TW201925555A - 利用中空微膠囊之降低密度合成纖維 - Google Patents

利用中空微膠囊之降低密度合成纖維 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種合成纖維，其包括：0.4至30 wt%之平均直徑為4至30 μm的中空微膠囊；及70至99.6 wt%聚合物材料，其中該合成纖維具有0.1至11.0之丹尼。亦提供包括該合成纖維之紗線、隔熱材料及物品及其製備方法。

Description

利用中空微膠囊之降低密度合成纖維
相關申請案之交叉引用
本申請案主張2017年11月15日申請之美國臨時申請案第62/586,507號之優先權，該案之完整內容特此被以引用之方式併入本文中。
本發明大體上係關於包含聚合物材料及中空微膠囊之合成纖維、包含該合成纖維之隔熱材料（insulation material）、包含該合成纖維之物品及形成該合成纖維之方法。
隔熱材料及包含隔熱材料之物品的合意性及有效性高度取決於例如用於製備該隔熱材料之纖維的特性。纖維尤其取決於其性質及組成而具有不同物理特性。舉例而言，天然纖維，諸如羊毛纖維，具有與聚合纖維不同的特性，且聚合纖維取決於製備該等纖維之聚合物而具有不同特性。保持纖維丹尼及纖維聚合物材料恆定，獲得輕量物品典型地取決於所使用之織物結構及纖維之量。因此，可供使用的纖維技術可以係關於尤其輕量物品之可行結構替代方案之數目的限制變量。
儘管在紡織領域中取得各種進展，仍然需要有利於在物品及隔熱材料中整合且提供所要特性（諸如熱效能），但亦允許降低密度，使得該等所要特性不以非所要附加重量為代價的纖維。
儘管已論述過習知技術之某些態樣有助於本發明之揭示內容，但申請人決不放棄此等技術態樣，且預期所主張之發明可涵蓋一或多個習知技術態樣。
在本說明書中，在參考或論述已知之文獻、法案或項目時，此參考或論述並非承認已知之文獻、法案或項目或其任何組合處於優先權日期、可公開獲得、為公眾已知、為公共常識之部分或以其他方式在可適用法定規定下構成先前技術；或已知與解決本說明書係關於之任何問題的嘗試有關。
簡言之，本發明滿足對於密度降低之改良纖維的需求。在各種具體實例中，本發明之纖維使自身適用於展現所要特性（例如熱效能）之隔熱材料中，而不會不合需要地增加該隔熱材料之重量。
本發明可解決上文所論述之技術問題及不足中之一或多者。然而，預期本發明可證明對解決許多技術領域中之其他問題及不足有用。因此，所主張之發明未必應被認作限於解決本文中所論述的特定問題或不足中之任一者。
在第一態樣中，本發明提供一種合成纖維，其包含：
- 0.4至30 wt%之平均直徑為4至30 μm的中空微膠囊；及
- 70至99.6 wt%聚合物材料，
其中該合成纖維具有0.1至11.0之丹尼。
在第二態樣中，本發明提供隔熱材料，其包含根據本發明之第一態樣的合成纖維。
在第三具體實例中，本發明提供一種物品，其包含根據本發明之第一態樣之合成纖維。
在第四態樣中，本發明提供一種製備本發明之合成纖維、包含該合成纖維之隔熱材料或物品的非限制性方法，該方法包含：
- 將該等中空微膠囊與該聚合物材料混合，由此形成微膠囊/聚合物混合物；
- 擠出該微膠囊/聚合物混合物；及
- 視需要進行一或多個另外的加工步驟，
由此形成該合成纖維。
當前揭示之合成纖維、包含該合成纖維之隔熱材料及物品及用於製備該合成纖維之方法的某些具體實例具有若干特徵，其中無單一者單獨引起其所需特質。在不限制如以下申請專利範圍所界定之合成纖維、隔熱材料、物品及方法之範圍情況下，現將簡單論述其較為顯著之特徵。在考慮此論述後，且特定言之，在閱讀了本說明書之題目為「實施方式」的章節後，吾人將理解本文中揭示之各種具體實例之特徵提供較之當前先進技術的許多優勢之方式。舉例而言，在一些具體實例中，合成纖維提供所要特性，但相對於類似聚合組成物之比較纖維，密度及丹尼降低。因此，在一些具體實例中，本發明之纖維使自身適用於輕量應用。在一些具體實例中，本發明之纖維之降低密度自身有利地適用於例如紗線、編織及非編織隔熱材料及物品（例如服裝、鞋類、寢具及工業織物）。合成纖維之具體實例可提供適用於尤其製備用於服裝之紗線、織物及隔熱材料的低密度結構及所要熱效能。
本發明之此等及其他特徵及優勢將結合隨附申請專利範圍及附圖而自本發明之各種態樣之以下詳細描述變得顯而易見。
