光变色阻热纤维和其制备方法与流程

1.本揭露内容是关于一种光变色纤维，且特别是关于一种具有隔热功能的光变色纤维和其制备方法。


背景技术：

2.光变色纤维是一种在受到光刺激后可以自动改变颜色的纤维。光变色纤维在一定波长的光线照射下可以产生变色现象，而在另外一种波长的光线照射(或热的作用)下，又会发生可逆变化回到原来的颜色。光变色纤维主要运用于娱乐服装、安全服装、装饰品以及防伪标识等等。然而，现有的制备方法相当复杂，且制作出的光变色纤维不具有隔热功能而难以应用于户外服饰中。


技术实现要素：

3.本揭露提供一种光变色阻热纤维和其制备方法，其可提供织物紫外线变色、紫外线防护和隔热的效果。
4.根据本揭露一实施方式，一种光变色阻热纤维包括芯层以及包覆芯层的鞘层，其中芯层包括99重量份至100重量份的聚丙烯以及0.4重量份至0.6重量份的光变色染料，鞘层包括98重量份至99重量份的尼龙以及1重量份至2重量份的近红外光反射染料。
5.在本揭露一实施方式中，光变色阻热纤维包括40重量份至60重量份的芯层以及40重量份至60重量份的鞘层。
6.在本揭露一实施方式中，近红外光反射染料是钛锑镍黄(nickel antimony titanium yellow)染料。
7.在本揭露一实施方式中，鞘层更包括0.1重量份至0.2重量份的紫外线吸收剂。
8.在本揭露一实施方式中，紫外线吸收剂吸收的光线波长不同于光变色染料吸收的光线波长。
9.在本揭露一实施方式中，鞘层更包括0.5重量份至1重量份的二氧化钛。
10.根据本揭露一实施方式，一种光变色阻热纤维的制备方法包括以下步骤。制备光变色母粒，包括将5重量份的光变色染料以及95重量份的聚丙烯均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成光变色母粒。制备近红外光反射母粒，包括将15重量份的近红外光反射染料以及85重量份的尼龙均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成近红外光反射母粒。制备第一混合物，混合10重量份的光变色母粒以及75重量份至115重量份的聚丙烯，以得到第一混合物。制备第二混合物，混合10重量份的近红外光反射母粒以及65重量份至140重量份的尼龙，以得到所述第二混合物。将第一混合物以及第二混合物进行芯鞘型熔融纺丝制程，以形成光变色阻热纤维的芯层以及鞘层，其中第一混合物形成芯层且第二混合物形成鞘层。
11.在本揭露一实施方式中，光变色阻热纤维的制备方法更包括以下步骤。制备紫外线吸收剂母粒，包括将10重量份的紫外线吸收剂以及90重量份的尼龙均匀混合，并依序经
粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成紫外线吸收剂母粒。制备第二混合物时加入1.5重量份至3重量份的紫外线吸收剂母粒，以得到第二混合物。
12.在本揭露一实施方式中，光变色阻热纤维的制备方法更包括以下步骤。制备二氧化钛母粒，包括将30重量份的二氧化钛以及70重量份的尼龙均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成二氧化钛母粒。制备第二混合物时加入2.5重量份至5重量份的二氧化钛母粒，以得到第二混合物。
13.在本揭露一实施方式中，制备光变色母粒包括将0.1重量份至0.3重量份的分散剂与光变色染料以及聚丙烯均匀混合，以形成光变色母粒。
14.根据本揭露上述实施方式，由于通过芯鞘型熔融纺丝制程形成的光变色阻热纤维具有芯层和鞘层，其中光变色阻热纤维的芯层包括光变色染料，且其鞘层包括近红外光反射染料，使得光变色阻热纤维同时具有吸收紫外线以及反射近红外光的效果，从而包括光变色阻热纤维的织物可具有紫外线变色、紫外线防护以及隔热的功能。
