TWI798567B - 機能性樹脂材料、其製造方法及感濕收縮織物 - Google Patents

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宋憶青
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Abstract

一種機能性樹脂材料是藉由包括以下試劑製備而成：多元醇、多元胺、第一交聯劑、第二交聯劑以及奈米纖維素。第一交聯劑及第二交聯劑各自包括異氰酸酯嵌段。奈米纖維素包括以式(1)表示的重複單元，

Description

機能性樹脂材料、其製造方法及感濕收縮織物
本揭露內容是有關於一種紡織材料，且特別是有關於一種機能性樹脂材料及其製造方法，以及使用機能性樹脂材料所製成的感濕收縮織物。
隨著現今社會生活水準的提升，人們對於機能性紡織品的需求越來越高，且隨著各種機能性紡織品不斷地問世，具有特定目的的機能性紡織品的發展亦日趨完善。
對於穿戴型紡織品而言，其常隨著使用者的汗液或環境溼度的提升而黏附在使用者皮膚，造成穿戴舒適感大幅地降低。因此，如何降低穿戴型紡織品與使用者身體間的黏附並從而提升穿戴舒適感為紡織業者積極研究的重要課題。
本揭露提供一種機能性樹脂材料，其可牢固地配置於基布上，使得以其所製得的感濕收縮織物具有良好的感濕收縮性以及水洗牢度。
根據本揭露一些實施方式，機能性樹脂材料藉由包括以下試劑製備而成：多元醇、多元胺、第一交聯劑、第二交聯劑以及奈米纖維素。第一交聯劑及第二交聯劑各自包括異氰酸酯嵌段。奈米纖維素包括以式(1)表示的重複單元，
Figure 02_image001
式(1)。
在本揭露一些實施方式中，奈米纖維素的粒徑介於16奈米至20奈米間。
在本揭露一些實施方式中，多元胺的重量平均分子量介於600g/mole至8000g/mole間。
在本揭露一些實施方式中，第一交聯劑及第二交聯劑具有相同的分子結構。
在本揭露一些實施方式中，多元醇的重量平均分子量介於2000g/mole至10000g/mole間。
在本揭露一些實施方式中，多元醇是含醚基的多元醇，包括聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)。
在本揭露一些實施方式中，多元胺包括脂肪族胺、聚醚胺、聚醯胺或聚醯亞胺。
在本揭露一些實施方式中，脂肪族胺為己二胺、二乙基己二胺、三甲基己二胺、庚二胺、三甲基乙二胺、壬二胺、四甲基乙二胺、四乙基乙二胺、月桂胺二亞丙基二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或聚乙烯亞胺。
根據本揭露一些實施方式，機能性樹脂材料的製造方法包括以下步驟。進行第一熱製程，以混合多元醇、第一交聯劑及奈米纖維素，以形成第一混合物，其中第一熱製程的反應溫度介於90℃至120℃間。進行第二熱製程，以混合第一混合物及第二混合物，以形成機能性樹脂材料，其中第二混合物包括第二交聯劑及多元胺，且第二熱製程的反應溫度介於120℃至150℃間。
在本揭露一些實施方式中，第一交聯劑及第二交聯劑具有相同的分子結構。
在本揭露一些實施方式中，第一交聯劑及第二交聯劑各自包括如式(2)所示的結構單元，
Figure 02_image003
式(2)，其中R1 、R2 及R3 中任兩者以上包括異氰酸酯嵌段。
在本揭露一些實施方式中，第一交聯劑的添加量介於2.2重量份至2.6重量份間，且第二交聯劑的添加量介於0.4重量份至0.8重量份間。
在本揭露一些實施方式中，多元醇的添加量介於0.5重量份至1.5重量份間，多元胺的添加量介於2重量份至4重量份間，且奈米纖維素的添加量介於0.01重量份至0.05重量份間。
