TWI722359B - 生物降解增強之合成纖維及製備其之方法 - Google Patents

生物降解增強之合成纖維及製備其之方法 Download PDF

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Abstract

本案揭示內容提供生物降解增強之合成纖維、製造該纖維之方法以及包括該纖維之物件。該纖維包括聚合物材料和0.1至10重量%的一或多種生物降解添加劑，該生物降解添加劑至少部分地被包含在聚合物材料之內。該生物降解添加劑增加該聚合物材料在生物降解環境中的生物降解速率。該生物降解添加劑可包含下列中的至少一者：脂族-芳香族酯、聚乳酸、感官劑、單醣、己醛醣或其組合。該合成纖維可為具有小於或等於1的丹尼之細丹尼纖維或具有大於1的丹尼之粗丹尼纖維。該合成纖維可為經矽化的。

Description

生物降解增強之合成纖維及製備其之方法
本發明大致上是關於生物降解增強之合成纖維(例如，生物降解增強之聚酯纖維)、以及生成生物降解增強之合成纖維的方法、包含生物降解增強之合成纖維的絕緣材料和包含生物降解增強之合成纖維的物件(article)。
相關申請案之交叉參考
本案主張於2018年1月2日申請的美國臨時申請案號第62/612,789號之優先權，其全部內容以引用的方式併入本文中。
塑膠(諸如，聚酯系中的塑膠)被工業上大量生產並在全世界廣泛使用。例如，熱塑性或熱固性聚合物樹脂(諸如，包括聚乙烯之樹脂)係用於形成各種不同應用的纖維、液體和食品的容器、用於製造之熱成型以及與其他用於工程應用之材料組合。合成塑膠的使用率正逐年顯著增長。
塑膠產品被如此廣泛使用的一個理由為其耐受自然力的能力。例如，聚乙烯聚合物由長鏈的碳原子組成，其通常緊密地交互纏繞，而難以被微生物(例如，細菌、真菌或任何其他微小的有機體)分解，該等微生物一般負責使材料降解(即，生物降解)為水、二氧化碳、甲烷和生物質(其為死亡 的微生物)。雖然聚乙烯聚合物(諸如，聚酯系中的那些)可能最終會降解(例如，生物降解)，但只有在經過極長的時期後它們才會降解。此使得塑膠如此吸引人之相同的特性已導致了嚴重的環境問題。
近年來，由於廢棄塑膠產品導致的環境垃圾和破壞已以令人擔憂的步調發生。在衣服及/或紡織品產業中，例如，該等藉由聚酯或其他塑膠纖維形成的產品最終進入掩埋場或海水/排水道，此已成為日益嚴重的問題。雖然已研發出一些可生物降解塑膠以試圖緩和或減少塑膠產品的處置問題，但這樣的材料仍不適合用於生成高品質衣服及/或紡織品產品之纖維。例如，仍存在對於由更環境友善的材料所形成之用於衣服及/或紡織品產品的絕緣材料之需求。
雖然探討了習知技術的一些態樣來以輔助申請人之發明的揭示，但申請人並無排除這些技術態樣，且可預期其發明可包含一或多種習知技術態樣。
在此說明書中，其中在文件、作用或知識的項目被引用或討論時，這樣的引用或討論並非承認該文件、作用或知識的項目或其任何組合在優先權日時是公眾可得、公眾已知、一般通常知識的部分，或除此之外在適用的法律前提下構成先前技術；或已知與解決此說明書所關切的任何問題之嘗試有關。
簡言之，本案揭示內容可滿足對於具有利的降解性質之改良纖維的需求。在各種具體實例中，發明的纖維使其自身適用於絕緣材料，該絕緣材料顯示改良的生物降解而不會有非所欲地降低絕緣材料的強度及/或絕緣性質。
本發明可解決一或多個上述的技術領域之問題和缺陷。然而， 可推知本發明亦可用於解決許多技術領域中的其他問題和缺陷。因此，絕對不應將所請發明視為受限於解決在此所述的任何特定問題或缺陷。
在第一態樣中，此揭示內容提供生物降解增強之合成纖維。該纖維可包含聚合物材料(諸如聚酯)以及小於或等於10重量%的生物降解添加劑，該生物降解添加劑增加該聚合物材料之生物降解速率。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可具有1或小於1之丹尼(denier)。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可具有大於1之丹尼。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可為矽化的。
在第二態樣中，此揭示內容提供包含第一態樣的生物降解增強之合成纖維之絕緣材料。
在第三態樣中，此揭示內容提供包含第一態樣的合成纖維或第一態樣的絕緣材料之物件。
