TWI808560B - 提高化纖填充材料保暖性能的方法及化纖填充材料 - Google Patents
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Abstract
一種提高化纖填充材料保暖性能的方法，係應用於一具複數化學纖維的化纖填充材料，係利用滲透性發泡劑加壓噴塗至化纖填充材料，使其中的機能性粒子能滲透並黏附於化學纖維上，再經高溫聚合交聯發泡膨脹生成能阻隔氣流提升保暖性的發泡層。
Description
本發明有關於化纖填充材料，特別是一種能提高化纖填充材料保暖性能的方法及提高保暖性能的化纖填充材料。
化學纖維(又稱人造纖維)，具有成本低且方便量產等特點，因此紡織產業中多將其用來替代天然纖維，像是替代天然羽絨的化纖填充材料，進而能量產出價格適中並能滿足市場龐大需求的紡織產品。然而，化纖材料在保暖、蓬鬆、撥水等特性上仍不及於天然羽絨，因此，如何提高化纖填充材料的性能，是本產業長久以來不斷研究與改進的重點。
一般塑膠發泡粒子的應用，多係應用在建築、鞋材、汽車產業等，而在紡織產業中，也有被使用在生產特殊織物或服飾貼合品，或是如TW-I480444號發明專利所揭應用於人造皮革的工法(依該案記載，絨革(Suede)感塗佈織物，亦稱為人造麂皮，為發泡型合成皮材料的一種)。
其中，在I480444案中，係將包含水性樹酯、熱膨脹型粒子及其他化學發泡劑、添加劑之組成物，以乾式塗佈步驟塗佈於皮革表面，並經除水、固化、發泡等多階段的熱加工程序，完成在表面生成平面發泡層的人工皮革產品；若將此案之工法應用至化纖填充材料，生成在表面的
平面發泡層或許略能提高保暖性能，但外表面硬挺扁塌勢必讓填充材料失去其應有的柔軟蓬鬆等特性，是以此類在表面生成發泡層的改良方法並不適於提升化纖填充材料的整體性能。
再者，I480444案的製造過程中需使用有機溶劑做為發泡助劑及架橋劑，亦不符當前重視環保之精神，在環保意識高漲的當下，減少使用有機溶劑已是產業的共識與目標。此外，I480444案的製程中需歷經多階段加熱處理，不僅費時、費工且耗能，將造成低成本與量產的困難。
有鑑於此，如何有效控制成本、產能、以及在確保化纖填充材料基礎性能的狀況下進一步提高性能，是本領域業者一直以來不斷努力與改進的方向，本案發明人以其專業知識、多年實務經驗，經多次試驗，終完成本發明。
業界有利用氣凝膠製成的產物作為衣物的填充材料，其原理是利用氣凝膠內部含90%以上空氣的特性，具有強大的隔熱功能使熱量不易散失，進而達到保暖的效果，但氣凝膠的應用有價錢昂貴且透氣性不佳等缺點；而本發明則是利用備製的機能性粒子滲透進入化纖填充材料，並透過高溫使其體積膨脹，形成類似氣凝膠阻隔空氣對流的效果，不僅能達到利用空氣隔熱、保暖的效果，且能大幅降低材料成本，並利用不須添加輔助劑或架橋劑的製程，減少了對環境的危害，並有效提高產能。
再者，本發明利用滲透化纖填充材料連帶滲透部分一併膨脹的方式，讓加工後的化纖填充材料保暖度提高，並能保持柔軟膨鬆之特性，
且膨脹增加的體積為類似氣體膠囊的型態，能在相同體積的條件下，大幅降低加工之化纖填充材料的重量，達到輕量化的效果，保產品高性能並兼具經濟效益，形成極具優勢的保暖填充材料。
本發明提高化纖填充材料保暖性能的方法，主要是應用於一具複數化學纖維的化纖填充材料，所採行的技術手段包含：製備一滲透性發泡劑，該滲透性發泡劑包含一黏度介於10-38cps的膠水及複數均勻混合在該膠水中的機能性粒子；以至少2公斤的噴塗壓力將該滲透性發泡劑噴塗至該化纖填充材料至少一表面，使該滲透性發泡劑能從表面滲入該化纖填充材料，形成一厚度至少有該化纖填充材料總厚度7%以上的附著層，且該些機能性粒子係能黏附於該附著層中的化學纖維上；以120~160℃的溫度熱烘噴塗後的該化纖填充材料，使黏附於該附著層中的機能性粒子能與膠水產生聚合交聯與發泡反應，並牢附於化學纖維上，且該附著層能隨之膨脹形成發泡層，而該發泡層的厚度為該化纖填充材料總厚度的20%以上。
於本發明可行的實施例中，該機能性粒子主要係採用丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒，其係以熱塑性的丙烯腈聚合物包覆液態碳氫化合物所構成的微粒，且該機能性粒子於受熱發泡後的微粒直徑係介於30~100μm；而該膠水則係採用丙烯酸共聚物膠水。
較佳者，該滲透性發泡劑係約於每100公升的膠水中混合有0.8-2公斤的機能性粒子；而該化纖填充材料係由一或數種徑度小於9丹尼之化學纖維混合梳理而成的片狀鋪棉，且鋪棉的密度係介於每毫克45~114根化學纖維；藉此，讓滲透性發泡劑能很好地滲入適當深度的化纖填充材料中，並讓機能性粒子附著於其中，較佳者，該附著層於熱烘前的厚度約為