在本揭露一些實施方式中，第一交聯劑及第二交聯劑各自包括異氰酸酯嵌段，多元醇及奈米纖維素各自包括羥基，且異氰酸酯嵌段的總量與羥基的總量的比值介於1.0至2.5間。
在本揭露一些實施方式中，第一熱製程的反應時間介於10分鐘至30分鐘間，且第二熱製程的反應時間介於2分鐘至5分鐘間。
根據本揭露一些實施方式，感濕收縮織物藉由包括以下步驟的方法製備而成。進行第一熱製程，以混合多元醇、第一交聯劑及奈米纖維素，以形成第一混合物，其中第一熱製程的反應溫度介於90℃至120℃間。混合第一混合物及第二混合物，以形成第三混合物，其中第二混合物包括第二交聯劑及多元胺。將基布含浸於第三混合物中，使得第三混合物覆蓋基布並滲透至基布中。進行第二熱製程，使得第三混合物形成機能性樹脂材料，且機能性樹脂材料配置在基布上，以形成感濕收縮織物，其中第二熱製程的反應溫度介於120℃至150℃間。
在本揭露一些實施方式中，基布具有至少兩層，且機能性樹脂材料配置於基布的兩層間。
在本揭露一些實施方式中，奈米纖維素的粒徑介於16奈米至20奈米間。
在本揭露一些實施方式中，多元胺的重量平均分子量介於600g/mole至8000g/mole間。
在本揭露一些實施方式中，第三混合物的黏度介於5cP至25cP間。
根據本揭露上述實施方式，感濕收縮織物包括基布以及機能性樹脂材料。機能性樹脂材料具有多個胺基與羥基且配置在基布上，因此可提升感濕收縮織物的感濕收縮性，在高濕度的環境下增加使用者皮膚與感濕收縮織物間的距離，以提升使用者的穿戴舒適感。在感濕收縮織物的製備過程中，透過調控兩段式熱製程各自的反應溫度，可確保機能性樹脂材料具有複雜的網狀結構，從而牢固地配置在基布上，有利於提升感濕收縮織物的水洗牢度。如此一來，本揭露的感濕收縮織物於多次洗滌後仍可良好地維持其功能，更可廣泛地應用於機能性服飾的領域。
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機能性樹脂材料，其具有多個胺基與羥基，並可牢固地配置於基布上，從而提升以其所製得的感濕收縮織物的感濕收縮性以及水洗牢度。相較於習知的感濕收縮織物，本揭露的感濕收縮織物具有高的單位面積收縮率，且其在多次洗滌後仍可維持良好的感濕收縮性。
第1圖繪示根據本揭露一實施方式的感濕收縮織物的製造方法的流程圖。請參閱第1圖，抗污織物的製造方法包括步驟S10至S40。在步驟S10中，進行第一熱製程，以形成第一混合物。在步驟S20中，混合第一混合物及第二混合物，以形成第三混合物。在步驟S30中，將基布含浸於第三混合物中。在步驟S40中，進行第二熱製程，以形成機能性樹脂材料及感濕收縮織物。在以下敘述中，將進一步說明上述各步驟。
首先，提供多元醇、奈米纖維素及第一交聯劑。在一些實施方式中，多元醇可例如是含醚基的多元醇，包括聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)或聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)，從而提供機能性樹脂材料良好的感濕收縮性。在一些實施方式中，多元醇的重量平均分子量可介於2000g/mole至10000g/mole間。詳細而言，由於多元醇具有羥基，且其羥基又可被保留於後續形成的機能性樹脂材料中，因此多元醇可提供機能性樹脂材料良好的感濕收縮性，從而提升以其所製得的感濕收縮織物的單位面積收縮率。
奈米纖維素包括以式(1)表示的重複單元，
Figure 02_image001
