温度响应材料、温度响应纤维及其制备方法与流程

本发明涉及一种纺织材料，尤其涉及一种温度响应材料、温度响应纤维及其制备方法。

背景技术：

随着近年来对于生活质量要求逐渐提高，穿着舒适度也成为购买服饰的重要考量之一，因应秋冬温差、空调环境以及运动流汗时的温度条件及体温变化加以调节的机能性服饰，已跃升为现今纺织品市场的新兴产品。

当纺织品运用于运动服饰时，必须在改变环境条件时，提供使用者快干、凉感及减少热量散失等特性，以维持纺织品的热舒适性。另一方面，机能性服饰也须克服因室内/室外温差造成的不舒适性及上班工作/下班运动的需求，以逐渐成为能够在一整天活动中各种场合皆适穿的服饰。然而，现有吸湿排汗型服饰主要通过被动式布料组织结构设计及后整理加工技术(单面/双面涂布)，因此，在运动饱和湿度下，存在因闷热而丧失温湿调节机能的缺点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种温度响应材料、温度响应纤维及其制备方法，所制备出的温度响应材料与聚酯基材的相容性高，故可利用熔融纺丝技术制备出本质型温度响应纤维，其具有快干、凉感以及减少热量散失(运动后防冷颤)等特性，以稳定维持衣物的(热)舒适性。

本发明提供一种温度响应材料，具有由式(i)所表示的结构：

其中在所述式(i)中，

x具有由式(i)或式(ii)所表示的结构：

x与y的摩尔比为9:1至1:3；

n为7～120的整数；以及

m为10～1,000的整数。

在本发明的一实施例中，上述温度响应材料的重量平均分子量为约10,000至约150,000。

在本发明的一实施例中，上述温度响应材料的低临界溶液温度(lcst)为约29℃至约35℃。

本发明另提供一种温度响应纤维，其包括：约1重量份的温度响应材料；约5～20重量份的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)；以及约50～200重量份的聚对苯二甲酸乙二酯(pet)，其中所述温度响应材料具有由上述式(i)所表示的结构。

在本发明的一实施例中，上述温度响应纤维可还包括约0.1～0.35重量份的抗氧化剂，其中抗氧化剂为受阻酚系抗氧化剂、磷系抗氧化剂或其组合。

在本发明的一实施例中，上述抗氧化剂为所述受阻酚系抗氧化剂与所述磷系抗氧化剂的组合，且两者的比例介于约1:5至约5:1的范围内。

在本发明的一实施例中，上述温度响应纤维的纤维规格为75d/72f～75d/36f。

本发明又提供一种温度响应纤维的制备方法，包括：提供本质型温度响应母粒，其包括将约5～20重量份的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)以及约1重量份的温度响应材料均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成本质型温度响应母粒；提供基材母粒，所述基材母粒包括聚对苯二甲酸乙二酯(pet)；将约6～21重量份的所述本质型温度响应母粒以及约50～200重量份的所述基材母粒进行混合；以及进行纤维纺丝步骤，以得到温度响应纤维，其中所述温度响应材料具有由上述式(i)所表示的结构。

在本发明的一实施例中，可加入0.1～0.35重量份的抗氧化剂与上述重量份的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)及温度响应材料一起均匀混合。

在本发明的一实施例中，上述纤维纺丝步骤的纺丝温度为约270℃～295℃，纺速为约2,000～3,000米/分钟。

在本发明的一实施例中，上述温度响应材料经所述粉体细化步骤及所述粉体分散步骤后的粒径在约1μm～500μm的范围内。

基于上述，本发明的温度响应材料与聚酯基材的相容性高，故可利用熔融纺丝技术制备出本质型温度响应纤维。本发明的本质型温度响应纤维能够有效地使织物随着外界环境温度或体温的改变，进而造成动态温湿度调节的反应。因此，本发明的本质型温度响应纤维能够改善现有吸湿排汗型服饰在运动饱和湿度下因闷热而丧失温湿调节机能的缺点。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所示出的一种温度响应纤维的制备方法的流程图。

具体实施方式

在本文中，由“一数值至另一数值”表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。

本发明提出一种温度响应材料，其与聚酯基材的相容性高，故可利用熔融纺丝技术制备出本质型温度响应纤维。相较于利用现有的涂布加工技术所制备出的加工型温度响应纤维，本发明的本质型温度响应纤维在高温下可以更快速地干燥，达到凉爽的功能；在低温下更能减缓水分干燥速率，达到保持体温减少热量散失的效果，故能有效解决现有的加工型温度响应纤维的缺点。

在一实施例中，本发明的温度响应材料具有由式(i)所表示的结构：

其中在式(i)中，x具有由式(i)或式(ii)所表示的结构：

在一实施例中，x与y的摩尔比为约9:1至约1:3，例如8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1或1:2。