具体实施方式
15.为了实现提及主题的不同特征，以下揭露内容提供了许多不同的实施方式。以下描述数值、材料、配置等的具体示例以简化本揭露。当然，这些仅仅是示例，而不是限制性的。
16.本揭露内容提供一种光变色阻热纤维和其制备方法，其中光变色阻热纤维包括通过芯鞘型熔融纺丝制程形成的芯层和鞘层。光变色阻热纤维的芯层包括光变色染料，且光变色阻热纤维的鞘层包括近红外光反射染料，使得光变色阻热纤维具有吸收紫外线以及反射近红外光的功能。因此，包括光变色阻热纤维的织物可具有紫外线变色、紫外线防护以及隔热功能，从而可应用于户外服饰中。
17.根据本揭露的一些实施方式，光变色阻热纤维包括芯层以及包覆芯层的鞘层，其中芯层包括聚丙烯以及光变色染料，且鞘层包括尼龙以及近红外光反射染料。具体而言，芯层包括99重量份至100重量份的聚丙烯以及0.4重量份至0.6重量份的光变色染料，使得光变色阻热纤维具有吸收紫外线的效果；鞘层包括98重量份至99重量份的尼龙以及1重量份至2重量份的近红外光反射染料，使得光变色阻热纤维可以反射近红外光。以下将分别针对光变色阻热纤维的芯层和鞘层进行详细的说明。
18.光变色阻热纤维的芯层以聚丙烯(polypropylene，pp)作为基材，使得光变色阻热纤维具有高的耐冲击性、强韧的机械性质，以及抗有机溶剂和酸碱腐蚀的特性。此外，聚丙烯具有低的含水率，从而降低水分对光变色阻热纤维的物理机械性质的影响。因此，包括聚丙烯的芯层可以降低光变色阻热纤维在后续的纺丝加工的困难度。值得说明的是，在一些实施方式中，聚丙烯的纺丝加工制程温度和芯层中的光变色染料的可耐高温范围相当，使得光变色染料在后续的聚丙烯纺丝制程中不易变质，因此以聚丙烯作为芯层的材料可增加光变色染料的稳定性。
19.光变色阻热纤维的芯层中的光变色染料受到紫外线或阳光照射时可以吸收紫外线照射的能量，从而改变分子结构并发生变色现象；而当光变色染料失去紫外线照射的能量后，则回复原本的分子结构及原本的颜色。由于光变色阻热纤维的芯层可吸收紫外线，使得光变色阻热纤维形成的织物可具有紫外线变色以及紫外线防护的功能。值得说明的是，
光变色阻热纤维的芯层包括适量的光变色染料，使得光变色染料不影响光变色阻热纤维的制程。具体而言，若光变色阻热纤维的芯层包括大于0.6重量份的光变色染料，可能降低芯层中的聚丙烯的纺丝性，从而难以纺丝形成光变色阻热纤维；若芯层包括小于0.4重量份的光变色染料，可能降低光变色阻热纤维吸收紫外线与变色的效果。
20.在一些实施方式中，上述的光变色染料可包括螺恶嗪(spirooxazine)及其衍生物。在一些实施方式中，光变色染料可包括螺丝(spiroyarn)及其衍生物。举例而言，光变色染料可以是受到紫外线/阳光照射下会变成紫色的光变色染料，例如ncc#12(商品型号，购自崇裕科技)。
21.在一些实施方式中，光变色染料可具有由以下式(i)或式(ii)所表示的结构：
[0022][0023]
其中在式(i)中，各r1包括氢、溴、-n2o、c1～c6的烷基或c1～c6的烷氧基；n为1～3的整数，当n等于或大于2时，两个或两个以上的r1可彼此连接形成c6～c
10
的芳香环；r2包括氢或c1～c6的烷基；以及r3包括氢、亚胺基(imino group)或是5元或6元的含氮杂环基。
[0024]
具体而言，光变色染料可具有由式(i-1)至式(i-10)中任一个所表示的结构：
[0025]
[0026][0027]
另一方面，光变色阻热纤维的鞘层则是以尼龙(或称为聚酰胺(polyamide，pa))作为基材，使得光变色阻热纤维具有高光泽度的表面、高的延展性、高的耐磨性，以及良好的柔软度。此外，尼龙具有较高的含水率，从而提高光变色阻热纤维的亲水性。因此，包括尼龙的鞘层可以提升光变色阻热纤维加工制成的织物的穿着舒适度。
