含有纳米气泡的纤维及其制法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102965748 A(43)申请公布日 2013.03.13CN102965748A*CN102965748A*(21)申请号 201110303484.3(22)申请日 2011.10.09100131451 2011.09.01 TWD01F 1/08(2006.01)D01F 11/06(2006.01)D01F 11/08(2006.01)D01F 11/02(2006.01)D01F 6/54(2006.01)D01F 6/92(2006.01)(71)申请人财团法人工业技术研究院地址中国台湾新竹县(72)发明人赖弘杰李荣哲(74)专利代理机构北京戈程知。

2、识产权代理有限公司 11314代理人程伟(54) 发明名称含有纳米气泡的纤维及其制法(57) 摘要本发明提供含有纳米气泡的纤维及其制法，该方法包含将聚合物材料与光敏化合物混合形成混合物，对混合物进行纺丝制造方法形成纤维，在纤维固化后，对纤维进行光照或加热处理，使光敏化合物产生气体，此气体在纤维内部形成多个封闭的纳米气泡，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。(30)优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书2页说明书8页附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页说明书 8 页附图 7 页1/2页21.一种含有纳米气泡的纤维的制造方法，。

3、包括：提供一聚合物材料；将一光敏化合物与该聚合物材料混合，形成一混合物；对该混合物进行一纺丝制造方法，形成一纤维；以及在该纤维固化后，对该纤维进行一光照处理或一加热处理，使得该纤维内的该光敏化合物产生一气体，其中该气体在该纤维内部形成多个封闭的纳米气泡，所述纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。2.根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该聚合物材料具有氮气渗透系数0.2barrer，氧气渗透系数1barrer，以及二氧化碳渗透系数3barrer。3.根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该聚合物选自聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚丙烯腈苯乙烯、聚偏二氯乙烯、丙。

4、烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺6、聚氯乙烯、聚乙烯、聚对二甲苯、醋酸纤维素、聚乳酸以及前述的衍生物。4.根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该光敏化合物包括重氮化合物、偶氮化合物或阳离子光敏引发剂。5.根据权利要求4所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该重氮化合物包括1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯、2，3，4-三羟基二苯甲酮1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯或1-萘磺酸，6-重氮-5，6-二氢-5-氧代，4-异丙苯基氯甲酸苯酯。6.根据权利要求4所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该偶氮化合物包括2-(4-羟基苯唑)苯甲酸、，-二(苯偶氮基)芪。

5、混合物、4-氨基-4-二甲基氨基偶氮苯、4-苯偶氮基苯甲酸或双(磺酸基)重氮甲烷的衍生物。7.根据权利要求4所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该阳离子光敏引发剂包括3，5-二氯苯四氟硼酸重氮盐、4-甲氧基苯四氟硼酸重氮盐或二苯甲酮的衍生物。8.根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该光照处理包括照紫外光或照日光，该加热处理的温度介于120至纤维材质的熔点之间，且该光敏化合物产生的气体为挥发性气体，包括氮气、氧气或二氧化碳。9.根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该光敏化合物的含量为该聚合物材料的0.1重量百分比至5重量百分比。10.根据权利要求1所述的含。

6、有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该纺丝制造方法包括一湿式纺丝制造方法或一熔融纺丝制造方法。11.根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该气体在该纤维内部更包括形成多个封闭的微米气泡，所述微米气泡的尺寸介于1m至3m之间。12.一种含有纳米气泡的纤维，包括：一纤维主体；多个封闭的纳米气泡，设置于该纤维主体内，其中所述纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间；以及一光敏化合物的残留物，混合于该纤维主体内，其中该光敏化合物的残留物为一光敏化合物释放出一气体后的残留物。13.根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该纤维主体具有氮气渗透系数权利要求书CN 102965。

7、748 A2/2页30.2barrer，氧气渗透系数1barrer，以及二氧化碳渗透系数3barrer。14.根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该纤维主体的材料选自聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚丙烯腈苯乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺6、聚氯乙烯、聚乙烯、聚对二甲苯、醋酸纤维素、聚乳酸以及前述的衍生物。15.根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该光敏化合物释放的该气体为挥发性气体，包括氮气、氧气或二氧化碳。16.根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该光敏化合物包括重氮化合物、偶氮化合物或阳离子光敏引发剂。17.根据权利要求。

8、16所述的含有纳米气泡的纤维，其中该重氮化合物包括1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯、2，3，4-三羟基二苯甲酮1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯或1-萘磺酸，6-重氮-5，6-二氢-5-氧代，4-异丙苯基氯甲酸苯酯。18.根据权利要求16所述的含有纳米气泡的纤维，其中该偶氮化合物包括2-(4-羟基苯唑)苯甲酸、，-二(苯偶氮基)芪混合物、4-氨基-4-二甲基氨基偶氮苯、4-苯偶氮基苯甲酸或双(磺酸基)重氮甲烷的衍生物。19.根据权利要求16所述的含有纳米气泡的纤维，其中该阳离子光敏引发剂包括3，5-二氯苯四氟硼酸重氮盐、4-甲氧基苯四氟硼酸重氮盐或二苯甲酮的衍生物。20.根据权利要求12所述的含。

9、有纳米气泡的纤维，其中该光敏化合物的残留物在该纤维主体内的含量介于0.1重量百分比至5重量百分比之间。21.根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，更包括多个封闭的微米气泡设置于该纤维主体内，其中所述微米气泡的尺寸介于1m至3m之间。权利要求书CN 102965748 A1/8页4含有纳米气泡的纤维及其制法技术领域0001 本发明涉及一种纤维的制造方法，特别是一种在纤维内部形成封闭的纳米气泡的制造方法。背景技术0002 通常在纤维内产生孔洞的方法是利用发泡技术(foam technology)，在纤维材料处于熔融状态下，使用发泡剂在纤维内形成开放式的孔洞，达到使纤维轻质化的目的。另外。

