TWI831097B - 隔熱織物 - Google Patents
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Abstract
一種隔熱織物包括基布以及隔熱塗層。隔熱塗層配置於基布的表面，且隔熱塗層包括水性聚氨酯、二氧化矽、二氧化鈦以及氧化鋅，其中當水性聚氨酯的含量為100重量份時，二氧化矽的含量介於0.5重量份至1.0重量份間，二氧化鈦的含量介於0.2重量份至0.6重量份間，且氧化鋅的含量介於0.2重量份至0.6重量份間。
Description
本揭露內容是有關於一種織物，且特別是有關於一種隔熱織物。
一般而言，具有輻射冷卻效果的隔熱塗層通常包含吸收塗層以及反射塗層，以兼具太陽光反射及紅外線輻射與反射的功能，從而達到良好的隔熱效果。然而，多層塗層的配置通常費時耗工，且隨著時間的推移容易產生平整性不佳、龜裂、塗層間剝離等情形發生，不利於應用在紡織品領域中。基於上述，如何使紡織品具備良好的隔熱性能，並降低製造成本，仍是本領域技術人員積極研究的課題。
本揭露內容提供一種隔熱織物，其兼具高太陽光反射率及高紅外線輻射及反射率，從而具備良好的隔熱性能。
根據本揭露一些實施方式，一種隔熱織物包括基布及隔熱塗層。隔熱塗層配置於基布的表面，且隔熱塗層包括水性聚氨酯、二氧化矽、二氧化鈦以及氧化鋅，其中當水性聚氨酯的含量為100重量份時，二氧化矽的含量介於0.5重量份至1.0重量份間，二氧化鈦的含量介於0.2重量份至0.6重量份間，且氧化鋅的含量介於0.2重量份至0.6重量份間。
在本揭露一些實施方式中，水性聚氨酯的固含量介於40wt%至50wt%間。
在本揭露一些實施方式中，二氧化矽具有網狀結構。
在本揭露一些實施方式中，二氧化矽的比表面積介於175m
2/g至225m
2/g間。
在本揭露一些實施方式中，二氧化鈦及所述氧化鋅配置於所述二氧化矽的表面。
在本揭露一些實施方式中，二氧化鈦的平均粒徑介於20nm至30nm間，且氧化鋅的平均粒徑介於15nm至25nm間。
在本揭露一些實施方式中，隔熱塗層中分散質的平均粒徑介於100nm至450nm間。
在本揭露一些實施方式中，水性聚氨酯包括聚醚型水性聚氨酯。
在本揭露一些實施方式中，隔熱塗層的厚度介於80μm至150μm間。
在本揭露一些實施方式中，基布為梭織布，梭織布的經紗密度介於150根/吋至180根/吋間，且梭織布的緯紗密度介於180根/吋至220根/吋間。
根據本揭露上述實施方式，由於隔熱織物包括配置於基布的表面的隔熱塗層，且隔熱塗層包括適量的二氧化矽、適量的二氧化鈦及適量的氧化鋅，因此隔熱織物可兼具高太陽光反射率及高紅外線輻射及反射率，從而提供良好的隔熱性能。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確地說明起見，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。
本揭露內容提供一種隔熱織物，其包括基布以及配置於基布的表面的隔熱塗層。由於隔熱塗層包括適量的二氧化矽、適量的二氧化鈦及適量的氧化鋅，因此隔熱塗層可兼具高太陽光反射率及高紅外線輻射及反射率，從而提供隔熱織物良好的隔熱性能。
第1圖繪示根據本揭露一些實施方式的隔熱織物100的側視示意圖。隔熱織物100包括基布110及隔熱塗層120，且隔熱塗層120可配置於基布110面對於外界環境的表面111，從而達到良好的隔熱效果。在一些實施方式中，基布110可例如是梭織布、針織布、立體織布或不織布，且基布110的基底材料可例如是但不限於耐隆、聚酯、棉、麻或聚氯乙烯。在一些實施方式中，當基布110是梭織布時，梭織布的經紗密度可介於150根/吋至180根/吋間，且梭織布的緯紗密度可介於180根/吋至220根/吋間，從而可提升隔熱織物100的隔熱性能。
隔熱塗層120包括適量的水性聚氨酯、適量的二氧化矽、適量的二氧化鈦及適量的氧化鋅，具體而言，當水性聚氨酯的含量為100重量份時，二氧化矽的含量介於0.5重量份至1.0重量份間，二氧化鈦的含量介於0.2重量份至0.6重量份間，且氧化鋅的含量介於0.2重量份至0.6重量份間。落在上述比例範圍中的水性聚氨酯以及二氧化矽可有利於使二氧化矽透過溶膠-凝膠法(sol-gel method)均勻地分散於水性聚氨酯中，從而使二氧化矽具有預期的結構及高的比表面積，而落在上述比例範圍中的二氧化矽、二氧化鈦以及氧化鋅可有利於使二氧化矽、二氧化鈦以及氧化鋅在混合分散的過程中形成具有合適型態(morphology)的複合體，從而兼顧隔熱塗層120的太陽光反射功能以及紅外線輻射與反射功能。在一些實施方式中，隔熱塗層120的厚度H1可例如是介於80μm至150μm間，從而使隔熱織物100兼具隔熱性能以及輕薄性。