式(1)。在一些實施方式中，奈米纖維素的粒徑可介於16奈米至20奈米間，以提供良好的反應性。詳細而言，由於奈米纖維素具有多個羥基，且多個羥基又可被保留於後續形成的機能性樹脂材料中，因此奈米纖維素可提供機能性樹脂材料良好的感濕收縮性，從而提升以其所製得的感濕收縮織物的單位面積收縮率。
在一些實施方式中，第一交聯劑可包括異氰酸酯三聚體。具體而言，第一交聯劑可包括如式(2)所示的結構單元，
Figure 02_image003
式(2)。在一些實施方式中，第一交聯劑可包括脂肪族異氰酸酯(例如是HDI、TMDI或XDI)三聚體、脂環族異氰酸酯(例如是IPDI、HMDI或HTDI)三聚體、芳香族異氰酸酯(例如是TDI或MDI)三聚體或其組合。第一交聯劑包括異氰酸酯嵌段。舉例而言，異氰酸酯三聚體的至少兩末端可具有異氰酸酯嵌段。具體而言，在以式(2)表示的第一交聯劑中，R1 、R2 及R3 中任兩者以上包括異氰酸酯嵌段。
接著，進行步驟S10，進行第一熱製程，以混合多元醇、奈米纖維素以及第一交聯劑，從而形成第一混合物，其中第一熱製程的反應溫度介於90℃至120℃間。在一些實施方式中，多元醇的添加量可介於0.5重量份至1.5重量份間，奈米纖維素的添加量可介於0.01重量份至0.05重量份間，且第一交聯劑的添加量可介於2.2重量份至2.6重量份間。在一些實施方式中，第一熱製程的反應時間可介於10分鐘至30分鐘間，以確保反應進行至一定的程度。
在第一熱製程期間，第一交聯劑可與多元醇以及奈米纖維素各自的羥基反應，從而形成第一混合物。如前所述，由於多元醇的重量平均分子量可介於2000g/mole至10000g/mole間，因此可使得後續形成的感濕收縮織物具有良好的感濕收縮性、水洗牢度及柔軟度，並可有效降低製造成本。具體而言，若多元醇的重量平均分子量小於2000g/mole，可能導致後續形成的機能性樹脂材料無法牢固地配置於基布上，從而使得感濕收縮織物具有低的感濕收縮性以及水洗牢度；而若多元醇的重量平均分子量大於10000g/mole，則可能導致感濕收縮織物具有低的柔軟度，且容易使反應時間增加，不利於降低製造成本。
隨後，進行步驟S20，混合第一混合物及第二混合物，以形成第三混合物，其中第二混合物包括第二交聯劑及多元胺。第二交聯劑可於後續的熱製程中提升機能性樹脂材料的鏈段長度及交聯程度，從而使得機能性樹脂材料更牢固地配置於基布上，以使得感濕收縮織物具有良好的感濕收縮性以及水洗牢度。另一方面，多元胺的胺基可被保留於後續所形成的機能性樹脂材料中，以提供機能性樹脂材料良好的感濕收縮性，從而提升以其所製得的感濕收縮織物的單位面積收縮率。在一些實施方式中，第二交聯劑的添加量可介於0.4重量份至0.8重量份間，且多元胺的添加量可介於2重量份至4重量份間。
在一些實施方式中，第二交聯劑可包括異氰酸酯三聚體。具體而言，第二交聯劑可包括如式(2)所示的結構單元，
Figure 02_image003
式(2)。在一些實施方式中，第二交聯劑可包括脂肪族異氰酸酯(例如是HDI、TMDI或XDI)三聚體、脂環族異氰酸酯(例如是IPDI、HMDI或HTDI)三聚體、芳香族異氰酸酯(例如是TDI或MDI)三聚體或其組合。第二交聯劑包括異氰酸酯嵌段。舉例而言，異氰酸酯三聚體的至少兩末端可具有異氰酸酯嵌段。具體而言，在以式(2)表示的第二交聯劑中，R1 、R2 及R3 中任兩者以上包括異氰酸酯嵌段。
在一些實施方式中，第二交聯劑與前述第一交聯劑可具有相同的分子結構。在一些實施方式中，第二交聯劑的添加量與第一交聯劑的添加量的比例可例如介於1:5至1:3間。在一些實施方式中，第二交聯劑與第一交聯劑中的異氰酸酯嵌段的總量與多元醇及奈米纖維素中羥基的總量的比值介於1.0至2.5間。
