201202498 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種纖維材料，特別有關於一種具有 吸收紅外線功能的纖維材料。 【先前技術】 一般的天然或合成纖維要達到較佳的保暖效果，通常 需使用經緯密度高的織物或增加織物的厚度，但是這些方 式會使得紡織成品的透氣性變差且重量增加。 另外，在紡織成品中還可以使用動物羽絨作為充填 物，或使用人造的中空或多孔性纖維來製成紡織成品，以 達到保暖且輕量化的效果。然而，此類紡織成品具有高蓬 鬆性，會造成使用者活動的不便。 因此，業界亟需一種纖維材料，其可以使得纖維及其 製成的紡織品具有保暖性，並同時具有輕量化以及避免紡 織成品過度蓬鬆的特性，以克服上述缺點。 目前已有人利用碳化锆粉體添加分散於纖維内的做法 來製備紡織品，其吸收紅外線的性能優異（紅外線能量可轉 換為熱能，導致紡織品溫度上升，達到保暖效果），但是因 為其紡織品是深黑色且價格非常昂貴，導致應用受到了很 大的限制。因此，研發淺色系和生產成本較低的吸收紅外 線功能紡織品，是目前的重點方向。 氧化鋅是一種半導體材料，其禁帶寬度(energy gap)於 室溫下為3.37eV，隨著氧化鋅粉體的尺寸減小，其禁帶寬 度會逐漸增加，為了提升其電氣或光學性質，通常摻雜第 IIIA至VA族的元素。氧化鋅或摻雜第IIIA至VA族元素 201202498 的氧化鋅通常應用在與半導體產業相關的產業上，例如導 電材料、壓電材料、氣體探測器或太陽能電池等。 【發明内容】 本發明之實施例提供一種具有吸收紅外線功能的纖 維，此纖維包括纖維主體，以及具有吸收紅外線功能的粉 體，添加分散於纖維主體的内部。 此外，本發明之實施例還提供一種具有吸收紅外線功 能的紡織品，其包括如上所述之具有吸收紅外線功能的纖 維。 另外，本發明之實施例還提供一種具有吸收紅外線功 能之纖維的製造方法，該方法包括：提供具有吸收紅外線 功能的粉體，提供至少一單體與此粉體摻合，將單體聚合， 形成至少一高分子與此粉體摻合的複合材料，以及將複合 材料以紡絲工程加工，形成具有吸收紅外線功能之纖維， 其中粉體添加分散於纖維的内部。 在另一實施例中，提供一種具有吸收紅外線功能之纖 維的製造方法，該方法包括：提供具有吸收紅外線功能的 粉體，提供至少一高分子與此粉體混摻，形成高分子與此 粉體混摻的複合材料，以及將複合材料以紡絲工程加工， 形成具有吸收紅外線功能之纖維，其中粉體添加分散於纖 維的内部。 添加本發明之具有吸收紅外線功能的粉體所製成的紡 織品，其顏色改變相對於未添加粉體的紡織品而言，平均 可見光反射率差異只有2%左右。此性能遠優於添加碳化锆 粉體的紡織品（具有吸收紅外線功能），其顏色改變非常明 201202498 顯，平均可見光反射率差異可以達到40%以上。 懂，月之上述目的、特徵、及優點能更明顯易 【實施方ir圖式’作詳細說明如下： 維主具有吸收紅親功㈣粉體添加分散於纖 ，·’収、口p使传纖維具有吸收紅外線的功能，並使得 :纖的纺織品也具有吸收紅外線輸並:: 織吸收紅外線及保暖的功效’並同時保‘紡 …口：：匕的優點以及避免紡織品過度蓬鬆的缺點。 以是摻雜：二：：知例中’具有吸收紅外線功能的粉體可 之金屬種以上第ΠΙΑ族至第va族的金屬元素 物粉體’或者為前述摻雜有第ΙΠΑ族至第VA 矢、·屬元素之金屬氧化物粉 體的組合。 ' 例中，具有吸收紅外線功能的粉體可為摻雜 :二：:(Α1)或前述元素之組合的氧化鋅(ΖηΟ)粉體，或 者摻雜不同元素的氧化鋅粉體之組合，此具有摻雜 有吸收能Γ鋅，體對於波長約在78Gnm以上的紅外線具 氧化鋅粉體的粒徑可介於約10 nm至200nm =氣=為、小於1()0nm。在一實施例中，於具有摻雜元 元辛-重中’摻雜元素的重量百分比約佔鋅和摻雜 兀素…重里的0·α20重量百分比(wt%)。 =刚内摻雜鎵(Ga)，Ai)的方法可為： 的氣化物或者硫酸鹽與摻雜元素（包括鎵、銘） 。.