[0028]
光变色阻热纤维的鞘层中的近红外光反射染料受到近红外光/阳光照射时可以反
射近红外光的波长，从而避免光变色阻热纤维吸收近红外光而累积热能在其中。因此，光变色阻热纤维形成的织物可具有隔热的功能，提升织物的穿着舒适度。在一些实施方式中，近红外光反射染料可包括耐光性良好的有色染料。举例而言，近红外光反射染料可以是钛锑镍黄(nickel antimony titanium yellow，(ti,ni,sb)o2)染料，例如v-9415(商品型号，购自ferro公司)。值得说明的是，光变色阻热纤维的鞘层包括适量的近红外光反射染料，使得近红外光反射染料不影响光变色阻热纤维的制程。具体而言，若光变色阻热纤维的鞘层包括大于2重量份的近红外光反射染料，可能降低鞘层中的尼龙的纺丝性，从而难以纺丝形成光变色阻热纤维；若鞘层包括小于1重量份的近红外光反射染料，可能降低光变色阻热纤维反射近红外光的效果。
[0029]
在一些实施方式中，光变色阻热纤维的鞘层可更包括约0.1重量份至0.2重量份的紫外线吸收剂。紫外线吸收剂能够将部分波长的紫外线光能转换成热能或具有无破坏性的长光波释放出来，从而避免光源中部份的紫外线所引起的黄变、光泽度降低及物性减弱等问题。值得说明的是，光变色阻热纤维的鞘层包括适量的紫外线吸收剂，使得紫外线吸收剂不影响光变色阻热纤维的制程。具体而言，若光变色阻热纤维的鞘层包括大于0.2重量份的紫外线吸收剂，可能降低鞘层中的尼龙的纺丝性，从而难以纺丝形成光变色阻热纤维。
[0030]
在一些实施方式中，紫外线吸收剂所吸收的光线波长可不同于光变色染料所吸收的光线波长，使得紫外线吸收剂在保护光变色阻热纤维的同时避免吸收光变色染料变色所需的波长范围，从而避免鞘层中的紫外线吸收剂影响芯层中的光变色染料的变色效果。举例而言，紫外线吸收剂吸收的光线波长可介于240nm至320nm间，而光变色染料吸收的光线波长可介于300nm至380nm间。
[0031]
在一些实施方式中，上述的紫外线吸收剂可包括三嗪类紫外线吸收剂。举例而言，紫外线吸收剂可包括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)，其化学结构为在一些实施方式中，紫外线吸收剂的分子量为425。具体来说，紫外线吸收剂例如是eversorb 41fd(商品型号，购自永光化学)。
[0032]
在一些实施方式中，光变色阻热纤维的鞘层可更包括约0.5重量份至1重量份的二氧化钛，例如b160509-0253(商品型号，购自德春公司)。光变色阻热纤维的鞘层中的二氧化钛可以反射少量的近红外光，从而提升光变色阻热纤维的隔热效果。此外，鞘层中的二氧化钛可以增加光变色阻热纤维的白度，从而增加光变色阻热纤维的显色性。值得说明的是，光变色阻热纤维的鞘层包括适量的二氧化钛，使得二氧化钛不影响光变色阻热纤维的制程。具体而言，若光变色阻热纤维的鞘层包括大于1重量份的二氧化钛，可能降低鞘层中的尼龙的纺丝性，从而难以纺丝形成光变色阻热纤维。
[0033]
在一些实施方式中，光变色阻热纤维可包括适当比例的芯层以及鞘层，从而避免光变色阻热纤维的双层结构造成尺寸或物理机械性质的不稳定。具体而言，光变色阻热纤维可包括例如约40重量份至60重量份的芯层以及约40重量份至60重量份的鞘层，使得光变
色阻热纤维的沸缩率介于3％至4％间。在较佳的实施方式中，光变色阻热纤维可包括约50重量份的芯层以及约50重量份的鞘层。在一些实施方式中，光变色阻热纤维的芯层以及鞘层的截面积比例可以是40:60至60:40，较佳可以是50:50。
