导电织物及其制备方法与流程

本发明有关于一种导电织物及其制备方法，特别是一种含聚氨酯高分子(polyurethane, PU)之导电织物及其制备方法，其利用后处理织方式赋予织物导电性，具有极佳之导电度均匀性与高牢度耐水洗性。

背景技术：

传统上，导电织物广泛地应用于如半导体工业、电子工业、医学工程、生物工程等领域，制作出符合所需的防静电、防尘、 防爆等工作服，也可用于电磁波屏蔽和吸收材料和电热制品的发热组件等产品之中，或是用于电容式触控屏幕操作之手套结构等，相较于传统的纺织材料，导电织物属于纺织工业中的高科技产品。因导电织物拥有以下的特性：导电性、电磁波防护性、柔软性等，非常适合运用在以手机、平板及笔电为首的IT装置的电磁波对策组件上，所以，也被称为智能型纺织品。

一般而言，导电织物有数种制造方式，包括：电解电镀、金属镀膜、金属包覆、表面加工、融熔纺丝等方式。依导电材之复合方法或程度，或是依构成聚合物之分子取向(Molecular Orientation)，可控制或调整织物的导电性。进一步言，导电材涂布在织物表面的方式，又可分为：湿式金属电镀、金属之真空喷镀、金属粒子涂料涂布、金属或金属盐之吸附或沉着、金属之镕射、焊溅法(spattering)、离子电镀法等。在前述这些方法中，金属电镀法之耐久性甚为良好，眞空喷镀或涂布法，较适合作为织物后加工或处理之方法，可供衣服、装潢素材等多方面所使用。

导电织物无论使用上述何种制造方式，目的均是要将金属和纤维成功地复合在一起，使其成为一种兼具纤维柔软性和金属特性两者优点的高附加价值复合材料。举例而言，金属镀膜法，系利用在每一根纤维上形成金属薄膜，以在运用纤维的特征之下，赋与金属的特性。而表面加工法，则包括薄膜层压材或树脂涂层等方法。至于蒸镀、喷镀等气相系处理方式，只能单面处理，虽然可以形成金属薄膜，但是很难将整个织物导电化，而且导电性的等级很低。

请参照附图1，其绘示习知一种导电织物10之结构示意图。导电织物10系由导电纤维12所编织而成，其中，导电纤维12之每一根纤维12a都由金属镀膜12b所覆盖，金属镀膜12b之材质例如为铜、镍、或银等，而纤维12a之材质例如为聚酯纤维(polyester)。导电织物10的密度为150-300根/平方英吋，表面阻抗小于0.05 Ohm/英吋。习知导电织物10系在每一根纤维上形成金属薄膜，然而，此种方式不仅耗费大量电力且又耗时，使得整体制程成本较高、效率亦有待改进。习知若要采用后加工之制备方式，虽然制程成本会较低且效率较高，然而，却有导电性不均匀等缺点。

要均匀地在具凹凸纹形状复杂的纤维布料上进行金属化处理，是一门很困难且复杂的技术。利用电浆化学沉积的金属镀层方法，在尼龙纤维表面镀覆金属来制成导电纤维，虽然效果最佳，然而，电浆系统设备不仅昂贵、耗费大量电力、且制程时间久，使得整体制程成本较高、效率亦不佳。

此外，习知金属和纤维在作用时，因着两者本质上的不同，造成作用时金属和纤维的结合度不佳，使得导电织物的耐水洗性变差，严重减损了导电织物的应用范围及市场接受/普及度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种导电性与耐水洗性极佳之导电织物，其利用易与聚酯纤维(polyester)产生交联反应且之高分子，以及采用特定比例之导电配方，使导电材质与高分子间具有良好之分散性，且可透过后加工之处理方式牢固地附着于聚酯纤维布料上，不仅具有极佳之导电性与耐水洗性，且能大量节省成本与电力，还可使得制程时间大幅缩短。

就其中一个观点，本发明提供一种导电织物，包括：一纤维层；以及一复合导电层，设置于该纤维层上，该复合导电层的材料系包括：一特定比例奈米导电材质以及耐水洗高分子材质，该特定比例导电材质包括A wt%比例之奈米银线、B wt%比例之奈米银片、以及C wt%比例之奈米银粒子，其中A + B + C 之组成重量为100wt%计。

较佳的，本发明奈米导电材含有10~15 wt%奈米银线、60~70 wt%奈米银片、以及35~45 wt%奈米银粒子。

一实施例中，本发明纤维层的材料可为聚酯纤维(polyester)。

一实施例中，本发明复合导电层系利用一后加工处理方式设置于纤维层上，较佳的是热压转印制程或网印制程。

一实施例中，本发明耐水洗高分子材质包括聚氨酯类高分子(PU)，较佳的是聚醚型聚氨酯高分子(polyether polyurethane)。

就其中一个观点，本发明提供一种导电织物的制备方法，形成如上所述之导电织物，包括：提供一特定比例奈米导电材，该奈米导电材含有一特定比例配方的奈米金属线材、奈米金属片材、以及奈米金属粒子；提供一耐水洗高分子材；形成一导电浆料，该导电浆料混合有该奈米导电材、一溶剂、一水性树脂，以及该耐水洗高分子材；提供一纤维性布料；以及进行一后处理制程，以热压转印或网印之方式将导电浆料图案化于该纤维性布料上。