祖製：混合溶液，濃“ 〃疋素的添加莫耳量為鋅和摻雜元素 201202498 總莫耳量的 0.1mol%~10.0mol%. (2) 將步驟（1)中所配置的混合鹽溶液和碳酸氫銨溶液 一起滴加到水中，過程中保持在40 °C、pH值控制在 7.0-7.5，同時強烈攪拌。即獲得均勻摻雜的白色驗式碳酸 鋅沉殿物生成。 (3) 將上述沉澱物經過洗滌分離後烘乾，所得的粉末在 氫氣和氬氣的混合下燒結，燒節溫度400°C〜700°C，時間 30分鐘〜60分鐘，燒結後即得到最終的摻雜鎵、鋁的氧化 鋅粉體。 依據本發明之一實施例，可將一種或一種以上摻雜鎵 (Ga)、鋁（A1)或前述元素之組合的氧化鋅（ZnO)粉體摻合在 一種或一種以上的單體中，接著將單體聚合，形成高分子 與上述粉體的複合材料，然後利用紡絲工程將此複合材料 加工，形成具有吸收紅外線功能的纖維。在一實施例中， 上述單體可以是己二酸/己二胺之組合、己内醯胺 (caprolactam)、乙二醇/對苯二曱酸之組合、乙烯及丙稀， 其聚合而成的高分子可以是聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚 酯或前述之組合，所形成的纖維可為聚乙烯纖維、聚丙烯 纖維、聚醯胺纖維、聚酯纖維或前述之組合，並且具有上 述粉體添加分散在纖維内部，使得纖維具有吸收紅外線的 功能。 依據本發明之另一實施例，可將一種或一種以上摻雜 鎵(Ga)、鋁(A1)或前述元素之組合的氧化鋅（ZnO)粉體直接 與一種或一種以上的高分子混摻(blending)，形成高分子與 上述粉體的複合材料，然後利用紡絲工程將此複合材料加 201202498 工’形成具有吸收紅外線功能的_。在此 上述高分子可以是聚乙缔、聚丙歸 I施例中， 之組合，所形成的纖維可為聚：丙=旨或前述 醯胺纖維、聚酉旨纖維或前述之叙人，並日^缔纖維、聚 摻在纖維内部，使得纖維具有吸收紅外線的功ί述粉體混 在本發明之實施例中， 此 中，上述粉體約估纖維及粉趙外線功能的纖維 分比（wt%)。 仏〜重里的0.1幻0.0重量百 此外，上述具有吸收紅外線功 體材料、高分子材料或纖維材料的選擇過單 例如抗紫外線、抗菌、抗靜電、陽有料功能， 可染、異形斷㈣濕排汗或中空保暖等功:。、南乱價低溫 、維可例:者收紅外線功能的纖 功效。 的成。。可吸收紅外線，因此具有保暖的 外線= 與比較例說明本發明之具有吸收紅 外線力i的纖維及其纺織品㈣造方法及其特性： 【實施例1】 將摻賴元素的氧_粉體（鎵的摻雜 重:的】·〇 入水中打裝混合(濃度 ：:、 溫度為70t〜贼的已内酿胺(_la 二二二 =化辞粉體之添加量為。h 二 化辞粉體與己㈣胺單體的總重）。接著，在⑽。c〜2〇i 的溫度下獅6小時，然後進行祕C約30分鐘），再升溫 201202498 至230 C〜240 C ’授掉持溫18小時’此時即已將p 士 單體聚合成為聚醯胺(polyamide)，以紡絲及假撚工#。么 260 C、捲速4500m/min、上油量0.5 opu)將含有摻雜鎵: 氧化鋅粉體之聚醯胺複合物假撚成為70d/24f規袼的 = 胺纖維，再織成基重為15〇g/m2的針織布。 、A ^
使用積分球分光光度計測試實施例〗之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為68%及65%，如表1所列。 【實施例2-4】 貫^例2-4之針織布的製備方式如同實施例1，其差別 在於鎵元素的摻雜量以及摻雜鎵的氧化鋅粉體之添加量不 同，如表1所列。 同樣地，使用積分球分光光度計測試實施例2_4之針 織布在可見光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率 及在紅外線波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率， 其結果如表1所列。 