在一些實施方式中，多元胺可包括聚醚胺、聚醯胺或聚醯亞胺。在另一些實施方式中，多元胺可包括脂肪族胺，以較佳地提供機能性樹脂材料良好的感濕收縮性。具體而言，脂肪族胺可例如是己二胺、二乙基己二胺、三甲基己二胺、庚二胺、三甲基乙二胺、壬二胺、四甲基乙二胺、四乙基乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、月桂胺二亞丙基二胺或聚乙烯亞胺。在一些實施方式中，多元胺的重量平均分子量可介於600g/mole至8000g/mole間，且較佳地可介於800g/mole至5500g/mole間。
接著，進行步驟S30，將基布含浸於第三混合物中，使得第三混合物覆蓋基布並滲透至基布中，其中基布可包括針織布、梭織布及不織布等。詳細而言，當將基布含浸於第三混合物中時，第三混合物可附著於每一條纖維或紗線的表面。在一些實施方式中，基布的基底材料可例如是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，從而避免基布於後續的熱製程中與第三混合物中的各成分進行化學反應。在一些實施方式中，第三混合物在溫度為5℃至30℃間的黏度可介於5cP至25cP間，有利於基布的含浸。在一些實施方式中，可使用雙輥輪對含浸後的基布進行壓吸，以去除基布表面多餘的第三混合物。
隨後，進行步驟S40，進行第二熱製程，以形成機能性樹脂材料及感濕收縮織物，其中第二熱製程的反應溫度介於120℃至150℃間。在一些實施方式中，第二熱製程的反應時間可介於2分鐘至5分鐘間，符合業界後整理加工製程的條件。詳細而言，在第二熱製程期間，第二交聯劑可與多元胺的胺基反應，且第三混合物中的各成分可覆蓋基布並滲透至基布中，以形成機能性樹脂材料牢固地配置於基布上，並從而形成感濕收縮織物。如前所述，由於多元胺的重量平均分子量可介於600g/mole至8000g/mole間，因此可使得後續形成的具有機能性樹脂材料的感濕收縮織物具有良好的感濕收縮性、水洗牢度以及柔軟度，並可有效降低製造成本；且由於多元胺的重量平均分子量較佳地可介於800g/mole至5500g/mole間，因此可避免多元胺在第二熱製程期間發生黃化反應。
在一些實施方式中，感濕收縮織物中的基布具有至少兩層。具體而言，基布的層間可以是由紗線或纖維在交織或堆疊後所自然形成的立體空間，且紗線或纖維可相互交織或纏繞於基布的兩層間。舉例而言，當感濕收縮織物的基布為梭織布時，基布的層間可以是由緯紗將經紗隔開後所形成的立體空間。舉另一例而言，當感濕收縮織物的 基布為針織布時，基布的層間可以是紗線交織為紗圈後所形成的立體空間。舉又一例而言，當感濕收縮織物為不織布時，基布的層間可以是由紗線(或纖維)堆疊後所產生的間隙。在一些實施方式中，機能性樹脂材料配置於基布的兩層間，以牢固地配置在基布上。對此，機能性樹脂材料亦可以包覆在基布的每一條紗線或纖維上，以配置於基布的兩層間。
在進行上述步驟S10至S40後，即可得到本揭露的感濕收縮織物。由於感濕收縮織物中的機能性樹脂材料具有來自於多元醇與奈米纖維素的羥基以及來自於多元胺的胺基，因此其可具有良好的感濕收縮性以及高的單位面積收縮率。此外，藉由兩段式熱製程所形成的機能性樹脂材料可在基布的纖維或紗線上形成複雜的網狀結構，以使得機能性樹脂材料更牢固地配置於基布上。藉此，可確保所形成的感濕收縮織物具有良好的感濕收縮性以及水洗牢度。
下文將參照各實施例及各比較例，更具體地描述本揭露的特徵及功效。應瞭解到，在不逾越本揭露範疇的情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述的各實施例對本揭露作出限制性的解釋。各實施例及各比較例中的各成分與含量如表一所示。各實施例是經由前述步驟S10至S40製備而成，其中第一熱製程及第二個製程的反應溫度分別為110℃及130℃，且第一熱製程及第二個製程的反應時 間分別為15分鐘及3分鐘。需說明的是，各實施例及各比較例中的機能性樹脂材料是藉由例如是水的溶劑做為載體而配置在基布上。
