長效涼爽降溫複合粉體、降溫纖維及其製造方法

2023-06-13 03:39:51 1

專利名稱：長效涼爽降溫複合粉體、降溫纖維及其製造方法
技術領域：
本發明是提供一種長效涼爽降溫複合粉體、 一種長效涼爽降溫纖維及其製造 方法，尤指一種可將人體的熱能及溼氣經由其迅速吸收、反應並散逸，同時回復 至原來的狀態，達到長效的涼爽降溫效果的複合粉體及降溫纖維。
背景技術：
一般降溫紡織品早期製作以熱交換器及電力輸送熱傳流體方式為主，如專利 US5062424、 US5092129、 US5263336、 US4738119等，僅使用於特殊的作業環境， 不適用於日常穿著應用，因而有人利用透氣不透水的有機材料製作成流體管路， 並經由電力輸送流體或氣體方式，可達到降低冷卻裝置的重量，而使冷卻性紡織 品可應用於一般穿著的用途，如專利US2006174392、 US6962600、 US2005246826、 US7179279、 FR2836339、 US5970519、 US6009713、 US5538583、 US5438707、 US5433083、 US5320164等，其中^_用壓縮氣體與電力快速輸送特性，可以達到 快速降溫的效果，然而其複雜的管路結構及需要外加電力，而限制這類的降溫紡 織品的使用；
再者，除使用管路外，夾層設計簡化管路的複雜布置，通過透氣不透水與透 水層的多層化，使兩層間存在特定結構的連貫性空間，空間中存在可因溫度或溼 度差異產生的氣流，而達到降低體熱溫度的效果，如專利US4342203、 WO2007088431、 US2007050878、 US2006201178、 JP4209809、 JP4209807等，為 使氣流有良好的流通產生散熱效果，多層結構的設計較複雜；進而有人在多層結 構的中間層引入可以含有大量水分的水吸收材料，增加整體的降溫程度，如 US2003208831、 WO0108883、 MXPA01013376、 US6516624、 US6134714等，通 過透氣層使水蒸氣進出中間層達到更好的冷卻效果；
類似的方式如水或具散熱性的相變化材料封存在特定的袋或管狀空間中，如 專利(JS2006276089、 US2006064147、 US2005284416、 US6134714、 US5415222 等，使用阻水性不透氣材料封存水或相變化材料，避免液態散熱材料的流失，但長時間使用下，因外界的磨擦與壓力作用，仍會有漏水的問題，相變化材料的使 用則存在無法保持長效，需待相變化材料回復固態相才能再有降溫的作用；利用
高熱傳性的金屬纖維編織，可以製作長時間冷卻作用的紡織品，如專利IT1251745, 因金屬纖維的成本高與柔軟性差，使這類降溫紡織品的實用化不佳；
因此，本案發明人鑑於上述的技術的缺失，即不適用於日常穿著應用，因而 加以創新開發，並經多年苦心孤詣潛心研究，終於研發出一種可長效涼爽降溫復 合粉體、纖維及其製造方法。

發明內容
本發明提供一種長效涼爽降溫複合粉體、長效涼爽降溫纖維及其製造方法。 其是以納米高孔隙度的介孔材料作為母材，將相變化材料分散後填入母材的孔隙 中，再將具相變化材料的母材微細化後再與孔洞中吸附或含有水氣的多孔質的高 比熱材料混合，即可得降溫複合粉體，且所述的降溫複合粉體依比例加入各類纖 維中而形成降溫纖維；
所述的母材提供良好的吸附性及分散性，同時母材的表面孔洞尺寸可控制吸 附進入的相變化材料的體積，就是說將相變化材料的有效體積縮小至納米等級， 而使相變化材料的熱調節功能達到最大化；