10、，在纤维的制造过程中，在纤维内可能会形成少许的空隙，这些空隙的分布以及尺寸无法受到控制，因此这些空隙会使得纤维的特性受到不良影响，成为纤维的一种缺陷。0003 光敏化合物(photoactive compounds)通常应用在光阻材料中，通过光敏化合物对光的敏感性，让光阻材料受到光线照射的部分与未光照部分对于显影剂产生不同的溶解度，进而使得光阻材料可以被图案化，因此现有的光敏化合物通常都应用在半导体制造方法上。0004 目前现有的纳米气泡(nanobubble)的形成是利用电解制造方法产生，纳米气泡形成于电解水溶液中，并且这些纳米气泡可以吸附在聚合物材料的表面上。0005 然而，上述现有技术皆。

11、无法在纤维的内部形成尺寸与分布受到控制的封闭型纳米气泡。发明内容0006 本发明的实施例提供含有纳米气泡的纤维的制造方法，包括：提供聚合物材料，将光敏化合物与聚合物材料混合形成混合物，对混合物进行纺丝制造方法形成纤维，在纤维固化后，对纤维进行光照处理或加热处理，使得纤维内的光敏化合物产生气体，此气体在纤维内部形成多个封闭的纳米气泡，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。0007 本发明的实施例还提供含有纳米气泡的纤维，包括：纤维主体，多个封闭的纳米气泡设置于纤维主体内，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间，以及光敏化合物的残留物混合于纤维主体内，光敏化合物的残留物为光敏。

12、化合物释放出气体后的残留物。0008 为了让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，以下配合实施方式，作详细说明。附图说明0009 图1A显示未添加光敏化合物的PAN薄膜的光学显微镜照片；0010 图1B显示添加5wt光敏化合物且未经过光照处理的PAN-DNQ薄膜的光学显微镜照片；0011 图1C显示添加5wt光敏化合物且经过5分钟干燥及光照处理后的PAN-DNQ薄膜的光学显微镜照片；0012 图1D显示添加5wt光敏化合物且经过24小时干燥及光照处理后的PAN-DNQ薄说明书CN 102965748 A2/8页5膜的光学显微镜照片；0013 图2A及2B分别显示未添加光敏化合物的PAN。

13、薄膜的表面与剖面的SEM照片；0014 图2C及2D分别显示添加5wt光敏化合物且未经过光照处理的PAN-DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片；0015 图2E、2F分别显示添加5wt光敏化合物且经过光照处理后的PAN-DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片；0016 图3A显示未添加光敏化合物的PLA纤维的光学显微镜照片；0017 图3B显示添加0.4wt光敏化合物且未经过光照处理的PLA-DNQ纤维的光学显微镜照片；以及0018 图3C显示添加0.4wt光敏化合物且经过照UV光处理后的PLA-DNQ纤维的光学显微镜照片。具体实施方式0019 本发明的实施例使用气体渗透系数低且具有透光性的聚合物作。

14、为制备纤维的原料，例如为聚丙烯腈(polyacrylonitrile；简称PAN)、聚甲基丙烯腈(polymethacrylonitrile)、聚丙烯腈苯乙烯(Lopac)、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride)、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物(Barex)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephtalate)、聚酰胺6(Nylon 6)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚乙烯(polyethylene)、聚对二甲苯(parylene)、醋酸纤维素(cellulose acetate)、聚乳酸(polylactic acid；简称PL。

15、A)或前述的衍生物，这些聚合物材料在干燥固化后具有氮气渗透系数0.2barrer，氧气渗透系数1barrer，以及二氧化碳渗透系数3barrer，其中barrer为气体渗透系数的单位，等于10-10cm3(STP)-cm/(s-cm2-cmHg)，简称为P。0020 在上述聚合物材料中，聚丙烯腈(PAN)在温度25时的氧气渗透系数为0.0003P，氮气渗透系数为0.00016P，二氧化碳渗透系数为0.0018P；聚乳酸(PLA)在温度25时的氧气渗透系数为0.83P，氮气渗透系数为0.18P，二氧化碳渗透系数为2.59P。0021 本发明的实施例使用的光敏化合物(photoactive com。

16、pounds；简称PAC)包括重氮化合物(diazo compounds)、偶氮化合物(azo compounds)或阳离子光敏引发剂(cationic photoinitiators)，这些光敏化合物以光照方式处理时会产生气体，部分的感光化合物，例如重氮化合物或偶氮化合物以加热方式处理时也会因热裂解而产生气体，其释放出气体的裂解温度(decomposition temperature)高于120。因此，在本发明的实施例中，选用会因光照及热裂解而产生气体的光敏化合物，以光照方式或加热方式处理使其产生气体。此外，本发明实施例所使用的光敏化合物在纤维的湿式纺丝制造方法与熔融纺丝制造方法中具有热稳定。

17、性。0022 此光敏化合物与上述制备纤维的聚合物材料具有良好的兼容性，可以在溶解聚合物材料的溶剂中溶解，并且可完全地分布在熔融的聚合物材料中。光敏化合物在紫外光(UV)照射下或日光照射下会释放出挥发性气体，例如氮气、氧气或二氧化碳。另外在纺丝的后段高温干燥制造方法中，未完全反应的光敏化合物，可在高于其释放出气体的裂解温度的加热处理下也会释放出挥发性气体，例如氮气、氧气或二氧化碳。0023 在本发明的实施例中，作为光敏化合物的重氮化合物可以是1，2-二叠氮基萘说明书CN 102965748 A3/8页6醌-5-磺酸酯(1，2-naphthoquinonediazide-5-sulfonate。

18、；简称DNQ-5-sulfonate)或其衍生物，例如为2，3，4-三羟基二苯甲酮三1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(2，3，4-Trihydroxybenzophenone tris(1，2-naphthoquinonediazide-5-sulfonate)或1-萘磺酸-6-重氮-5，6-二氢-5-氧代-4-(1-甲基-1-苯乙基)苯酯(1-Naphthalenesulfonic acid，6-diazo-5，6-dihydro-5-oxo-，4-(1-methy-1-phenylethyl)phenyl ester)。0024 光敏化合物DNQ-5-sulfonate照UV光后的反应式如。