以下參考在隨附圖式中說明之非限制性具體實例更充分地解釋本發明之態樣及其某些特徵、優勢及細節。省略對熟知材料、製造工具、處理技術等之描述，以免不必要地詳細混淆本發明。然而，應瞭解，儘管實施方式及特定實施例指示本發明之具體實例，但其僅以說明方式而不以限制方式提供。自本發明，在下面的發明性概念之精神及/或範圍內的各種替代、修改、添加及/或配置對熟習此項技術者將為顯而易見。
獲得輕量物品通常以不合需要地犧牲一或多種其他特性（例如熱性質）為代價。本發明藉由在製備例如織物、隔熱材料、物品等之前，將中空微膠囊整合於聚合物材料中，解決了此及其他問題。此藉由形成包含中空微膠囊之合成纖維實現。本發明之合成纖維及由合成纖維形成之隔熱材料及物品的具體實例可具有例如降低密度，而同時保持令人滿意之所要其他特性，諸如熱效能及/或透氣性。在一些具體實例中，相比於包含相同纖維組成物但不含中空微膠囊之隔熱材料及物品，包含合成纖維之隔熱材料及物品具有良好熱性質及降低密度。
在第一態樣中，本發明提供一種合成纖維，其包含：
- 0.4至30 wt%之平均直徑為4至30 μm的中空微膠囊；及
- 70至99.6 wt%聚合物材料，
其中該合成纖維具有0.1至11.0之丹尼。
丹尼為定義為9000公尺之纖維或紗線的以公克計之重量之量測單位。其為具體指出纖維或紗線之重量（或大小）之一般方式。舉例而言，為1.0丹尼之聚酯纖維典型地具有約10微米之直徑。微丹尼纖維（micro-denier fiber）為具有1.0或更小之丹尼的纖維，而巨丹尼纖維（macro-denier fiber）具有大於1.0之丹尼。
本發明之合成纖維之丹尼數為0.1至11.0丹尼（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丹尼），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如0.7至10.0）。舉例而言，在一些具體實例中，合成纖維具有0.5至4.0丹尼之丹尼數。
在一些具體實例中，合成纖維包含0.4至30.0 wt%中空微膠囊（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30.0 wt%），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如15至25 wt%、5至20 wt%、7至12 wt%等）。
在一些具體實例中，中空微膠囊之平均直徑為4至30 μm（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30 μm），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如5至20 μm、5至18 μm、4至12 μm、4至11 μm、4至10 μm等）。如本文所使用，微膠囊之「直徑」係指經微膠囊之中心自一側穿過至另一側之直線。當微球體為非球形時，直徑係指經最大尺寸下微膠囊之中心自一側穿過至另一側之直線（例如對於卵形微膠囊，直徑將為沿主體之縱向（最長）尺寸經微膠囊之中心自一側穿過至另一側之直線）。
在一些具體實例中，至少90%（例如至少91、92、93、94、95、96、97、98、99、99.5或99.9%）之存在於本發明之纖維中之中空微膠囊的尺寸小於20 μm（例如小於19、18、17、16、15、14、13、12、11或10 μm）。
如本文所使用，術語「中空微膠囊」係指具有連續外殼之物體，該連續外殼界定殼內部空的空間。圖1描繪球形玻璃中空微膠囊10之一具體實例。微膠囊10為由玻璃（例如硼矽酸鹽玻璃）製成之微球體（亦即，微膠囊具有球形），亦即，外殼12由玻璃製成。外殼12界定中空內部部分14。微膠囊10具有直徑Y，其為約4至30 μm。
本發明之纖維中所使用之中空微膠囊可具有各種形狀。在一些非限制性具體實例中，中空微膠囊包含具有球形、卵形、橢圓形、長（細長）球體形、扁（扁平）球體形、圓柱形或其任何變化或組合的微膠囊。在一些具體實例中，中空微膠囊大體上為球體（例如中空微膠囊之平均形狀為球體）。在一些具體實例中，中空微膠囊為球形（亦即，中空微膠囊為微球體）。
微膠囊可具有任何技術可接受之所要組成。在一些具體實例中，微膠囊為無機玻璃微膠囊（亦即，圍繞微膠囊之內部中空部分的外殼由玻璃製成）。在一些具體實例中，微膠囊為硼矽酸鹽玻璃微膠囊。舉例而言，在一些具體實例中，微膠囊為鹼石灰硼矽酸鹽玻璃微膠囊。