該化纖填充材料總厚度的10~20%。
再者，本發明也提供了一種提高保暖性能之化纖填充材料，主要係包括有一填充材料本體，其係一或數種徑度小於9丹尼之化學纖維混合梳理而成的片狀鋪棉，並設有至少一占總厚度20%以上的發泡層，其中，該發泡層中的化學纖維上附著有複數能發泡膨脹的機能性粒子，且該發泡層係隨該些機能性粒子發泡膨脹而成。
較佳者，該填充材料本體的鋪棉密度係介於每毫克45~114根化學纖維，且該發泡層中附著之機能性粒子為丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒，其係以熱塑性的丙烯腈聚合物包覆液態碳氫化合物所構成的微粒。
進一步的，該填充材料本體係能於相對的兩側分別設有該發泡層，且各該發泡層發泡膨脹後的厚度為該填充材料本體總厚度的20~45%。
根據本發明，所採行乃有別於既有的表面發泡技術，主要係以適宜的噴塗壓力讓丙烯酸共聚物膠水能滲入至化纖填充材料表層內部，利用濃度、黏度適宜的膠水帶著丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒滲入並黏附於化學纖維上，形成占一定厚度比例的附著層，再經高溫熱烘膨脹形成發泡層，生成保暖性提升、輕量化且能維持有柔軟膨鬆特性之化纖填充材料。
再者，本發明特別開發之滲透式共聚合發泡的方式，不需使用有機溶劑(發泡助劑、架橋劑)，於水相下加工，只需單次的噴塗與加熱即能完成滲入與發泡共聚黏附過程，大幅縮短習知發泡作業的時間，充分響應環保與節能之訴求；又，根據本發明，能優化化纖填充材料的性能，相較於一般純化纖填充材製成的產品，本發明改良之化纖填充材料能在CLO保暖度與輕量化有顯著的提升，有助於解決保暖衣物普遍較為厚重而活動
不便的問題。
為使本發明上述目的與功效獲致更具體的瞭解，茲舉本發明實際實驗之數個實施例並詳細說明如後：
S01~S03:步驟
圖1為本發明實施例加工流程示意圖。
圖2a為本發明較佳實施例加工後產物切面照片。
圖2b為本發明較佳實施例加工後產物之電子掃描顯微鏡照片。
本發明是有關能提高化纖填充材料性能的加工方法，特別是作用在保暖、輕量等特性上，讓應用本發明製成的產品能有優於一般化纖材料的性能。
如圖1所示，本發明實施例的流程大致可分為備料步驟S01、噴塗步驟S02、加熱步驟S03等三大步驟。
在備料步驟S01的過程中，包含準備化纖填充材料及製備滲透性發泡劑兩部分；其中，化纖填充材料是由複數化學纖維集成的集合體，其中的化學纖維可選用化纖樹酯棉，且可以是一種或數種不同規格的纖維集合，所指之規格以纖維長度介於5~100mm、纖維寬度介於0.1~15D(丹(Denier))為主，又以徑度皆小於9丹尼之化學纖維集合體為佳；準備化纖填充材料的過程，可訂製或自行製備而成，製備過程主要係利用混棉倉將一
種或數種符合上述規格之化學纖維混摻均勻，再透過梳理機梳鬆及鋪網機製成密度介於每毫克45~114根化學纖維的片狀鋪棉。
而製備滲透性發泡劑的過程，係於一黏度適中的膠水中均勻混入複數機能性粒子；其中，膠水的黏度若過高，將難以滲透進入該化纖填充材料的纖維間隙，而黏度若過低，又將難以讓機能性粒子附著於化學纖維上，是以，本發明實施例中，膠水係選用丙烯酸共聚物膠水，黏度已介於10-38cps者為佳；機能性粒子則係採用丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒，其主要係以熱塑性的丙烯腈聚合物包覆液態碳氫化合物所構成的微粒；其中，膠水與機能性粒子間的比例，係約於每100公升的膠水中混入有0.8-2公斤的機能性粒子為適當。
於噴塗步驟S02的過程中，係將前述調製完成的滲透性發泡劑倒入一噴塗設備中，該噴塗設備的噴嘴孔徑介於10~30um，噴塗壓力設定在2~6kg/cm2之間，並以4kg/cm2為佳，以受料每分鐘5米的速度、噴塗料每分鐘使用2公升的噴速，將滲透性發泡劑噴塗至化纖填充材料上，可視需求作單面或雙面的噴塗，藉由適當的噴塗壓力，讓該滲透性發泡劑能順利從表面滲入該化纖填充材料，形成一厚度至少有該化纖填充材料總厚度7%以上的附著層，且該些機能性粒子係能黏附於該附著層中的化學纖維上，
於加熱步驟S03的過程中，可由輸送帶將噴塗完成的化纖填充材料送進烘房中，烘房溫度設定在120~160℃之間，並以140℃為較佳，熱烘時間約為10分鐘，藉由高溫促使黏附於該附著層中的機能性粒子能與膠水產生聚合交聯與發泡反應，並牢附於化學纖維上，且透過機能性粒子的發泡膨脹，讓該附著層能隨之膨脹形成發泡層(如圖2a及2b所示)，該發
泡層的型態類似於形狀較為固定的固棉，能兼具既有的柔軟蓬鬆特性，並提供阻隔空氣對流的保暖性，增益整體材料的性能；其中，膨脹後的該發泡層，所占厚度為該化纖填充材料總厚度的20%以上。