水性聚氨酯是將聚氨酯分散在水中形成的均勻乳液，在一些實施方式中，水性聚氨酯的固含量(即，聚氨酯的含量)可介於40wt%至50wt%間。落在上述含量範圍中的水性聚氨酯的固含量可提升隔熱塗層120的紅外線輻射率，並可使水性聚氨酯具有良好的加工性。詳細而言，若水性聚氨酯的固含量小於40wt%，將導致隔熱塗層120的紅外線輻射率降低，且將造成水性聚氨酯在乾燥期間的成膜性差，不利於形成結構穩固的隔熱塗層120；若水性聚氨酯的固含量大於50wt%，將導致水性聚氨酯的黏度過高，使得二氧化矽、二氧化鈦及氧化鋅因無法均勻地分散而團聚，從而無法形成具有合適型態的二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體。另一方面，落在上述含量範圍中的固含量還可進一步降低水性聚氨酯的儲存運輸成本。
在一些實施方式中，水性聚氨酯可包括聚醚型水性聚氨酯，其可以是由多元醇、異氰酸酯以及例如是二元胺或二元醇的擴鏈劑進行交聯反應製備而成。在一些實施方式中，水性聚氨酯在溫度為24℃至26℃的黏度可介於1900 cP至2000cP間，從而有利於使水性聚氨酯透過塗佈的方式配置於基布110的表面111。另一方面，水性聚氨酯的固含量可介於40wt%至50wt%間，且其酸鹼值(pH值)可介於7.0至9.0間，從而具有高穩定性且利於保存。
請參閱第2圖，其繪示根據本揭露一些實施方式的二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體130的配置示意圖。在一些實施方式中，二氧化矽132可經配置以在相對高溫時吸收紅外線，從而於相對低溫時輻射紅外線以將熱能由大氣窗口釋出，而二氧化鈦134及氧化鋅136可經配置以反射太陽光及紅外線，其中氧化鋅136可更進一步阻隔紫外光。整體而言，二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體130可提升隔熱塗層120的太陽光反射率以及紅外線輻射與反射率，從而達到良好的隔熱效果。在一些實施方式中，二氧化鈦134及氧化鋅136可配置於二氧化矽132的表面133，以利於在二氧化鈦134及氧化鋅136反射太陽光及紅外線的同時提升二氧化矽132吸收紅外線的機率。
在一些實施方式中，二氧化矽132可具有網狀結構，以具有高的比表面積，從而提升隔熱塗層120的紅外線輻射率，並可使二氧化矽132的表面133配置有足夠的二氧化鈦134及氧化鋅136，從而提升隔熱塗層120的太陽光及紅外線反射率。在一些實施方式中，二氧化矽132的比表面積可介於175m
2/g至225m
2/g間，以良好地實現上述功效。在一些實施方式中，二氧化鈦134的平均粒徑可介於20nm至30nm間，且氧化鋅136的平均粒徑可介於15nm至25nm間。平均粒徑落在上述範圍中的二氧化鈦134及氧化鋅136可透過例如是行星式攪拌的離心方式良好地分散並附著於二氧化矽132的表面133，避免各固成分間發生團聚，從而使隔熱塗層120中的分散質具有合適的尺寸以提升隔熱塗層120的加工與成膜性。如此一來，隔熱塗層120可良好地發揮太陽光反射功能以及紅外線輻射與反射功能。在一些實施方式中，隔熱塗層120中分散質的平均粒徑可介於100nm至450nm間。如此一來，可提升隔熱塗層120的成膜均勻性，從而使隔熱塗層120穩固地配置於基布110的表面111。在一些實施方式中，可使用奈米粒徑界面電位分析儀來測量隔熱塗層120中分散質的平均粒徑。