19、下所示：0025 0026 照UV光后，DNQ-5-sulfonate的结构由式I转变成式II，并释放出氮气。接着，式II的结构会快速地转变成式III，然后再吸收水气转变成式IV的结构，式IV的结构为光敏化合物DNQ-5-sulfonate照UV光释放出氮气后的残留物。0027 上述光敏化合物DNQ-5-sulfonate结构式I-IV中的R为稳定用官能基(ballast groups)，通过不同的R的分子结构设计，可以使得光敏化合物DNQ-5-sulfonate与不同的聚合物材料具有兼容性，进而让光敏化合物在聚合物材料中均匀地分散。此外，利用不同的R的分子结构设计，可以让光敏化合物DNQ-5。

20、-sulfonate的光穿透度提高，并且提高其耐热性。0028 在本发明的实施例中，作为光敏化合物的偶氮化合物例如为2-(4-羟基苯唑)苯甲酸(2-(4-hydroxybenzeneazo)benzoic acid；简称HABA)、，-二(苯偶氮基)芪混合物(，-bis(phenylazo)stilbene)、4-氨基-4-二甲基氨基偶氮苯(4-amino-4-dimethylaminoazobenzene)、4-苯偶氮基苯甲酸(4-(phenylazo)benzoic acid)或双(磺酸基)重氮甲烷(bis(sulfonyl)diazomethanes)的衍生物。0029 在本发明的实施例。

21、中，作为光敏化合物的阳离子光敏引发剂例如为3，5-二氯苯四氟硼酸重氮盐(3，5-dichloro-phenyl diazonium tetrafluoroborate)、4-甲氧基苯四氟硼酸重氮盐(4-methoxybenzene diazonium tetrafluoroborate)或二苯甲酮(benzophenone)的衍生物。0030 将上述光敏化合物与聚合物材料混合形成混合物，光敏化合物的含量为聚合物材料的0.1重量百分比(wt)至5重量百分比(wt)之间，经由湿式纺丝制造方法或熔融纺丝制造方法形成纤维，在湿式纺丝制造方法中，聚合物材料与光敏化合物溶解在相同的溶剂中；在熔融纺丝制造方。

22、法中，光敏化合物分散在熔融的聚合物材料中。0031 在纤维固化前以及/或固化后，可通过光照处理使光敏化合物释放出气体。另外，加热处理也可让光敏化合物因热裂解而产生气体。在聚丙烯腈的实验例中，紫外线光照处理可在纤维凝固后到完全干燥卷起的中间任一制造方法阶段实施。气体在固化的纤维内部产生多个封闭的纳米气泡，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。纳米气泡的尺寸可通过纤维固化的程度控制，纤维固化的程度越高，则形成的纳米气泡的尺寸越小。此外，气体在固化的纤维内部还可以形成尺寸介于1m至3m之间的微米气泡(microbubble)。说明书CN 102965748 A4/8页70032 此外。

23、，由于光敏化合物与聚合物材料的兼容性佳，因此由光敏化合物释放出的气体会均匀地分散在聚合物材料中，亦即纤维内的纳米气泡的分布位置取决于光敏化合物的分布浓度。0033 由光敏化合物所释放出的气体在固化的纤维内形成封闭的纳米气泡，这些纳米气泡在固化的纤维内会产生内部应力(inner stress)，因此可以增加纤维的机械强度，例如杨氏模数(Youngs modulus)及拉伸应力(tensile stress)。0034 以下列举各实施例与各比较例说明制备含有纳米气泡的纤维的方法、材料以及纤维的特性：0035 【实施例1与比较例1】0036 将含有88摩尔丙烯腈(acrylonitrile)与12摩。

24、尔乙酸乙烯酯(vinylacetate)的聚丙烯腈(PAN)原料粒溶解在N，N-二甲基乙酰胺(N，N-dimethylacetamide；DMAc)溶剂中，形成浓度20wt的溶液A，接着取出一部份的溶液A，在溶液A中加入0.4wt的光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)，在温度70搅拌直到光敏化合物DNQ-5-sulfonate完全溶解，形成溶液B。0037 采用湿式纺丝制造方法，经由纺嘴(spinneret)(孔洞数量300，孔洞直径10m，气距(air gap)0.5cm)，纺丝速率为16.7m/min，将溶液A制成比较例1的PAN纤维，将溶液B制成实。

25、施例1的PAN-DNQ纤维，将比较例1与实施例1的纤维经过凝结液(3.6wtCaCl2溶液，5)处理，再经过60的第一水浴与98、10倍拉伸的第二水浴处理，使比较例1与实施例1的纤维固化，形成比较例1与实施例1的固化纤维束，最后将固化纤维束经过150的烘箱处理，然后再收集在滚动条上。0038 将实施例1的固化后的PAN-DNQ纤维束以UV光或日光照射，或者以150的蒸汽及120-170的拉伸比例进行处理，使得实施例1的固化后的PAN-DNQ纤维束中的光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)活化释放出氮气，在固化后的PAN-DNQ纤维束内产生氮气的纳米气泡，得。

26、到实施例1a与1b的含有纳米气泡的纤维。0039 将比较例1的PAN纤维以及实施例1a与1b的含有纳米气泡的PAN-DNQ纤维以拉伸强度试验机(INSTRON)测量拉伸强度(tensile strength)及拉伸模数(tensile modulus)，并且以扫瞄式电子显微镜(SEM)测量纤维的直径，结果如表1所列。0040 表1.实施例1a、1b与比较例1的纤维的机械特性0041 说明书CN 102965748 A5/8页80042 由表1的结果可得知，相比于比较例1的PAN纤维，实施例1a与1b的含有纳米气泡的PAN-DNQ纤维具有较高的拉伸强度与拉伸模数，约增加40，并且实施例1a与。

