TWI589651B - 性能強化塗料及其製造方法 - Google Patents

Description

性能強化塗料及其製造方法

本發明涉及放熱強化物件及其製造方法。本發明也涉及用於測量物件之乾燥時間的方法。

材料的使用可有多種理由，包括其放熱性質。材料的一個重要性質是乾燥效率或乾燥時間。乾燥是指從材料中去除濕氣或液體。乾燥可以是一個基於熱或不基於熱的過程。例如，乾燥可藉由數種方法而發生，包括但不限於：冷凍(例如濕氣從材料中凝固及昇華)、蒸發乾燥(例如對材料施以乾燥的熱空氣，使濕氣或液體蒸發)、以及施加微波及其他射頻。

不論用來乾燥材料的方法為何，通常期望材料針對該方法顯現出高度乾燥效率，以及可以有一種進行此類判斷的精確方法。期望材料具有高度乾燥效率是因為可以減少乾燥由該材料製成之物件時所需要的時間與能量。例如，具有高度乾燥效率的物件在其例如因汗水而受潮之後可以更快地乾燥。此外，諸如頻繁洗滌的醫院病袍和寢具等物件若具有改善的乾燥效率，可以較長時間地保持良好狀態，因為可以減少通常源自於反覆使此等物件接受長期乾燥循環所造成的粗糙處 理。

本發明涉及放熱強化物件及其製造方法。本發明亦涉及用於測量物件之乾燥時間的方法。在本發明之一態樣中，一組合物包括一基礎材料及與該基礎材料接觸的活性粒子。該等活性粒子能夠顯現出放熱性質，而可賦予該組合物放熱性質，從而改善該組合物的濕氣管理性質(例如，乾燥時間或所需要的乾燥能量)。在一些實施例中，為了保護該等活性粒子在該組合物的加工或製造期間免於失去活性，該等活性粒子可使用一可去除之保護性物質包封，該可去除之保護性物質防止至少一部分的活性粒子在移除該可去除之保護性物質之前被其他物質或物(matter)實質上除去活性。該可去除之保護性物質隨後可被移除以使該部分的活性粒子再次活化，而改進該組合物的濕氣管理性質。在一些實施例中，可藉由將一放熱強化物質與一或多種基礎材料組合來生產該組合物。合適的活性粒子包括，但不限於，能夠與該基礎材料進行放熱交互作用的活性粒子。合適的可去除之保護性物質包括，但不限於，針對該活性粒子具有特殊化學親和性的物質，該親和性能夠在該物質遭受到可能有害於該活性粒子的情況時，使該物質黏附於該活性粒子，也能夠在不損害該活性粒子的情況下除去該保護性物質。該保護性物質可藉由例如使該保護性物質溶解或蒸發而除去。

在一些實施例中，根據本發明之原理所提供的一種性能強化塗料包括一溶解於一溶劑中的基礎塗料材料(例如，聚氨酯或聚丙烯酸塗料)。能夠顯現出放熱性質的活性粒子(例如，在塗料生產期間，或在塗 料生產之後但在塗覆塗料之前)被添加進該塗料中。該等活性粒子係與該溶劑及/或基礎塗料材料進行放熱交互作用，而產生隨後用來縮短該塗料之乾燥時間的熱量。

本發明之態樣亦涉及一種用於精確測量物件之乾燥時間的方法。本發明之實施例所揭示的測量時間的方法可特別適用於，但不限於，測量例如顯現出吸附性且其乾燥時間因而不適合採用對物件重量變化敏感的傳統乾燥時間測量方法之物件的乾燥時間。

在本發明的一些實施例中，用於測定物件之乾燥時間的方法包括在一組受控的測試條件下，測量一物件在將一定量液體如水擴散於其中之後的初始平衡溫度。本文中，初始平衡溫度是指在將一液態物質導入一物件之後，該物件在相對快速降溫後的實質上恆定的溫度。物件溫度可在該組受控的測試條件下被監控，以確定何時發生相對快速升溫，並可藉由測量該物件在相對快速升溫後的溫度來測定最終平衡溫度。本文中，最終平衡溫度是指在將一液態物質導入一物件之後，該物件在相對快速升溫後的實質上恆定的溫度。可基於初始平衡溫度和最終平衡溫度來測定物件的乾燥時間。在一些實施例中，物件的乾燥時間可以初始平衡溫度和最終平衡溫度之間的差異測定。根據本發明所測量的乾燥時間可調整以配合多種測試條件，包括室溫和測試環境的濕度。

100‧‧‧曲線(放熱強化物件)

102‧‧‧曲線(基礎材料)

200‧‧‧織物

202‧‧‧刺繡繃圈

204‧‧‧風扇

206‧‧‧熱電耦

208‧‧‧計量表

300‧‧‧控制組織物

302‧‧‧織物

304‧‧‧織物

400‧‧‧水派送系統

402‧‧‧水派送系統

404‧‧‧織物

406‧‧‧織物

408‧‧‧刺繡繃圈

410‧‧‧刺繡繃圈

412‧‧‧風扇

414‧‧‧風扇

416‧‧‧水

418‧‧‧水

第1圖為本發明部分實施例中基礎材料與放熱強化材料之間比較乾燥時間差異的說明圖； 第2圖為本發明部分實施例中測量織物之乾燥時間的說明性配置的方塊圖；第3圖為本發明部分實施例中有關數種織物之乾燥時間的說明性擷取資料的圖式；以及第4圖為本發明部分實施例中實施滴定示範的說明性配置的方塊圖。