【比較例1】 將己内1&版单體聚合成為聚酿胺(p〇lyarnide)，以纺絲 及假撚工程將聚醯胺假撚成為7〇d/24f規格的聚醯胺纖 維，再織成基重為15〇g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試比較例1之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為70%及40%，如表1所列。 201202498 [比較例2] 將粒徑約為l〇〇nm的妒 Π 的石反化錯粉體加入水中打漿混合 G辰度 25wt/。）並添加在溫度 ^ ^ ^ ^ , ^ /υ C ~80 C的己内醯胺 (caprolactam)單體内，並中磁 十〇/,扣拟从山 ，、肀反化錯粉體之添加量為0.5 wt /〇(相對於;ε反化錯與己内醢 ^ ^ 〇円醞胺早體的總重）。接著，〇 C〜200 C的溫度下攪採6，丨、蛀 ^ 崎6小時，然後進行錢（約30分 鐘）’再升溫至230°C〜240°C，谱姓4士 ^ mul攪拌持溫18小時’此時即已
將己内醯胺單體聚合成為聚醯胺（p〇lyamide)，以紡絲及假 撚工程（紡溫260°C、捲速4500m/min、上油量〇.5 opu)將含 有碳化錯粉體之聚醯胺複合物假撚成為70d/24f規格的聚 醯胺纖維，再織成基重為150g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試比較例2之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為25%及60%，如表1所列。
表1實施例1-4與比較例1-2之針織布的成分與特性 鎵元素的搀 雜量（wt%) 粉趙的添加 量（Wt〇/〇) 平均可見光 反射率（％) 平均紅外線 吸收率（％) 實施例1 1.0 0.5 68 65 實施例2 1.0 5.0 61 81 實施例3 5.0 0.5 65 70 實施例4 5.0 5.0 60 87 比較例1 —— 一 70 40 比較例2 — 0.5(碳化锆） 25 60 【實施例5】 10 201202498 將摻雜鋁元素的氧化鋅粉體（鋁的摻雜量為鋅和鋁總 重量的0.8 wt%)先與三烴曱基(Trimethyi〇iethane)或聚乙烯 口比咯烧酮（Polyvinyl pym>lidone)分散劑（用量為粉體的2〇 wt%〜100 wt%)在氣流粉碎機中進行粉碎及分散處理，然後 直接與聚丙烯混摻，其中摻雜铭的氧化鋅粉體之混摻重量 比為1.5 wt%(相對於摻雜鋁的氧化鋅粉體與聚丙烯的總 重），以紡絲及假撚工程（紡溫250°C、捲速2500m/min、上 油量l.Oopu)將含有摻雜鋁的氧化鋅粉體之聚丙烯複合物 假撚成為60d/24f規格的聚丙稀纖維，再織成基重為 120g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試實施例5之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為65%及64%，如表2所列。 【實施例6-8】 實施例6-8之針織布的製備方式如同實施例5,其差別 在於鋁元素的摻雜量以及摻雜鋁的氧化辞粉體之添加量不 同’如表2所列。 同樣地，使用積分球分光光度計測試實施例6-8之針 織布在可見光波長範圍4〇〇nm〜780nm之間的平均反射率 及在紅外線波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率， 其結果如表2所列。 【比較例3】 以纺絲及假撚工程將聚丙烯假撚成為6〇d/24f規格的 聚丙烯纖維，再織成基重為120g/m2的針織布。 201202498 使用積分球分光光度計測試比較例3之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為60%及45%，如表2所列。 