CN110832123A - 利用中空微胶囊降低密度的合成纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种合成纤维，包括0.4至30wt％的平均直径为4至30μm的中空微胶囊；和70至99.6wt％的聚合物材料，其中所述合成纤维具有0.1至11.0的旦数。本发明还提供包括所述合成纤维的纱线、隔热材料和制品，以及所述合成纤维的制备方法。

Description

利用中空微胶囊降低密度的合成纤维
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月15日递交的美国临时申请号为62/586,507的优先权，其全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本发明主要涉及包括聚合物材料和中空微胶囊的降低密度的合成纤维、包括所述合成纤维的隔热材料、包括所述合成纤维的制品以及形成所述合成纤维的方法。
背景技术
隔热材料和包括隔热材料的制品的合意性和有效性高度取决于例如用于制备该隔热材料的纤维的性能。纤维具有不同的物理性能，尤其取决于其性质和组成。例如，天然纤维(如羊毛纤维)具有不同于聚合物纤维的性能，并且聚合物纤维取决于制备该纤维的聚合物而具有不同的性能。保持纤维旦数和纤维聚合物材料恒定，获得轻量制品通常取决于织物结构和纤维用量。因此，关于尤其是轻量级制品的可行的结构替代方案的数量而言，可用的纤维技术可能是一个限制变量。
尽管在纺织领域取得了各种进步，但仍然需要有利于在制品和隔热材料中整合且提供所需性能(例如热性能)，同时还允许降低密度，使得所需性能不会以不需要的附加重量为代价的纤维。
虽然已经讨论了常规技术的某些方面有助于本发明的公开内容，申请人不会否认这些技术方面，并且可以预期所要求保护的发明可以涵盖一个或多个常规技术方面。
在本说明书中，当参考或讨论已知的文献、法案或项目时，该参考或讨论并非承认所述已知的文献、法案或项目或其任何组合处于优先权日期、可公开获得、公众已知、公知常识的一部分，或者根据适用的法律规定构成现有技术；或者已知与解决本说明书涉及的任何问题的尝试有关。
发明内容
简言之，本发明满足了对具有降低密度的改良纤维的需求。在各种实施例中，本发明的纤维使其自身适用于展现所需性能(例如热性能)的隔热材料中，而不会不合需要地增加该隔热材料的重量。
本发明可以解决上问所讨论的现有技术中的一个或多个问题和不足。然而，可以预期的是，本发明证明可用于解决许多技术领域中的其他问题和不足。因此，要求保护的本发明不应被认为局限于解决本文讨论的任何特定问题或不足。
第一方面，本发明提供一种合成纤维，包括：
-0.4至30wt％的平均直径为4至30μm的中空微胶囊；和
-70至99.6wt％的聚合物材料，
其中，所述合成纤维具有0.1至11.0的旦数。
第二方面，本发明提供一种隔热材料，包括根据本发明第一方面所述的合成纤维。
第三方面，本发明提供一种制品，包括根据本发明第一方面所述的合成纤维。
第四方面，本发明提供一种制备本发明的合成纤维、包括所述合成纤维的隔热材料或制品的非限制性方法，所述方法包括：
-混合中空微胶囊和聚合物材料，从而形成微胶囊/聚合物的混合物；
-挤出所述微胶囊/聚合物的混合物；和
-任选的执行一个或多个额外的处理步骤，从而形成所述合成纤维。
本申请所公开的合成纤维、包括该合成纤维的隔热材料和制品以及制备该合成纤维的方法的某些实施例具有若干特征，其中没有一个单独对其所需属性负责。在不限制由所附权利要求限定的合成纤维、隔热材料、制品和方法的范围的情况下，现在将简要讨论其较为突出的特征。在考虑了此讨论后，特别是在阅读了本说明书中题为“具体实施方式”的章节之后，人们将理解本文所公开的各种实施例的特征如何提供优于现有技术的许多优点。例如，在一些实施例中，相对于具有类似聚合物组成、密度和旦数的对比纤维而言，合成纤维提供所需性能如密度降低。因此，在一些实施例中，本发明的纤维使其适用于轻量级应用。在一些实施例中，本发明的降低密度的纤维有利于其用于例如纱线、纺织和非纺织隔热材料以及制品(如服装、鞋类、床上用品和工业织物)中。合成纤维的实施例可提供尤其适用于制备服装的纱线、织物和隔热材料的低密度结构和所需热性能。
结合所附权利要求和附图，本发明的这些和其他特征及优点将根据下文对本发明各个方面的详细描述而变得显而易见。
附图说明
下面结合附图对本发明进行描述，这些附图不一定按比例绘制，其中相同的附图标记在各个附图中保持其对相同或相似元件的标号和含义，并且其中：
图1描绘了球形玻璃中空微胶囊的一个实施例。
图2描绘了根据本发明一个实施例的漂浮在水中的中空微胶囊/聚合物颗粒。
图3是根据本发明的某些实施例的混合入聚合物材料中的中空微胶囊的容器的侧面透视图。
图4是根据本发明某些实施例的包括中空微胶囊的合成纤维的放大视图。
图5是根据本发明某些实施例的包括中空微胶囊的聚合物颗粒的视图。
图6是根据本发明的某些实施例沿线6-6截取的图5的颗粒的放大横截面图。
图7A是根据本发明一个实施例的纤维的横截面的显微镜图像照片；图7B是根据本发明一个实施例的纤维的横截面的简化线图。
图8A是根据本发明一个实施例的纤维的显微镜图像照片；图8B是根据本发明一个实施例的纤维的简化线图。
