專利名稱：：耐高溫的高分子相變化材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是有關(guān)于一種相變化高分子材料，且特別是有關(guān)于一種耐高溫的相變化高分子材料。
背景技術(shù)：
：相變化材料是一種在特定溫度范圍內(nèi)可以由固相變化至液相或由液相變化至固相的物質(zhì)，且在變化時(shí)會(huì)伴隨大量潛熱(latentheat)的吸收或釋放。常見的相變化材料為石臘碳?xì)浠?paraffinichydrocarbons；CnH2n+2)。相變化材料最大特點(diǎn)在于當(dāng)其吸收或釋放大量潛熱時(shí)，可讓系統(tǒng)的溫度維持一定。因此其常見應(yīng)用之一即為利用此保溫特性來(lái)制作保溫紡織品。目前，將相變化材料整合至織物的方式有兩種。第一種為將相變化材料包埋在微膠囊中后涂布在紡織纖維或織物的表面；第二種則將相變化材料包埋在微膠囊中后，再加入至壓克力的紡絲液中，再以濕式紡絲法(wetspinning)來(lái)制成壓克力纖維。上述的兩種方式，都是將相變化材料制作成微膠囊，其中的第一種方式是利用后整理加工方式，讓包埋有相變化材料的微膠囊附著在紡織纖維或織物表面，因容易脫落，所以其應(yīng)用有一定的限制。第二種方式為直接在紡絲上應(yīng)用，因?yàn)槭褂萌軇?，有溶劑回收及環(huán)保上的問題。然而，一般常見的人造纖維，如壓克力纖維(acrylicfibers)、尼龍纖維(nylonfibers)、聚酯纖維(polyesterfibers)、聚丙烯纖維(polypropylenefibers)以及其他類似的人造纖維等等，只有壓克力纖維可以使用濕式紡絲法來(lái)制造，其他多數(shù)的人造纖維都是利用熔融紡絲(meltspinning)法來(lái)制造。由于熔融紡絲法的進(jìn)行溫度高達(dá)200-380℃，且每平方英時(shí)必須要承受高達(dá)3000磅的壓力。所以對(duì)目前常見的相變化材料來(lái)說(shuō)，如長(zhǎng)碳鏈的烷類以及美國(guó)專利公開號(hào)第2004/0026659號(hào)所揭示的羧酯類化合物(carboxylicester)，由于熱重分析顯示上述材料的最大熱重?fù)p失溫度是在150℃左右，因此在熔融紡絲的條件下，可能會(huì)讓相變化材料分解掉。目前已有一些研究在進(jìn)行中，以解決上述問題。例如，在美國(guó)第6689466號(hào)專利「Stablephasechangematerialsforuseintemperatureregulatingsyntheticfibers，fabricsandtextiles」中，揭示一種穩(wěn)定相變組成包含相變化材料、抗氧化劑及熱穩(wěn)定劑。其中，上述的抗氧化劑及熱穩(wěn)定劑負(fù)責(zé)提供相變化材料的抗氧化性及熱穩(wěn)定性，以讓此相變化組成可以加入可熔融母粒中，以進(jìn)行各種高分子的熔融加工。在美國(guó)第6793856號(hào)專利「Meltspinableconcentratepelletshavingenhancedreversiblethermalproperties」中，揭示讓相變化材料包覆在微膠囊中，或是讓其直接濃縮在熔融紡絲母粒中。其中，熔融紡絲母粒的主成分為熱塑性高分子(thermoplasticpolymer)。在與上述兩篇專利有關(guān)的中國(guó)臺(tái)灣第587110號(hào)專利「具有強(qiáng)化的可逆熱學(xué)性質(zhì)的多成份纖維以及制造方法」中，揭示由熔融紡絲法所制造的多成分纖維(multi-componentfiber)。