在第四態樣中，此揭示內容提供製造第一態樣的生物降解增強之合成纖維、第二態樣的絕緣材料及/或第三態樣的物件之方法。該製造生物降解增強之合成纖維、絕緣材料及/或物件之方法可包含：混合生物降解微粒和聚合物材料以生成生物降解增強之聚合物混合物，以及將該生物降解增強之聚合物混合物擠製成纖維形式。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可具有1或小於1之丹尼。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可具有大於1之丹尼。在一些具體實例中，該方法可包括進行一或多種其他加工步驟，諸如矽化該生物降解增強之合成纖維。
本案揭示的生物降解增強之合成纖維、包含該生物降解增強之合成纖維之絕緣材料和物件、及製造該生物降解增強之合成纖維之方法的一些具體實例有數個特徵，其中的單獨一者皆不僅提供其所欲屬性。在不限制如所附的申請專利範圍所界定之生物降解增強之合成纖維、絕緣材料、物件的範圍 下，現在將簡要地探討其更卓越的特徵。在考量此論述之後，且特別是在閱讀此說明書以「實施方式」為標題的章節之後，發明所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，在此揭示的各種具體實例之特徵如何提供許多相較於現有技術之優點。例如，在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維提供改良的生物降解性質，藉此使其適用於「環境友善的」纖維、單長絲(monofilament)、填料、紗、織物和非織物材料(例如，絕緣材料)、物件(例如，服裝、鞋襪類、寢具、織物、機械帶和工業產品)及/或紡織品。該生物降解增強之合成纖維的具體實例可為具有改良的生物降解性質之細丹尼(micro-denier)或粗丹尼(macro-denier)的合成(例如，聚酯)纖維，其在正常使用期間(例如，在被棄置於微生物的生物降解環境(諸如在掩埋場或海水)之前)可維持(尤其是)絲滑的手感並提高撥水性。
藉由以下發明之各種態樣的詳細敘述並結合所附的申請專利範圍和伴隨的圖式，本發明之此等和其他特徵和優點將會更為清楚。
100:容器
110:聚合物材料
120:生物降解添加劑或微粒
130:纖維
140:丸粒
150:含矽材料
本案之揭示內容將結合所附的繪製圖式描述如下，為了容易理解，該等圖式並不一定按比例來繪製，其中相同的元件符號保留其對於各個圖式中的相同或相似元件之指定名稱和意義，且其中：圖1為容器之側透視圖，該容器具有根據本案揭示之某些具體實例的生物降解微粒/添加劑和聚合物材料之混合物；圖2為根據本案揭示之特定具體實例的生物降解增強之合成纖維的側視圖；圖3為含有該聚合物材料和生物降解微粒之混合物之丸粒具體實例的部分放大視圖； 圖4為圖2的生物降解增強之合成纖維的部分橫截面視圖；及圖5為根據本案揭示之某些具體實例之矽化的生物降解增強之合成纖維的橫截面視圖。
以下更完整地闡述本發明之態樣以及其一些特徵、優點和細節，並參照所附圖式中例示之非限制性的具體實例。省略已廣為人知的材料、製造工具、加工技術等的敘述，藉此才不會不必要地模糊發明細節。然而，應理解，詳述內容和特定實例(雖然指出了本發明的具體實例)只以例示性的方式來提供，而非以限制性的方式。基於此揭示內容，根據本發明概念之精神及/或範圍內的各種取代、修飾、添加及/或設定對於發明所屬技術領域中具有通常技術者而言是很清楚的。
生物降解係藉由生物、特別是微生物(例如，細菌、真菌或任何其他微小有機體)以及其所分泌/產生的酶之作用，使材料降解、分解、衰變、崩解或轉化為無害產物，特別是水、二氧化碳、甲烷和生物質。生物降解可在有氧條件下(存在氧氣)或厭氧條件(不存在氧氣)發生。可生物降解物質的分解可包括生物性的步驟和非生物性的步驟兩者。
在第一態樣中，本發明提供生物降解增強之合成纖維，其包含：- 聚合物材料；及- 小於或等於10重量%的生物降解添加劑，該生物降解添加劑增加該聚合物材料之生物降解速率。
丹尼(denier)為測量的單位，其定義為9,000公尺的纖維或紗之公克重量。此為具體指出纖維或紗之重量(或大小)的常用方式。例如，1.0 丹尼之傳統聚酯纖維通常有約10微米的直徑。細丹尼纖維為具有1.0或小於1.0丹尼之纖維，粗丹尼纖維具有大於1.0丹尼。