具体实施方式
下面参考附图中示出的非限制性实施例，更全面地解释本发明的各方面及其某些特征、优点和细节。省略对众所周知的材料、制造工具、处理技术等的描述，以免不必要地模糊了本发明的细节。然而，应当理解的是，在说明本发明的实施例时，详细的描述和具体示例仅用于示例说明，而非限制。根据本公开内容的各种替换、修改、添加和/或设置均落入本发明构思的精神和/或范围内，对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
获得轻量级制品通常以不合需要地牺牲一种或多种其它性能(例如热性能)为代价。本发明通过在制备例如织物、隔热材料、制品等之前将中空微胶囊整合到聚合物材料中解决了这一问题和其他问题。这是通过形成包括中空微胶囊的合成纤维来实现。本发明的合成纤维以及由合成纤维形成的隔热材料和制品的实施例可以具有例如降低密度，同时保持令人满意的所需的其它性能例如热性能和/或透气性。在一些实施例中，与包括相同纤维组成但缺少中空微胶囊的隔热材料和制品相比，包括合成纤维的隔热材料和制品具有良好的热性能和降低密度。
第一方面，本发明提供一种合成纤维，包括：
-0.4至30wt％的平均直径为4至30μm的中空微胶囊；和
-70至99.6wt％的聚合物材料，
其中，所述合成纤维具有0.1至11.0的旦数。
旦是定义为9000米的纤维或纱线的以克计量的重量的测量单位。这是一种说明纤维或纱线的重量(或尺寸)的常见方法。例如，1.0旦的聚酯纤维通常具有约10μm的直径。微旦纤维是具有1.0或更小的旦数的纤维，而大旦纤维(Macro-Denier)具有大于1.0的旦数。
本发明的合成纤维的旦数为0.1至11.0(例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9或11.0旦)，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如0.7至10.0)。例如在一些实施例中，合成纤维具有0.5至4.0旦的旦数。
在一些实施例中，合成纤维包括0.4至30.0wt％的中空微胶囊(例如0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9、9.0、9.1、9.2、9.3、9.4、9.5、9.6、9.7、9.8、9.9、10.0、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、11.0、11.1、11.2、11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8、11.9、12.0、12.1、12.2、12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8、12.9、13.0、13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8、13.9、14.0、14.1、14.2、14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0、15.1、15.2、15.3、15.4、15.5、15.6、15.7、15.8、15.9、16.0、16.1、16.2、16.3、16.4、16.5、16.6、16.7、16.8、16.9、17.0、17.1、17.2、17.3、17.4、17.5、17.6、17.7、17.8、17.9、18.0、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6、18.7、18.8、18.9、19.0、19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6、19.7、19.8、19.9、20.0、20.1、20.2、20.3、20.4、20.5、20.6、20.7、20.8、20.9、21.0、21.1、21.2、21.3、21.4、21.5、21.6、21.7、21.8、21.9、22.0、22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6、22.7、22.8、22.9、23.0、23.1、23.2、23.3、23.4、23.5、23.6、23.7、23.8、23.9、24.0、24.1、24.2、24.3、24.4、24.5、24.6、24.7、24.8、24.9、25.0、25.1、25.2、25.3、25.4、25.5、25.6、25.7、25.8、25.9、26.0、26.1、26.2、26.3、26.4、26.5、26.6、26.7、26.8、26.9、27.0、27.1、27.2、27.3、27.4、27.5、27.6、27.7、27.8、27.9、28.0、28.1、28.2、28.3、28.4、28.5、28.6、28.7、28.8、28.9、29.0、29.1、29.2、29.3、29.4、29.5、29.6、29.7、29.8、29.9或30.0wt％)，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如15至25wt％、5至20wt％、7至12wt％等)。