其中，本发明特定比例导电材质包括A wt%比例之奈米银线、B wt%比例之奈米银片、以及C wt%比例之奈米银粒子，其中A + B + C 之组成重量为100wt%计。较佳的，奈米导电材含有10~15 wt%奈米银线、60~70 wt%奈米银片、以及35~45 wt%奈米银粒子。

一实施例中，本发明更包括：进行一奈米银线转相制程，让原先只能分散在极性溶剂的该奈米导电材，经由表面改质技术，使该奈米导电材表面带有特殊官能基，而能均匀地分散在非极性溶剂中。

一实施例中，本发明导电浆料更包括：一增稠剂；以及—消泡剂。

一实施例中，本发明耐水洗高分子材质包括聚氨酯类高分子(PU)，较佳的是聚醚型聚氨酯高分子。

一实施例中，本发明后加工处理方式包括热压转印制程或网印制程。

藉由底下实施例之详细说明，更容易了解本发明之具体功效。

附图说明：

附图1绘示系习知一种导电织物之结构示意图；

附图2A绘示系根据本发明之一实施例，一种导电织物之侧视示意图；

附图2B绘示系根据本发明之一实施例，一种导电织物之上视示意图；

附图3绘示系根据本发明之一实施例，一种导电织物之制备方法流程示意图。

具体实施方式：

本发明的特色之一是利用易与聚酯纤维(polyester)产生交联反应之高分子，例如聚氨酯高分子(polyurethane, PU)，较佳的是聚醚型聚氨酯高分子，使其与金属物质混合反应。

本发明的另一特色是将上述高分子与导电材质作混合，目的系使导电材质与聚氨酯高分子之间具有良好之分散性，以形成复合导电层，其可牢固地附着于聚酯纤维布料上。

本发明的再一特色是，上述导电材质系采用一特定比例的导电配方，使其不仅导电性佳，且可节省成本，又易于与上述高分子作混合。

本发明的又一特色是，利用奈米银线转相技术，让原先只能分散在极性（例如：水）溶剂的奈米银配方（包括银线、银片以及银粒子），经由表面改质技术，使奈米银配方表面带有特殊官能基，而能均匀地分散在非极性(例如：苯、酮)溶剂中。

请参照附图2A及附图2B，其绘示系根据本发明之一实施例，一种导电织物20之侧视及上视示意图。导电织物20包括纤维层12以及其上之复合导电层24。复合导电层24系利用后加工处理之方式，例如热压转印或网印之方式，形成于纤维层12上。纤维层12的材料较佳的是聚酯纤维(polyester)，而复合导电层24的材料系由特定比例导电材质24a以及耐水洗高分子材质24b所组成。上述导电材质系采用一特定比例的导电配方，举例而言，该特定比例为A wt%比例之奈米银线、B wt%比例之奈米银片、C wt%比例之奈米银粒子，其中A + B + C 之组成重量为100wt%计。较佳的，上述导电配方可以是10~15 wt%奈米银线、60~70 wt%奈米银片、以及35~45 wt%奈米银粒子。上述耐水洗高分子材质可以是聚氨酯类高分子(PU)，较佳的是聚醚型聚氨酯高分子。

请参照第3图，其绘示系根据本发明之一实施例，一种导电织物之制备方法流程示意图。首先，进行S1步骤，提供一特定比例奈米导电材，该奈米导电材含有一特定比例配方的奈米金属线材、奈米金属片材、以及奈米金属粒子。举例而言，该奈米导电材含有A wt%比例之奈米银线、B wt%比例之奈米银片、C wt%比例之奈米银粒子，其中A + B + C 之组成重量为100wt%计。较佳的，该奈米导电材含有10~15 wt%奈米银线、60~70 wt%奈米银片、以及35~45 wt%奈米银粒子。补充说明的是，奈米银片与奈米银线的比例大于奈米银粒子，系为了使后续奈米导电材容易聚集且吸附于聚酯纤维布料上，另一方面又要兼顾导电性奈米材在溶剂与耐水洗高分子中，可以均匀地分散。此外，本发明还进行奈米银线转相步骤：让原先只能分散在极性溶剂的奈米银配方（包括银线、银片以及银粒子），经由表面改质技术，使奈米银配方表面带有特殊官能基，而能均匀地分散在非极性溶剂中。