本案揭示之生物降解增強之合成纖維的丹尼可為細丹尼纖維。例如，在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可為具有等於或小於1丹尼的細丹尼纖維。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可為細丹尼纖維，具有小於1、在0.5至1.0的範圍內或在0.7至0.9的範圍內之丹尼。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可為細丹尼纖維，具有0.1至1.0丹尼(例如，0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1.0)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可含有0.5至7丹尼，諸如作為短纖維之纖維，用作蓬鬆填充絕緣材料。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為具有0.4
Figure 108100063-A0305-02-0008-1
d
Figure 108100063-A0305-02-0008-2
200丹尼(d)的纖維(例如，d為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、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、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199或200丹尼)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為粗丹尼纖維，具有大於1.0且小於小於或等於15.0丹尼，(例如，在一些具體實例中，該合成纖維具有以下丹尼：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、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9、10.0、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或15.0)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，1.1至15.0、1.1至12.0、1.1至10.0、1.1至8.0、1.1至6.0、1.1至5.0、1.1至4.0、1.1至3.0、1.1至2.0等)。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為粗丹尼單長絲纖維。在一些具體實例中，該生物降解增強合成單長絲纖維之丹尼可在3至 1,000的範圍內(例如，3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500、525、550、575、600、650、700、750、800、850、900、950或1,000)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，3至1,000、3至600、3至300、3至200、3至150、3至75、3至40、3至30或3至20等)。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可為具有在0.5mm至6mm的範圍內之厚度(直徑)的單長絲纖維(例如，0.5、0.55、0.6、0.65、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或6.0mm)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，0.5至5mm、0.5至4mm、0.5至3mm、0.5至2mm、0.5至1.5mm、0.5至1.4mm、0.5至1.3mm、0.5至1.2mm、0.5至1.1mm、0.5至1.0mm、0.5至0.9mm、0.5至0.8mm、0.5至0.7mm等)。