在以下敘述中，將簡單說明隔熱織物100的製備方法，以更清楚地呈現製備本揭露的隔熱織物100的技術手段。在一些實施方式中，隔熱織物100的製備方法可包括以下步驟。首先，可透過溶膠-凝膠法使適量的二氧化矽132均勻地分散於適量的水性聚氨酯中，以形成第一混合物。接著，可將適量的二氧化鈦134及適量的氧化鋅136添加至第一混合物中，並透過例如是行星式攪拌的離心方式將二氧化矽132、二氧化鈦134以及氧化鋅136均勻地分散，從而形成包括二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體130的第二混合物。在一些實施方式中，行星式攪拌的公轉速度可例如是介於270rpm至1410rpm間，攪拌的自轉速度可例如是介於0至1410rpm間，且攪拌時間可例如是介於6分鐘至20分鐘間，從而充分地混合各成分。
隨後，可將第二混合物透過塗佈的方式配置於基布110的表面111。在一些實施方式中，可在例如是24℃至26℃的室溫下進行塗佈。在一些實施方式中，第二混合物在溫度為24℃至26℃的黏度可介於9900cP至11000cP間，從而有利於塗佈。詳細而言，若第二混合物的黏度小於9900cP，將導致第二混合物因流動性過高而難以控制其塗佈的範圍；若第二混合物的黏度大於11000cP，將導致第二混合物因黏滯性過高而難以均勻地塗佈於基布110的表面111。接著，可對塗佈至基布110的表面111的第二混合物進行烘烤製程，以形成隔熱塗層120。在一些實施方式中，烘烤製程的溫度可介於80℃至130℃間，從而確保各成分皆完全地固化，並且避免已成型的二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體130在過高的溫度下產生結構上的缺陷。
應瞭解到，已敘述過的元件連接關係與功效將不再重複贅述。在以下敘述中，將針對比較例的織物及各實施例的隔熱織物進行各種測試與評估，以進一步驗證本揭露的功效。比較例及各實施例的詳細說明如表一所示。應瞭解到，比較例及各實施例皆是使用三明治雙緯面緞紋的梭織布做為其基布(基布重：255g/m
2)，其中經紗與緯紗各自的規格為150D，經紗密度為166根/吋，且緯紗密度為200根/吋。
表一
＜實驗例1：織物的紅外線輻射率測試＞
| 隔熱塗層中各成分的含量(重量份) | 水性聚氨酯的固含量 (wt%) | ||||
| 水性聚氨酯 | 二氧化矽 | 二氧化鈦 | 氧化鋅 | ||
| 比較例 | 無 | ||||
| 實施例1 | 100 | 0.50 | 0.2 | 0.2 | 40 |
| 實施例2 | 100 | 0.50 | 0.4 | 0.4 | 50 |
| 實施例3 | 100 | 0.50 | 0.6 | 0.6 | 60 |
| 實施例4 | 100 | 0.75 | 0.2 | 0.4 | 60 |
| 實施例5 | 100 | 0.75 | 0.4 | 0.6 | 40 |
| 實施例6 | 100 | 0.75 | 0.6 | 0.2 | 50 |
| 實施例7 | 100 | 1.00 | 0.2 | 0.6 | 50 |
| 實施例8 | 100 | 1.00 | 0.4 | 0.2 | 60 |
| 實施例9 | 100 | 1.00 | 0.6 | 0.4 | 40 |
| 實施例10 | 100 | 0.50 | 0.4 | 0.2 | 50 |
在本實驗例中，使用紅外線輻射率測試儀(型號TSS-5X-3)，在溫度為10℃至40℃的測試環境下，對比較例及各實驗例進行波長為2μm至22μm的紅外線輻射率測試。測試結果如表二所示。
表二
| 紅外線輻射率(%) | |
| 比較例 | 0.65 |
| 實施例1 | 0.89 |
| 實施例2 | 0.88 |
| 實施例3 | 0.88 |
| 實施例4 | 0.87 |
| 實施例5 | 0.88 |
| 實施例6 | 0.87 |
| 實施例7 | 0.85 |
| 實施例8 | 0.86 |
| 實施例9 | 0.86 |
| 實施例10 | 0.91 |
由表二的測試結果可知，相較於比較例的織物，各實施例的隔熱織物明顯具有較高的紅外線輻射率，顯示可提供較佳的隔熱效果。
＜實驗例2：織物的紅外線反射率測試＞
在本實驗例中，使用UV-Vis光譜分析儀並以積分球對比較例的織物以及實施例10的隔熱織物進行波長為780nm至2400nm的紅外線反射率測試。測試結果如表三所示。
表三
| 紅外線反射率 | ||
| 紅外線波長 | 780~1100 nm | 2400 nm |
| 比較例 | 79.06% | |
| 實施例10 | 88.7~90.4% | 82.6% |