在一些实施例中，中空微胶囊的平均直径为4至30μm(例如，4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30μm)，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如5至20μm)。如本文所用，微胶囊的“直径”是指从一侧到另一侧穿过微胶囊中心的直线。在微球体是非球形的情况下，直径是指在最大尺寸处从一侧到另一侧穿过微胶囊中心的直线(例如对于卵形微胶囊，直径将是沿着主体的纵向(最长)尺寸从一侧到另一侧穿过微胶囊中心的直线)。
在一些实施例中，存在于本发明纤维中的至少90％(例如至少91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.5或99.9％)的中空微胶囊的尺寸小于20μm(例如小于19、18、17、16、15、14、13、12、11或10μm)。
如本文所使用，术语“中空微胶囊”是指具有连续外壳的主体，该连续外壳限定了外壳内部是一个空的空间。图1描绘了球形玻璃中空微胶囊10的一个实施例。微胶囊10是由玻璃(例如硼硅酸盐玻璃)制成的微球(即微胶囊具有球形)，即外壳12由玻璃制成。外壳12限定了中空内部14。微胶囊10具有约4至30μm的直径Y。
本发明纤维中使用的中空微胶囊可以具有各种形状。在一些非限制性实施例中，中空微胶囊包括具有球形、卵形、椭圆形、长(细长)球体形、扁(扁平)球体、圆柱形或其任何变体，或它们的组合的微胶囊。在一些实施例中，中空微胶囊基本上是球形的(例如中空微胶囊的平均形状是球体)。在一些实施例中，中空微胶囊是球形的(即中空微胶囊是微球)。
微胶囊可以是任何本领域可接受的所需组成。在一些实施例中，微胶囊是无机玻璃微胶囊(即围绕微胶囊内部中空部分的外壳由玻璃制成)。在一些实施例中，微胶囊是硼硅酸盐玻璃微胶囊。例如在一些实施例中，微胶囊是钠钙硼硅酸盐(soda-limeborosilicate)玻璃微胶囊。
在一些实施例中，微胶囊的平均密度为例如0.15至0.90g/cm3(例如0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0 0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89或0.90g/cm3)，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如0.1至0.8g/cm3、0.2至0.75g/cm3、0.3至0.60g/cm3等)。
合成纤维包括70至99.6重量％的聚合物材料(例如70.0、70.1、70.2、70.3、70.4、70.5、70.6、70.7、70.8、70.9、71.0、71.1、71.2、71.3、71.4、71.5、71.6、71.7、71.8、71.9、72.0、72.1、72.2、72.3、72.4、72.5、72.6、72.7、72.8、72.9、73.0、73.1、73.2、73.3、73.4、73.5、73.6、73.7、73.8、73.9、74.0、74.1、74.2、74.3、74.4、74.5、74.6、74.7、74.8、74.9、75.0、75.1、75.2、75.3、75.4、75.5、75.6、75.7、75.8、75.9、76.0、76.1、76.2、76.3、76.4、76.5、76.6、76.7、76.8、76.9、77.0、77.1、77.2、77.3、77.4、77.5、77.6、77.7、77.8、77.9、78.0、78.1、78.2、78.3、78.4、78.5、78.6、78.7、78.8、78.9、79.0、79.1、79.2、79.3、79.4、79.5、79.6、79.7、79.8、79.9、80.0、80.1、80.2、80.3、80.4、80.5、80.6、80.7、80.8、80.9、81.0、81.1、81.2、81.3、81.4、81.5、81.6、81.7、81.8、81.9、82.0、82.1、82.2、82.3、82.4、82.5、82.6、82.7、82.8、82.9、83.0、83.1、83.2、83.3、83.4、83.5、83.6、83.7、83.8、83.9、84.0、84.1、84.2、84.3、84.4、84.5、84.6、84.7、84.8、84.9、85.0、85.1、85.2、85.3、85.4、85.5、85.6、85.7、85.8、85.9、86.0、86.1、86.2、86.3、86.4、86.5、86.6、86.7、86.8、86.9、87.0、87.1、87.2、87.3、87.4、87.5、87.6、87.7、87.8、87.9、88.0、88.1、88.2、88.3、88.4、88.5、88.6、88.7、88.8、88.9、89.0、89.1、89.2、89.3、89.4、89.5、89.6、89.7、89.8、89.9、90.0、90.1、90.2、90.3、90.4、90.5、90.6、90.7、90