27、1b的PAN-DNQ纤维直径相比于比较例1的PAN纤维直径增加约30，这表示在纤维原料内添加光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)，并在纤维固化后进行光照或加热处理，使得纤维内产生纳米气泡，有助于提升纤维的机械强度，并且增加纤维直径。0043 为了方便观察纳米气泡在PAN聚合物材料内的分布情形，将PAN聚合物材料以及添加5wt光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)的PAN聚合物材料分别制成PAN薄膜及PAN-DNQ薄膜。将PAN-DNQ薄膜经由不同的干燥时间5分钟及24小时处理后，再进行日光或UV光照射处理，利用光学显。

28、微镜观察PAN薄膜及PAN-DNQ薄膜，结果如图1A-1D所示。0044 图1A显示未添加光敏化合物的PAN薄膜，其中显示在PAN薄膜中没有纳米气泡产生；图1B显示添加5wt光敏化合物且未经过光照处理的PAN-DNQ薄膜，其中显示在PAN-DNQ薄膜中没有纳米气泡产生；图1C显示PAN-DNQ薄膜经过5分钟干燥及光照处理后的状态，其中显示在PAN-DNQ薄膜中产生的气泡尺寸约为3-6m；图1D显示PAN-DNQ薄膜经过24小时干燥及光照处理后的状态，其中显示在PAN-DNQ薄膜中产生的气泡尺寸约为200-500nm。由图1A-1D可得知，在PAN聚合物材料内添加光敏化合物且经过较长时间的干燥处。

29、理与光照处理后，可以在PAN聚合物材料内产生纳米级的气泡。0045 接着，使用扫瞄式电子显微镜(SEM)观察上述图1A的PAN薄膜、图1B的PAN-DNQ薄膜以及图1D的PAN-DNQ薄膜的表面与剖面形态，结果如图2A-2F所示。图2A、2B分别显示未添加光敏化合物的PAN薄膜的表面与剖面的SEM照片，图2C、2D分别显示添加5wt光敏化合物且未经过光照处理的PAN-DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片，图2E、2F分别显示添加5wt光敏化合物且经过干燥与光照处理后的PAN-DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片。0046 由图2A、2C与2E的比较可得知，PAN薄膜以及添加光敏化合物且未光照与光照。

30、处说明书CN 102965748 A6/8页9理后的PAN-DNQ薄膜的表面形态差异不大；由图2B、2D与2F的比较可得知，PAN薄膜的剖面平滑，添加光敏化合物且未经过光照处理的PAN-DNQ薄膜的剖面变得粗糙，而添加光敏化合物且经过光照处理后的PAN-DNQ薄膜的剖面则具有袋状结构，这表示光敏化合物经过光照处理后产生纳米气泡在PAN聚合物中。0047 另外，以差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimeter；简称DSC)测量PAN聚合物(溶解在溶剂DMAc中的浓度为15)、添加1wt的光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfona。

31、te)的PAN-DNQ聚合物以及经过UV光照处理后的PAN-DNQ聚合物(溶解在溶剂DMAc中的浓度为15)，结果如表2所列。0048 表2.PAN聚合物、光照与未光照的PAN-DNQ聚合物的DSC分析结果0049 0050 由表2可得知，添加光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)及照UV光可以使得PAN聚合物的氧化温度由320降低5。此外，相比于PAN聚合物，在PAN-DNQ聚合物内的光敏化合物未照UV光之前，其放热焓量(H)增加且转化起始温度降低，这表示光敏化合物DNQ-5-sulfonate可在PAN聚合物的氧化过程中储存能量，其有助于在PAN纤维原。

32、丝氧化变成氧化纤维的氧化制造方法中降低氧化温度。0051 另外，对PAN纤维、添加0.4wt的光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)的PAN-DNQ纤维、经过UV光照处理以及/或150蒸汽处理的PAN-DNQ纤维进行密度分析，结果如表3所列。0052 表3.PAN纤维、PAN-DNQ纤维的密度分析结果0053 说明书CN 102965748 A7/8页100054 0055 由表3可得知，在PAN聚合物内添加光敏化合物DNQ-5-sulfonate并且经过照UV光以及/或蒸汽处理，可降低PAN聚合物的密度约1.15，因此有助于PAN纤维的轻质化。005。

33、6 【实施例2与比较例2】0057 将聚乳酸(PLA)原料粒以及添加0.4wt光敏化合物1，2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯(DNQ-5-sulfonate)的聚乳酸(PLA)原料粒分别填充在双螺杆挤出纺丝机(Twin screw extruder spinning machine)内，以150-160进行熔融纺丝制造方法，并经由10的冷水浴固化，形成比较例2的PLA纤维与比较例2a的PLA-DNQ纤维，比较例2与比较例2a的纤维直径介于70-90m。0058 将比较例2a的PLA-DNQ纤维经过500W、40-60及1小时的照UV光处理，形成实施例2的PLA-DNQ纤维。0059 以光学显微镜观。

34、察比较例2、比较例2a及实施例2的纤维，结果如图3A-3C所示。图3A显示比较例2的PLA纤维，其具有光滑的结构，在比较例2的PLA纤维中没有纳米气泡产生。图3B显示添加0.4wt光敏化合物DNQ-5-sulfonate且未经过光照处理的PLA-DNQ纤维，其中显示的深色粒子为未溶解的光敏化合物DNQ-5-sulfonate的结晶，在比较例2a的PLA-DNQ纤维中没有纳米气泡产生。图3C显示经过照UV光处理后的PLA-DNQ纤维，在实施例2的PLA-DNQ纤维中，在深色粒子附近出现平行的气孔，其直径介于0.8-1.2m之间，这表示光敏化合物DNQ-5-sulfonate经照UV光处理后在PLA-DNQ纤维内产生纳米气泡。0060 以动态机械分析(dynamic mechanical analysis；简称DMA)法测量比较例2、比较例2a及实施例2的纤维的杨氏模数，结果如表4所列。0061 表4.比较例2、比较例2a及实施例2的纤维的特性0062 0063 由表4可得知，相比于PLA纤维，添加光敏化合物DNQ-5-sulfonate并经过照UV光处理后的PLA-DNQ纤维的杨氏模数可增加约8倍。另外，添加光敏化合物DNQ-5-sulfonate但是未经过照UV光处理的PLA-DNQ纤维的杨氏模数降低是因为未光照的光敏化合物说明书CN 102965748 A10。