在一些具體實例中，該生物降解增強之纖維為生物降解增強之合成纖維。發明所屬技術領域中具有通常知識者可很容易地熟悉許多合成纖維，且可依據所想要使用之紡織品、填料、棉絮(batting)及/或物件的所需性質在其範圍內去選擇合適的合成纖維。本發明生物降解增強之纖維的具體實例可包含技術領域中已知的任何有益於紡織品材料的製備之合成纖維。在一些具體實例中，非排他性之可用於本發明的生物降解增強之合成纖維可選自：尼龍、聚酯、聚丙烯、聚乳酸(PLA)、聚(丙烯酸丁酯)(PBA)、聚醯胺 (例如，尼龍/聚醯胺6.6、聚醯胺6、聚醯胺4、聚醯胺11和聚醯胺6.10等)、丙烯酸、乙酸酯、聚烯烴、人造絲、溶解性纖維(lyocell)、聚芳醯胺、彈性纖維、黏液纖維和莫代爾(modal)纖維及其組合。在特定的具體實例中，生物降解增強之合成纖維包含聚酯生物降解增強之纖維。例如，在一些具體實例中，該聚酯係選自聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET)、聚(六氫對二甲苯對苯二甲酸酯)、聚(對苯二甲酸丁二酯)、聚-1,4-環己烯二甲酯(PCDT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)以及對苯二甲酸共聚酯，其中至少85莫耳百分比的酯單元為對苯二甲酸乙二酯或六氫對二甲苯對苯二甲酸酯單元。在特定具體實例中，該聚酯為聚對苯二甲酸乙二酯。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維包含原生聚合物材料，諸如原生聚酯(例如，PET)。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維包含回收的聚合物材料(例如，聚酯，諸如PET)，諸如消費後回收的(PCR)聚合物材料(例如，聚酯，諸如PET)。
在一些具體實例中，該生物降解增強之纖維為乾燥的纖維(即，未經光滑化的(例如非矽化的)纖維)。在一些其他具體實例，該生物降解增強之纖維為經光滑化的纖維，例如，矽化的纖維。
本案揭示之生物降解增強之合成纖維可包含至少90重量%的聚合物材料。例如，在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可包含90至99.9重量%的聚合物材料(例如，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重量%的聚合物材料)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。
該生物降解增強之合成纖維可包含0.1至15重量%的生物降解微粒或添加劑(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、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或15.0重量百分比的生物降解微粒)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，0.1至10重量%、0.5至4.5重量%、0.1至3重量%、0.5至14.5重量%等)。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維包含0.1至15vol.%的生物降解微粒或添加劑(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、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或15.0vol.%)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，0.1至10重量%、0.5至4.5重量%、0.1至3重量%、0.5至14.5重量%等)。
在一些具體實例中，本案揭示之生物降解增強之合成纖維可包含等於或小於10重量%之生物降解微粒或添加劑。例如，在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可包含等於或小於10.0、9.9、9.8、9.7、9.6、9.5、9.4、9.3、9.2、9.1、9.0、8.9、8.7、8.6、8.5、8.4、8.3、8.2、8.1、8.0、7.9、7.8、7.7、7.6、7.5、7.4、7.3、7.2、7.1、7.0、6.9、6.7、6.6、6.5、6.4、6.3、6.2、6.1、6.0、5.9、5.8、5.7、5.6、5.5、5.4、5.3、5.2、5.1、5.0、4.9、4.8、4.7、4.6、4.5、4.4、4.3、4.2、4.1、4.0、3.9、3.8、3.7、3.6、3.5、3.4、3.3、3.2、3.1、3.0、2.9、2.8、2.7、2.6、2.5、2.4、2.3、2.2、2.1、2.0、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2或0.1重量%的生物降解微粒或添加劑，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。