於該加熱步驟S03完成後，即能生成本發明提高保暖性能的化纖填充材料，而後可再視需求進行裁切、收卷等的出料或收料的工序。
本發明實施例加工後的化纖填充材料，主要構造係有一呈片狀鋪棉的填充材料本體，並於其中設有至少一占總厚度20%以上的發泡層，其中，該發泡層中的化學纖維上附著有複數能發泡膨脹的機能性粒子，且該發泡層係隨該些機能性粒子發泡膨脹而成；其中，發泡層中附著之機能性粒子為丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒，其係以熱塑性的丙烯腈聚合物包覆液態碳氫化合物所構成的微粒。
在較佳的實施例中，該填充材料本體於相對的兩側分別設有該發泡層，且各該發泡層發泡膨脹後的厚度為該填充材料本體總厚度的20~45%。
以下，為本發明實際測試的數種實施例：
實施例1：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)採用面積克重為60gsm、化纖密度約為每毫克84根的化纖樹脂棉，初始鋪棉厚度約0.7cm；滲透性發泡劑(噴塗料)採用300公升黏度約17cps的膠水(由50公升丙烯酸共聚物膠水及250公升水調成)及4.5公斤的丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒均勻混合而成；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.1cm；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形
成厚度各約0.6cm的發泡層，總厚度約1.7cm，發泡微粒之直徑約為90~100um。
於實施例1發泡完成之化纖填充材料為最佳實施例，保暖度、柔軟性、蓬鬆性皆最佳，經檢測保暖度clo值為1.44，相較於加工前之一般化纖材料clo值1.17，有顯著提升，且體積大幅增加能形成輕量化的優點。
實施例2a：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)採用面積克重為60gsm、化纖密度約為每毫克84根的化纖樹脂棉，初始鋪棉厚度約0.7cm；滲透性發泡劑(噴塗料)採用300公升黏度約17cps的膠水(由50公升丙烯酸共聚物膠水及250公升水調成)及4.5公斤的丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒均勻混合而成；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.1cm；加熱步驟S03，進入120℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.4cm的發泡層，總厚度約1.3cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
實施例2b：備料步驟S01及噴塗步驟S02條件同於實施例2a，而在加熱步驟S03，係進入160℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.5cm的發泡層，總厚度約1.5cm，發泡微粒之直徑約為60~80um。
於實施例2a及2b，係分別採用不同加熱溫度(120℃及160℃熱烘溫度)的實施例，經測試兩者加工完成的性能略優於未加工的一般化纖材料，但保暖度、體積比皆不及於實施例1加工完成的產物。
實施例3a：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)採用面積克重為60gsm、化纖密度約為每毫克84根的化纖樹脂棉，初始鋪棉厚度約0.7cm；滲透性發泡劑(噴塗料)採用300公升黏度約38cps的膠水(由114公升丙烯酸共聚物膠水及186公升水調成)及4.5公斤的丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒均勻混合而成；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料未能順利滲入原料兩側面，只在兩側表面形成塗層；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，表面塗層發泡形成厚度各約0.05cm的發泡層，總厚度約0.8cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