所述的高比熱材料可阻礙熱傳導速度，避免人體熱流快速導入降溫纖維內部 而降低相變化的效果，使熱流維持在表層進行完整的相變化反應並憑藉水氣蒸發 效應散逸；
當人體體熱傳導至降溫纖維時，其降溫纖維表面的微細化的相變化材料即可 吸附體熱而進行快速且完整的相變化使溫度下降，同時體熱也可使高比熱材料中 的吸附水氣蒸發氣化並帶走體熱，使人體體表溫度及溼度再度降低，當體溫下降 達一定程度時，相變化材料又會相變化回復為原本狀態進而產生持續再生的降溫 效果，進而可達到長效的涼爽降溫效果。
具體來說，本發明提供一種長效涼爽降溫複合粉體，所述複合粉體含有納米 高孔隙度的介孔材料作為母材，而該介孔材料的納米孔隙中填入的有相變化材料， 該複合粉體還含有孔洞中吸附或含有水氣的多孔質的高比熱材料。
其中所述的母材粉體粒徑為100nm 2000nm,表面孔隙範圍為10nm 1000nm。 所述的相變化材料可為水、正二十烷(Eicosane)、正二十一烷(Heneicosane )、 正十八烷(Octadecane)、十九烷(Nonadecane) 、 二氧化釩(V02)等。所述的相變化材料以佔母材0.1 80wt%的比例填入母材的孔洞中。所述的高比熱材料為孔 洞中吸附或含有水氣的多孔質材料，所述的高比熱材料可為硅藻土、海泡石、滑 石、沸石、高嶺土、獨居石、雲母、玉、蛇紋石、玄武巖及石圭、鋁、4美、鈉、4丐 等的氧化物、磷化物、氮化物、矽酸鹽類等。所述高比熱材料以佔總量10 80wt%
的比例添加混合入具相變化材料的母材中。
所得的降溫複合粉體的粒徑範圍為100nm 2000nm。
本發明還提供一種長效涼爽降溫複合粉體的製造方法，所述方法是以納米高 孔隙度的介孔材料作為母材，將相變化材料以分散方式或溶解方式填入母材的孔 隙中，再將該具相變化材料的母材微細化後，再與孔洞中吸附或含有水氣的多孔 質的高比熱材料混合，最後再研磨、過篩。
其中所述的分散方式可為研磨分散、超音波震蕩分散、攪動分散；溶解方式 可為〉容液法、熱熔融法。
本發明另一個方面是提供一種長效涼爽降溫纖維，所述長效涼爽降溫纖維是 各種現有技術纖維中含有本發明所述複合粉體的各類纖維。其中所述的纖維可為 天然纖維、內含功能性粉體的化學合成纖維或一般化學合成纖維、人造纖維。
本發明還提供一種長效涼爽降溫纖維的製造方法，其是將本發明所述複合粉 體依比例加入各類纖維中而形成，所述複合粉體的加入比例為佔總重的 0.1~20wt%。


圖1是本發明的流程示意圖2是本發明的母材原始表面狀態示意圖3是本發明的母材表面披覆相變化材料的示意圖4是本發明的母材與複合降溫粉體的降溫曲線比較示意圖5是本發明在含水率為2wt。/。時的 一般PET纖維及不同比例的降溫PET纖 維的降溫曲線示意圖6是本發明在含水率為1 Owt%時的 一般PET纖維及不同比例的降溫PET 纖維的降溫曲線示意圖7是本發明添加比例為1.2wt。/。的降溫PET纖維衣物與一般PET纖維衣物 的人體微氣候分析的溫度曲線示意圖8是本發明添加比例為1.2wt。/。的降溫PET纖維衣物與 一般PET纖維衣物的人體微氣候分析的溼度曲線示意圖。
附圖標記說明21-母材；22-相變化材料；23-具相變化材料的母材；24-高比 熱材料；25-降溫複合粉體；26-纖維；27-降溫纖維；31-母材降溫曲線；32-降溫 複合粉體降溫曲線；41-一^: PET纖維降溫曲線；42-1.2Wt。/。的PET纖維降溫曲線； 43-1.8Wt。/。的PET纖維降溫曲線；44-2.2Wt。/。的PET纖維降溫曲線；PET 纖維；52-1.2Wt。/。降溫PET纖維。