本發明生物降解增強之合成纖維的具體實例提供聚合纖維，其中有生物降解微粒或添加劑嵌入至聚合物材料。該生物降解微粒或添加劑本身可生物降解且也可增加及/或加速該聚合物材料之生物降解(相較於如果該生物降解微粒不存在的情況)，如上所述。在一些具體實例中，該生物降解微粒均 勻地混合在該聚合物材料內，意謂著，該合成纖維所包含之聚合物材料和生物降解微粒之混合物具有實質上均勻之組成物(即，90-100%均勻之組成物，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%均勻之組成物)。
若該生物降解微粒包括不同材料的微粒，該不同的生物降解微粒本身可為實質上均勻之組成物(即，90-100%均勻之組成物，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%均勻之組成物)。
在一些具體實例中，於該生物降解增強之合成纖維之內，該生物降解微粒可(例如)完全地或至少部分地被該聚合物材料覆蓋。在一些具體 實例中，至少25%(例如，大於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或95%)的該生物降解微粒可以下列方式存在：至少部分未被該聚合物材料覆蓋及/或至少部分暴露於該聚合物材料的外部表面。在一些具體實例中，在該生物降解增強之合成纖維內之至少50%的生物降解微粒可至少部分未被該聚合物材料覆蓋或暴露於該聚合物材料的外部表面。
該生物降解微粒或添加劑可包括至少一種有機化合物。該生物降解微粒或添加劑可包括至少一種脂族-芳香族酯、聚乳酸、感官劑(organoleptic)、單醣、己醛醣或其組合。在一些具體實例中，該生物降解添加劑可包括至少一種脂族-芳香族酯、至少一種聚乳酸(PLA)、至少一種感官劑、至少一種單醣和至少一種己醛醣。在一些具體實例中，該脂族-芳香族酯及/或該聚乳酸可具有將至少一種其他生物降解添加劑組分與該聚合物材料(例如，聚酯)結合的作用。例如，該脂族-芳香族酯及/或該聚乳酸可為用於該生物降解添加劑的其他組分之載劑樹脂。在一些具體實例中，該脂族-芳香族酯及/或該聚乳酸可具有水解組分的作用以增加該聚合物材料及該纖維整體的水解性質。該脂族-芳香族酯、聚乳酸及/或該聚合物材料鏈可經由水的水解(諸如，由於酯鍵的斷裂)來使之分裂。該脂族-芳香族酯及/或該聚乳酸(例如，在該纖維的聚合物材料中)可藉由化學及/或酶處理以促進該聚合物材料的酸水解、水水解及/或鹼水解。該脂族-芳香族酯及/或該聚乳酸(例如，在該纖維的聚合物材料中)也可能易受到經由酯、醯胺或胺酯鍵的酶催化水解之生物侵襲。
在一些具體實例中，該脂族-芳香族酯包含聚[(1,4-對苯二甲酸 丁二酯)-共-(1,4-丁烯己二酸酯)](聚[(對苯二甲酸丁二酯)-共-(己二酸丁二酯)])(BTA)。該生物降解添加劑的脂族-芳香族酯組分可形成至少一種脂族二羧酸或其酯、至少一種二醇(諸如，且非限於，1,4-丁二醇)和至少一種多官能芳香族酸(諸如，且非限於，呋喃二羧酸)或其酯。該脂族-芳香族酯組分可具有大於60莫耳百分比之芳香族酸含量。在一些具體實例中，該生物降解添加劑的該脂族-芳香族酯組分可包含酸組分(例如，包含芳香族羧酸和脂族酸(例如，壬二酸)及二醇組分(例如，選自由C3、C4和C6二醇組成之群)。在一些具體實例中，該生物降解添加劑的該脂族-芳香族酯組分可包含二羥基醇和芳香族二羧基化合物(例如，芳香族二羧酸、芳香族二羧(C1-3)烷基酯或其組合)及己二酸的聚合反應之產物。
該生物降解添加劑的聚乳酸(PLA)組分可為一或多種生物活化熱塑性脂族聚酯(例如，來自再生性資源)。在一些具體實例中，該聚乳酸組分可包含聚-L-乳酸交酯(PLLA)、聚-D-乳酸交酯(PDLA)、聚(L-乳酸交酯-共-D,L-乳酸交酯)(PLDLLA)。如技術領域中已知，PLA主要可經由非生物性水解來降解。例如，PLA之降解可分階段進行，首先是水擴散至材料中，酯鍵水解且在細胞內攝取乳酸寡聚合物和分解代謝之後，分子量降低。然而，許多不同的微生物也可降解PLA，諸如蛋白酶、放射菌、真菌及/或堆肥微生物。