Figure 109123623-A0305-02-0015-1
Figure 109123623-A0305-02-0016-2
<實驗例：織物的感濕收縮性測試>
在本實驗例中，對各實施例及各比較例的織物進行單位面積收縮率測試。需說明的是，各實施例及各比較例的織物的單位面積收縮率是對10公分x10公分的織物進行測試而得到的結果。此外，各實施例及各比較例的織物更經歷50次水洗，並於第30次及第50次水洗後再度進行測試。測試結果如表二所示。
Figure 109123623-A0305-02-0016-3
Figure 109123623-A0305-02-0017-4
如表二所示，不論在經歷水洗前後，各實施例的織物的單位面積收縮率相較於各比較例的織物的單位面積收縮率皆具有較佳的表現。由此可知，透過奈米纖維素的添 加，可有效地提升織物的感濕收縮性。更進一步而言，在比較實施例3、4及6後可以發現，當所添加的奈米纖維素越多時，織物的單位面積收縮率亦越高。此外，在比較實施例1至3後可以發現，聚乙二醇及聚丙二醇相較於聚四亞甲基醚二醇，更可提供織物較高的單位面積收縮率。另外，在比較實施例5及6後可以發現，當多元胺的重量平均分子量較大時，織物可具有較高的單位面積收縮率。另一方面，各實施例在經歷50次水洗後的單位面積收縮率仍高於各比較例在經歷水洗前的單位面積收縮率，成功地克服使用習知的加工助劑所帶來的水洗牢度不佳的問題。
根據本揭露上述實施方式，感濕收縮織物包括基布以及機能性樹脂材料。機能性樹脂材料具有多個胺基與羥基且配置在基布上，因此可提升感濕收縮織物的感濕收縮性，在高濕度的環境下增加使用者皮膚與感濕收縮織物間的距離，以提升使用者的穿戴舒適感。在感濕收縮織物的製備過程中，透過調控兩段式熱製程各自的反應溫度，可確保機能性樹脂材料具有複雜的網狀結構，從而牢固地配置在基布上，有利於提升感濕收縮織物的水洗牢度。如此一來，本揭露的感濕收縮織物於多次洗滌後仍可良好地維持其功能，更可廣泛地應用於機能性服飾紡織品的領域。
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。
S10~S40:步驟
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示根據本揭露一實施方式的感濕收縮織物的製造方法的流程圖。
S10~S40:步驟

Claims (18)

  1. 一種機能性樹脂材料，藉由包括以下試劑製備而成：0.5重量份至1.5重量份的多元醇；2重量份至4重量份的多元胺；2.2重量份至2.6重量份的第一交聯劑，其中所述第一交聯劑包括異氰酸酯嵌段；0.4重量份至0.8重量份的第二交聯劑，其中所述第二交聯劑包括異氰酸酯嵌段；以及0.01重量份至0.05重量份的奈米纖維素，其中所述奈米纖維素包括以式(1)表示的重複單元，
    Figure 109123623-A0305-02-0020-5
    ，且所述奈米纖維素的粒徑介於16奈米至20奈米間。
  2. 如請求項1所述的機能性樹脂材料，其中所述多元胺的重量平均分子量介於600g/mole至8000g/mole間。
  3. 如請求項1所述的機能性樹脂材料，其中所述第一交聯劑及所述第二交聯劑具有相同的分子結構。
  4. 如請求項1所述的機能性樹脂材料，其中所 述多元醇的重量平均分子量介於2000g/mole至10000g/mole間。