摘要
申请专利号：	CN201110303484.3	申请日：	2011.10.09
公开号：	CN102965748A	公开日：	2013.03.13
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):D01F 1/08申请日:20111009\|\|\|公开
IPC分类号：	D01F1/08; D01F11/06; D01F11/08; D01F11/02; D01F6/54; D01F6/92	主分类号：	D01F1/08
申请人：	财团法人工业技术研究院
发明人：	赖弘杰; 李荣哲
地址：	中国台湾新竹县
优先权：	2011.09.01 TW 100131451
专利代理机构：	北京戈程知识产权代理有限公司 11314	代理人：	程伟
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内容摘要

本发明提供含有纳米气泡的纤维及其制法，该方法包含将聚合物材料与光敏化合物混合形成混合物，对混合物进行纺丝制造方法形成纤维，在纤维固化后，对纤维进行光照或加热处理，使光敏化合物产生气体，此气体在纤维内部形成多个封闭的纳米气泡，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。

权利要求书

权利要求书一种含有纳米气泡的纤维的制造方法，包括：
提供一聚合物材料；
将一光敏化合物与该聚合物材料混合，形成一混合物；
对该混合物进行一纺丝制造方法，形成一纤维；以及
在该纤维固化后，对该纤维进行一光照处理或一加热处理，使得该纤维内的该光敏化合物产生一气体，其中该气体在该纤维内部形成多个封闭的纳米气泡，所述纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该聚合物材料具有氮气渗透系数≤0.2barrer，氧气渗透系数≤1barrer，以及二氧化碳渗透系数≤3barrer。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该聚合物选自聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚丙烯腈苯乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯腈‑甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺6、聚氯乙烯、聚乙烯、聚对二甲苯、醋酸纤维素、聚乳酸以及前述的衍生物。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该光敏化合物包括重氮化合物、偶氮化合物或阳离子光敏引发剂。
根据权利要求4所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该重氮化合物包括1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯、2，3，4‑三羟基二苯甲酮1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯或1‑萘磺酸，6‑重氮‑5，6‑二氢‑5‑氧代，4‑异丙苯基氯甲酸苯酯。
根据权利要求4所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该偶氮化合物包括2‑(4′‑羟基苯唑)苯甲酸、α，β‑二(苯偶氮基)芪混合物、4‑氨基‑4′‑二甲基氨基偶氮苯、4‑苯偶氮基苯甲酸或双(磺酸基)重氮甲烷的衍生物。
根据权利要求4所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该阳离子光敏引发剂包括3，5‑二氯苯四氟硼酸重氮盐、4‑甲氧基苯四氟硼酸重氮盐或二苯甲酮的衍生物。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该光照处理包括照紫外光或照日光，该加热处理的温度介于120℃至纤维材质的熔点之间，且该光敏化合物产生的气体为挥发性气体，包括氮气、氧气或二氧化碳。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该光敏化合物的含量为该聚合物材料的0.1重量百分比至5重量百分比。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该纺丝制造方法包括一湿式纺丝制造方法或一熔融纺丝制造方法。
根据权利要求1所述的含有纳米气泡的纤维的制造方法，其中该气体在该纤维内部更包括形成多个封闭的微米气泡，所述微米气泡的尺寸介于1μm至3μm之间。
一种含有纳米气泡的纤维，包括：
一纤维主体；
多个封闭的纳米气泡，设置于该纤维主体内，其中所述纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间；以及
一光敏化合物的残留物，混合于该纤维主体内，其中该光敏化合物的残留物为一光敏化合物释放出一气体后的残留物。
根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该纤维主体具有氮气渗透系数≤0.2barrer，氧气渗透系数≤1barrer，以及二氧化碳渗透系数≤3barrer。
根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该纤维主体的材料选自聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚丙烯腈苯乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯腈‑甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺6、聚氯乙烯、聚乙烯、聚对二甲苯、醋酸纤维素、聚乳酸以及前述的衍生物。
根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该光敏化合物释放的该气体为挥发性气体，包括氮气、氧气或二氧化碳。
根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该光敏化合物包括重氮化合物、偶氮化合物或阳离子光敏引发剂。
根据权利要求16所述的含有纳米气泡的纤维，其中该重氮化合物包括1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯、2，3，4‑三羟基二苯甲酮1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯或1‑萘磺酸，6‑重氮‑5，6‑二氢‑5‑氧代，4‑异丙苯基氯甲酸苯酯。
根据权利要求16所述的含有纳米气泡的纤维，其中该偶氮化合物包括2‑(4′‑羟基苯唑)苯甲酸、α，β‑二(苯偶氮基)芪混合物、4‑氨基‑4′‑二甲基氨基偶氮苯、4‑苯偶氮基苯甲酸或双(磺酸基)重氮甲烷的衍生物。
根据权利要求16所述的含有纳米气泡的纤维，其中该阳离子光敏引发剂包括3，5‑二氯苯四氟硼酸重氮盐、4‑甲氧基苯四氟硼酸重氮盐或二苯甲酮的衍生物。
根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，其中该光敏化合物的残留物在该纤维主体内的含量介于0.1重量百分比至5重量百分比之间。
根据权利要求12所述的含有纳米气泡的纤维，更包括多个封闭的微米气泡设置于该纤维主体内，其中所述微米气泡的尺寸介于1μm至3μm之间。