由表三的測試結果可知，實施例10的隔熱織物對波長為780nm至1100nm的紅外線具有相當高的紅外線反射率，且對波長為2400nm的紅外線仍可具有一定程度的紅外線反射率。此外，值得說明的是，當以美國冷屋頂評等協會(Cool Roof Rating Council，CRRC)所制定的日光反射指數(Solar Reflectance Index，SRI)為標準來定義銀塗層的紅外線反射率時，可得到銀塗層對波長為780nm至1100nm的紅外線具有約99.8%的紅外線反射率，可見實施例10的隔熱織物對波長為780nm至1100nm的紅外線可具有相當接近於銀塗層的紅外線反射率。
＜實驗例3：織物的熱逸散速率測試＞
在本實驗例中，使用標準方法ASTM D7984對比較例的織物以及各實施例的隔熱織物進行熱逸散速率測試，並測量比較例的織物及各實施例的隔熱織物的熱傳導係數。測試結果如表四所示。
表四
| 熱逸散速率 (W•s 1/2/(m 2•K)) | 熱傳導係數 (W/mK) | |
| 比較例 | 143.58 | 0.05 |
| 實施例1 | 177.52 | 0.06 |
| 實施例2 | 200.06 | 0.07 |
| 實施例3 | 204.65 | 0.07 |
| 實施例4 | 201.10 | 0.07 |
| 實施例5 | 232.94 | 0.09 |
| 實施例6 | 332.05 | 0.15 |
| 實施例7 | 275.47 | 0.11 |
| 實施例8 | 345.71 | 0.13 |
| 實施例9 | 293.27 | 0.12 |
| 實施例10 | 224.66 | 0.08 |
由表四的測試結果可知，各實施例的隔熱織物的熱逸散速率相較於比較例的織物的熱逸散速率提升了23.6%至140.8%。此外，各實施例的隔熱織物的熱傳導係數皆較高。由此可知，由於本揭露的隔熱織物具有高的紅外線輻射率，因此可快速地散熱，從而提供涼爽舒適感。
＜實驗例4：織物的其他熱性質測試＞
在本實驗例中，將比較例的織物及實施例10的隔熱織物在約37℃的測試環境下以陽光曝曬3個小時，並於曝曬3個小時後測量各織物的外表面及內表面的溫度(起始溫度)，再接著於歷時2小時後測量各織物的外表面及內表面的溫度(最終溫度)。測試結果如表五所示。
表五
註：織物的外表面為配置有隔熱塗層的表面。
| 起始溫度(℃) | 最終溫度(℃) | |||
| 外表面 | 內表面 | 外表面 | 內表面 | |
| 比較例 | 36.0 | 35.8 | 33.3 | 33.0 |
| 實施例10 | 34.0 | 33.9 | 31.1 | 29.8 |
由表五的測試結果可知，對於實施例10的隔熱織物而言，其外表面的起始溫度與其外表面的最終溫度的差值可高達2.9℃，顯示具備良好的熱逸散效果。
＜實驗例5：織物的柔軟性、拉伸強度、耐摩擦色牢度及耐洗染色牢度測試＞
在本實驗例中，針對實施例10的隔熱織物，使用標準方法CNS12915進行柔軟性及拉伸強度測試，使用標準方法CNS1499進行耐摩擦色牢度測試，並使用標準方法CNS1494進行耐洗染色牢度測試。測試結果顯示隔熱織物的柔軟性為6.8cm，拉伸強度為206.34kgf/5cm，耐摩擦色牢度為4~5級，並且耐洗染色牢度為4級。由此可知，本揭露的隔熱塗層適於應用在紡織品領域中，其可穩固地配置在基布上，不易發生剝離脫落的情形，也不會對織物的柔軟性及結構強度產生不利的影響。
根據本揭露上述實施方式，由於隔熱織物包括配置於基布的表面的隔熱塗層，且隔熱塗層包括適量的二氧化矽、適量的二氧化鈦及適量的氧化鋅，因此隔熱織物可兼具高太陽光反射率及高紅外線輻射及反射率，從而提供良好的隔熱性能。此外，透過將二氧化鈦及氧化鋅配置於具有網狀結構的二氧化矽的表面，可形成二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體，從而進一步提升隔熱織物的太陽光反射率及紅外線輻射及反射率。另外，透過使隔熱塗層中的分散質具備合適的尺寸，可提升隔熱塗層的成膜均勻性，從而使隔熱塗層穩固地配置於基布上。另一方面，本揭露的隔熱塗層適於應用在紡織品領域中，其可穩固地配置在基布上，不易發生剝離脫落的情形，也不會對織物的柔軟性及結構強度產生不利的影響。