在一些具體實例中，微膠囊平均密度為例如0.15至0.90 g/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、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、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或0.90 g/cm3 ），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如0.1至0.8 g/cm3 、0.2至0.75 g/cm3 、0.3至0.60 g/cm3 ）。
合成纖維包含70至99.6重量%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99.6 wt%聚合物材料），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍。
合成纖維中所使用的聚合物材料包含任何所要聚合物基質，在其內包含有中空微膠囊。舉例而言，在一些具體實例中聚合物材料選自聚酯、耐綸、丙烯酸、聚乳酸（亦被稱作聚乳酸交酯）（polylactic acid；PLA）、聚烯烴、乙酸、聚芳醯胺、溶解性纖維、彈性纖維、黏膠纖維、莫代爾（modal）、聚丙烯、聚醯胺、聚(丙烯酸丁酯)（poly(butyl acrylate)；PBA）、丙烯酸酯、嫘縈及其組合。在特定具體實例中，聚合物材料包含聚酯。在某些具體實例中，聚合物材料包含PET或PBT。
在一些具體實例中，聚合物材料為或包含熱塑性聚合物（例如聚酯彈性體，諸如由Hytrel銷售之彼等，例如Hytrel 5556型）。
在一些具體實例中，聚合物材料為或包含具有類似於Hytrel 5556型聚酯彈性體之特性的熱塑性聚合物。舉例而言，在一些具體實例中，聚合物材料為或包含具有一或多個在P5556 +/- 0.15P5556 之範圍內之可定量特性P i 的聚合物，其中P i 為本發明之纖維中所使用之材料的屬性，且P5556 為Hytrel 5556型聚酯彈性體之相對應的屬性（所以例如5556產物密度為1.19g/cc，由此在一些具體實例中本發明之纖維包含密度為1.19g/cc +/- 0.18g/cc之聚合材料）。
在一些具體實例中，聚合物材料包含聚酯，其中該聚酯選自聚對苯二甲酸伸乙酯（polyethylene terephthalate；PET）、聚(對苯二甲酸六氫對苯二甲酯)、聚對苯二甲酸伸丁酯（polybutylene terephthalate；PBT）、聚-1,4-伸環己基二亞甲基（poly-1,4-cyclohexelyne dimethylene；PCDT）及對苯二甲酸酯共聚酯，其中至少85莫耳%之酯單元為對苯二甲酸伸乙酯或對苯二甲酸六氫對苯二甲酯單元。在特定具體實例中，聚酯為聚對苯二甲酸伸乙酯。
在一些具體實例中，聚合物材料包含再循環聚合物材料，例如消費後再循環（post-consumer recycled；PCR）或工業後再循環（post-industrial recycled；PIR）材料。
在一些具體實例中，聚合物材料包含再循環聚酯（例如再循環PET或PBT）。
本發明之合成纖維之具體實例提供聚合纖維，在其內中空微膠囊包埋於聚合物材料中。在一些具體實例中，中空微膠囊在聚合物材料內均質混合，意謂合成纖維內所包含之聚合物材料與中空微膠囊之混合物具有實質上均一（亦即，90至100%均一，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%均一）組成。
在合成纖維內，中空微膠囊可以例如完全或至少部分由聚合物材料覆蓋。在一些具體實例中，存在的中空微膠囊之大部分（亦即，大於50%，例如大於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%）完全由聚合物材料覆蓋。
在某些具體實例中，當與具有類似組成，但不含中空微膠囊之纖維相比時，本發明之合成纖維具有較低的重量體積比。
在一些具體實例中，本發明之合成纖維之密度為0.7至1.35公克/立方公分（g/cc）（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1.35 g/cc），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如0.80至1.30 g/cc、0.82至1.20 g/cc、0.83至1.15 g/cc、0.85至1.12 g/cc、0.90至1.10 g/cc等）。