.8、90.9、91.0、91.1、91.2、91.3、91.4、91.5、91.6、91.7、91.8、91.9、92.0、92.1、92.2、92.3、92.4、92.5、92.6、92.7、92.8、92.9、93.0、93.1、93.2、93.3、93.4、93.5、93.6、93.7、93.8、93.9、94.0、94.1、94.2、94.3、94.4、94.5、94.6、94.7、94.8、94.9、95.0、95.1、95.2、95.3、95.4、95.5、95.6、95.7、95.8、95.9、96.0、96.1、96.2、96.3、96.4、96.5、96.6、96.7、96.8、96.9、97.0、97.1、97.2、97.3、97.4、97.5、97.6、97.7、97.8、97.9、98.0、98.1、98.2、98.3、98.4、98.5、98.6、98.7、98.8、98.9、99.0、99.1、99.2、99.3、99.4、99.5或99.6wt％聚合物材料)，包括其中的任何和所有范围及子范围。
合成纤维中使用的聚合物材料包括任何所需的聚合物基质，在该聚合物基质中包括中空微胶囊。例如在一些实施例中，聚合物材料选自聚酯、尼龙、丙烯酸、聚乳酸(也称作聚丙交酯，PLA)、聚烯烃、醋酸纤维、芳族聚酰胺、莱赛尔(lyocell)、氨纶、纤维胶(viscose)、莫代尔(modal)、聚丙烯、聚酰胺、聚(丙烯酸丁酯)(PBA)、丙烯酸酯、人造丝(rayon)，以及它们的组合。在特定实施例中，聚合物材料包括聚酯。在某些实施例中，聚合物材料包括PET或PBT。
在一些实施例中，聚合物材料是或包括热塑性聚合物(例如聚酯弹性体，如由Hytrel销售的那些弹性体，如Hytrel 5556型)。
在一些实施例中，聚合物材料是或包括具有类似于Hytrel 5556型聚酯弹性体性能的那些热塑性聚合物。例如在一些实施例中，聚合物材料是或包括具有一个或多个在P5556+/-0.15P5556的范围内可量化性能Pi的聚合物，其中Pi是用于本发明纤维的材料的性能，P5556是Hytrel 5556型聚酯弹性体的相应性能(例如由于5556产品具有1.19g/cc的密度，因此在一些实施例中，本发明的纤维包括具有1.19g/cc+/-0.18g/cc的密度的聚合物材料)。
在一些实施例中，聚合物材料包括聚酯，其中所述聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(对苯二甲酸六氢对二甲苯酯)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚1,4-环己烯基二甲酯(PCDT)和对苯二甲酸共聚酯，其中至少85摩尔％的酯单元是对苯二甲酸乙二醇酯或对苯二甲酸六氢对二甲苯酯单元。在特定实施例中，聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯。
在一些实施例中，聚合物材料包括回收的聚合物材料，例如消费后回收(PCR)的材料或工业化后回收(PIR)的材料。
在一些实施例中，聚合物材料包括回收的聚酯(例如回收的PET或PBT)。
本发明合成纤维的实施例提供聚合物纤维，其中中空微胶囊嵌入聚合物材料中。在一些实施例中，中空微胶囊均匀地混合在聚合物材料中，这意味着合成纤维内所包括的聚合物材料和中空微胶囊的混合物具有基本均匀(即90-100％均匀，例如至少90.0、90.1、90.2、90.3、90.4、90.5、90.6、90.7、90.8、90.9、91.0、91.1、91.2、91.3、91.4、91.5、91.6、91.7、91.8、91.9、92.0、92.1、92.2、92.3、92.4、92.5、92.6、92.7、92.8、92.9、93.0、93.1、93.2、93.3、93.4、93.5、93.6、93.7、93.8、93.9、94.0、94.1、94.2、94.3、94.4、94.5、94.6、94.7、94.8、94.9、95.0、95.1、95.2、95.3、95.4、95.5、95.6、95.7、95.8、95.9、96.0、96.1、96.2、96.3、96.4、96.5、96.6、96.7、96.8、96.9、97.0、97.1、97.2、97.3、97.4、97.5、97.6、97.7、97.8、97.9、98.0、98.1、98.2、98.3、98.4、98.5、98.6、98.7、98.8、98.9、99.0、99.1、99.2、99.3、99.4、99.5、99.6、99.7、99.8或99.9％均匀)的组成。
在合成纤维中，中空微胶囊可以例如完全或至少部分地被聚合物材料覆盖。在一些实施例中，所存在的中空微胶囊的大部分(即大于50％，例如大于51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94或95％)完全被聚合物材料覆盖。
在某些实施例中，当与具有类似组成但没有中空微胶囊的纤维相比时，本发明的合成纤维具有较低的重量体积比。