此多成分纖維是由至少兩種纖維所組成的復(fù)合纖維，如海島型纖維、芯鞘型纖維等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫的相變化材料，使其適于高溫加工。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有低熔點(diǎn)與高沸點(diǎn)的相變化材料，使其適于應(yīng)用在調(diào)節(jié)人體溫度上。根據(jù)本發(fā)明的上述與其他目的，提出一種耐高溫的高分子相變化材料，其是為一種聚醚脂肪酸酯，其固液態(tài)的相變化溫度范圍為0-80℃，且最大熱重?fù)p失溫度大于350℃。依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例，上述的聚醚脂肪酸酯的聚醚主鏈部分較佳為聚乙二醇或聚丁二醇，其中聚乙二醇的分子量較佳約為200克/莫耳至20,000克/莫耳，聚丁二醇的分子量較佳約為650克/莫耳至3,000克/莫耳。上述的聚醚脂肪酸酯兩端部分的脂肪酸?；奶紨?shù)較佳為4至28，更佳為硬脂酸?；?、棕櫚酸?；蛟鹿鹚狨；?。根據(jù)本發(fā)明的上述與其他目的，提出上述的聚醚脂肪酸酯的制造方法。上述的聚醚脂肪酸酯是由聚醚二醇與脂肪酸進(jìn)行酯化反應(yīng)而得，或是由聚醚二醇與脂肪酸酰氯進(jìn)行酯化反應(yīng)而得。讓上述的聚醚脂肪酸酯在進(jìn)行熱重分析，顯示上述材料的最大熱重?fù)p失溫度是在370-400℃左右，已經(jīng)足以進(jìn)行熔融紡絲加工。而且上述的聚醚脂肪酸酯的熔點(diǎn)約在16.3-57.6℃左右，與人體體溫相近，因此十分適合用來(lái)調(diào)節(jié)人體體溫。此外，上述的聚醚脂肪酸酯的原料十分容易取得，因此可大幅降低生產(chǎn)成本。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種具有低熔點(diǎn)與高沸點(diǎn)特性的耐高溫的高分子相變材料。由于人的體表溫度約為30-35℃左右，若相變材料的熔點(diǎn)在人的體溫附近則可應(yīng)用在調(diào)節(jié)體溫的衣物上。又以熔融紡絲所制造的人造纖維，所需的加工溫度多在200-380℃左右，因此需要具有高沸點(diǎn)的相變材料，以利于以熔融紡絲來(lái)制造人造纖維。本發(fā)明所提供的相變材料為一種聚醚脂肪酸酯，其固液態(tài)的相變化溫度范圍為0-80℃，且最大熱重?fù)p失溫度大于350℃。上述聚醚脂肪酸酯的聚醚主鏈部分較佳為聚乙二醇(polyethyleneglycol；PEG)或聚丁二醇(polytetramethyleneglycol；PTMG)；其中聚乙二醇的分子量較佳約為200克/莫耳至20,000克/莫耳，聚丁二醇的分子量較佳約為650克/莫耳至3,000克/莫耳。上述的聚醚脂肪酸酯兩端部分的脂肪酸酰基的碳數(shù)較佳為4至28，例如硬脂酸酰基(stearoylgroup；18個(gè)碳)、棕櫚酸酰基(palmitoylgroup；16個(gè)碳)或月桂酸酰基(lauroylgroup；12個(gè)碳)。上述的聚醚脂肪酸酯可以利用聚醚二醇與與脂肪酸進(jìn)行酯化反應(yīng)而得，或是由聚醚二醇與脂肪酸酰鹵素(例如脂肪酸酰氯、脂肪酸酰溴或脂肪酸酰碘)進(jìn)行酯化反應(yīng)而得。上述的聚醚二醇較佳為聚乙二醇或聚丁二醇；其中聚乙二醇的分子量較佳約為200克/莫耳至20,000克/莫耳，聚丁二醇的分子量較佳約為650克/莫耳至3,000克/莫耳。上述的脂肪酸可為飽和脂肪酸及其衍生物，或是具有一碳碳雙鍵的不飽和脂肪酸及其衍生物。脂肪酸的碳原子數(shù)較佳為4至28，例如硬脂酸、棕櫚酸或月桂酸。上述的脂肪酸酰鹵素可為飽和脂肪酸酰鹵素及其衍生物，或是具有一碳碳雙鍵的不飽和脂肪酸酰鹵素及其衍生物。