在一些具體實例中，合成纖維經矽化。術語「矽化」意謂纖維塗佈有包含矽之組成物（例如矽酮）。矽化技術為此項技術中所熟知，且例如描述於美國專利第3,454,422號中。可使用此項技術中已知之任何方法施用含矽組成物，例如噴塗、混合、浸漬、填補等。包含矽（例如聚矽氧）之組成物（其可包括有機矽氧烷或聚矽氧烷）結合至纖維之外部部分。在一些具體實例中，矽酮塗層為聚矽氧烷，諸如，甲基氫聚矽氧烷、經修飾的甲基氫聚矽氧烷、聚二甲矽氧烷或經胺基修飾的二甲基聚矽氧烷。如此項技術中所知，含矽組成物可直接施用至纖維，或可在施用前用溶劑稀釋為溶液或乳液，例如聚矽氧烷之含水乳液。在處理後，可使塗層乾燥及/或固化。如此項技術中已知，催化劑可用以加速包含矽之組成物（例如含有Si-H鍵之聚矽氧烷）的固化，且為方便起見，可添加至包含矽之組成物乳液，其中所得組合用以處理合成纖維。適合催化劑包括羧酸之鐵、鈷、錳、鉛、鋅及錫鹽，諸如乙酸鹽、辛酸鹽、環烷酸鹽及油酸鹽。在一些具體實例中，在矽化後，可使纖維乾燥以移除殘餘溶劑且接著視需要加熱至65℃與200℃之間以固化。
合成纖維可為捲曲（crimped）或未捲曲的。此項技術中已知各種捲曲，包括螺旋捲曲及標準（例如平面）捲曲。合成纖維可具有任何所要捲曲。
在一些具體實例中，合成纖維為切段纖維（staple fiber）（亦即，具有標準化長度之纖維）。舉例而言，在一些具體實例中，合成纖維為切段纖維，該切段纖維長度為5至120 mm（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120 mm），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如8至85 mm）。在一些具體實例中，本發明提供多個切段纖維。
在一些具體實例中，合成纖維為長絲（filament）。長絲為類似連續紡織纖維/股線之單一長線。不同於具有有限長度之切段纖維，長絲具有不確定的長度，且可延伸數碼或數哩（或例如在用於紗線中時，可延伸紗線之完整長度）。在一些具體實例中，長絲之長度範圍為5吋至數哩，包括在其中之任何及所有範圍及子範圍。舉例而言，在一些具體實例中，長絲長度可以為至少5吋（例如長度為至少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吋，或在其中之任何範圍及子範圍）。在一些具體實例中，長絲長度可以為至少1呎（例如長度為至少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或1000呎，或在其中之任何範圍及子範圍）。
長絲可由稱為擠出（亦可稱為熔融紡絲）之方法產生。舉例而言，在一些具體實例中，在將該等中空微膠囊與聚合物材料混合之後，可將所得中空微膠囊/聚合物混合物擠出為中空微膠囊/聚合物團粒。隨後，取決於所要中空微膠囊裝載量，可將包括至少中空微膠囊/聚合物團粒之複數個團粒擠成纖維。舉例而言，可經由熟知技術將團粒擠出，諸如將其加熱至或超過其熔點，由此形成液體中空微膠囊/聚合物混合物，隨後迫使液體中空微膠囊/聚合物混合物通過被稱作紡嘴的染料。紡嘴通常具有許多液體通過之小孔。液體聚合物流在離開紡嘴時冷卻，從而產生長連續合成纖維股。擠出之長絲可視需要與另一（例如鄰接）紡嘴之長絲組合以增加束中之長絲數目。可牽伸（拉伸）長絲束以使各長絲變細，且如下所述可視需要使其變形。
可對長絲束（例如用於紗線中）執行變形技術以破壞長絲之平行化。此類技術可用以例如增添體積而不增添重量，其可使所得紗線看起來重量較輕，使手感（柔軟度）改良，看起來更不透明及/或使溫度絕緣特性改良。儘管可使用任何技術可接受之變形方法，有利地用於本發明中之變形方法之實例包括捲曲、成環、螺旋、皺曲、扭轉接著解開及編織接著拆散。
在一些具體實例中，合成纖維包含潤滑添加劑，諸如U.S. 3,324,060中揭示者。在一些具體實例中，合成纖維不包含潤滑添加劑，諸如U.S. 3,324,060中揭示者。