说明书

说明书含有纳米气泡的纤维及其制法
技术领域
本发明涉及一种纤维的制造方法，特别是一种在纤维内部形成封闭的纳米气泡的制造方法。
背景技术
通常在纤维内产生孔洞的方法是利用发泡技术(foam technology)，在纤维材料处于熔融状态下，使用发泡剂在纤维内形成开放式的孔洞，达到使纤维轻质化的目的。另外，在纤维的制造过程中，在纤维内可能会形成少许的空隙，这些空隙的分布以及尺寸无法受到控制，因此这些空隙会使得纤维的特性受到不良影响，成为纤维的一种缺陷。
光敏化合物(photoactive compounds)通常应用在光阻材料中，通过光敏化合物对光的敏感性，让光阻材料受到光线照射的部分与未光照部分对于显影剂产生不同的溶解度，进而使得光阻材料可以被图案化，因此现有的光敏化合物通常都应用在半导体制造方法上。
目前现有的纳米气泡(nanobubble)的形成是利用电解制造方法产生，纳米气泡形成于电解水溶液中，并且这些纳米气泡可以吸附在聚合物材料的表面上。
然而，上述现有技术皆无法在纤维的内部形成尺寸与分布受到控制的封闭型纳米气泡。
发明内容
本发明的实施例提供含有纳米气泡的纤维的制造方法，包括：提供聚合物材料，将光敏化合物与聚合物材料混合形成混合物，对混合物进行纺丝制造方法形成纤维，在纤维固化后，对纤维进行光照处理或加热处理，使得纤维内的光敏化合物产生气体，此气体在纤维内部形成多个封闭的纳米气泡，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。
本发明的实施例还提供含有纳米气泡的纤维，包括：纤维主体，多个封闭的纳米气泡设置于纤维主体内，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间，以及光敏化合物的残留物混合于纤维主体内，光敏化合物的残留物为光敏化合物释放出气体后的残留物。
为了让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，以下配合实施方式，作详细说明。
附图说明
图1A显示未添加光敏化合物的PAN薄膜的光学显微镜照片；
图1B显示添加5wt％光敏化合物且未经过光照处理的PAN‑DNQ薄膜的光学显微镜照片；
图1C显示添加5wt％光敏化合物且经过5分钟干燥及光照处理后的PAN‑DNQ薄膜的光学显微镜照片；
图1D显示添加5wt％光敏化合物且经过24小时干燥及光照处理后的PAN‑DNQ薄膜的光学显微镜照片；
图2A及2B分别显示未添加光敏化合物的PAN薄膜的表面与剖面的SEM照片；
图2C及2D分别显示添加5wt％光敏化合物且未经过光照处理的PAN‑DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片；
图2E、2F分别显示添加5wt％光敏化合物且经过光照处理后的PAN‑DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片；
图3A显示未添加光敏化合物的PLA纤维的光学显微镜照片；
图3B显示添加0.4wt％光敏化合物且未经过光照处理的PLA‑DNQ纤维的光学显微镜照片；以及
图3C显示添加0.4wt％光敏化合物且经过照UV光处理后的PLA‑DNQ纤维的光学显微镜照片。
具体实施方式
本发明的实施例使用气体渗透系数低且具有透光性的聚合物作为制备纤维的原料，例如为聚丙烯腈(polyacrylonitrile；简称PAN)、聚甲基丙烯腈(polymethacrylonitrile)、聚丙烯腈苯乙烯(Lopac)、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride)、丙烯腈‑甲基丙烯酸甲酯共聚物(Barex)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephtalate)、聚酰胺6(Nylon 6)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚乙烯(polyethylene)、聚对二甲苯(parylene)、醋酸纤维素(cellulose acetate)、聚乳酸(polylactic acid；简称PLA)或前述的衍生物，这些聚合物材料在干燥固化后具有氮气渗透系数≤0.2barrer，氧气渗透系数≤1barrer，以及二氧化碳渗透系数≤3barrer，其中barrer为气体渗透系数的单位，等于10‑10cm3(STP)‑cm/(s‑cm2‑cmHg)，简称为P。
在上述聚合物材料中，聚丙烯腈(PAN)在温度25℃时的氧气渗透系数为0.0003P，氮气渗透系数为0.00016P，二氧化碳渗透系数为0.0018P；聚乳酸(PLA)在温度25℃时的氧气渗透系数为0.83P，氮气渗透系数为0.18P，二氧化碳渗透系数为2.59P。
本发明的实施例使用的光敏化合物(photoactive compounds；简称PAC)包括重氮化合物(diazo compounds)、偶氮化合物(azo compounds)或阳离子光敏引发剂(cationic photoinitiators)，这些光敏化合物以光照方式处理时会产生气体，部分的感光化合物，例如重氮化合物或偶氮化合物以加热方式处理时也会因热裂解而产生气体，其释放出气体的裂解温度(decomposition temperature)高于120℃。因此，在本发明的实施例中，选用会因光照及热裂解而产生气体的光敏化合物，以光照方式或加热方式处理使其产生气体。此外，本发明实施例所使用的光敏化合物在纤维的湿式纺丝制造方法与熔融纺丝制造方法中具有热稳定性。
此光敏化合物与上述制备纤维的聚合物材料具有良好的兼容性，可以在溶解聚合物材料的溶剂中溶解，并且可完全地分布在熔融的聚合物材料中。光敏化合物在紫外光(UV)照射下或日光照射下会释放出挥发性气体，例如氮气、氧气或二氧化碳。另外在纺丝的后段高温干燥制造方法中，未完全反应的光敏化合物，可在高于其释放出气体的裂解温度的加热处理下也会释放出挥发性气体，例如氮气、氧气或二氧化碳。
在本发明的实施例中，作为光敏化合物的重氮化合物可以是1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(1，2‑naphthoquinonediazide‑5‑sulfonate；简称DNQ‑5‑sulfonate)或其衍生物，例如为2，3，4‑三羟基二苯甲酮三1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(2，3，4‑Trihydroxybenzophenone tris(1，2‑naphthoquinonediazide‑5‑sulfonate)或1‑萘磺酸‑6‑重氮‑5，6‑二氢‑5‑氧代‑4‑(1‑甲基‑1‑苯乙基)苯酯(1‑Naphthalenesulfonic acid，6‑diazo‑5，6‑dihydro‑5‑oxo‑，4‑(1‑methy‑1‑phenylethyl)phenyl ester)。
光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate照UV光后的反应式如下所示：