在一实施例中，n为7～120的整数，例如10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或110。

在一实施例中，m为10～1,000的整数，例如100、200、300、400、500、600、700、800或900。

在一实施例中，上述温度响应材料的重量平均分子量为约10,000至约150,000，例如20,000、30,000、40,000、50,000、60,000、70,000、80,000、90,000、100,000、110,000、120,000、130,000或140,000。

通过调整上述x与y的摩尔比、m值、n值以及重量平均分子量的范围，可使本发明的温度响应材料与聚酯基材的相容性大幅提高，使后续形成的温度响应纤维能够有效地随着外界环境温度或体温的改变，进而造成动态温湿度调节的反应。

在一实施例中，上述温度响应材料的低临界溶液温度(lcst)为约29℃至约35℃。更具体地说，当上述温度响应材料中式(i)中的x具有由式(i)所表示的结构时，上述温度响应材料的低临界溶液温度(lcst)为约34℃至约35℃。当上述温度响应材料中式(i)中的x具有由式(ii)所表示的结构时，上述温度响应材料的低临界溶液温度(lcst)为约29℃至约30℃

本发明另提出一种温度响应纤维的制备方法。图1为根据本发明一实施例所示出的一种温度响应纤维的制备方法的流程图。

请参照图1，首先，在步骤100中，提供本质型温度响应母粒，其包括将约5～20重量份的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)以及约1重量份的温度响应材料均匀混合，并经粉体细化步骤、粉体分散步骤以及混练造粒步骤，以形成本质型温度响应母粒。在一实施例中，上述将5～20重量份的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)以及1重量份的温度响应材料均匀混合的步骤中，还可加入约0.1～0.35重量份的抗氧化剂一起均匀混合，以使得后续形成的所述本质型温度响应母粒的性质更稳定。

在一实施例中，上述温度响应材料具有由式(i)所表示的结构。在一实施例中，上述粉体细化步骤是利用粉碎机在常温下进行粉体粉碎。在一实施例中，上述粉体分散步骤是在转速约500rpm下分散约5分钟。在一实施例中，上述温度响应材料经粉体细化步骤及粉体分散步骤后的粒径在约1μm～500μm的范围内。在一实施例中，混练造粒步骤的混练温度为约255～275℃，螺杆转速为约150～250rpm。

在步骤102中，提供基材母粒，所述基材母粒包括聚对苯二甲酸乙二酯(pet)。

在步骤104中，将约6～21重量份的所述本质型温度响应母粒以及约50～200重量份的所述基材母粒进行混合。

在一实施例中，上述抗氧化剂包括受阻酚系抗氧化剂、磷系抗氧化剂或其组合。更具体地说，上述受阻酚系抗氧化剂和上述磷系抗氧化剂可以单独使用或一起混合使用。

在一实施例中，上述受阻酚系抗氧化剂具有由下式所表示的结构：

在一实施例中，上述受阻酚系抗氧化剂为购自奇钛科技股份有限公司的型号deox3114。

在一实施例中，上述磷系抗氧化剂具有由下式所表示的结构：

在一实施例中，上述磷系抗氧化剂为购自奇钛科技股份有限公司的型号revonox608。

在一实施例中，当上述受阻酚系抗氧化剂和磷系抗氧化剂混合使用时，两者的比例介于约1:5至约5:1的范围内，例如1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1或4:1。

在步骤106中，进行纤维纺丝步骤，以得到温度响应纤维。在一实施例中，纤维纺丝条件的纺丝温度为约270～295℃，纺速为约2,000～3,000米/分钟。

本发明又提出一种温度响应纤维，其包括约1重量份的温度响应材料、约5～20重量份的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)以及约50～200重量份的聚对苯二甲酸乙二酯(pet)。

在一实施例中，上述温度响应材料具有由式(i)所表示的结构。在一实施例中，上述温度响应纤维还可包括约0.1～0.35重量份的抗氧化剂，且抗氧化剂例如是受阻酚系抗氧化剂、磷系抗氧化剂或其组合。当上述抗氧化剂为所述受阻酚系抗氧化剂与所述磷系抗氧化剂的组合时，两者的比例介于约1:5至约5:1的范围内。在一实施例中，上述温度响应纤维的纤维规格为75d/72f～75d/36f，较佳为75d/72f、50d/48f、75d/48f以及75d/36f。

以下，将列举多个比较例与实验例以验证本发明的功效。

在一实施例中，一种制备上述温度响应材料的方法包括以下步骤。首先，将200克的式(1)的化合物、400克的式(2)的化合物以及3,500毫升的水混合。之后，加入含10克的铈(iv)起始剂的500毫升1n硝酸溶液于上述混合物中，并于55℃下反应5小时。反应完毕冷却后，析出过滤并干燥后得到温度响应材料。