在一些具體實例中，合成纖維另外包含一或多種額外添加劑。舉例而言，在一些具體實例中，合成纖維另外包含氣凝膠。舉例而言，在一些具體實例中，合成纖維另外包含氣凝膠粒子，如在例如國際申請公開案第WO2017/087511號中所描述之合成纖維中。舉例而言，在一些具體實例中，本發明之纖維包含0.1至15 wt%氣凝膠粒子，包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如1至10 wt%、0.5至4.5 wt%、1至4.5 wt%、2至4.5 wt%等），該等氣凝膠粒子之平均直徑為0.3至20 μm，包括在其中之任何及所有範圍及子範圍（例如0.8至2 μm）。
一般熟習此項技術者將易於理解，有許多應用可有利地採用本發明之合成纖維。實際上，根據本發明之合成纖維及隔熱材料之具體實例可用於許多不同行業。
在第二態樣中，本發明提供隔熱材料，其包含根據本發明之第一態樣的合成纖維。
在一些具體實例中，隔熱材料為棉絮。
在一些具體實例中，隔熱材料為可吹製之（blowable）隔熱或填充材料。
在一些具體實例中，隔熱材料為可吹製之隔熱或填充材料，包含複數個各自由複數個根據本發明之一具體實例之合成纖維形成之分散的、縱向延長的絮凝物（floccule），絮凝物包括相對開放之擴大中間部分及自中間部分之對置端延伸之相對壓縮的絞撚尾部部分。舉例而言，在一些具體實例中，隔熱材料為如國際申請公開案第WO2017/058986號中所描述之可吹製絮凝物隔熱材料，其包含本發明之纖維。
一般熟習此項技術者應瞭解，本發明之纖維一般可作為任何隔熱材料中使用之合成纖維的替代或補充使用。
在一些具體實例中，隔熱材料為織物、毛絨、襯墊、可吹製之隔熱材料或棉絮。在一些具體實例中，隔熱材料為紡織隔熱材料（亦即，用於紡織領域中之隔熱材料）。在一些具體實例中，隔熱材料為用於家用品（例如墊子、枕頭、床、寢具等）之隔熱材料。
在一些具體實例中，本發明提供包含合成纖維之棉絮。在一些具體實例中，棉絮厚度為1 mm至160 mm（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160 mm），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍。在一些具體實例中，厚度小於或等於40 mm，例如為2至40 mm。在一些具體實例中，棉絮密度為1至10 kg/m3 （例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10 kg/m3 ），包括在其中之任何及所有範圍及子範圍。
在一些具體實例中，隔熱材料為包含本發明之合成纖維的紗線。
在第三態樣中，本發明提供一種物品，其包含本發明之第一態樣之合成纖維或本發明之第二態樣之隔熱材料。
在一些非限制性具體實例中，物品為鞋類物品（例如鞋、短襪、拖鞋、靴子）、外套（例如外套衣物，諸如夾克、大衣、鞋、靴子、褲類（例如雪褲、滑雪褲等）手套、合指手套（mitten）、圍巾、帽子等）、服飾/服裝（例如襯衫、褲類、內衣物（例如內衣、熱內衣、短襪、針織襪等）、睡衣物（例如睡衣、睡袍（nightgown）、袍等））、運動服（例如為了進行體育運動或身體鍛煉穿戴之服飾，包括鞋類）、睡袋、寢具（例如被褥）、枕頭、墊子、寵物床、家用品等。在一些具體實例中，本發明之纖維包含於上列物品中之一者之至少一部分內。
在第四態樣中，本發明提供一種製備本發明之合成纖維、包含該合成纖維之隔熱材料或物品的非限制性方法，該方法包含：
- 將該等中空微膠囊與該聚合物材料混合，由此形成微膠囊/聚合物混合物；
- 擠出該微膠囊/聚合物混合物；及
- 視需要進行一或多個另外的加工步驟，
由此形成該合成纖維。
在一些具體實例中，在該混合中空微膠囊及聚合物材料期間，中空微膠囊及聚合物材料均為乾燥的。
在一些具體實例中，該擠出中空微膠囊/聚合物混合物包含使乾燥中空微膠囊/聚合物混合物經歷熔融擠壓程序，由此形成中空微膠囊/聚合物團粒或纖維。
在一些具體實例中，該等另外的加工步驟包含由微膠囊/聚合物團粒形成合成纖維。
在一些具體實例中，將中空微膠囊/聚合物團粒擠出以便形成合成纖維。
在一些具體實例中，擠出微膠囊/聚合物混合物形成X 丹尼之纖維，且其中方法進一步包含在一或多個牽伸（drawing）步驟中牽伸X 丹尼之纖維，由此將X 丹尼之纖維轉換成Y 丹尼之纖維，其中Y ＜X 。在一些具體實例中，Y ≤0.7X 。
在一些具體實例中，本發明方法包含1、2、3、4或更多個牽伸步驟。牽伸步驟可為任何牽伸步驟。舉例而言，在一些具體實例中，牽伸步驟包含例如熱水驟冷牽伸及/或熱烘箱牽伸。