照UV光后，DNQ‑5‑sulfonate的结构由式I转变成式II，并释放出氮气。接着，式II的结构会快速地转变成式III，然后再吸收水气转变成式IV的结构，式IV的结构为光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate照UV光释放出氮气后的残留物。
上述光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate结构式I‑IV中的R为稳定用官能基(ballast groups)，通过不同的R的分子结构设计，可以使得光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate与不同的聚合物材料具有兼容性，进而让光敏化合物在聚合物材料中均匀地分散。此外，利用不同的R的分子结构设计，可以让光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate的光穿透度提高，并且提高其耐热性。
在本发明的实施例中，作为光敏化合物的偶氮化合物例如为2‑(4′‑羟基苯唑)苯甲酸(2‑(4′‑hydroxybenzeneazo)benzoic acid；简称HABA)、α，β‑二(苯偶氮基)芪混合物(α，β‑bis(phenylazo)stilbene)、4‑氨基‑4′‑二甲基氨基偶氮苯(4‑amino‑4′‑dimethylaminoazobenzene)、4‑苯偶氮基苯甲酸(4‑(phenylazo)benzoic acid)或双(磺酸基)重氮甲烷(bis(sulfonyl)diazomethanes)的衍生物。
在本发明的实施例中，作为光敏化合物的阳离子光敏引发剂例如为3，5‑二氯苯四氟硼酸重氮盐(3，5‑dichloro‑phenyl diazonium tetrafluoroborate)、4‑甲氧基苯四氟硼酸重氮盐(4‑methoxybenzene diazonium tetrafluoroborate)或二苯甲酮(benzophenone)的衍生物。
将上述光敏化合物与聚合物材料混合形成混合物，光敏化合物的含量为聚合物材料的0.1重量百分比(wt％)至5重量百分比(wt％)之间，经由湿式纺丝制造方法或熔融纺丝制造方法形成纤维，在湿式纺丝制造方法中，聚合物材料与光敏化合物溶解在相同的溶剂中；在熔融纺丝制造方法中，光敏化合物分散在熔融的聚合物材料中。
在纤维固化前以及/或固化后，可通过光照处理使光敏化合物释放出气体。另外，加热处理也可让光敏化合物因热裂解而产生气体。在聚丙烯腈的实验例中，紫外线光照处理可在纤维凝固后到完全干燥卷起的中间任一制造方法阶段实施。气体在固化的纤维内部产生多个封闭的纳米气泡，这些纳米气泡的尺寸介于300nm至800nm之间。纳米气泡的尺寸可通过纤维固化的程度控制，纤维固化的程度越高，则形成的纳米气泡的尺寸越小。此外，气体在固化的纤维内部还可以形成尺寸介于1μm至3μm之间的微米气泡(microbubble)。
此外，由于光敏化合物与聚合物材料的兼容性佳，因此由光敏化合物释放出的气体会均匀地分散在聚合物材料中，亦即纤维内的纳米气泡的分布位置取决于光敏化合物的分布浓度。
由光敏化合物所释放出的气体在固化的纤维内形成封闭的纳米气泡，这些纳米气泡在固化的纤维内会产生内部应力(inner stress)，因此可以增加纤维的机械强度，例如杨氏模数(Young’s modulus)及拉伸应力(tensile stress)。
以下列举各实施例与各比较例说明制备含有纳米气泡的纤维的方法、材料以及纤维的特性：
【实施例1与比较例1】
将含有88摩尔％丙烯腈(acrylonitrile)与12摩尔％乙酸乙烯酯(vinylacetate)的聚丙烯腈(PAN)原料粒溶解在N，N‑二甲基乙酰胺(N，N‑dimethylacetamide；DMAc)溶剂中，形成浓度20wt％的溶液A，接着取出一部份的溶液A，在溶液A中加入0.4wt％的光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)，在温度70℃搅拌直到光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate完全溶解，形成溶液B。
采用湿式纺丝制造方法，经由纺嘴(spinneret)(孔洞数量300，孔洞直径10μm，气距(air gap)0.5cm)，纺丝速率为16.7m/min，将溶液A制成比较例1的PAN纤维，将溶液B制成实施例1的PAN‑DNQ纤维，将比较例1与实施例1的纤维经过凝结液(3.6wt％CaCl2溶液，5℃)处理，再经过60℃的第一水浴与98℃、10倍拉伸的第二水浴处理，使比较例1与实施例1的纤维固化，形成比较例1与实施例1的固化纤维束，最后将固化纤维束经过150℃的烘箱处理，然后再收集在滚动条上。
将实施例1的固化后的PAN‑DNQ纤维束以UV光或日光照射，或者以150℃的蒸汽及120‑170％的拉伸比例进行处理，使得实施例1的固化后的PAN‑DNQ纤维束中的光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)活化释放出氮气，在固化后的PAN‑DNQ纤维束内产生氮气的纳米气泡，得到实施例1a与1b的含有纳米气泡的纤维。
将比较例1的PAN纤维以及实施例1a与1b的含有纳米气泡的PAN‑DNQ纤维以拉伸强度试验机(INSTRON)测量拉伸强度(tensile strength)及拉伸模数(tensile modulus)，并且以扫瞄式电子显微镜(SEM)测量纤维的直径，结果如表1所列。
表1.实施例1a、1b与比较例1的纤维的机械特性