本發明之目的和優點在考慮以下詳細說明與所附圖式之後將顯而易見，其中，類似的元件符號代表類似的元件。

一般而言，當兩種或多種物質在一反應或製程中交互作用時，可與周圍環境交換能量。典型地，能量可作為該製程或反應的輸入而被消耗，該製程或反應的副產物或輸出而被產生，或二者兼有。此一能量交換的結果是，一反應或製程可以將一淨負能量或一淨正能量添加到周圍環境中。放熱過程或反應即是將一淨正能量以熱的形式添加到周圍環境中(例如，該過程消耗能量少於產出能量)。放熱反應可以是化學的、物理的或二者兼有。放熱反應的例子包括，但不限於，吸附、呼吸過程、燃燒過程、冷凍、酸與水之間的反應及其任何組合。

若一活性粒子與一種或多種物質進行放熱交互作用(即，當其反應時釋放熱)，則其可具有放熱性質。根據本發明的一個實施例，可藉由將具有放熱性質的活性粒子與一種或多種基礎材料組合而得到放熱強化物件，以便改善所得物件在以熱為基礎的乾燥過程(諸如蒸發乾燥)中的乾燥效率。

放熱粒子也可以減少當使用烘乾機來乾燥物件時所消耗的能量。根據本發明之原理所製造的放熱強化物件可將熱釋放至乾燥環境中，以補充烘乾機所提供的能量，並藉以改善物件在烘乾機中的乾燥速率。例如，嵌入於一物件中的活性粒子可以吸附被導入該物件中的液體並進行放熱反應。因為烘乾機的乾燥過程或許是乾燥速率會隨過程溫度上升而增加的溫度相依性的，所以由活性粒子的放熱過程所釋放的熱會提高乾燥過程的溫度，從而改善烘乾機的乾燥速率到超出在其他情況下源自烘乾機所提供之能量的乾燥速率。

因此，根據本發明之原理所製成的放熱強化材料可使用於包括，但不限於，例如衣物、寢具、簾子、毛巾、浴室用品、廚房用品等廣泛種類的產品，以及任何期望高效率乾燥的產品、製程或環境(例如，醫院和旅館)。

在一些實施例中，可根據本發明之原理使用放熱粒子將細菌等物從物件、製程或環境中除去。例如，吸附所釋放之熱可以提高物件、製程或環境的溫度到對於某些有害的細菌、微生物等物來講或許會致命的水準。

可含有放熱強化物件的基礎材料可包括，但不限於，聚酯、尼龍、聚丙烯酸、聚丙烯、聚氨酯、熱塑性塑膠、PTFE(例如Teflon^®)、聚碳酸酯、聚烴類、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯基化合物、環氧樹脂、基於矽氧烷的反應聚合物、膠、交聯聚合物、聚合物、纖維、棉花、醋酸酯、丙烯酸、聚芳醯胺(aramid)、雙組分物質(bicomponent)、纖維素纖維(lyocell)、三聚氰胺、改質聚丙烯腈纖維(modacrylic)、尼龍、烯烴、 PBI、嫘縈、斯潘德克斯彈力纖維(spandex)、水、油、氣溶膠、香料、任何其他合適的材料、或其任何組合。

可使用某些粒子來對不同形式如氣態、液態和固態的材料添加性能性質。這些粒子可具有適合於吸附氣味、濕氣管理、紫外線防護、化學防護、生物公害防護、阻燃、抗菌防護、抗病害防護、抗真菌防護、抗微生物防護、任何其他合適因素或其任何組合的性質。

這些粒子能夠提供該等性質是因為它們具有活性。亦即，這些粒子的表面可以是活性的。表面活性粒子具有活性是因為它們在其表面具有引起化學反應、物理反應或二者的能力。這類反應可包括，例如，吸附或捕獲物質，包括自身可為固體、液體、氣體或其任何組合的物質。物質的例子包括，但不限於，花粉、水、丁烷及周圍空氣。某些類型的活性粒子可具有吸附性質(例如，活性碳)，因為每個粒子都具有由大量孔隙(例如，每個粒子的孔隙數量級為數千、數萬或數十萬)所形成之大的表面面積。這些孔隙可為粒子或特定言之粒子表面提供活性(例如，吸附的能力)。例如，諸如活性碳的活性粒子能夠藉由將物質捕獲進活性碳的孔隙中而吸附物質(例如，丁烷、甲烷、水以及其他氣體和液體)。

活性粒子可包括，但不限於，活性碳、氧化鋁(活性礬土)、矽膠、蘇打灰、三水合鋁、焙鹼、肉桂酸對-甲氧基-2-乙氧基乙基酯(辛諾賽)、氧化鋅、沸石、二氧化鈦、分子篩型材料及其他合適材料。可被含括在本發明之放熱強化物件中的活性碳可以由例如木材、竹、煤、椰子或瀝青得到。活性碳也可以由合成獲得。