在一些具體實例中，獲得的固體聚合物材料呈預先磨碎之形式，或該聚合物材料經磨碎，使得該聚合物材料呈粒子形式。在一些具體實例中，聚合物材料為類似砂之稠度的磨碎之聚合物材料。將具有所要尺寸之中空微膠囊與聚合物材料混合以形成微膠囊/聚合物混合物。可針對所得纖維所需之特性選擇微膠囊比聚合物之重量濃度。
接著可將微膠囊/聚合物混合物擠出或以其他方式形成為可稍後用於製備纖維的中間產物（例如如圖2中所描繪之微膠囊/聚合物團粒22，其密度為0.86 g/cm3 ）。在一些具體實例（如下文更詳細地論述）中，此中間產物可被稱為「母料」。在其他具體實例中，微膠囊/聚合物混合物可直接擠成纖維。在製備中間產物（例如微膠囊/聚合物團粒）時，該中間產物可視需要稍後與其他材料（例如其他聚合物材料或包含不同微膠囊裝載量或不含微膠囊之其他團粒）混合以便控制及達成隨後形成之纖維中微膠囊之所要裝載百分比。
本發明方法之具體實例包含使用此項技術中所熟知之適當紡織纖維製造方法，直接由微膠囊/聚合物混合物或由該等中間產物（例如團粒）形成纖維。如此項技術中所知，紡織纖維製造方法可包括例如熔融紡絲、濕法紡絲、乾法紡絲、凝膠紡絲、靜電紡絲及其類似方法。舉例而言，可經由紡嘴擠出混合物（例如微膠囊/聚合物混合物，或含有中間產物之混合物，例如包含熔融中間產物及視需要選用之一或多種其他材料之混合物）以形成連續長絲。連續長絲接著可藉由例如牽伸、變形、捲曲及/或切割，或此項技術中已知之另一方法進行操作，以形成最適用於其最終應用之形式的纖維。連續長絲可經切割成特定長度且包裝成一捆（bale）。該捆接著可例如輸送至紡紗機，該紡紗機將切段纖維加工成紗線（其可經進一步加工，以例如用於如打底衣（base layer garments）之服裝）。
用於形成合成纖維或包含該合成纖維之物品的加工步驟可取決於意欲形成之纖維而不同。舉例而言，在一些具體實例中，本發明方法藉由例如牽伸、變形及視需要添加一或多種所需表面處理化學反應來形成連續長絲。在一些具體實例中，該方法藉由例如牽伸、切割，視需要捲曲及視需要添加一或多個所需表面處理化學反應來形成切段纖維。預期任何所需之表面處理化學均可根據本發明使用。表面處理化學為此項技術中所熟知且包括例如矽化、持久防水處理等。
該合成纖維可併入物品（例如最終產品），例如衣服、織物或隔熱材料中。
在本發明方法之一些具體實例中，中空微膠囊引入至聚合物材料中，且一旦經混合，則微膠囊/聚合物混合物可擠成團粒（例如圖2中之團粒22），其可被稱為「母料」。該母料可轉移至製造商處進行擠出（例如熔噴紡絲）。可使用該母料製造纖維。在一些具體實例中，使用該母料製造長絲之纖維性、非編織棉絮。在一些具體實例中，該母料可與其他調配物之團粒組合以產生所要材料用於根據本發明之具體實例之纖維中。
參考圖3至6，展示如上文更詳細描述之將聚合物材料與中空微膠囊混合之方法之一具體實例。該方法包括如圖3中所示，將聚合物材料110（任何所要聚合物，例如研磨至類似砂之稠度的聚酯團粒）與中空微膠囊120混合以便形成微膠囊/聚合物混合物100，其中中空微膠囊120在聚合物材料110內混合。在一些具體實例中，混合物可包含任何另外的添加劑，但在一些具體實例中，混合物不包含另外的添加劑。混合物可擠成如圖4中所描繪之纖維130（其可為長絲或可被切割成切段纖維）或形成為如圖5及圖6中更詳細地描述之團粒140。當混合物熔融擠成團粒140時，團粒可視需要與另外的團粒合併（以控制微膠囊及任何另外的添加劑裝載量，例如氣凝膠裝載量），且可隨後擠成纖維。
圖4中示出本發明之合成纖維130之具體實例。如所示，合成纖維130之聚合物材料110含有分散遍及聚合物材料110之多個中空微膠囊120。微膠囊120可在整個聚合物材料110中均勻地分佈。儘管圖4展示完全包埋在聚合物材料110中之微膠囊120，但亦預期在一些情況下，微膠囊120可以僅至少部分包埋在聚合物材料110中。分散遍及聚合物材料110之微膠囊120之重量百分比將取決於所得合成纖維130之所要特性（包括重量）。
圖5及圖6中示出含有中空微膠囊/聚合物混合物之團粒140。如所示，團粒140含有分散遍及聚合物材料110之複數個中空微膠囊120。如圖5及圖6中所示，中空微膠囊120可在整個聚合物材料110中均勻地分佈。儘管圖5及圖6顯示完全包埋在聚合物材料110中之中空微膠囊120，但亦預期在一些情況下，中空微膠囊120可僅至少部分包埋在團粒140之一些位置中的聚合物材料110中。分散遍及聚合物材料110之中空微膠囊120之重量百分比將取決於由團粒140製得之所得纖維或隔熱材料的所要特性。

