劑(購自永光化學Eversorb 12)的配方,在拉長紫外光照射時數後,其變色效果不佳或不變色。因此,紫外光吸收劑較佳地應選擇第二紫外光吸收劑(購自永光化學Eversorb 41FD)。再從比較例5及比較例6中可看出,使用添加第一光安定劑(購自永光化學Eversorb 90)的配方,在拉長紫外光照射時數後,其變色效果亦不佳或不變色。因此,光安定劑較佳地應選擇第二光安定劑(購自永光化學Eversorb 94FD)。
比較例7僅使用添加第二紫外光吸收劑而不含有第二光安定劑的配方,其變色效果不佳。比較例8僅使用添加第二光安定劑而不含有第二紫外光吸收劑的配方,其變色效果不佳。由上可知,應搭配使用第二紫外光吸收劑和第二光安定劑才會有如本發明實施例1至實施例4具有極佳變色效果之光變色聚丙烯纖維的優點。
從實施例1及實施例2的L*a*b*值可看出,添加有抗氧化劑配方的纖維,其纖維顏色偏白。也就是說,添加有抗氧化劑配方的光變色聚丙烯纖維具有降低纖維底色的效果。再從實施例3及實施例4中可看出,將第二紫外光吸收劑的添加量控制在0.1~1重量份且將第二光安定劑的添加量控制在0.1~1重量份,可在提高紫外光光照時數的情況下延長光變色聚丙烯纖維的使用壽命。
實驗例4:對色測試
在本實驗例中,使用潘通(Pantone)色號與比較例和本發明實施例在變色後進行對色,其色號如下表四。這些光變色聚丙烯纖維在受到紫外光/陽光照射下會變成紫色。
表四
Pantone色號 | |
比較例1 | 17-2627TP 18-2333TP |
比較例2 | 16-3320TP 18-3224TP |
比較例3 | 14-3207TP 15-3214TP |
比較例4 | 14-3207TP 15-3214TP |
比較例5 | 15-2913TP 16-3116TP |
比較例6 | 16-3416TP 17-3323TP |
比較例7 | 16-3416TP 17-3323TP |
比較例8 | 14-3612TP 16-3525TP |
實施例1 | 15-2913TP 16-3116TP |
實施例2 | 16-3416TP 17-3323TP |
實施例3 | 16-3520TP 18-3533TP |
實施例4 | 14-3612TP 16-3525TP |
綜上所述,在本發明的光變色聚丙烯纖維中,藉由添加特定比例且包括有
的紫外光吸收劑以及包括有
( n為10~14)的光安定劑於聚丙烯中,可延長光變色纖維在受到光刺激後改變顏色的使用壽命。此外,藉由添加特定比例的亞磷酸酯類抗氧化劑,可以降低纖維底色並使纖維變色效果更為明顯。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,但其他實施方式亦有可能。因此,所請請求項之精神與範圍並不限定於此處實施方式所含之敘述。
任何熟習此技藝者可明瞭,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。
無
無
無
Claims (8)
- 如申請專利範圍第1項所述的光變色聚丙烯纖維,更包括0.2~0.3重量份的抗氧化劑。
- 如申請專利範圍第2項所述的光變色聚丙烯纖維,其中所述抗氧化劑為亞磷酸酯類抗氧化劑,包括螺旋狀亞磷酸酯及其衍生物。
- 一種光變色聚丙烯纖維的製備方法,包括:製備光變色母粒,包括將95重量份的聚丙烯以及5重量份的光變色劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述光變色母粒;製備紫外光吸收劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的紫外光吸收劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述紫外光吸收 劑母粒,其中所述紫外光吸收劑包括;製備光安定劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的光安定劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成光安定劑母粒,其中所述光安定劑包括,其中n為10~14;進行母粒混合步驟,混合100重量份的所述光變色母粒、10~100重量份的所述紫外光吸收劑母粒、10~100重量份的所述光安定劑母粒以及760~800重量份的聚丙烯母粒,以得到光變色聚丙烯混合物;以及進行熔融紡絲步驟,對所述光變色聚丙烯混合物進行熔融紡絲,以得到所述光變色聚丙烯纖維。
- 如申請專利範圍第5項所述的光變色聚丙烯纖維的製備方法,更包括:製備抗氧化劑母粒,包括將90重量份的聚丙烯以及10重量份的抗氧化劑均勻混合,並經粉體細化步驟、粉體分散步驟以及混練造粒步驟,以形成所述抗氧化劑母 粒;以及在所述母粒混合步驟中加入25重量份的所述抗氧化劑母粒,以形成所述光變色聚丙烯混合物。
- 如申請專利範圍第6項所述的光變色聚丙烯纖維的製備方法,其中所述抗氧化劑為亞磷酸酯類抗氧化劑,其包括螺旋狀亞磷酸酯及其衍生物。
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