  5. 如請求項1所述的機能性樹脂材料，其中所述多元醇是含醚基的多元醇，包括聚乙二醇、聚丙二醇或聚四亞甲基醚二醇。
  6. 如請求項1所述的機能性樹脂材料，其中所述多元胺包括脂肪族胺、聚醚胺、聚醯胺或聚醯亞胺。
  7. 如請求項6所述的機能性樹脂材料，其中所述脂肪族胺為己二胺、二乙基己二胺、三甲基己二胺、庚二胺、三甲基乙二胺、壬二胺、四甲基乙二胺、四乙基乙二胺、月桂胺二亞丙基二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或聚乙烯亞胺。
  8. 一種機能性樹脂材料的製造方法，包括：進行第一熱製程，以混合多元醇、第一交聯劑及奈米纖維素，以形成第一混合物，其中所述第一熱製程的反應溫度介於90℃至120℃間，且所述奈米纖維素的粒徑介於16奈米至20奈米間；進行第二熱製程，以混合所述第一混合物及第二混合物，以形成所述機能性樹脂材料，其中所述第二混合物包括第二交聯劑及多元胺，且所述第二熱製程的反應溫度介於 120℃至150℃間。
  9. 如請求項8所述的機能性樹脂材料的製造方法，其中所述第一交聯劑及所述第二交聯劑具有相同的分子結構。
  10. 如請求項8所述的機能性樹脂材料的製造方法，其中所述第一交聯劑及所述第二交聯劑各自包括如式(2)所示的結構單元，
    Figure 109123623-A0305-02-0022-6
    ，其中R1、R2及R3中任兩者以上包括異氰酸酯嵌段。
  11. 如請求項10所述的機能性樹脂材料的製造方法，其中所述第一交聯劑的添加量介於2.2重量份至2.6重量份間，且所述第二交聯劑的添加量介於0.4重量份至0.8重量份間。
  12. 如請求項8所述的機能性樹脂材料的製造方法，其中所述多元醇的添加量介於0.5重量份至1.5重量份間，所述多元胺的添加量介於2重量份至4重量份間，且所述奈米纖維素的添加量介於0.01重量份至0.05重量 份間。
  13. 如請求項8所述的機能性樹脂材料的製造方法，其中所述第一交聯劑及所述第二交聯劑各自包括異氰酸酯嵌段，所述多元醇及所述奈米纖維素各自包括羥基，且所述異氰酸酯嵌段的總量與所述羥基的總量的比值介於1.0至2.5間。
  14. 如請求項8所述的機能性樹脂材料的製造方法，其中所述第一熱製程的反應時間介於10分鐘至30分鐘間，且所述第二熱製程的反應時間介於2分鐘至5分鐘間。
  15. 一種感濕收縮織物，藉由包括以下步驟的方法製備而成：進行第一熱製程，以混合多元醇、第一交聯劑及奈米纖維素，以形成第一混合物，其中所述第一熱製程的反應溫度介於90℃至120℃間，且所述奈米纖維素的粒徑介於16奈米至20奈米間；混合所述第一混合物及第二混合物，以形成第三混合物，其中所述第二混合物包括第二交聯劑及多元胺；將基布含浸於所述第三混合物中，使得所述第三混合物覆蓋所述基布並滲透至所述基布中；以及進行第二熱製程，使得所述第三混合物形成機能性樹脂 材料，且所述機能性樹脂材料配置在所述基布上，以形成所述感濕收縮織物，其中所述第二熱製程的反應溫度介於120℃至150℃間。
  16. 如請求項15所述的感濕收縮織物，其中所述基布具有至少兩層，且所述機能性樹脂材料配置於所述基布的所述兩層間。
  17. 如請求項15所述的感濕收縮織物，其中所述多元胺的重量平均分子量介於600g/mole至8000g/mole間。
  18. 如請求項15所述的感濕收縮織物，其中所述第三混合物的黏度介於5cP至25cP間。
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