在一些实施例中，本发明的合成纤维具有0.7至1.35克/立方厘米(g/cc)的密度(例如0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1.0、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19、1.20、1.21、1.22、1.23、1.24、1.25、1.26、1.27、1.28、1.29、1.30、1.31、1.32、1.33、1.34或1.35g/cc)，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如0.80至1.30g/cc、0.82至1.20g/cc、0.83至1.15g/cc、0.85至1.12g/cc、0.90至1.10g/cc等)。
在一些实施例中，合成纤维被硅化。术语“硅化”是指纤维涂布有含硅组合物(例如硅酮)。硅化技术在本领域是众所周知的，并且在例如在美国专利3,454,422中进行了描述。含硅组合物可以使用本领域已知的任何方法施用，例如喷涂、混合、浸渍、填充等。包括有机硅氧烷或聚硅氧烷的含硅组合物(例如硅酮)可以键合至纤维的外部。在一些实施例中，硅酮涂层是聚硅氧烷，例如甲基氢聚硅氧烷、改性甲基氢聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷或氨基改性的二甲基聚硅氧烷。如本领域已知的，含硅组合物可以直接施用到纤维上，或者可以在施用之前用溶剂稀释成溶液或乳液，例如聚硅氧烷的水性乳液。处理后，可以将涂层干燥和/或固化。如本领域已知的，催化剂可用于加速含硅组合物(例如含Si-H键的聚硅氧烷)的固化，并且为了方便起见，可添加到含硅组合物乳液中，所得的组合用于处理合成纤维。合适的催化剂包括羧酸的铁、钴、锰、铅、锌和锡盐，例如乙酸盐、辛酸盐、环烷酸盐和油酸盐。在一些实施例中，硅化之后，可以将纤维干燥以去除残留溶剂，然后任选的加热到65至200℃以固化。
合成纤维可以是卷曲或不卷曲的。本领域已知的各种卷曲包括螺旋卷曲(即螺旋形)和标准卷曲。合成纤维可以具有任何所需的卷曲。
在一些实施例中，合成纤维是短纤维(即具有标准长度的纤维)。例如在一些实施例中，合成纤维是短纤维，其长度为5至120mm(例如5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119或120mm)，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如8至85mm)。在一些实施例中，本发明提供了多个短纤维。
在一些实施例中，合成纤维是长丝。长丝是单一长丝状的连续纺织纤维/束。与具有有限长度的短纤维不同，长丝具有不确定的长度，并且可以延伸数码或数里(或例如在用于纱线中时，可以延伸纱线的整个长度)。在一些实施例中，长丝的长度范围从5寸至数里，包括其中的任何和所有范围及子范围。例如在一些实施例中，长丝的长度可以是至少5寸(例如长度为至少5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43 44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100英寸，或其中的任何范围及子范围)。在一些实施例中，长丝的长度可以是至少1英尺(例如长度为至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、990或1000英尺，或其中的任何范围及子范围)。
长丝可以通过称为挤出(也可称为熔融纺丝)的方法来制造。例如在一些实施例中，在将中空微胶囊和聚合物材料混合之后，可以将所得的中空微胶囊/聚合物的混合物挤成中空微胶囊/聚合物颗粒。随后，根据所需的中空微胶囊的加载量，可以将多个颗粒(至少包括中空微胶囊/聚合物颗粒)挤成纤维。例如可以通过已知技术挤出颗粒，如通过使其达到或超过其熔点从而形成液体中空微胶囊/聚合物的混合物，然后使液体中空微胶囊/聚合物的混合物通过称为喷丝头的染料。喷丝头通常具有许多液体穿过的小孔。液态聚合物流在离开喷丝头时冷却，产生连续的合成纤维的长丝。挤出的长丝可以任选的与另一个(例如相邻的)喷丝头的长丝组合，以增加丝束中的长丝数量。如下所述，可以拉制(拉伸)长丝束以使每个长丝变细，并且可以任选的使其组织化(texturized)。
可以对长丝束(例如用于纱线)进行组织化技术，以破坏长丝的平行化。这种技术可用于例如增加体积而不增加重量，这可使所生成的纱线看起来重量更轻，具有改善的手感(柔软度)，看起来更不透明，和/或具有改善的隔热性能。虽然可以采用任何本领域可接受的组织化方法，但是有利于在本发明中使用的组织化方法的实例包括卷曲、成环、卷绕、起皱、加捻然后解捻和编织之后拆散。
在一些实施例中，合成纤维包括润滑添加剂，例如U.S.3,324,060中所公开的。在一些实施例中，合成纤维不包括润滑添加剂，例如U.S.3,324,060中所公开的。
在一些实施例中，合成纤维还包括一种或多种额外的添加剂。例如在一些实施例中，合成纤维还包括气凝胶。例如在一些实施例中，合成纤维还包括气凝胶颗粒，例如在国际申请公开号WO 2017/087511中描述的合成纤维中。例如在一些实施例中，本发明的纤维包括0.1至15wt％的气凝胶颗粒，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如1至10wt％、0.5至4.5wt％、1至4.5wt％、2至4.5wt％等)，所述气凝胶颗粒具有0.3至20μm的平均直径，包括其中的任何和所有范围及子范围(例如0.8至2μm)。