將活性粒子曝露於物質會因為封閉或抑制孔隙，因而降低活性粒子的表面活性，而使活性粒子的活性降低或永久失活。亦即，當孔隙被物質封閉或抑制時，可防止這些被封閉或抑制的孔隙進一步吸附。然而，活性粒子的吸附能力可藉由將封閉或抑制孔隙的物質除去而提高或恢復。因此，可藉由將活性粒子加熱至預定溫度而使其復原或再活化。

與活性粒子相關的普遍問題是，在將粒子摻入材料(例如，基礎材料)的過程之前、之期間或之後，它們可能失去活性或變成永久失活。例如，當在使用於製程之前或從活性粒子製造商運送至終端使用者期間曝露於周圍環境中的污染物時，活性粒子可能會失去部分活性。不論粒子的活性是如何失去或降低，這類活性失去或降低會不利地影響該過程所製成之產品。例如，若粒子的活性被降低，可能需要更多的粒子裝載量來彌補活性的降低，潛在性地導致粒子裝載量影響了該過程中所處理之材料的固有特性(例如，手感和觸感)。此外，更多的粒子裝載量可能需要增加黏合劑的裝載量，其可能進一步影響該過程中所處理之材料的固有特性。因此，應當瞭解，即便是最小幅度的粒子活性縮減也可能對材料造成不利影響，原因在於源自活性減少的累積效應(例如，額外的粒子和黏合劑裝載量)。

可以藉由使用至少一種可去除之保護性物質(或可去除之包封劑)來「保護」活性粒子。與未導入保護性物質的活性粒子的性能相比，保護性物質的導入和除去導致強化的活性性能，例如，強化的乾燥、強化的吸附、強化的濕氣管理、強化的抗微生物功能、強化的抗真菌 功能、強化的抗細菌功能以及強化的催化交互作用。受保護的活性粒子透過使用可去除之保護性物質可以強化摻有此等活性粒子之材料的有效性能。

受保護之活性粒子的一個更為特定的態樣是，可去除之保護性物質針對由有害或無害的物質或物(例如，基礎材料在擠塑包括有活性粒子和基礎材料之組合物或拉伸包括有活性粒子和基礎材料溶液之薄膜期間的有害吸附)所造成之提早失活，保存了活性粒子的活性，這類活性粒子具有經由使粒子表面曝露於或使粒子表面接近於各種(任何相的)物質或物而交互作用的能力。有害物質是無法容易地從活性粒子上除去或始終無法從活性粒子上除去的物質，因而降低了活性粒子進一步吸附的能力。例如，諸如熔融聚合物的有害物質會使活性粒子永久失活。例如，熔融聚合物無法不損害活性粒子或不損害活性粒子周圍之物質地被除去。

提早被吸附的其他物質可相對容易地被除去。亦即，這些類型的物質可以使用不會損壞活性粒子或周圍物質的復原或再活化方法來除去。例如，當無害物質如甲烷被吸附時，可藉由加熱粒子而將其從活性粒子上除去。

這類保存的達成係透過使用至少一種可去除之保護性物質(或可去除之包封劑)，以一種能夠在再活化期間除去該保護性物質，容許活性粒子後續之活性性能的方式，將活性粒子維持在一受保護的狀態下，防止提早失活。當活性粒子處於被保護或失活的狀態下時，其進一步的性能交互作用被暫時或永久地降低或全然失去。若該失活的 狀態是有害事件(例如，吸附有害物質或物)所造成，則在粒子受影響區域處的進一步交互作用更加持久。有害的提早失活會在各種情況下發生，包括，例如，當將活性粒子導入有害漿液中或曝露於擠塑製程或在將會導致粒子無法在期望時刻提供活性性能的時間點曝露於其他有害事件或材料中(例如，拉伸含有該粒子之材料的薄膜)時。有害的失活會發生且不會構成提早失活，若此一失活是在期望的或合適的時刻(例如，在拉伸薄膜之後且與預期標的物質或物有關)發生的話。

在吸附活性與濕氣管理的情況中，當在將活性粒子曝露於有害事件或其他吸附性能限制者中之前將可去除之保護性物質導入活性粒子時，該活性粒子係處在受保護或失活的狀態中，針對所要避開的提早失活的時間點，限制活性粒子的吸附性能。除去保護性物質的再活化重新使得活性粒子能夠與其他物質或物(例如，摻有該等活性粒子之成品物件的環境中的標的物質和物)交互作用。

當失活是由粒子當被摻入一物件(在除去可去除之保護性物質之後的吸附)時的高效活性(在此情況下為性能吸附)所引起時，若需要的話且若此一失活是由於無害事件的話，可經由復原(或其他再活化)來恢復高效活性。復原的過程可包括，例如，對本發明之放熱強化物件進行洗滌/乾燥循環。復原的另一過程可包括，例如，用不同波長的光線照射該放熱強化物件。

關於使用活性粒子強化在基礎材料中的高效活性(無論該活性是吸附性的、抗微生物的、取決於粒子表面對周遭交互作用之標的的曝露或僅僅只是透過使用可去除之保護性物質而被抑制、強化或二者兼 而有之的活性)，使用至少一種可去除之包封劑也使得在埋設物質或物(或所得物件)中使用更少的活性粒子來達成有效的活性性能成為可能，藉以減少基礎材料、物(matter)或所得物件(例如，放熱強化物件)之其他物理性質(例如，強度或手感)的潛在性退化。