[0034]
上述所列举的各组分的示范性结构或产品型号，仅仅为说明起见，并不用于限定本发明。各组分也可以使用其他结构或其他产品型号，只要能制备出本发明的光变色阻热纤维即可。
[0035]
根据本揭露的一些实施方式，光变色阻热纤维的制备方法包括以下步骤。首先，制备光变色母粒，包括将5重量份的光变色染料以及95重量份的聚丙烯均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成光变色母粒。具体而言，粉体细化制程可以是干式研磨，将光变色染料和聚丙烯的粒径研磨至约300nm至400nm之间，操作条件可以是在转速500rpm下研磨3分钟。粉体分散制程的操作条件可以是在转速500rpm下分散10分钟。混练造粒制程的混练温度可以是180℃至200℃，螺杆转速可以是200rpm。
[0036]
在一些实施方式中，制备光变色母粒可包括将约0.1重量份至0.3重量份的分散剂与上述使用量的光变色染料以及聚丙烯均匀混合，以形成光变色母粒。举例而言，分散剂可包括第一固体分散剂。在一些实施方式中，第一固体分散剂例如是d 1377e(商品型号，购自ems-griltex)。
[0037]
接着，制备近红外光反射母粒，包括将15重量份的近红外光反射染料以及85重量份的尼龙均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成近红外光反射母粒。具体而言，粉体细化制程可以是干式研磨，将近红外光反射染料和尼龙的粒径研磨至约300nm至400nm之间，操作条件可以是在转速500rpm下研磨3分钟。粉体分散制程的操作条件可以是在转速500rpm下分散10分钟。混练造粒制程的混练温度可以是240℃至260℃，螺杆转速可以是200rpm。
[0038]
在一些实施方式中，制备近红外光反射母粒可包括将约0.1重量份至0.3重量份的分散剂与上述使用量的近红外光反射染料以及尼龙均匀混合，以形成近红外光反射母粒。举例而言，分散剂可包括第二固体分散剂。在一些实施方式中，第二固体分散剂例如是d 1556a(商品型号，购自ems-griltex)。
[0039]
然后，制备第一混合物，包括混合10重量份的光变色母粒以及75重量份至115重量份的聚丙烯，以得到第一混合物。具体而言，将光变色母粒和聚丙烯均匀混合，并加热至约105℃以干燥除水，从而得到第一混合物。
[0040]
接着，制备第二混合物，包括混合10重量份的近红外光反射母粒以及65重量份至140重量份的尼龙，以得到所述第二混合物。具体而言，将近红外光反射母粒和尼龙均匀混合，并加热至约105℃以干燥除水，从而得到第二混合物。
[0041]
然后，将第一混合物以及第二混合物进行芯鞘型熔融纺丝制程，以形成光变色阻热纤维的芯层以及鞘层。具体而言，将第一混合物和第二混合物分别由第一进料口和第二进料口输送至挤压机中以形成熔融状态，随后通过内外双层的纺嘴同时喷出并冷却，其中第一混合物通过纺嘴内层的纺嘴口，而第二混合物通过纺嘴内外层之间的纺嘴口。因此，第一混合物形成光变色阻热纤维的芯层，且第二混合物形成光变色阻热纤维的鞘层。在一些实施方式中，芯鞘型熔融纺丝制程的纺丝温度可以是215℃至270℃，卷取速度可以是2500m/min。
[0042]