本领域普通技术人员将容易理解，在许多应用中使用本发明的合成纤维可能是有利的。事实上，根据本发明的合成纤维和隔热材料的实施例可用于许多不同的行业。
第二方面，本发明提供一种隔热材料，包括根据本发明第一方面的合成纤维。
在一些实施例中，隔热材料是棉絮。
在一些实施例中，隔热材料是可吹制的隔热材料或填充材料。
在一些实施例中，隔热材料是可吹制的隔热材料或填充材料，包括多个离散的纵向延长的絮状物，每个絮状物由根据本发明实施例的多个合成纤维形成，絮状物包括相对开放的扩大中间部分和从中间部分的相对端延伸的相对压缩的扭曲尾部。例如在一些实施例中，隔热材料是如国际申请公开号WO 2017/058986中所描述的可吹制絮状隔热材料，其包括本发明的纤维。
本领域普通技术人员将理解，本发明的纤维通常可以用来代替或补充任何隔热材料中所使用的合成纤维。
在一些实施例中，隔热材料是织物、羊毛、衬垫、可吹制隔热材料或棉絮。在一些实施例中，隔热材料是纺织隔热材料(即用于纺织领域的隔热材料)。在一些实施例中，隔热材料是家用物品(例如靠垫、枕头、床上用品、寝具等)中使用的隔热材料。
在一些实施例中，本发明提供包括合成纤维的棉絮。在一些实施例中，棉絮的厚度为1mm至160mm(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159或160mm)，包括其中的任何和所有范围及子范围。在一些实施例中，厚度小于或等于40mm，例如2至40mm。在一些实施例中，衬垫的密度为1至10kg/m3(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10kg/m3)，包括其中的任何和所有范围及子范围。
在一些实施例中，隔热材料是包括本发明合成纤维的纱线。
第三方面，本发明提供一种包括本发明第一方面的合成纤维或本发明第二方面的隔热材料的制品。
在一些非限制性实施例中，该制品是鞋类制品(例如鞋、袜子、拖鞋、靴子)、外衣(例如外套类衣物如夹克、大衣、鞋、靴子、裤子(如雪裤、滑雪裤等)、手套、连指手套(mitten)、围巾、帽子等)、服装/服饰(例如衬衫、裤子、内衣物(如内衣、保暖内衣、袜子、针织袜等)、睡衣物(例如睡衣、睡袍、袍等)、运动服(例如用于运动或体育锻炼的服装，包括鞋类)、睡袋、床上用品(如被子)、枕头、靠垫、宠物床、家用物品等。在一些实施例中，本发明的纤维包括在上述制品之一的至少一部分内。
第四方面，本发明提供一种制备本发明的合成纤维、包括所述合成纤维的隔热材料或制品的非限制性方法，所述方法包括：
-混合中空微胶囊和聚合物材料，从而形成微胶囊/聚合物的混合物；
-挤出微胶囊/聚合物的混合物；和
-任选的执行一个或多个额外的处理步骤，从而形成所述合成纤维。
在一些实施例中，在混合中空微胶囊和聚合物材料时，中空微胶囊和聚合物材料都是干燥的。
在一些实施例中，挤出中空微胶囊/聚合物的混合物包括将干燥的中空微胶囊/聚合物的混合物进行熔融挤出工序，从而形成中空微胶囊/聚合物颗粒或纤维。
在一些实施例中，额外的处理步骤包括由微胶囊/聚合物颗粒形成合成纤维。
在一些实施例中，将中空微胶囊/聚合物颗粒挤出以形成合成纤维。
在一些实施例中，挤出微胶囊/聚合物的混合物形成X旦的纤维，并且其中该方法还包括在一个或多个拉制步骤中拉制X旦的纤维，从而将X旦的纤维转化成Y旦的纤维，其中Y＜X。在一些实施例中，Y≤0.7X。
在一些实施例中，本发明的方法包括1、2、3、4或更多个拉制步骤。拉制步骤可以是任何牵伸步骤。例如在一些实施例中，拉制步骤包括例如热水淬火拉制和/或热烘干拉制。
在一些实施例中，固体聚合物材料以预先研磨形式获得，或者将该聚合物材料研磨，使得聚合物材料呈粒子形式。在一些实施例中，聚合物材料是类似于沙子稠度的研磨的聚合物材料。将所需大小的中空微胶囊与聚合物材料混合，形成微胶囊/聚合物的混合物。微胶囊与聚合物的重量浓度可以根据所产生的纤维的所需性能来选择。
然后可将微胶囊/聚合物混合物挤出或以其他方式形成可稍后用于制备纤维的中间产品(例如如图2所示，作为微胶囊/聚合物颗粒22，其密度为0.86g/cm3)。在一些实施例中(下文将详细描述)，该中间产品可以被称为“母料”。在其他实施例中，微胶囊/聚合物的混合物可以直接挤出成为纤维。在制备中间产品(例如微胶囊/聚合物颗粒)的情况下，该中间产品可以任选的随后与其他材料(例如其他聚合物材料或包括不同微胶囊加载量或不包括微胶囊的其他颗粒)混合，以便控制和实现微胶囊在随后形成的纤维中的所需加载百分比。
本发明方法的实施例包括使用本领域熟知的合适的纺织纤维生产方法，直接由微胶囊/聚合物的混合物，或由中间产物(例如颗粒)形成纤维。如本领域已知的，纺织纤维生产方法可以包括例如熔融纺丝、湿法纺丝、干法纺丝、凝胶纺丝、电纺丝等。例如混合物(如微胶囊/聚合物的混合物，或包括中间产品的混合物，例如包括熔融中间产物和任选的一种或多种其它材料的混合物)可以通过喷丝头挤出以形成连续长丝。该连续长丝可以通过例如拉制、组织化、卷曲和/或切割，或本领域的另一已知方法来操作，以形成最适用于其最终应用的纤维形式。该连续长丝可以切割成特定长度并包装成捆。然后可以将该包输送至例如纺纱机，该纺纱机将短纤维处理成纱线(该纱线可被进一步处理，例如用于打底衫类的服装)。