實施例
本發明現將參照在以下實施例中所描述之特定具體實例來說明，但不受限制。
實施例 1
藉由混合以下製備中空微膠囊/聚合物混合物：
- 30重量%玻璃微球體，其直徑為17微米或更小；及
- 70重量%聚酯彈性體（Hytrel 5556）。
在混合/摻混之後，接著將中空微膠囊/聚合物混合物擠成團粒，隨後將其與聚酯團粒混合。隨後，加熱團粒混合物且經由紡絲方法（例如紡嘴）擠出以形成連續長絲。一旦形成連續長絲，則可將其牽伸、捲曲及/或切割至特定長度以形成切段纖維，隨後將切段纖維包裝成捆，可將捆視需要傳送至紡紗機以將切段纖維加工成紗線。該等紗線接著可在下游用於製造物品，諸如服裝及工業織物。由含有聚合物材料及中空微膠囊之合成纖維製得的紗線及隔熱材料允許密度降低之織物及物品。
圖7A為纖維130之橫截面之顯微鏡影像的像片，纖維130為包含鹼石灰硼矽酸鹽微球體120之聚合物材料110（由Hytrel 5556製得之聚酯纖維）。纖維130為10丹尼纖維。
圖7B為纖維130之橫截面的簡化線圖，纖維130為包含微球體120之聚合物材料110。
圖8A為纖維130之部分之顯微鏡影像的像片，纖維130包含在內部包含有直徑小於20 μm之鹼石灰硼矽酸鹽微球體120的聚酯聚合物材料110。
圖8B為纖維130之部分的簡化線圖，纖維130包含在內部包含有直徑小於20 μm之微球體120的聚合物材料110。
實施例 2
藉由混合以下製備中空微膠囊/聚合物混合物：
- 25重量%玻璃微球體，其直徑為13微米或更小；及
- 75重量%聚對苯二甲酸伸丁酯（PBT）。
在混合/摻混之後，接著將中空微膠囊/聚合物混合物擠成母料（master batch；MB）團粒，隨後將其與聚對苯二甲酸伸丁酯（PBT）團粒混合且擠成纖維。後續纖維摻混比為25:75（MB:PBT）。
在擠出、紡絲及牽伸加工步驟之後，產生4.6丹尼/長絲（denier per filament；dpf）纖維，其密度範圍為0.95至1.10 g/cc。
本文中所使用的術語僅出於描述特定具體實例之目的且並不意欲限制本發明。如本文中所使用，除非上下文另有明確指出，否則單數形式「一」及「所述」意欲亦包括複數形式。將進一步理解，術語「包含（comprise）」（及包含（comprise）之任何形式，諸如「comprises」及「comprising」）、「具有（have）」（及具有（have）之任何形式，諸如「has」及「having」）、「包括（include）」（及包括（include）之任何形式，諸如「includes」及「including」）、「含有（contain）」（及含有（contain）之任何形式，諸如「contains」及「containing」）及其任何其他文法變體為開放式連結動詞。結果，「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個步驟或元件之方法或物品擁有一或多個步驟或元件，但不限於僅擁有彼等一或多個步驟或元件。同樣地，「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個特徵的方法之步驟或物品之元件擁有彼等一或多個特徵，但不限於僅擁有彼等一或多個特徵。
如本文中所使用，術語「包含」、「具有」、「包括」、「含有」及其其他文法變體涵蓋術語「由……組成（consisting of）」及「基本上由……組成（consisting essentially of）」。
「基本上由……組成」一詞或其文法變體當在本文中使用時將視為指定所陳述特徵、整體、步驟或組件，但不排除添加一或多個額外特徵、整體、步驟、組件或其群，但僅當額外特徵、整體、步驟、組件或其群並不顯著地更改所主張組成物或方法之基本及新穎特性時。
在本說明書中引用之所有公開案以引用之方式併入本文中，如同各個別公開案經特定且個別地指示為如同完全闡述般地以引用之方式併入本文中。
以引用之方式併入的標的物將不被視為對任何申請專利範圍限制之替代，除非另有明確指出。
在整份本說明書提及一或多個範圍之情況下，每一範圍意欲為用於呈現資訊之簡寫格式，其中將該範圍理解為涵蓋在該範圍內之每一個別的點，如同其在本文中經充分闡明。