可去除之保護性物質(後文有時稱為可去除之包封劑或可去除之保護層)的使用也可以被設計成能夠在時間上延遲曝露一部分活性粒子，以便在較晚的時候達成起始的曝露或強化的活性性能(包括，例如，由對提早失活的保護所產生的強化)。

可去除之保護性物質可包括，但不限於，水溶性表面活性劑、表面活性劑、鹽類(例如，氯化鈉、氯化鈣)、聚合物鹽類、聚乙烯醇類、蠟類(例如石蠟、巴西棕櫚(carnauba))、光反應性材料、可降解材料、可生物降解材料、乙氧基化炔屬二醇類、澱粉、玉米澱粉、潤滑劑、二醇類、礦油精、碳酸銨、任何其他合適的物質、或其任何組合。適用於保護活性粒子的這類保護性物質的特定例子包括美國賓夕法尼亞州Allentown市之Air Products and Chemicals Corporation所銷售之Surfynol AE03、AE02、485W、485、2502和465水溶性表面活性劑，美國北卡羅來納州Charlotte市之BASF Corporation以Textile Wax-W和Size SF-2所銷售之蠟類，以及美國俄亥俄州Cleveland市之Kindt-Collins Company以型號Kinco 878-S和Kinco 778-H所銷售之蠟類。陶氏化學公司(DOW Chemical Company)以商品名DOWANOL(DPnP、DPM或DPMA)和TRITON CF-10所銷售之二醇類也可以使用作為合適的保護性物質。

使用可去除之保護性物質的一個優點在於，其提高了摻有本發明之放熱強化物件中的活性粒子的有效性能。這特別有利於使用於放熱反應中，因為至少與其中摻有活性粒子的習知物件相比，對於物件的預定區域可以釋放更多熱量。

針對受保護之活性粒子、其製備方法和應用以及移除保護性物質更為詳細的說明可見於例如美國專利申請公開第2004/0018359號，其整體併入於此作為參考。將瞭解到活性粒子可藉由將活性粒子混入至少一種可以或未以溶劑(例如水)稀釋過的保護性物質的漿液中而受到保護。

可在本發明之放熱強化物件中提供並使用源自具有一或多種不同基礎材料、一或多種不同活性粒子以及一或多種不同保護性物質之不同組成(例如，重量百分比)之混合物的數種不同放熱強化物件。在一些實施例中，基礎材料可以是屬於聚乙烯、聚酯、尼龍、聚丙烯、聚氨酯和聚丙烯酸之聚合物族類的聚合物基礎材料。放熱強化物件中活性碳的裝載量可以是一預定的%w/w(相對於放熱強化物件之重量的碳的重量百分比)。該預定的%w/w可以使放熱強化物件具有足夠的結構完整性以維持重複的氣體收集和擷取循環。應當瞭解放熱強化物件中活性碳的%w/w可取決於多種因素，例如，所使用之基礎材料的類型、片材的「最終形式」(無論該片材是編織物、非編織物或薄膜)、片材的預定用途和任何其他合適的因素。

活性碳的裝載量範圍可以是0.1%w/w到約50%w/w、0.5%w/w到約50%w/w、0.5%w/w到約10%w/w、10%w/w到約50%w/w、20%到 約50%w/w、30%w/w到約50%w/w、40%w/w到約50%w/w、10%w/w到20%w/w、15%w/w到25%w/w、20%w/w到40%w/w，或任何其他合適的範圍。

在一些實施例中，放熱強化物件可以薄膜或油布樣片材(tarp-like sheet)實現。薄膜式的(film-based)放熱強化物件的一個優點或許是其具有某種程度的不透水性，因而為其提供了抗水或防水性質。薄膜式的放熱強化物件可如下製成。

可將基礎材料、活性碳以及可去除之保護層的水性混合物塗佈於基板上，使得該混合物在固化前在該基板上形成層或薄膜。該基板可以是該固化之混合物打算永久附著的一種物質，例如，編織物、非編織物、紙、或針織材料。在該固化之混合物打算被移除且不與基板一起使用的方法中，該混合物可以塗佈至一離型紙(release paper)上或對於附著該固化之混合物具有低親和性的其他物質上。可藉由使該混合物處在一預定溫度下一段預定時間而使其固化。可以使用任何用來實現固化的合適技術，例如，傳統烤箱、IR加熱或其他合適方法。

形成薄膜之混合物中所包括的基礎材料可包括聚氨酯溶液、聚丙烯酸溶液、聚氨酯溶液、對苯二甲酸1,3丙二醇酯溶液、或任何其他合適溶液。基礎材料可包括水和其他成分，諸如交聯聚合物。若需要，可使用至少兩種不同基礎材料的組合(例如，聚氨酯與丙烯酸溶液的組合)。可以使用的聚氨酯的一個例子是美國俄亥俄州Cleveland市Noveon Corporation的可透氣聚氨酯。聚氨酯的詳細討論參考例如美國專利第6,897,281號，其揭示內容整體併入於此作為參考。在一些實施 例中，基礎材料可包括Noveon的Permax聚氨酯塗佈化合物。在一些實施例中，基礎材料可包括Noveon的Permax聚氨酯塗佈化合物、丙烯酸系聚合物及額外的交聯劑。