【比較例4】 將粒徑100 nm的碳化鍅粉體先與三烴甲基 (Trimethylolethane)或聚乙烯吼》各烧酮（Polyvinyl pyrrolidone)等分散劑（用量為粉體的20 wt%〜100 wt%)在氣 流粉碎機中進行粉碎及分散處理，然後直接與聚丙烯混 摻’其中碳化锆粉體之混摻重量比為1.5 wt%(相對於碳化 錯粉體與聚丙烯的總重），以紡絲及假撚工程（紡溫250°C、 捲速2500m/min、上油量l.〇opu)將含有碳化鍅粉體之聚丙 烯複合物假撚成為60d/24f規格的聚丙烯纖維，再織成基重 為120g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試比較例4之針織布在可見 光波長範圍40〇nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為8%及72% ’如表2所列。 表2貫施例5-8與比較例3-4之針織布的成分與特性 施例編號 鋁元素的摻 雜量（wt%) 粉體的添加 量(Wt%) 平均可見光 反射率（％) 平均紅外線 吸收率（％) j施例5 0.8 _ ------ 1.5 65 64 J施例6 0.8 6.0 61 61 施例7 5.0 1.5 63 63 12 201202498 實施例8 5.0 —6-0 60 60 比較例3 — — 60 45 比較例4 — 1.5(碳化鍅） 8 72 【實施例9】 將摻雜鋁元素的氧化鋅粉體（鋁的摻雜量為鋅和鋁總 重量的0.8 wt%)先與三煙曱基(：Frimethyl〇lethane)或聚乙稀 吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolid〇ne)等分散劑（用量為粉體的2〇 wt%〜100 wt%)在氣流粉碎機中進行粉碎及分散處理，然後 直接與聚丙炼混掺’其中摻雜鋁的氧化鋅粉體之混摻重量 比例為1.5 wt%(相對於摻雜鋁的氧化鋅粉體與聚丙烯的總 重）’以紡絲及假撚工程（紡溫25〇°C、捲速2500m/min、上 油量l.Oopu)工程將含有摻雜鋁的氧化鋅粉體之聚丙烯複 合物假撚成為50d/36f規格的聚丙烯纖維。 接著，將此50d/36f規格的聚丙烯纖維與75d/96f規格 的聚酯纖維以1 : 1的紗線數量比例交織成基重為170g/m2 的針織布。 使用積分球分光光度計測試實施例9之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780~2500 nm之間的平均吸收率’其結果分別 為 74%及 61%。 接著，將實施例9之針織布剪裁成為袖套’依服裝隔 熱性能的試驗方法ASTM F1291進行熱感假人穿著袖套之 照日光溫升試驗，於照射15分鐘後，實施例9之針織布的 溫升為4.0°C。 【比較例5】 201202498 以紡絲及假撚工程將聚丙烯假撚成為50d/36f規格的 聚丙烯纖維。接著，將此5〇d/36f規格的聚丙烯纖維與 75d/96f規格的聚酯纖維以！ ： i的紗線數量比例交織成基 重為170g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試比較例5之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為 75%及 40%。 接著，將比較例5之針織布剪裁成為袖套，依服裝隔 熱性能的試驗方法ASTM F1291進行熱感假人穿著袖套之 照日光溫升試驗，於照射15分鐘後，比較例5之針織布的 溫升為1.9°C。 【實施例10】 使用單體對苯二甲酸和乙二醇進行酯化反應，單體投 料莫耳比為對苯二曱酸：乙二醇= 100:110〜200，反應溫度為 260°C〜280°C，反應壓力為l〇〇kpa〜300kpa，反應停留時間 為1.5〜4.0小時。摻雜鎵元素的氧化鋅粉體（鎵的摻雜量為 鋅和趣總重量的1.0 wt%)的加入選擇在酯化反應之前。酯 化原料打漿混合時，將0.5wt%的摻雜鎵元素的氧化鋅粉體 加入到酯化原料中，再開始酯化過程。