脂肪酸酰鹵素的碳原子數(shù)較佳為4至28，例如硬脂酸酰氯、棕櫚酸酰氯或月桂酸酰氯。根據(jù)上述，列出數(shù)個(gè)實(shí)施例以說(shuō)明上述聚醚脂肪酸酯的制造方法如下。實(shí)施例一將60克的聚乙二醇600、57克的硬脂酸、1毫升的硫酸與200毫升的甲苯混合在一起，進(jìn)行加熱回流(reflux)反應(yīng)來(lái)減少反應(yīng)系統(tǒng)里面的水份，以利酯化反應(yīng)的進(jìn)行。將產(chǎn)物純化后，即得聚乙二醇600-二硬脂酸酯。接著，使用熱示差掃描儀(DifferentialScanningCalorimetry；DSC)來(lái)測(cè)量聚乙二醇600-二硬脂酸酯的熔點(diǎn)，測(cè)得熔點(diǎn)為38.4℃，以熱重分析儀(ThermalGravityAnalyzer；TGA)來(lái)分析聚乙二醇600-二硬脂酸酯的熱重?fù)p失曲線，測(cè)得其最大熱重?fù)p失溫度約為389℃。實(shí)施例二將150克的聚乙二醇1500、57克的硬脂酸與1.0克的對(duì)-甲苯磺酸混合在一起之后，對(duì)上述的混合物進(jìn)行加熱并抽真空，以利除去反應(yīng)系統(tǒng)中的水份。經(jīng)由純化后，即得聚乙二醇1500-二硬脂酸酯。由熱示差掃描儀所測(cè)得的聚乙二醇1500-二硬脂酸酯的熔點(diǎn)約為35.0℃，以熱重分析儀所測(cè)得的聚乙二醇1500-二硬脂酸酯的最大熱重?fù)p失溫度約為392℃。實(shí)施例三將200克的聚丁二醇2000、60.6克的硬脂酸酰氯與200毫升的N，N-二甲基甲酰胺(N，N-dimethylformamide；DMF)混合在一起，然后進(jìn)行加熱反應(yīng)，及同時(shí)捕捉并中和反應(yīng)所生成的鹽酸氣體。經(jīng)由純化后，即得聚丁二醇2000-二硬脂酸酯。由熱示差掃描儀所測(cè)得的聚丁二醇2000-二硬脂酸酯的熔點(diǎn)約為28.9℃，以熱重分析儀所測(cè)得的聚丁二醇2000-二硬脂酸酯的最大熱重?fù)p失溫度約為398℃。下面列出所制備出的高分子相變材料的物性。在表一中所列出的為聚乙二醇脂肪酸酯的熔點(diǎn)與最大熱重?fù)p失溫度，在表二中列出聚丁二醇脂肪酸酯的熔點(diǎn)與最大熱重?fù)p失溫度。表一顯示出使用聚乙二醇所合成的聚醚脂肪酸酯，其熔點(diǎn)范圍約為32-58℃左右，最大熱重?fù)p失溫度約為387-395℃，因此十分適于應(yīng)用于以熔融紡絲來(lái)制造人造纖維。表二亦顯示出使用聚丁二醇所合成的聚醚脂肪酸酯，其熔點(diǎn)略低，約為16-34℃左右而，最大熱重?fù)p失溫度約為376-396℃左右。表一聚乙二醇脂肪酸酯的熔點(diǎn)與最大熱重?fù)p失溫度表二聚丁二醇脂肪酸酯的熔點(diǎn)與最大熱重?fù)p失溫度由上述本發(fā)明較佳實(shí)施例可知，本發(fā)明利用容易取得的工業(yè)原料合成出具有低熔點(diǎn)且耐高溫的新的相變材料。因此，十分適于與人造纖維原料一起進(jìn)行熔融紡絲，以制造可調(diào)節(jié)人體溫度的紡織品。本發(fā)明所提供的高分子相變材料，其應(yīng)用方式可為將相變材料摻入熔紡母粒中，再使用熔融紡絲法來(lái)制造芯鞘型纖維或海島型纖維。也可將相變材料溶解于紡絲液中，使用濕式紡絲法來(lái)制造人造纖維。亦可將相變材料熔融后，再以噴灑方式讓其滲入纖維結(jié)構(gòu)體中，使纖維結(jié)構(gòu)體具有溫度調(diào)節(jié)及蓄熱保溫功能。因此本發(fā)明所提供的耐高溫相變材料具有十分廣泛的應(yīng)用性。