保護性物質可從活性碳中除去，藉以產生根據本發明之原理的放熱強化物件。當混合物正在固化時或當經歷會使保護性物質被除去的過程(例如，洗滌/乾燥循環)或試劑(例如，光、溶劑、細菌)時，該保護性物質可被除去。應當瞭解並非所有的保護性物質都可被除去。亦即，一部分的保護性物質會維持永久附著在基礎材料上。

在一些實施例中，放熱強化物件可以使用編織片材來實現。該編織片材可來自由基礎材料、活性碳及保護性物質的混合物所擠塑出的紗線。擠塑出的紗線可以被編織成用來形成放熱強化物件的物件。若需要，擠塑出的紗線可以與不含活性粒子的紗線交織，以提供由混合紗線構成的物件。在形成編織物件之後，可使其經歷用來除去至少一部分可去除之保護性物質的製程或條件。

在一些實施例中，放熱強化物件可以使用非編織片材來實現。該非編織片材可來自由基礎材料、活性碳及保護性物質的混合物所擠塑出的「破碎」(chopped-up)纖維或短纖維(staple fibers)。然後可將該等纖維融合在一起而形成非編織結構。在形成非編織物件之後，可使其經歷用來除去至少一部分可去除之保護性物質的製程或條件。

本文中，編織材料是指任何藉由使組成紗線以非隨機方式彼此環繞而機械性地固持在一起的材料。術語編織物是用來表示(1)傳統的編織材料，其中材料是由被稱作經線(warp)和緯線(weft)(或緯紗(fill))的兩 股紗線所構成；和(2)針織材料，其通常是由沿著相同方向而非垂直方向延伸並跟傳統的編織材料一樣被機械性地固持在一起的紗線所組成。編織材料的例子包括，但不限於，織物材料如用於衣物應用者、及片材材料如用於非衣物應用者。術語紗線是用來表示任何連續的材料線股，例如，紗線、纖維、細絲或細繩。

相對地，非編織材料是藉由將纖維融合在一起而製成。這導致含有自由容積或孔隙的隨機三維結構。這些孔隙具有廣泛的容積範圍。此一內部孔隙結構造成了非編織材料的氣體、液體和固體滲透性。

放熱強化物件可利用用於處理嵌入物質(例如，編織或非編織材料)的空氣擴散法來製造。一般而言，空氣擴散法係(a)使活性粒子承載於一氣態載體中，(b)以已承載之氣態載體處理嵌入物質的第一面，(c)維持該嵌入物質之第一面至第二面的壓降，使得至少一些被承載之活性粒子摻入該嵌入物質中，以及(d)將活性粒子固定至該嵌入物質。上述空氣擴散法的說明並非一種全面的解釋，而僅僅作為這類方法的一個說明性例子。熟習此技術之人士當會瞭解空氣擴散法能夠以多種不同方式進行。空氣擴散法的詳細說明可見於例如2003年3月27日公開的美國專利申請公開第2003/0060106號，其揭示內容整體併入於此作為參考。若需要，空氣擴散法可承載經可去除之保護層包封的活性粒子。

上述步驟(d)中的固定步驟可以是使粒子永久附著於嵌入物質的步驟。在一方法中，該步驟可以使用含有黏合劑和溶劑(例如水)的溶液來執行。該溶液是用於將粒子黏合至嵌入物質。黏合劑是作為使粒子固 定在嵌入物質上的「膠」，但水是作為經由嵌入物質將黏合劑運送至粒子的「載體」。因為溶液可以大部分是由溶劑組成，所以溶液具有當被嵌入物質吸附時從活性粒子上脫離的傾向，而使部分包封劑曝露出來。因此，當溶劑被嵌入物質吸附時，其同樣將黏合劑從粒子上帶走(例如，溶液是從粒子之與嵌入物質未直接或幾乎未直接接觸的部分脫離)。然而，活性粒子與嵌入物質接觸的部分不會讓溶液流出。這可有利地使黏合劑在粒子和嵌入物質之間形成黏合。

固定過程會造成未受保護之粒子失活。例如，如果溶液乾燥得不夠快，則黏合劑可能會從嵌入物質滲出並進入未受保護之活性粒子的孔隙中。此問題可以藉由在將粒子承載於氣態載體之前進行包封來避免。

因此，在進行空氣擴散法之前對活性粒子施加包封劑可以在活性粒子遭遇可能造成提早失活的物質時促進活性粒子的保存。在經包封之粒子附著於嵌入物質之後，可使用復原劑來除去包封劑。因此，經包封之粒子之任何未被黏合劑覆蓋的部分皆被除去，導致該等特定部分曝露於周圍環境中。

根據本發明之原理的放熱強化物件可以使用用來處理嵌入物質的填充方法(padding method)製成。填充方法包括使一材料(例如紗線、織物等)通過一活性粒子浴槽。隨著嵌入物質通過該浴槽，活性粒子附著到嵌入物質上。填充過程可以攪拌該粒子浴槽，以防止會阻止活性粒子充分摻入的溝槽形成。此外，填充方法可以在嵌入物質通過填充室時，使用滾筒將活性粒子壓入嵌入物質中。