然后，进行S2步骤，提供一耐水洗高分子材，该耐水洗高分子可以是聚氨酯类高分子(PU)，较佳的是聚醚型聚氨酯高分子。聚氨酯高分子一般所指的是由二元羧酸与二元醇等通过缩聚反应得到的聚酯多元醇，广义上是含有酯基(COO)或是碳酸酯基(OCOO)的多元醇。聚氨酯类高分子(PU)含有强极性的氨基甲酸酯基团，不溶于非极性溶剂，且具有良好的强韧性和耐油性。此外，聚氨酯可以抗多种酸碱和有机溶剂腐蚀，且聚氨酯的力学性能具有很大的可调性，因此聚氨酯制品常具有耐磨、耐温、密封、隔音、加工性能好、可降解等优异性能。

聚氨酯类高分子中，包括聚醚型聚氨酯以及聚酯型聚氨酯等高分子，其相关化学式分别例示如下：

聚醚型聚氨酯

聚酯型聚氨酯

其中，聚醚型聚氨酯高分子结构之醚键内聚能低，并易于旋转，故由聚醚型聚氨酯制备的聚氨酯材料，具有低温柔顺性能好、耐水解性能优良、原料体系粘度低、易与异氰酸酯或助剂等组份互溶、以及加工性能优良等优点。聚酯型聚氨酯与聚醚型聚氨酯比较起来，二者均具有耐水性，但聚醚型聚氨酯比较不亲水，成膜后耐水洗性也较佳。

聚氨酯类高分子(PU)因为含有强极性的氨基甲酸酯基团，易与聚酯纤维(polyester)产生交联反应，本发明此处即是利用此特性，使奈米导电材可牢固且均匀地附着于聚酯纤维布料上。

接着，进行S3步骤，由上述奈米导电材以及耐水洗高分子材形成一导电浆料，该导电浆料混合有奈米导电材、溶剂、水性树脂，以及耐水洗高分子材。较佳的，导电浆料还含有一增稠剂与—消泡剂。更仔细地说，本发明的导电浆料中，该溶剂例如是水，该水性树脂例如是聚氨酯类树脂或压克力树脂，该增稠剂例如是无机盐、纤维素类或酯类，该消泡剂例如是水性有机硅、水性矿物油、或乙氧基化聚氧丙基。其中，本发明之导电浆料整体组成重量若是以100wt%计算，该奈米导电材占1wt%至5wt%、该溶剂占45wt%至55wt%、该水性树脂占5wt%至10wt%、该耐水洗高分子占45wt%至55wt%、该增稠剂少于2wt%，而该消泡剂比例不大于0.02wt%，上述比例可以使导电性奈米材在溶剂与水性树脂中均匀地分散，且使导电性奈米材与该耐水洗高分子可以均匀地混合。

然后，进行S4步骤，提供纤维性布料，较佳的是聚酯纤维布料，易与聚氨酯类高分子(PU)，特别是聚醚型聚氨酯高分子，产生交联反应。聚酯纤维之相关化学式例示如下： 聚酯纤维维

之后，进行S5步骤，以热压转印或网印之方式将导电浆料图案化于聚酯纤维布料上，形成本发明之导电织物。其中，网印步骤系以滤网版加压涂布方式将上述导电浆料均匀网印于聚酯纤维布料上，并使水分完全除去，即可形成一干燥且具有特定厚度之导电织物；上述滤网版加压涂布网印方式系将导电浆料涂布于特殊大小之滤网，再于适当压力下网印于聚酯纤维布料上。而热压转印制程，又称热转写印刷技术，系指将欲图案化之导电浆料，先加热并转印于功能性中间载体（例如：纸张或转写膜）上，再经过相应的转印设备，在几分钟内加热到一定的温度（例如：180〜230°C），然后把中间载体上的图案转印到聚酯纤维布料上。

本发明利用耐水洗高分子使得奈米导电材可以均匀地、大量地吸附于聚酯纤维布料上，并再藉由烘干，即能制得导电效果佳的导电织物。本发明不仅较习知制程时间大为缩短，且制备成本相对于电浆沉积、电镀等方式也大幅降低。

综上所述，本发明所提出的导电织物，不仅具有传统导电布纤维的特性，例如导电性、柔软、具可挠曲性、质轻、耐用、比重轻、以及结构多样化等特性。而且，比较相同断面积的布条状的拉伸强度，其可远在钢材之上。此外，本发明还加强了导电度之均匀性、以及高牢度耐水洗性，使其更压倒性地胜过其它导电织物。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作之简单的等效变化与 修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。

符号说明：

10：导电织物

12：导电纤维

12a：纤维

12b：金属镀膜

20：导电织物

22：纤维层

24：复合导电层

24a：特定比例导电材质

24b：耐水洗高分子材质

S1：提供特定比例之奈米导电材

S2：提供耐水洗高分子材

S3：形成导电浆料

S4：提供聚酯纤维布料

S5：将导电浆料热压转印或网印于聚酯纤维布料上。