實施例3b：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)條件同實施例3a，滲透性發泡劑(噴塗料)採用300公升黏度約10cps的膠水(由30公升丙烯酸共聚物膠水及270公升水調成)及4.5公斤的丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒均勻混合而成；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.2cm；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.4cm的發泡層，總厚度約1.1cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
於實施例3a及3b，係分別採用不同膠水黏度(黏度38cps及10cps的膠水)的實施例，經測試實施例3a加工完成的產物硬挺扁塌，失去柔軟蓬鬆的特性，性能略差於未加工的一般化纖材料，而實施例3b性能略優於未加工的一般化纖材料，但保暖度、體積比不及於實施例1加工完成的產物。
實施例4a：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)採用面積克重為60gsm、化纖密度約為每毫克84根的化纖樹脂棉，初始鋪棉厚度約0.7cm；滲透性發泡劑(噴塗料)採用300公升黏度約17cps的膠水(由50公升丙烯酸共聚物膠水及250公升水調成)及2.4公斤的丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒均勻混合而成；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.1cm；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.4cm的發泡層，總厚度約1.3cm，發泡微粒之直徑約為60~80um。
實施例4b：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)條件同實施例3a，滲透性發泡劑(噴塗料)採用300公升黏度約17cps的膠水(由50公升丙烯酸共聚物膠水及250公升水調成)及6公斤的丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒均勻混合而成；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料未能順利滲入原料兩側面，只在兩側表面形成塗層；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，表面塗層發泡形成厚度各約0.05cm的發泡層，總厚度約0.8cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
於實施例4a及4b，係分別採用不同微粒數量(2.4公斤及6公斤的發泡微粒)的實施例，經測試實施例4a加工完成的產物性能多有優於一般化纖材料，僅略差於實施例1，而實施例4b加工完成的產物硬挺扁塌，失去柔軟蓬鬆的特性，性能略差於未加工的一般化纖材料。
實施例5a：備料步驟S01條件同於實施例1；噴塗步驟S02，
噴塗設備設定壓力為2公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.05cm；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.2cm的發泡層，總厚度約1cm，發泡微粒之直徑約為60~80um。
實施例5b：備料步驟S01條件同於實施例5a；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為6公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.3cm；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.5cm的發泡層，總厚度約1.1cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
於實施例5a及5b，係分別採用不同噴塗壓力(2公斤及6公斤的噴塗壓力)的實施例，經測試實施例5a加工完成的產物性能略差於實施例4a(實施例4a略差於實施例1)，而實施例5b加工完成的產物性能略優於未加工的一般化纖材料，但保暖度、體積比不及於實施例1加工完成的產物。