具體實施例方式
為使審查員方便簡捷了解本發明的其他特徵內容與優點及其所達成的功效能 夠更為顯現，茲將本發明配合附圖，詳細說明如下
實施例一涼爽降溫複合粉體的製備
請參閱圖l所示，首先，本發明提供一種長效涼爽降溫複合粉體，其中該涼 爽降溫複合粉體其結構組成是以納米高孔隙度的介孔材料作為母材21 ，並將相變 化材料22分散後並填入母材21的孔隙中，形成具相變化材料的母材23,而如圖 3所示，所述的具相變化材料的母材23微細化後再與多孔高吸水性的高比熱材料 24混合，即可得降溫複合粉體25,將所述的降溫複合粉體25依比例加入各類纖 維26中，而可形成具不同降溫效果的降溫纖維27;
所述的母材21是納米高孔隙度的介孔材料，又所述的母材21的粉體粒徑為 100nm 2000nm，其中所述的介孔材料可為珪藻土 、海泡石、沸石、高嶺土等，並 經由清洗、研磨、過濾、乾燥等程序得到高納米孔隙度的介孔材料粉體，所述的 介孔材料的表面孔隙範圍為10nm 1000nm之間且均勻分布，又所述的母材21提 供良好的吸附性及分散性；
所述的相變化材料22可為水、正二十烷(Eicosane)、正二十一烷 (Henejcosane )、 正十八烷(Octadecane )、 十九坑(Nonadecane ) 、 二氧化機 (V02)等，又所述的相變化材料22經溶解方式或分散方式，並以佔母材0.1~80wt% 的比例填入所述的母材21的孔洞中，再經過清洗、過濾、乾燥後，即可得到具相 變化材料的母材23,且憑藉所述的母材21的表面孔洞尺寸可控制吸附的相變化 材料22的體積，將所述的相變化材料22的有效體積縮小至納米等級，而使相變 化材料22的熱調節功能達到最大化；其中所述的溶解方式包括溶液法、熱熔融法， 其中所述的分散方式包括研磨分散、超音波震蕩分散、攪動分散等；所述的高比熱材料24為高吸水性的多孔材料，所述的高比熱材料24的比熱 高於0.25cal/gk,所述的高比熱材料24可為硅藻土、海泡石、沸石、高嶺土、滑 石、獨居石、雲母、玉、蛇紋石、玄武巖及矽、鋁、鎂、鈉、鈣等的氧化物、磷 化物、氮化物、矽酸鹽類等；再將所述的高比熱材料24以佔總量10 80wt。/。的比 例添加混合入具相變化材料的母材23中，並將其研磨分散後，再以不同網目的不 鏽鋼網過濾，使其粉體尺寸均勻控制在100nm 2000nm,而製作成複合降溫粉體 25;
憑藉相變化材料22被母材21均質的微細化，使其可以發揮較原本尺寸更快 速的吸熱效果，同時仍然維持相當好的分散效果；所述的高比熱材料24可有效將 熱維持在母材21與相變化材料22表面，使其進行完整的相變化進而吸收更多熱 量，因此所述的複合降溫粉體25其降溫效果更為快速、更為明顯。請參閱圖4 所示，是母材21與降溫複合粉體25的降溫曲線比較示意，所述的降溫複合粉體 25以母材21:相變化材料22:高比熱材料24=9: 1: IO之比例混合而成，將其 均勻批覆在不鏽鋼薄板上，並同時置入50°C烘箱加熱1小時升溫並去除水氣後， 再分別取出以紅外線測溫儀依時間量測其溫度變化，比較所述的母材降溫曲線31 與降溫複合粉體降溫曲線32後，證實所述的降溫複合粉體25在5分鐘內即可達 到完全的降溫效果，且降溫速率較母材21更為快速，降溫效果可達到的最低熱平 衡溫度也較低，顯示其對高溫的確具有明顯的降溫效果；