由表1的结果可得知，相比于比较例1的PAN纤维，实施例1a与1b的含有纳米气泡的PAN‑DNQ纤维具有较高的拉伸强度与拉伸模数，约增加40％，并且实施例1a与1b的PAN‑DNQ纤维直径相比于比较例1的PAN纤维直径增加约30％，这表示在纤维原料内添加光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)，并在纤维固化后进行光照或加热处理，使得纤维内产生纳米气泡，有助于提升纤维的机械强度，并且增加纤维直径。
为了方便观察纳米气泡在PAN聚合物材料内的分布情形，将PAN聚合物材料以及添加5wt％光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)的PAN聚合物材料分别制成PAN薄膜及PAN‑DNQ薄膜。将PAN‑DNQ薄膜经由不同的干燥时间5分钟及24小时处理后，再进行日光或UV光照射处理，利用光学显微镜观察PAN薄膜及PAN‑DNQ薄膜，结果如图1A‑1D所示。
图1A显示未添加光敏化合物的PAN薄膜，其中显示在PAN薄膜中没有纳米气泡产生；图1B显示添加5wt％光敏化合物且未经过光照处理的PAN‑DNQ薄膜，其中显示在PAN‑DNQ薄膜中没有纳米气泡产生；图1C显示PAN‑DNQ薄膜经过5分钟干燥及光照处理后的状态，其中显示在PAN‑DNQ薄膜中产生的气泡尺寸约为3‑6μm；图1D显示PAN‑DNQ薄膜经过24小时干燥及光照处理后的状态，其中显示在PAN‑DNQ薄膜中产生的气泡尺寸约为200‑500nm。由图1A‑1D可得知，在PAN聚合物材料内添加光敏化合物且经过较长时间的干燥处理与光照处理后，可以在PAN聚合物材料内产生纳米级的气泡。
接着，使用扫瞄式电子显微镜(SEM)观察上述图1A的PAN薄膜、图1B的PAN‑DNQ薄膜以及图1D的PAN‑DNQ薄膜的表面与剖面形态，结果如图2A‑2F所示。图2A、2B分别显示未添加光敏化合物的PAN薄膜的表面与剖面的SEM照片，图2C、2D分别显示添加5wt％光敏化合物且未经过光照处理的PAN‑DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片，图2E、2F分别显示添加5wt％光敏化合物且经过干燥与光照处理后的PAN‑DNQ薄膜的表面与剖面的SEM照片。
由图2A、2C与2E的比较可得知，PAN薄膜以及添加光敏化合物且未光照与光照处理后的PAN‑DNQ薄膜的表面形态差异不大；由图2B、2D与2F的比较可得知，PAN薄膜的剖面平滑，添加光敏化合物且未经过光照处理的PAN‑DNQ薄膜的剖面变得粗糙，而添加光敏化合物且经过光照处理后的PAN‑DNQ薄膜的剖面则具有袋状结构，这表示光敏化合物经过光照处理后产生纳米气泡在PAN聚合物中。
另外，以差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimeter；简称DSC)测量PAN聚合物(溶解在溶剂DMAc中的浓度为15％)、添加1wt％的光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)的PAN‑DNQ聚合物以及经过UV光照处理后的PAN‑DNQ聚合物(溶解在溶剂DMAc中的浓度为15％)，结果如表2所列。
表2.PAN聚合物、光照与未光照的PAN‑DNQ聚合物的DSC分析结果

由表2可得知，添加光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)及照UV光可以使得PAN聚合物的氧化温度由320℃降低5℃。此外，相比于PAN聚合物，在PAN‑DNQ聚合物内的光敏化合物未照UV光之前，其放热焓量(ΔH)增加且转化起始温度降低，这表示光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate可在PAN聚合物的氧化过程中储存能量，其有助于在PAN纤维原丝氧化变成氧化纤维的氧化制造方法中降低氧化温度。
另外，对PAN纤维、添加0.4wt％的光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)的PAN‑DNQ纤维、经过UV光照处理以及/或150℃蒸汽处理的PAN‑DNQ纤维进行密度分析，结果如表3所列。
表3.PAN纤维、PAN‑DNQ纤维的密度分析结果

由表3可得知，在PAN聚合物内添加光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate并且经过照UV光以及/或蒸汽处理，可降低PAN聚合物的密度约1.15％，因此有助于PAN纤维的轻质化。
【实施例2与比较例2】
将聚乳酸(PLA)原料粒以及添加0.4wt％光敏化合物1，2‑二叠氮基萘醌‑5‑磺酸酯(DNQ‑5‑sulfonate)的聚乳酸(PLA)原料粒分别填充在双螺杆挤出纺丝机(Twin screw extruder spinning machine)内，以150‑160℃进行熔融纺丝制造方法，并经由10℃的冷水浴固化，形成比较例2的PLA纤维与比较例2a的PLA‑DNQ纤维，比较例2与比较例2a的纤维直径介于70‑90μm。
将比较例2a的PLA‑DNQ纤维经过500W、40‑60℃及1小时的照UV光处理，形成实施例2的PLA‑DNQ纤维。
以光学显微镜观察比较例2、比较例2a及实施例2的纤维，结果如图3A‑3C所示。图3A显示比较例2的PLA纤维，其具有光滑的结构，在比较例2的PLA纤维中没有纳米气泡产生。图3B显示添加0.4wt％光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate且未经过光照处理的PLA‑DNQ纤维，其中显示的深色粒子为未溶解的光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate的结晶，在比较例2a的PLA‑DNQ纤维中没有纳米气泡产生。图3C显示经过照UV光处理后的PLA‑DNQ纤维，在实施例2的PLA‑DNQ纤维中，在深色粒子附近出现平行的气孔，其直径介于0.8‑1.2μm之间，这表示光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate经照UV光处理后在PLA‑DNQ纤维内产生纳米气泡。
以动态机械分析(dynamic mechanical analysis；简称DMA)法测量比较例2、比较例2a及实施例2的纤维的杨氏模数，结果如表4所列。
表4.比较例2、比较例2a及实施例2的纤维的特性

由表4可得知，相比于PLA纤维，添加光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate并经过照UV光处理后的PLA‑DNQ纤维的杨氏模数可增加约8倍。另外，添加光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate但是未经过照UV光处理的PLA‑DNQ纤维的杨氏模数降低是因为未光照的光敏化合物DNQ‑5‑sulfonate在纤维内产生结晶所导致。
综上所述，本发明的实施例使用光敏化合物添加在透光且气体渗透系数低的聚合物材料中，在聚合物材料制成的纤维固化后，经由光照后或加热处理使光敏化合物释放出气体，由此在纤维内产生尺寸介于300nm至800nm之间的封闭型纳米气泡，这些在纤维内的纳米气泡可以增加纤维的机械强度例如拉伸模数与拉伸强度，强化纤维的强度与韧性，并且可以使纤维轻质化。
虽然本发明已揭露以上优选实施例，然而其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的主题和范围内，当可做任意的改动与修饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求所界定的范围为准。