在一些实施方式中，光变色阻热纤维的制备方法可更包括制备紫外线吸收剂母粒，包括将10重量份的紫外线吸收剂以及90重量份的尼龙均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成紫外线吸收剂母粒。随后在制备第二混合物时加入1.5重量份至3重量份的紫外线吸收剂母粒，以得到第二混合物。具体而言，粉体细化制程可以是干式研磨，将紫外线吸收剂和尼龙的粒径研磨至约300nm至400nm之间，操作条件可以是在转速500rpm下研磨3分钟。粉体分散制程的操作条件可以是在转速500rpm下分散10分钟。混练造粒制程的混练温度可以是240℃至260℃，螺杆转速可以是200rpm。在一些实施方式中，制备紫外线吸收剂母粒可包括将约0.1重量份至0.3重量份的分散剂与上述使用量的紫外线吸收剂以及尼龙均匀混合，以形成紫外线吸收剂母粒。
[0043]
在一些实施方式中，光变色阻热纤维的制备方法可更包括制备二氧化钛母粒，包括将30重量份的二氧化钛以及70重量份的尼龙均匀混合，并依序经粉体细化制程、粉体分散制程以及混练造粒制程，以形成二氧化钛母粒。随后在制备第二混合物时加入2.5重量份至5重量份的二氧化钛母粒，以得到第二混合物。具体而言，粉体细化制程可以是干式研磨，将二氧化钛和尼龙的粒径研磨至约300nm至400nm之间，操作条件可以是在转速500rpm下研磨3分钟。粉体分散制程的操作条件可以是在转速500rpm下分散10分钟。混练造粒制程的混练温度可以是240℃至260℃，螺杆转速可以是200rpm。在一些实施方式中，制备二氧化钛母粒可包括将约0.1重量份至0.3重量份的分散剂与上述使用量的二氧化钛以及尼龙均匀混合，以形成二氧化钛母粒。
[0044]
在以下叙述中，将针对本揭露的光变色阻热纤维进行各种测量和评估。下文将参照实验例1至实验例3，更具体地描述本揭露内容的特征。虽然描述了以下实施例，但是在不逾越本揭露内容范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此，不应由下文所述的实施例对本揭露内容做出限制性地解释。
[0045]
《实验例1：光变色阻热纤维的基础配方和纺丝性评估》
[0046]
在本实验例中，针对各比较例的纤维和各实施例的光变色阻热纤维进行纺丝性的评估。具体而言，首先依据下方表一的母粒配方，制备出光变色母粒、近红外光反射母粒、紫外线吸收剂母粒以及二氧化钛母粒。这些母粒样品都通过40μm滤网评估，表示分散特性好，不影响后续加工。
[0047]
表一
[0048][0049]
注1：单位均为重量份
[0050]
注2：光变色染料为ncc#12(商品型号，购自崇裕科技)
[0051]
注3：近红外光染料为v-9415(商品型号，购自ferro公司)
[0052]
注4：紫外线吸收剂为eversorb 41fd(商品型号，购自永光化学)
[0053]
注5：二氧化钛为b160509-0253(商品型号，购自德春公司)
[0054]
注6：分散剂(a)为d 1377e(商品型号，购自ems-griltex)
[0055]
注7：分散剂(b)为d 1556a(商品型号，购自ems-griltex)
[0056]
接着，依据下方表二的纤维中的组成物配方，选用不同比例的母粒、聚丙烯和尼龙，利用上述的芯鞘型熔融纺丝制程制备出各比较例的纤维和各实施例的光变色阻热纤维，并观察纤维的纺丝状况。值得说明的是，各比较例的纤维和各实施例的光变色阻热纤维皆包括第一混合物形成的芯层和第二混合物形成的鞘层。如表二所示，各比较例的纤维和各实施例的光变色阻热纤维的皆具有良好的纺丝性。
[0057]
表二
[0058][0059]
注1：第一混合物和第二混合物中的单位均为重量份
[0060]
注2：光变色染料为ncc#12(商品型号，购自崇裕科技)
[0061]
注3：近红外光染料为v-9415(商品型号，购自ferro公司)
[0062]
注4：紫外线吸收剂为eversorb 41fd(商品型号，购自永光化学)
[0063]
注5：二氧化钛为b160509-0253(商品型号，购自德春公司)
[0064]