預縮聚及縮聚反應 均在負壓下進行，反應溫度控制為270°C〜285°C，反應物 停留時間控制為1 ·〇〜3.0小時。預縮聚反應的真空度控制為 1.0 kpa〜2.0 kpa，縮聚反應的真空度控制為0.1 kpa~0.2 kpa。縮聚催化劑採用乙二醇銻，用量以單體對苯二甲酸重 量為基準，以銻離子計算，控制為120mg/kg〜300mg/kg。 14 201202498 縮聚反應結束後即得聚酯高分子複合物。以紡絲及假機工 程將含有摻雜鎵元素的氧化鋅粉體之聚酯複合物假機成為 74d/48f規格的聚酯纖維，再織成基重為175g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試實施例10之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為7 2 %及61 % ’如表3所列。 【實施例11-13】
實施例11-13之針織布的製備方式如同實施例1〇，其 差別在於鎵元素的摻雜量以及摻雜鎵的氧化鋅粉體之添加 量不同，如表3所列。 同樣地’使用積分球分光光度計測試實施例u-u之 針織布在可見光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射 率及在紅外線波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收 率’其結果如表3所列。 【比較例6】 以紡絲及假撚工程將聚酯高分子假撚成為75d/48f規 格的聚酯纖維，再織成基重為175g/m2的針織布。 使用積分球分光光度計測試比較例6之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其、纟士果分別 為74%及44%，如表3所列。 【比較例7】 將粒徑100 nm的碳化鍅粉體先與三煙甲基 (Trimethylolethane)或聚乙烯吡咯烷酉同（p〇lyvinyl 15 201202498 pyrrolidone)等分散劑（用量為粉體的2〇 wt〇/〇〜j 〇〇 碎及分散處理，然後直接與聚二 ，、中反化錯W之化換重量比為15 wt%(相對於碳化錯粉 體與聚醋的總重），以终絲及假撚工程將含有碳化錯粉體之 聚丙稀複合物·成為7 5 d服規格的聚|旨纖維，再織成基 重為175g/m2的針織布。
使用積分球分光光度計測試比較例7之針織布在可見 光波長範圍400nm〜780nm之間的平均反射率及在紅外線 波長範圍為780〜2500 nm之間的平均吸收率，其結果分別 為25%及61%，如表3所列。 實施例10 & %素的摻 雖量（Wt0/o) 粉體的添加 量（wt°/〇) 平均可見光 反射率（％) 平均紅外線 吸收率（％) 1.0 0.5 72 61 1-0-.. 5.0 —67 71 —5.0 0.5 71 67 5.0 5.0 64 74 -— 74 44 15(碳化鍅） 25 61 率盥、⑧二K她例興比較例之針織布的平均紅外線口及 鋅粉度的比較結果可得知，由含有摻雜元素的氧 含粉雕^維所製成的針織布，其紅外線吸收性能高於 比#所製成的針織布。而且實施例與不含粉體 ==織布之間的平均可見光反射率差距甚小’表 雜元素的氧化鋅粉體並不影響紡織品的顏色
16 201202498 但是添加碳化锆粉體的比較例之紡織品，其平均可見光反 射率較實施例之紡織品大幅降低，表示碳化锆嚴重影響紡 織品的顏色，因此在衣著用紡織品的色彩應用已受到嚴重 的限制。 此外，由含有摻雜元素的氧化鋅粉體之纖維所製成的 針織布，其溫升程度高於不含粉體之纖維所製成的針織布。 因此，由上述結果可得知，本發明使用具有吸收紅外 線功能的粉體添加分散於纖維主體的内部，可以使得此纖 維以及其製成的紡織品具有較高的紅外線吸收能力，並且 可達到較佳的保暖效果。 雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
17 201202498 【圖式簡單說明】 #»»、 【主要元件符號說明】 無0