根据要形成的纤维，用于形成合成纤维或包括合成纤维的制品所采取的处理步骤可以不同。例如在一些实施例中，本发明的方法通过例如拉制、组织化和任选的添加一种或多种所需的饰面化学处理来形成连续长丝。在一些实施例中，该方法通过例如拉制、切割、任选的卷曲和任选的添加一种或多种所需的饰面化学处理来形成短纤维。可以预期的是，任何所需的饰面化学处理均可根据本发明使用。饰面化学处理在本领域中是众所周知的，包括例如硅化、持久防水处理等。
合成纤维可以并入制品(例如最终产品)中，例如服装、织物或隔热材料。
在本发明方法的一些实施例中，将中空微胶囊加入聚合物材料中，并且混合后，可将微胶囊/聚合物的混合物挤出成为颗粒(例如图2中的颗粒22)，其可以被称为“母料”。可将母料转移到制造商处进行挤出(例如熔喷纺丝)。母料可用于生产纤维。在一些实施例中，母料用于生产纤维、无纺长丝棉絮。在一些实施例中，母料可以与其它配方的颗粒结合，以生产用于根据本发明实施例的纤维中的所需材料。
参看图3至图6，示出了如上所述的将聚合物材料与中空微胶囊混合的方法的实施例。该方法包括将聚合物材料110(任何所需的聚合物，例如研磨成沙子状稠度的聚酯颗粒)与中空微胶囊120混合，以形成微胶囊/聚合物的混合物100(如图3所示)，其中在聚合物材料110内混合中空微胶囊120。在一些实施例中，混合物可以包括任何额外的添加剂，但是在一些实施例中，混合物不包括额外的添加剂。混合物可以挤出成为如图4所示的纤维130(其可以是长丝或者可以切割成短纤维)，或者形成上文详细描述的颗粒140(如图5和6所示)。当将混合物熔融挤出成颗粒140时，颗粒可任选的与另外的颗粒结合(以控制微胶囊和任何额外的添加剂加载量，例如气凝胶加载量)，并且随后可以被挤出成纤维。
图4示出了本发明合成纤维130的实施例。如所示，合成纤维130的聚合物材料110包括分散在整个聚合物材料110中的多个中空微胶囊120。微胶囊120可以均匀分布在整个聚合物材料110中。尽管图4显示微胶囊120完全嵌入聚合物材料110中，但是也可以预期在一些情况下，微胶囊120可以仅至少部分地嵌入聚合物材料110中。分散在整个聚合物材料110中的微胶囊120的重量百分比将取决于所生成的合成纤维130的所需性能(包括重量)。
图5和图6示出了包括中空微胶囊/聚合物的混合物颗粒140。如所示，颗粒140包括分散在整个聚合物材料110中的多个中空微胶囊120。如图5和图6所示，中空微胶囊120可以均匀分布在整个聚合物材料110中。尽管图5和图6示出了完全嵌入聚合物材料110中的中空微胶囊120，但是也可以预期在一些情况下，中空微胶囊120可以仅在颗粒140的一些位置中至少部分地嵌入聚合物材料110中。分散在整个聚合物材料110中的中空微胶囊120的重量百分比将取决于由颗粒140制成的所得纤维或隔热材料的所需性能。
实施例
通过以下实施例中描述的具体实施例来说明本发明，但非限制。
实施例1
通过混合以下物质制备中空微胶囊/聚合物的混合物：
-30重量％的玻璃球，其具有17微米或更小的直径；和
-70重量％的聚酯弹性体(Hytrel 5556)。
混合/掺合之后，然后将中空微胶囊/聚合物的混合物挤出成颗粒，随后将其与聚酯颗粒混合。随后加热该颗粒混合物并通过纺丝法(例如喷丝头)挤出，以形成连续长丝。形成连续长丝后，则可以将其拉制、卷曲和/或切割成特定长度，以形成短纤维，然后将短纤维包装成捆，所述捆可以任选的被送至纺纱机，用于将短纤维处理成纱线。然后可以将该纱线在下游用于制造制品，例如服装和工业织物。由包括聚合物材料和中空微胶囊的合成纤维制成的纱线和隔热材料可使织物和制品具有降低密度。
图7A是纤维130的横截面的显微镜图像照片，纤维130是包括钠钙硼硅酸盐微球120的聚合物材料110(由Hytrel 5556制备的聚酯纤维)。
纤维130是10旦的纤维。
图7B是纤维130的横截面的简化线图，纤维130是包括包括微球体120的聚合物材料110。
图8A是纤维130的部分显微镜图像照片，纤维130包括内部包括有直径小于20μm的钠钙硼硅酸盐微球120的聚酯聚合物材料110。
图8B是纤维130的部分简化线图，纤维130包括内部包括有直径小于20μm的微球体120的聚合物材料110。
实施例2
通过混合以下物质制备中空微胶囊/聚合物的混合物：
-25重量％的玻璃微球体，其具有13微米或更小的直径；和
-75重量％的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
混合/掺合后，接着将中空微胶囊/聚合物的混合物挤出成母料(MB)颗粒，随后与聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)颗粒混合并挤出成纤维。随后的纤维混合比为25:75(MB:PBT)。
在挤出、纺丝和拉制处理步骤之后，生产出密度范围为0.95-1.10g/cc的4.6旦/长丝(Denier Per Filament，dpf)纤维。