實施例二 、涼爽降溫纖維的製作
將其處理後的複合降溫粉體25以母粒添加法、直接聚合法、微膠嚢包覆法等 依佔總量0.1 20wt。/。的比例加入各類纖維26中，即可製作為降溫纖維27,所述 的纖維26可為天然纖維、內含功能性粉體的化學合成纖維或一般化學合成纖維， 如聚酯(polyester)、尼龍(Nylon)、壓克力(acrylic,丙烯酸類纖維)、嫘縈(又叫 人造纖維)(Rayon)、聚氯乙烯(PVC)等；
將降溫複合4分體25依不同比例加入PET ( Poly Ethylene Terephthalate簡稱 PET，稱之聚對苯二甲酸乙二酯)，製作成降溫PET纖維，其添加比例具體為 1.2wt%、 1.8wt。/。或2.2wt%。並取100cm2的一般PET纖維及不同比例的降溫PET 纖維置於恆溫恆溼箱中一小時，其溫度為2S。C，取出後依不同含水率測試其降溫 曲線，請參閱圖5所示，當含水率為2wt。/。時，其一般PET纖維降溫曲線41與 1.2wt%的降溫PET纖維降溫曲線42 、 1.8wt%的降溫PET纖維降溫曲線43 、 2.2wt%的降溫PET纖維降溫曲線44比較後，其降溫效果隨複合降溫粉體25增加而明顯 變佳，且曲線變動幅度較大，但其趨勢為在前三分鐘降溫纖維27即可得到相當大 的溫度差異，主要原因是母材21將水分子細化，再利用微細化相變化材料22的 潛熱將其蒸發並帶走熱量所致；請參閱圖6所示，因此當含水率提高至10wt%, 約略等於人體表面未穿衣物時散逸水氣的溼度，降溫纖維27的降溫效果即大幅的 提升，最大降溫幅度可達4.2°C以上；
再將添加比例為1.2wt。/。的降溫PET纖維織成測試衣物進行人體表面樣吏氣候 分析，在恆溫恆溼環境中，分別記錄人體表面在日常一般活動下的溫度與溼度變 化，並與一般PET纖維衣物進行比較；請參閱圖7所示，所述的降溫纖維27具 有約3oC左右的降溫效果，同時降溫效果在測試期間內(50min)均維持一定水準； 請再參閱圖8所示，本發明的降溫纖維27對於人體表面溼度的調節也具有明顯效 果，溼度的差異最高可達到20%以上，同時隨著時間的增加其溼度的差異更為明 顯；因此本發明的降溫纖維27不僅有明顯降溫效果，同時可使人體表面乾爽，提 高曰常活動時的舒適度；
實施例總結
本發明的降溫纖維27與一般純相變化型的降溫纖維進行比較，雖然相變化型 纖維也會有降溫效果，但其穿在人體身上隨著時間增加， 一般純相變化型的降溫 纖維和人體表面會逐漸達到熱平衡而失去降溫效果，而當穿著運動時，溼氣的累 積無法排除，因此溼涼的感覺對人體而言相當不舒適；而本發明製作的降溫纖維， 因為母材21會大量吸附人體所散發水氣，加上高比熱材料24的熱集中效應，使 得相變化材料22可以達到最佳的熱吸收效果，同時吸收的熱也可不斷的將人體水 氣蒸發，並伴隨著熱向人體外排出，因此人體表面的溫度和溼度即可使其不斷的 產生降溫效果；當人體體表溫度隨著運動量增大而升高時，降溫纖維27的降溫效 果也會隨著含水率增加而提升，同時過多的溼度也會被轉換成水氣而帶走，形成 可自動調節溫度、乾爽的降溫纖維。
為使本發明更加顯現出其進步性與實用性，茲與背景技術作一比較分析如下
現有缺失
1、 溼氣的累積無法排除，因此造成人體的不舒適。
2、 金屬纖維的成本高與柔軟性差，使這類降溫紡織品的實用化不佳。本發明優點