實施例6a：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)採用面積克重為60gsm、化纖密度約為每毫克45根的化纖樹脂棉，初始鋪棉厚度約0.8cm；滲透性發泡劑(噴塗料)條件同於實施例1；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料滲入原料兩側面的厚度(即附著層)各約為0.3cm；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，發泡後附著層膨脹形成厚度各約0.5cm的發泡層，總厚度約1.2cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
實施例6b：備料步驟S01，化纖填充材料(原料)採用面積克重為60gsm、化纖密度約為每毫克114根的化纖樹脂棉，初始鋪棉厚度約
0.6cm；滲透性發泡劑(噴塗料)條件同於實施例6a；噴塗步驟S02，噴塗設備設定壓力為4公斤，進行兩面噴塗作業，於噴塗完成後，噴塗料未能順利滲入原料兩側面，只在兩側表面形成塗層；加熱步驟S03，進入140℃高溫烘乾發泡共聚合10分鐘，表面塗層發泡形成厚度各約0.05cm的發泡層，總厚度約0.7cm，發泡微粒之直徑約為30~50um。
於實施例6a及6b，係分別採用不同纖維密度(每毫克45根及114根的纖維密度)的實施例，經測試實施例6a加工完成的產物因化纖密度低保暖度不佳，且微粒不易黏附，保暖效果提升有限，整體性能相當於未加工的一般化纖材料，而實施例6b加工完成的產物硬挺扁塌，失去柔軟蓬鬆的特性，略差於未加工的一般化纖材料。
綜合以上所述，僅為本發明較佳的實施說明與測試結果，並非用以局限本發明之專利範圍，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易變化，均應包含於本發明之專利申請範圍內。
S01~S03:步驟
Claims (10)
- 一種提高化纖填充材料保暖性能的方法，係應用於一具複數化學纖維集成的化纖填充材料，該方法包含：製備一滲透性發泡劑，該滲透性發泡劑包含一黏度介於10-38cps的膠水及複數均勻混合在該膠水中的機能性粒子；以至少2kg/cm2的噴塗壓力將該滲透性發泡劑噴塗至該化纖填充材料至少一表面，使該滲透性發泡劑能從表面滲入該化纖填充材料，形成一厚度至少有該化纖填充材料總厚度7%以上的附著層，且該些機能性粒子係能黏附於該附著層中的化學纖維上；以120~160℃的溫度熱烘噴塗後的該化纖填充材料，使黏附於該附著層中的機能性粒子能與膠水產生聚合交聯與發泡反應，並牢附於化學纖維上，且該附著層能隨之膨脹形成發泡層，而該發泡層的厚度為該化纖填充材料總厚度的20%以上。
- 如請求項1所述之方法，其中該機能性粒子為丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒，其係以熱塑性的丙烯腈聚合物包覆液態碳氫化合物所構成的微粒。
- 如請求項2所述之方法，其中該機能性粒子於受熱發泡後的微粒直徑係介於30~100μm。
- 如請求項2所述之方法，其中該滲透性發泡劑係約於每100公升的膠水中混合有0.8-2公斤的機能性粒子。
- 如請求項1所述之方法，其中該膠水為丙烯酸共聚物膠水。
- 如請求項1所述之方法，其中該化纖填充材料係由一或數種徑度小於9丹尼之化學纖維混合梳理而成的片狀鋪棉，且鋪棉的密度係介於每毫克45~114根化學纖維。
- 如請求項1所述之方法，其中該附著層於熱烘前的厚度約為該化纖填充材料總厚度的10~20%。
- 一種化纖填充材料，包括一填充材料本體，其係一或數種徑度小於9丹尼之化學纖維混合梳理而成的片狀鋪棉，並設有至少一占總厚度20%以上的發泡層，其中，該發泡層中的化學纖維上附著有複數能 發泡膨脹的機能性粒子，且該發泡層係隨該些機能性粒子發泡膨脹而成。
- 如請求項8所述之化纖填充材料，其中該填充材料本體的鋪棉密度係介於每毫克45~114根化學纖維，且該發泡層中附著之機能性粒子為丙烯腈官能基熱塑性發泡微粒，其係以熱塑性的丙烯腈聚合物包覆液態碳氫化合物所構成的微粒。
- 如請求項8所述之化纖填充材料，其中該填充材料本體於相對的兩側分別設有該發泡層，且各該發泡層發泡膨脹後的厚度為該填充材料本體總厚度的20~45%。
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2021
- 2021-12-10 TW TW110146258A patent/TWI808560B/zh active
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