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不意欲限制本发明。如本文中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，术语“包括”(以及包括的任何形式)、“具有”(以及有的任何形式)、“包含”(以及包含的任何形式)、“含有”(以及含有的任何形式)，以及它们的任何其他语法变体都是开放式连接动词。因此，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元素的方法或制品拥有一个或多个步骤或元素，但不限于仅拥有这些一个或多个步骤或元素。同样地，“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的方法或元件的步骤拥有一个或多个特征，但不限于仅拥有一个或多个特征。
如本文中所使用，术语“包括”、“具有”、“包含”、“含有”，以及它们的其他语法变体涵盖术语“由……组成”和“基本上由……组成”。
当在本文中使用时，短语“基本上由……组成”或其语法变体应被视为规定所述特征、整体、步骤或组件，但不排除添加一个或多个附加特征、整体、步骤、组件或其群，只要附加特征、整体、步骤、组件或其群不会实质性地改变所要求保护的组合物或方法的基本和新颖性特征。
本说明书中引用的所有公布文本通过引用并入本文中，如同每个单独的公布文本被具体地和单独地显示为好像被充分阐述般地通过引用并入本文中。
除非另有明确说明，否则通过引用并入的主题不被视为对任何权利要求限制的替代。
在整份个说明书中提及一个或多个范围的情况下，每个范围旨在是用于呈现信息的简写格式，其中该范围被理解为包括该范围内的每个离散点，如同其在本文中被充分阐明。
虽然本文中已经描述和描绘了本发明的多个方面和实施例，但是替代的方面和实施例可受到本领域技术人员的影响来实现相同的目标。因此，本发明和所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这些进一步的和替代的方面和实施例。

Claims (23)

1.一种合成纤维，包括：
-0.4至30wt％的平均直径为4至30μm的中空微胶囊；和
-70至99.6wt％的聚合物材料，
其中，所述合成纤维具有0.1至11.0的旦数。
2.根据权利要求1所述的合成纤维，其中所述中空微胶囊是微球。
3.根据权利要求1或2所述的合成纤维，其中所述微胶囊是玻璃微球。
4.根据前述权利要求任一项所述的合成纤维，其中所述微胶囊是钠钙硼硅酸盐玻璃微球。
5.根据前述权利要求任一项所述的合成纤维，其中所述合成纤维被硅化。
6.根据权利要求1-5任一项所述的合成纤维，包括7至15wt％的所述中空微胶囊。
7.根据权利要求1-6任一项所述的合成纤维，其中所述中空微胶囊的平均直径为5至20μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的合成纤维，其中所述中空微胶囊的平均直径为4至12μm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的合成纤维，其中所述中空微胶囊均匀地分散在所述聚合物材料中。
10.根据权利要求1-9任一项所述的合成纤维，其中所述聚合物材料包括尼龙、聚酯、聚丙烯、丙烯酸或聚烯烃聚合物，或它们的组合。
11.根据权利要求10所述的合成纤维，其中所述聚合物材料包括聚酯。
12.根据权利要求11所述的合成纤维，其中所述聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯，或它们的组合。
13.根据前述权利要求任一项所述的合成纤维，包括热塑性聚合物。
14.根据权利要求1-13任一项所述的合成纤维，具有0.7至6.0的旦数。
15.根据权利要求1-14任一项所述的合成纤维，其中所述纤维是长度为5至120mm的短纤维。
16.根据权利要求15所述的合成纤维，其中所述纤维的长度为8至85mm。
17.根据权利要求15或16所述的合成纤维，其中所述纤维是卷曲的。
18.根据权利要求1-14任一项的合成纤维，其中所述纤维是长丝。
19.根据前述权利要求任一项所述的合成纤维，还包括气凝胶颗粒。
20.一种隔热材料，包括根据权利要求1-19任一项所述的合成纤维。
21.根据权利要求20所述的隔热材料，其中所述隔热材料是可吹制的隔热材料或填充材料，包括：
多个离散的、纵向延长的絮状物，其中每个所述絮状物由根据权利要求1-19任一项所述的多个合成纤维形成，所述絮状物包括相对开放的扩大的中间部分和从所述中间部分的相对端延伸的相对压缩的扭曲尾部。
22.一种制品，包括根据权利要求1-19任一项所述的合成纤维。
23.一种制备根据权利要求1-19任一项所述的合成纤维的方法，所述方法包括：
-混合中空微胶囊和聚合物材料，从而形成微胶囊/聚合物的混合物；
-挤出所述微胶囊/聚合物的混合物；和
-任选地执行一个或多个额外的处理步骤，
从而形成所述合成纤维。
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