1、 可將人體的熱能及溼氣經由纖維迅速吸收、反應並散逸，同時回復至原來 的狀態，達到長效的涼爽降溫效果。
2、 可自動調節溫度、乾爽的降溫纖維。
以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員 理解，在不脫離權利要求所限定的精神和範圍的情況下，可作出許多修改、變化 或等效，但都將落入本發明的權利要求可限定的範圍之內。
權利要求
1、一種長效涼爽降溫複合粉體，所述複合粉體含有納米高孔隙度的介孔材料作為母材，而該介孔材料的納米孔隙中填入有相變化材料，該複合粉體還含有孔洞中吸附或含有水氣的多孔質的高比熱材料。
2、 根據權利要求1所述的複合粉體，其中所述的母材粉體粒徑為 100nm 2000nm,表面孔隙範圍為10nm 1000nm。
3、 根據權利要求1所述的複合粉體，其中所述的相變化材料可為水、正二十 烷(Eicosane)、 正二十一烷(Heneicosane)、 正十八烷(Octadecane)、 十九烷(Nonadecane) 、 二氧化釩(V02)等。
4、 根據權利要求1所述的複合粉體，其中所述的高比熱材料為孔洞中吸附或 含有水氣的多孔質材料，所述的高比熱材料可為硅藻土、海泡石、滑石、沸石、 高嶺土、獨居石、雲母、玉、蛇紋石、玄武巖及矽、鋁、鎂、鈉、釣等的氧化物、 磷化物、氮化物、矽酸鹽類等。
5、 根據權利要求1所述的複合粉體，其中所述的降溫複合粉體的粒徑範圍為 100nm 2000nm。
6、 根據權利要求1所述的複合粉體，其中所述的相變化材料以佔母材 0.1 80wt。/。的比例填入母材的孔洞中。
7、 一種長效涼爽降溫複合粉體的製造方法，所述方法是以高納米孔隙度的介該具相變化材料的母材微細化後，再與孔洞中吸附或含有水氣的多孔質的高比熱 材料混合，最後再研磨、過篩。
8、 根據權利要求7所述的製造方法，其中所述的分散方式可為研磨分散、超 音波震蕩分散、攪動分散；溶解方式可為溶液法、熱熔融法。
9、 一種長效涼爽降溫纖維，所述纖維是各種纖維中含有權利要求1 -6任意 之一所述複合粉體的各類纖維。
10、 根據權利要求9所述的長效涼爽降溫纖維，其中所述的纖維可為天然纖 維、內舍功能性粉體的化學合成纖維或一般化學合成纖維或人造纖維。
11、 一種長效涼爽降溫纖維的製造方法，其是將權利要求1 - 6任意之一所述 複合粉體依比例加入各類纖維中而形成，所述複合粉體的加入比例為佔總重的 0.1~20wt%。
全文摘要
本發明是一種長效涼爽降溫複合粉體、纖維及其製造方法，其是以納米高孔隙度的介孔材料為母材，將相變化材料分散後並填入母材的孔隙中，再將具相變化材料的母材微細化處理後與孔洞中吸附或含有水氣的多孔質的高比熱材料混合，即可得降溫複合粉體，且將所述的降溫複合粉體依比例加入各類纖維中而形成降溫纖維；當人體體熱傳導至降溫纖維時，其降溫纖維表面的微細化的相變化材料即可吸附體熱而進行快速且完整的相變化使溫度下降，同時體熱也可使高比熱材料中的吸附水氣蒸發汽化並帶走體熱，使人體體表溫度及溼度再度降低，當體溫下降達一定程度時，相變化材料又會相變化回復為原本狀態進而產生持續再生的降溫效果，進而可達到長效的涼爽降溫效果。
文檔編號D06M13/02GK101451307SQ20071018759
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者宋家嚴, 王智永 申請人:華楙生化科技股份有限公司