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的等效的改變或替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種耐高溫的高分子相變化材料，該高分子相變化材料為聚醚脂肪酸酯，其固液態(tài)的相變化溫度范圍為0-80℃，且最大熱重?fù)p失溫度大于350℃。2.如權(quán)利要求1所述的耐高溫的高分子相變化材料，其特征在于該聚醚脂肪酸酯的聚醚主鏈部分為聚乙二醇或聚丁二醇。3.如權(quán)利要求2所述的耐高溫的高分子相變化材料，其特征在于該聚乙二醇的分子量約為200克/莫耳至20,000克/莫耳。4.如權(quán)利要求2所述的耐高溫的高分子相變化材料，其特征在于該聚丁二醇的分子量為650克/莫耳至3,000克/莫耳。5.如權(quán)利要求1所述的耐高溫的高分子相變化材料，其特征在于該聚醚脂肪酸酯兩端部分的脂肪酸?；奶紨?shù)為4至28。6.如權(quán)利要求1所述的耐高溫的高分子相變化材料，其特征在于該聚醚脂肪酸酯兩端部分的脂肪酸?；鶠橛仓狨；?、棕櫚酸酰基或月桂酸?；?。7.一種耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其是由一聚醚二醇與一脂肪酸進(jìn)行酯化反應(yīng)而得，或是由該聚醚二醇與一脂肪酸酰鹵素進(jìn)行酯化反應(yīng)而得，其中該脂肪酸酰鹵素為脂肪酸酰氯、脂肪酸酰溴或脂肪酸酰碘。8.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該聚醚二醇為聚乙二醇或聚丁二醇。9.如權(quán)利要求8所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該聚乙二醇的分子量為200克/莫耳至20,000克/莫耳。10.如權(quán)利要求8所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該聚丁二醇的分子量為650克/莫耳至3,000克/莫耳。11.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該脂肪酸為飽和脂肪酸及其衍生物，其碳原子數(shù)為4至28。12.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該脂肪酸為具有一碳碳雙鍵的不飽和脂肪酸及其衍生物，其碳原子數(shù)為4至28。13.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該脂肪酸為硬脂酸、棕櫚酸或月桂酸。14.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該脂肪酸酰鹵素為飽和脂肪酸酰鹵素及其衍生物，其碳原子數(shù)為4至28。15.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該脂肪酸酰鹵素為具有一碳碳雙鍵的不飽和脂肪酸酰鹵素及其衍生物，其碳原子數(shù)為4至28。16.如權(quán)利要求7所述的耐高溫的高分子相變化材料的制造方法，其特征在于該脂肪酸酰鹵素為硬脂酸酰鹵素、棕櫚酸酰鹵素或月桂酸酰鹵素。全文摘要一種耐高溫的高分子相變化材料，其是聚醚脂肪酸酯。上述的聚醚脂肪酸酯的聚醚主鏈部分為聚乙二醇或聚丁二醇，聚醚脂肪酸酯兩端部分的脂肪酸?；^佳為硬脂酸?；?、棕櫚酸?；蛟鹿鹚狨；?。文檔編號(hào)C09K5/06GK1850937SQ20051006669公開日2006年10月25日申請(qǐng)日期2005年4月22日優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日發(fā)明者林巖錫申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人紡織產(chǎn)業(yè)綜合研究所