可以透過施加黏合劑使活性粒子永久附著於嵌入物質。黏合劑典型地係在嵌入物質通過填充室之前或之後以溶液施加於嵌入物質。與上述空氣擴散法相同的固定方法可以應用於本方法中。以上針對填充方法的說明不打算詳細討論，而僅作為可如何執行填充方法的一個說明性例子。在粒子被固定之後，可以使用該材料來提供放熱強化物件。填充方法的詳細討論可見於例如2002年12月26日公開的美國專利申請公開第2002/0197396號，其揭示內容整體併入於此作為參考。

可以藉由將黏合劑、活性粒子和可去除之保護層的液體懸浮液或混合物施加於嵌入物質(例如，編織物、非編織物或薄膜)，來製造放熱強化物件。

可以藉由使用用來處理嵌入物質的靜電印刷法(xerographic method)來製造放熱強化物件。靜電印刷法係利用靜電吸引或磁性吸引原理，將調色劑配方(toner formulation)從儲料斗轉移至鼓型組件。鼓型組件是一種以預定速度旋轉的帶電或磁極化組件。隨著鼓型組件旋轉，調色劑配方被吸引至並保持在組件的選擇部位(例如，磁性或帶電部位)上。然後，隨著組件持續旋轉，其將調色劑配方壓到嵌入物質上。然後對嵌入物質進行加熱，使調色劑配方永久固定在材料上(例如，調色劑配方中的黏合劑使粒子塑化並黏合至嵌入物質)。靜電印刷法的詳細討論可見於例如2002年12月26日公開的美國專利申請公開第2002/0197547號，其揭示內容整體併入於此作為參考。

調色劑配方可包括，但不限於，活性粒子(例如活性碳)、黏合劑、以及諸如電荷控制粒子、磁力控制粒子、著色劑等添加劑、或其任何 組合。若需要，活性粒子可在被添加至調色劑配方之前以一可去除之保護層(例如蠟)包封。該包封劑在被永久附著於嵌入物質的同時能夠保存活性粒子的性質。

使用蒸發乾燥過程的例子來說明放熱強化物件可用來顯現改良乾燥效率的機制。如上文所說明，蒸發乾燥過程通常可以被理解為，藉由施加熱而從一環境中提取水或任何其他液體，以將該液體轉化成氣體形式並釋放的一種乾燥過程。因為蒸發的速率典型地隨著過程溫度而提高，所以蒸發乾燥過程同樣也是溫度相依的。

過去曾藉由用水使一塊織物飽和並測量該織物恢復至其最初重量所花的時間來測量織物的自然乾燥時間。此一測量織物乾燥時間之方法的限制是，其無法精確地測定顯現吸附性之織物的乾燥時間。此一缺失部分原因在於，吸附性粒子的重量會隨著吸附或脫附哪種物質而變化。因此，任何重量改變都不能準確地歸因於乾燥過程。

由於此一缺陷，需要一種對重量改變實質上透明的測量方法，以測量放熱強化物件的乾燥時間，原因在於放熱強化物件落入具有吸附性質之織物的範疇中。此處定義，自然乾燥時間是指，在將水或水為主之物質在室溫下添加至織物中後，該材料恢復至室溫所耗費的時間。

當諸如水之液體在室溫下被添加至諸如一塊織物的物件時，織物的溫度迅速下降至一平衡溫度。該平衡溫度係取決於室溫、基礎材料、蒸發速率以及蒸發過程的相對濕度(RH)。蒸發過程期間，物件的溫度在此一平衡下保持實質上恆定。當蒸發過程完成後，物件的溫度快速上升至一乾燥點溫度，但仍低於室溫，然後緩慢上升至室溫。對於測 量乾燥時間的目的而言，物件在快速升溫和緩升至室溫之間的過渡點被視為乾燥的。快速降溫和快速升溫之間的時間差被視為物件的乾燥時間。

根據本發明之原理所製成之放熱強化物件，由於嵌入的活性粒子的放熱性質，可顯現出改良的乾燥時間和乾燥效率。當具有放熱性質的活性粒子諸如活性碳被曝露於諸如水的液體時，液體被活性碳吸附並放熱到周圍環境。在放熱強化物件中，該熱導致一開始添加液體時較高的起始平衡溫度。放熱反應所產生的熱也將能量添加至蒸發過程，使得蒸發速率提高，因而提高了乾燥速率。更高的起始平衡溫度和提高的過程溫度均導致乾燥時間和乾燥過程之輸入能量的減少，因而提高了放熱強化物件的乾燥效率。

第1圖顯示與相同基礎材料的非強化物件相比，可由放熱強化物件達成之乾燥時間改進的結果。根據第1圖，在時刻0秒添加冷卻液之前，放熱強化物件(由曲線100表示)和基礎材料(由曲線102表示)均為約75℉。當添加冷卻液至基礎材料時，起始平衡溫度為46℉，相較之下放熱強化物件為56℉。此外，蒸發過程耗時約150秒完成，相較之下放熱強化物件為約40秒。此外，基礎材料的乾燥點溫度為59.5℉，實質上低於放熱強化物件的68℉。