《实验例2：光变色阻热纤维的紫外线防护评估》
[0065]
在本实验例中，针对各比较例和各实施例的纤维进行紫外线防护评估。具体而言，将实验例1的各比较例和各实施例的纤维形成针密为320针的圆编针织袜带。接着，使用紫外线照射各比较例和各实施例以观测其变色现象，并使用标准方法as/nzs 4399测量其紫外线防护指数(ultraviolet protection factor，upf)。各比较例和各实施例的测试结果如表三所示。
[0066]
表三
[0067] 变色现象紫外线防护指数比较例1无11比较例2无22比较例3无28比较例4无28比较例5无45比较例6无36
实施例1有50实施例2有50 实施例3有49
[0068]
由表二和表三可知，比较例1至比较例6的纤维的芯层未添加光变色染料，因此比较例1至比较例6的织物在紫外线的照射下不具有变色效果且紫外线防护效果较差。相对地，实施例1至实施例3的光变色阻热纤维的芯层包括适量的光变色染料，因此实施例1至实施例3的织物具有紫外线变色效果及良好的紫外线防护效果。
[0069]
《实验例3：光变色阻热纤维的隔热效果评估》
[0070]
在本实验例中，针对各比较例和各实施例的纤维进行紫外线防护评估。具体而言，将实验例1的各比较例和各实施例的纤维形成针密为320针的圆编针织袜带。接着，将各圆编针织袜带在室温下使用功率为500w的卤素灯照射2分钟后测量其表面温度，以评估其隔热效果。各比较例和各实施例的测量结果如表四所示。
[0071]
表四
[0072] 照灯前温度(℃)照灯后温度(℃)温度差(℃)比较例126.639.713.1比较例226.638.111.5比较例326.637.310.7比较例426.637.510.9比较例526.637.210.6比较例626.637.310.7实施例126.637.911.3实施例226.637.611实施例326.637.611
[0073]
由表二和表四可知，比较例1和其他比较例与各实施例的相异之处在于，比较例1未添加近红外光反射染料，使得比较例2至比较例5以及实施例1至实施例3在照射卤素灯前后的温度差皆小于比较例1的温度差。更详细而言，实施例1至实施例3的温度差与比较例2的温度差相当，表示光变色阻热纤维中的光变色染料未对近红外光反射染料产生影响。因此，在鞘层中包括近红外光反射染料的纤维可具有良好的隔热效果。
[0074]
另一方面，实施例2和实施例3在鞘层中包括近红外光反射染料以及二氧化钛，使得实施例2和实施例3在照射近红外光灯前后的温度差小于实施例1的温度差。因此，在鞘层中包括近红外光反射染料以及二氧化钛的光变色阻热纤维具有较佳的隔热效果。
[0075]
根据本揭露上述实施方式，通过芯鞘型熔融纺丝制程形成的光变色阻热纤维包括芯层和鞘层。光变色阻热纤维的芯层包括适量的光变色染料，使得光变色阻热纤维可以吸收紫外线而变色。另一方面，光变色阻热纤维的鞘层包括适量的近红外光反射染料、二氧化钛和紫外线吸收剂，使得光变色阻热纤维可以反射近红外光以及免于部分紫外线的损害。因此，光变色阻热纤维形成的织物可同时具有紫外线变色、紫外线防护以及隔热功能，从而增加织物的应用性。
[0076]
前面概述一些实施方式的特征，使得本领域技术人员可更好地理解本揭露的观点。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本揭露作为设计或修改其他制程和结
构的基础，以实现相同的目的和/或实现与本文介绍的实施方式相同的优点。本领域技术人员还应该理解，这样的等同构造不脱离本揭露的精神和范围，并且在不脱离本揭露的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。