在一实施例中，上述铈(iv)起始剂的材料包括硝酸铵铈(cericammoniumnitrate)，且具有由下式所表示的结构：

在一实施例中，上述铈(iv)起始剂为购自阿克柔斯有机物股份有限公司(acrosorganicsltd.)的casno.16774-21-3。

在一实施例中，式(1)和式(2)的化合物具有以下结构：

在式(1)中，x与y的摩尔比为9:1～1:3；以及n为7～120的整数。

在式(2)中，x具有由式(i)或式(ii)所表示的结构：

在一实施例中，由上述方法制备出的温度响应材料具有由式(i-1)所表示的结构：

其中x与y的摩尔比为9:1～1:3；n为7～120的整数；以及m为70～500的整数。

在另一实施例中，由上述方法制备出的温度响应材料具有由式(i-2)所表示的结构：

其中x与y的摩尔比为9:1～1:3；n为7～120的整数；以及m为70～500的整数。

接着，依据表一的组成物配方，制备出各种温度响应纤维。然后，测试这些温度响应纤维的纤维性质。

表一

注1：组成物配方中的单位均为重量份

注2：抗氧化剂a：deox3114(受阻酚系抗氧化剂)

注3：抗氧化剂b：revonox608(磷系抗氧化剂)

由表一的比较例1和实验例1～9的数据可得知，当本发明的温度响应材料的用量在0.5～1.2wt％范围内时，仍可使纤维具有一定的强度及伸度。此外，根据实验例1～9的结果，本发明的纱线的态样可以是圆形或是十字断面，且同时具备良好的强度及伸度。

然后，将实验例3的聚酯纱线织成染色袜带，分别水洗不同次数后，进行染色袜袋干燥时间测试以及放湿吸热测试，结果如表二所示。

表二

注1：90％水分干燥时间：方法是依据aatcc-199做改良，测试环境的温度为20℃，湿度为65％，测试热板温度为35℃，滴水量为0.1ml，用以测量90％水分蒸干所需的干燥时间。

注2：放湿吸热：方法是依据iso16533-20149.4.2做改良，环境温度35℃，湿度变化为从90±3％至40±3％，用以测量温度变化情形。

由表二可得知，相较于未添本发明的温度响应材料的织物(比较例1)，添加有本发明的温度响应材料的织物(实验例3)，干燥时间较短，即使在经水洗5次、10次或20次后，仍呈现出干燥时间较短的测试结果。

接下来，制作双面布，其中外层布是常规聚酯纤维75d/72f/圆形断面(占70wt％)，内层布是实验例4的温度响应纤维75d/48f/十字断面(占30wt％)，然后进行表三的吸湿速干测试及表四的吸湿放热及放湿吸热测试。

表三

注1：括弧内数字代表等级，5为最高等级，依序降低

表四

由表三可得知，添加有本发明的温度响应材料的织物(实验例4)，在低温20℃和高温35℃下的扩散能力佳；在低温20℃下的干燥速率慢，表示可减少热量散失(运动后防冷颤)；在高温35℃下的干燥速率快，表示凉感效果佳；在低温20℃下的吸水速率快，表示可减少水份流失(运动后防冷颤)。

由表四可得知，添加有本发明的温度响应材料的织物(实验例4)，在低温20℃下，当湿度由40±3％(低湿)转变为90±3％(高湿)时，可放热而具有保温功能，因此可应用在热身运动时穿着的服饰上；此外，在低温35℃下，当湿度由90±3％(高湿)转变为40±3％(低湿)时，可吸热而具有凉感功能，因此可应用在运动完后休憩时所穿着的服饰上。

综上所述，在本发明中，通过调整温度响应应材料与聚酯基材(pbt、pet)和抗氧化剂的比例，可制备出本质型温度响应纤维。本发明的本质型温度响应纤维能够有效地随着外界环境温度或体温的改变，产生亲疏水程度的差异，进而造成动态温湿度调节的反应，此动态温湿度调节主要通过吸湿放热及放湿吸热的方式达成。当温度降低时，材质变为强亲水性，提高与水的结合能力，进而水分扩散速度变慢，且遇水膨润使织物孔洞变小，降低透气性。当温度升高时，材质变为弱亲水性，降低与水的结合能力，进而加速水分扩散并获得蒸发性凉感。如此一来，能够显著地改善现有吸湿排汗型服饰在运动饱和湿度下因闷热而丧失温湿调节机能的缺点，更可广泛地用于机能性服饰织品领域。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

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