本發明之放熱強化物件及其製造方法可應用於製造可維持基礎材料之固有特性，同時被摻入其中之活性粒子的高效特性強化的衣物產品。

亦應瞭解，儘管本發明之原理已利用將放熱系統摻入物件本身的 放熱強化物件做說明，但本發明也可應用於乾燥過程而不偏離本發明之原理。

因此，本發明提供了放熱強化物件及其製造方法。熟習此技術之人士將瞭解到，本發明可以藉由所述針對例示目的而非限制目的而提供的實施例以外的方式實施。

對於測量織物的乾燥時間存在多種理由。一個理由是要瞭解人們穿著服裝時織物的性能，以便決定穿著者的舒適度。一般而言，一塊織物(在因出汗或外來影響如潑濺或下雨而變濕之後)的乾燥時間越快，衣物的舒適度越高。較長的乾燥時間會導致因水分緩慢蒸發所引起的過冷或潮濕的不適感覺過於持久。第二個理由是，決定在烘乾機或其他乾燥設備中乾燥衣物所需要的能量或時間。一般而言，更快的乾燥時間係與烘乾機更少的消耗能量或在晾衣繩上容易乾燥衣物相關。因此，準確理解和測量織物的乾燥時間對於例如決定該織物的適當使用是重要的。

決定織物之乾燥時間的一個方法是監測織物的重量變化。使用此一方法，織物先秤乾重，然後用水飽和並監測該織物的重量直到達到該織物的原始重量為止。使用的第二種方法是監測織物的電阻。當織物潮濕時，織物會具有較低的電阻，隨著織物乾燥，電阻則增加。這兩種方法均是以飽和的織物開始，並取決於在空氣中的靜態乾燥(static drying)。因為每塊織物都會吸收不同量的水份(亦即，它們會具有不同含量的水份)，所以每塊織物測量乾燥時間的起點會不同。在人穿著衣物並出汗的情況下，該衣物不一定要用水飽和。人是以特定速率出汗 且汗水是持續地排出。因此，對於模擬此一情況的測試而言，可在測試中使用固定水量，且可能需要實地演練連續滴水或出汗。

根據本發明的一些實施例，可以使用溫度作為監測參數來測定織物何時乾燥。在本發明的一些實施例中，可進行測量以顯示在向織物添加已知量或預定量的水之後，織物何時乾燥。

測量織物的乾燥時間可以基於蒸發的冷卻效應，例如，當水從織物中蒸發時。在此例示性實施例中，水蒸發過程是吸熱的，因此使織物表面變冷。當織物上或織物中不再有任何水分時，蒸發過程停止而織物的表面溫度迅速上升。此一溫度轉折是織物可被視為乾燥的時間點。

以下的實驗是使用6"乘6"的織物樣品進行，其僅用來說明上述的乾燥測量過程。

應當瞭解本發明絕未受到此一例示性實驗的限制。參考第2圖，織物200被固定在依附於風扇204上的刺繡繃圈(embroidery hoop)202中。風扇204可以透過持續供應大約相同電壓和電流量給風扇204的DC電源而運轉。每個測試中風扇204皆以大約相同的速度運轉。將帶有例如鐵氟龍(Teflon)套管的熱電耦206安裝成接觸織物200的頂部。可將室溫下已知量的蒸餾水(例如，在此例子中為0.2mL)滴在位於熱電耦206處的織物200上。織物200的溫度以一與電腦連接的計量表208記錄。在將水加入織物200的之前或之後監測溫度。溫度下降的時間點記為計時起點。溫度快速上升的時間點稱為計時終點。計時終點和計時起點之間的差即為乾燥時間。當進行比較時，較佳係在相同的 室內條件下測量樣品。相對濕度和室溫皆對乾燥時間產生作用。

此測量乾燥時間之測試的優點包括能夠得到具再現性的結果，其因為快速轉折點而能夠獲得精確的結果；因為連續監測而能夠決定起點和終點；因為是基於等量的水或任何其他合適液體進行比較，故能夠消除織物的吸附因素；以及易於進行測量。

第3圖中繪示的曲線圖表示在數種織物上所收集到的資料。控制組織物300是100%的聚酯織物，織物302含有47%的椰碳紗(Cocona yarn)(亦即，來自椰子殼的活性碳)，織物304含有47%的具有沸石添加劑的紗線。所有三種織物都是同樣的結構、同樣的重量(135g/m²)以及同樣的處理。活性碳紗線和沸石紗線二者均含有吸附水的材料。吸附過程是放熱的並添加熱到系統中。此外，添加劑的廣大表面積可有助於乾燥織物。計時起點是溫度開始下降的時間，這是水滴落在織物上的時間。計時終點是溫度曲線轉折處的中點，這是織物是乾的的時間點。計時終點減去計時起點就是乾燥時間。控制組織物300的乾燥時間為110秒，織物302的乾燥時間為55秒，織物304的乾燥時間為55秒。

實驗室測試係擅長形成比較資料以確定產品的性能特徵。然而，為了瞭解實驗資料代表何意，通常需要驗證。為了驗證經本發明促進之加快乾燥時間的效率，提供了滴液驗證。本發明之滴液驗證可包含一個可以相同速率將相同量的水連續地派送給兩塊或更多塊織物的水滴源。可使用帶有多根管子(亦即，每塊織物一根或多根)的液體泵將相同量的水派送給每塊織物。織物可固定在連接至一共用電源之個別風 扇(或任何其他合適的空氣源)上面的刺繡繃圈(或任何其他合適的穩定器)中。或者，可使用多個相同的電源(例如，每個風扇一個)。如此，本發明之滴液驗證派送相同量或實質上相同量的水，並吹送相同量或實質上相同量的空氣到不同的織物樣品。滴液驗證顯示緩慢乾燥的織物如何被水飽和，而快速乾燥的織物如何能夠跟上出汗或水滴落的速率。可調整該速率來找出快速乾燥的織物在何處達成穩定狀態。