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。
100:隔熱織物
110:基布
111:表面
120:隔熱塗層
130:二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體
132:二氧化矽
133:表面
134:二氧化鈦
136:氧化鋅
H1:厚度
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些實施方式的隔熱織物的側視示意圖；以及
第2圖繪示根據本揭露一些實施方式的二氧化矽-二氧化鈦-氧化鋅複合體的配置示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:隔熱織物
110:基布
111:表面
120:隔熱塗層
H1:厚度
Claims (9)
- 一種隔熱織物，包括：基布；以及隔熱塗層，配置於所述基布的表面，且所述隔熱塗層包括水性聚氨酯、二氧化矽、二氧化鈦以及氧化鋅，其中所述水性聚氨酯的固含量介於40wt%至50wt%間，當所述水性聚氨酯的含量為100重量份時，所述二氧化矽的含量介於0.5重量份至1.0重量份間，所述二氧化鈦的含量介於0.2重量份至0.6重量份間，且所述氧化鋅的含量介於0.2重量份至0.6重量份間。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述二氧化矽具有網狀結構。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述二氧化矽的比表面積介於175m2/g至225m2/g間。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述二氧化鈦及所述氧化鋅配置於所述二氧化矽的表面。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述二氧化鈦的平均粒徑介於20nm至30nm間，且所述氧化鋅的平均粒徑介於15nm至25nm間。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述隔熱塗層中一分散質的平均粒徑介於100nm至450nm間。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述水性聚氨酯包括聚醚型水性聚氨酯。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述隔熱塗層的厚度介於80μm至150μm間。
- 如請求項1所述的隔熱織物，其中所述基布為梭織布，所述梭織布的經紗密度介於150根/吋至180根/吋間，且所述梭織布的緯紗密度介於180根/吋至220根/吋間。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| TW110146144A TWI831097B (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 隔熱織物 |
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| TW202323629A TW202323629A (zh) | 2023-06-16 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105228821A (zh) * | 2013-05-16 | 2016-01-06 | 东丽株式会社 | 遮阳用多层片材及使用其而成的遮阳伞、帐篷、油布、顶篷、帽子和女用遮阳伞 |
| CN105518211A (zh) * | 2013-06-28 | 2016-04-20 | 布伦南企业有限公司 | 涂层织物 |
| TWI739682B (zh) * | 2020-11-27 | 2021-09-11 | 財團法人紡織產業綜合研究所 | 透光隔熱窗簾布 |
-
2021
- 2021-12-09 TW TW110146144A patent/TWI831097B/zh active
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