雖然已在本文中描述及描繪本發明之若干態樣及具體實例，但替代性態樣及具體實例可受到熟習此項技術者影響以實現相同目標。因此，本發明及隨附申請專利範圍意欲涵蓋如在本發明之真實精神及範圍內的所有此等另外及替代性態樣及具體實例。
本發明將在下文中結合以下附圖描述，該等附圖不一定按比例繪製，其中相同圖示元件符號對遍及各種圖式之相同或相似元件保留其標號及含義，且其中：
圖1描繪球形玻璃中空微膠囊之一具體實例；
圖2描繪漂浮在水中之根據本發明之一具體實例的中空微膠囊/聚合物團粒（pellet）；
圖3為含有根據本發明某些具體實例的混合至聚合物材料之中空微膠囊之容器的側面透視圖；
圖4為根據本發明某些具體實例的含有中空微膠囊之合成纖維的放大圖；
圖5為根據本發明某些具體實例的含有中空微膠囊之聚合物團粒的圖；
圖6為根據本發明某些具體實例，沿線6--6取得的圖5之團粒之放大的橫截面圖；
圖7A為根據本發明之一具體實例的纖維之橫截面之顯微鏡影像的像片；圖7B為根據本發明之一具體實例的纖維之橫截面的簡化線圖；
圖8A為根據本發明之一具體實例的纖維之顯微鏡影像的像片；且圖8B為根據本發明之一具體實例的纖維之簡化線圖。

Claims (23)

  1. 一種合成纖維，其包含： - 0.4至30 wt%之平均直徑為4至30 μm的中空微膠囊； 及 - 70至99.6 wt%聚合物材料， 其中該合成纖維具有0.1至11.0之丹尼。
  2. 如請求項1所述之合成纖維，其中該等中空微膠囊為微球體。
  3. 如請求項1或請求項2所述之合成纖維，其中該等微膠囊為玻璃微球體。
  4. 如前述請求項中任一項所述之合成纖維，其中該等微膠囊為鹼石灰硼矽酸鹽玻璃微球體。
  5. 如前述請求項中任一項所述之合成纖維，其中該合成纖維經矽化。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之合成纖維，其包含7至15 wt%之該等中空微膠囊。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之合成纖維，其中該等中空微膠囊之平均直徑為5至20 μm。
  8. 如請求項1至7中任一項所述之合成纖維，其中該等中空微膠囊之平均直徑為4至12 μm。
  9. 如請求項1至8中任一項所述之合成纖維，其中該等中空微膠囊均勻地分散於該聚合物材料內。
  10. 如請求項1至9中任一項所述之合成纖維，其中該聚合物材料包含耐綸、聚酯、聚丙烯、丙烯酸或聚烯烴聚合物或其組合。
  11. 如請求項10所述之合成纖維，其中該聚合物材料包含聚酯。
  12. 如請求項11所述之合成纖維，其中該聚酯為聚對苯二甲酸伸乙酯、聚對苯二甲酸伸丁酯或其組合。
  13. 如前述請求項中任一項所述之合成纖維，其包含熱塑性聚合物。
  14. 如請求項1至13中任一項所述之合成纖維，其具有0.7至6.0之丹尼。
  15. 如請求項1至14中任一項所述之合成纖維，其中該纖維為長度為5至120 mm之切段纖維（staple fiber）。
  16. 如請求項15所述之合成纖維，其中該纖維之長度為8至85 mm。
  17. 如請求項15或請求項16所述之合成纖維，其中該纖維係捲曲的。
  18. 如請求項1至14中任一項所述之合成纖維，其中該纖維為長絲（filament）。
  19. 如前述請求項中任一項所述之合成纖維，其另外包含氣凝膠粒子。
  20. 一種隔熱材料（insulation material），其包含如請求項1至19中任一項所述之合成纖維。
  21. 如請求項20所述之隔熱材料，其中該隔熱材料為可吹製之隔熱或填充材料，其包含： 複數個分散的、縱向延長的絮凝物（floccule），其各自由複數個如請求項1至19中任一項所述之合成纖維形成，該等絮凝物包括相對開放之擴大中間部分及自該中間部分之對置端延伸之相對壓縮的絞撚尾部部分。
  22. 一種物品，其包含如請求項1至19中任一項所述之合成纖維。
  23. 一種製備如請求項1至19中任一項所述之合成纖維的方法，該方法包含： - 將該等中空微膠囊與該聚合物材料混合，由此形成微膠囊/聚合物混合物； - 擠出該微膠囊/聚合物混合物；及 - 視需要進行一或多個另外的加工步驟，由此形成該合成纖維。
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