在一些實施例中，如第4圖所繪示，驗證單元可包括兩個水派送系統400和402(例如，蠕動泵、分液漏斗、或任何其他的水派送系統)，其將水416和418等量地或實質上等量地滴落在使用風扇412和414上面的刺繡繃圈408和410固定的兩塊織物404和406上。該兩個風扇412和414可以是以相同速度運轉的相同型式。在水416和418滴落在織物404和406上的地方水被吸附並離開織物404和406。較快速乾燥的織物能夠以與水滴落在樣品上相同的速率蒸發水。較緩慢乾燥的織物則變得飽和並開始滴水。

本發明可使用於性能強化塗料的環境(context)中，更特別地，可藉由添加活性粒子改善塗料的乾燥時間。

塗料可以分類為摻入聚合物材料的色素。一般而言，塗料能夠藉由驅除所添加的溶劑、使聚合物系統交聯或二者來乾燥。聚氨酯和聚丙烯酸塗料是兩種可能需要溶劑(可以是有機的或水性的)進行蒸發以便乾燥塗料的塗料種類。

在本發明之一些實施例中，可將添加劑諸如具有吸附性質的活性粒子添加到塗料中。可以加速溶劑的蒸發，且因此可以改進這些塗料 的乾燥時間。在這些實施例中，活性粒子在吸附時顯現出放熱性質，因而釋放有助於蒸發過程的熱。添加劑可包括活性碳、沸石、矽膠、氧化鋁、乾燥劑、任何其他顯現吸附性的合適材料或化學品、或其任何組合。

可以使用任何合適的方法或系統將添加劑或活性粒子摻入塗料中。在一些實施例中，可添加活性粒子到塗料中，以達成期望的改善乾燥，同時藉由在塗料材料處理期間使用可去除之包封劑包封活性粒子，而避免活性粒子提早失活。經包封之活性粒子的詳細說明可見於美國專利申請案第11/226,524號，其整體併入於此作為參考。在塗料處理期間包封活性粒子的情況，包封劑可以在乾燥塗料期間，例如塗佈塗料期間，被去除。在一些實施例中，取代在處理塗料期間摻入添加劑或除此之外，還可以在使用時直接將添加劑加入塗料中。

如此，本發明提供一種用於測量織物之乾燥時間的方法與系統，以及一種用於實施滴液驗證的方法與系統。熟習此技術之人士將瞭解到，本發明可以藉由所述針對例示目的而非限制目的而提供的實施例以外的方式實施。

200‧‧‧織物

202‧‧‧刺繡蹦圈

204‧‧‧風扇

206‧‧‧熱電耦

208‧‧‧計量表

Claims (7)

1. 一種性能強化塗料，包含：一具有基礎塗料材料散佈其中的溶劑；與該溶劑接觸的活性粒子，其中，該等活性粒子顯現出可提高該溶劑之蒸發而產生具有減少乾燥時間之性能強化塗料的放熱性質；以及一可去除之保護性物質，其防止至少一部分的活性粒子在移除該可去除之保護性物質之前被其他物質或物(matter)實質上除去活性；其中，該可去除之保護性物質在乾燥塗料期間係可去除的，而使該部分的活性粒子再活化以產生性能強化塗料，以及該基礎塗料材料係選自由聚氨酯和聚丙烯酸塗料所組成之組群。
2. 如申請專利範圍第1項之性能強化塗料，其中，該溶劑係選自由有機溶劑和水性溶劑所組成之組群。
3. 如申請專利範圍第1項之性能強化塗料，其中，該等活性粒子係選自由活性碳、石墨、氧化鋁(活性礬土)、矽膠、蘇打灰、三水合鋁、焙鹼、肉桂酸對-甲氧基-2-乙氧基乙基酯(辛諾賽)、氧化鋅、沸石、二氧化鈦、分子篩型材料、及其任何組合所組成之組群。
4. 一種製造性能強化塗料之方法，該方法包含：將能夠顯現出放熱性質的活性粒子與一具有基礎塗料材料散佈其中的溶劑混合而獲得一塗料混合物，其中，該等活性粒子的放熱性質縮短該塗料混合物的乾燥時間； 以至少一種可去除之包封劑將複數個該等活性粒子包封而製成經包封之活性粒子，其中，該經包封之活性粒子改善該塗料混合物的乾燥時間；在乾燥塗料期間，從該等經包封之活性粒子移除至少一部分之該包封劑，而使該等活性料子再活化。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，包封與混合係在單一步驟中進行。
6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該等活性粒子與該具有基礎塗料材料散佈其中的溶劑的混合包含：在塗佈或使用該塗料期間，將該等活性粒子摻入該具有基礎塗料材料散佈其中的溶劑中。
7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該等活性粒子與該具有基礎塗料材料散佈其中的溶劑的混合包含：在製造該塗料期間，將該等活性粒子摻入該具有基礎塗料材料散佈其中的溶劑中。