該生物降解添加劑之感官劑組分可設計為，吸引存在於適合生物降解的環境之微生物或吸引其他微生物，其使聚合物材料(及可能地該生物降解添加劑本身)降解(或導致其降解)。例如，該生物降解添加劑之感官劑組分可設計為吸引以下論述的一或多種例示性微生物。該生物降解添加劑之感官劑組分可設計為刺激微生物的一或多種感覺器官(諸如味道、顏色、氣味或觸覺)以吸引微生物至該生物降解增強之合成纖維並加速生物降解。
在一些具體實例中，該生物降解添加劑的感官劑組分可包含培養的膠體及天然或人造纖維。該感官劑組分可包含作為膨脹劑之感官劑有機化學品，即天然纖維、培養的膠體、環糊精、聚乳酸等。在一些具體實例中，該生物降解添加劑的感官劑組分可包含3,5-二甲基-戊烯-二氫-2(3H)-呋喃酮異構物混合物。該感官劑組分可在等於或大於該生物降解添加劑之0-20重量%的範圍內。在一些具體實例中，該感官劑組分為總生物降解添加劑之20-40重量%、40-60重量%、60-80重量%或80-100重量%。
該生物降解添加劑的單醣(及/或多醣)及/或己醛醣組分可作為微生物之食物或消耗材料以吸引微生物及/或維持微生物活性，該活性(最終)導致該纖維之聚合物材料(及藉此使該纖維本身)被分解。在一些具體實例中，該單醣可為葡萄糖。在一些具體實例中，該單醣可為D-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖。在一些具體實例中，該單醣為D-葡萄糖。在一些具體實例中，單醣及/或己醛醣組分可為結合至該纖維之聚合物材料的單體。在一些具體實例中，在形成纖維的期間，至少一些單醣及/或己醛醣組分可經取代成為聚合物。
該生物降解微粒或添加劑可促進或導致該纖維(即，其聚合物材料)之快速生物降解，甚至是在厭氧的環境下。具體言之，該生物降解添加劑可幫助微生物以相較於無該添加劑的情況下顯著更快的速率將聚酯分解為CO2、H2O、CH4和生物質(其為死亡的微生物)。例如，該生物降解添加劑可使初始微生物(microorganisms或microbes)以可造成鍵的消耗之巨分子水平來消耗在聚合物材料內的C-C鍵。藉此該初始微生物可來自壓痕、孔洞、空腔或延伸至該纖維之聚合物材料中的其他開放區域。以此方式，該添加劑和該初始微生物可創造該聚合物之更大或增加的暴露表面積，使得親塑性(plastophilic)微生物去在聚合物的開口內附著其上(而非僅在該聚合物的外部表面上)。藉此增加或促進該聚合物材料的生物降解速率。
然而，該生物降解添加劑可以不同的方式來增加該聚合物材料之生物降解速率(相較於其不含該添加劑之生物降解速率。例如，該添加劑可增加該纖維之生物降解的水解/縮合階段，該纖維之生物降解的酸生成(酸生成)階段、該纖維之生物降解的乙酸生成(乙酸生成)階段、該纖維之生物降解的甲烷生成階段或其組合。如上述所提及，該生物降解添加劑可增加該纖維(或聚合物材料)之水解性質。水解可驅使該聚合物材料的鏈分解，並藉此造成縮合作用(即，生成水)。所導致的(或藉由生物降解添加劑更快速地導致的)纖維/聚合物材料之水解/縮合階段，可將該纖維之聚合物材料分解成各種糖。
在酸生成階段，該纖維之生物降解的酸生成微生物可分解由水解/縮合階段所產生的有機物或生物質、該聚合物材料之其他生物質及/或該添加劑。該酸生成微生物(例如，發酵性細菌)可造成酸性環境同時產生各種酸、醇和揮發性脂肪酸，諸如氨、H2、CO2、H2S、短的揮發性脂肪酸、碳酸、微量的其他副產物或其組合。藉此該酸生成微生物可部分地分解該聚合物材料之生物質/來自該聚合物材料之生物質。
在乙酸生成階段期間，該纖維之生物降解的微生物可進一步分解該聚合物材料之生物質/來自該聚合物材料之生物質為乙酸、二氧化碳、氫或其組合。例如，乙酸生成微生物，諸如產乙酸菌(acetogen)可從碳或其他能量來源將生物質轉化為乙酸鹽。乙酸生成微生物或產乙酸菌可將該生物質分解至甲烷生成微生物可利用大量的剩餘聚合物材料之程度。例如，在甲烷生成階段，該纖維之生物降解的甲烷生成微生物或產甲烷菌可分解該聚合物材料之生物質/來自該聚合物材料之生物質(和可能的來自水解和酸生成階段的一些中間產物)為甲烷、水和二氧化碳或其組合。在一些具體實例中，該甲烷生成微生物可利用乙酸和二氧化碳(來自水解//縮合階段、酸生成階段和乙酸生成階段 的兩種主要產物)以在甲烷生成反應中產生甲烷。例如，該產甲烷菌可利用CO2和H2以生成CH4和H2O。作為另一實例，該產甲烷菌可利用CH3COOH以生成CH4和CO2。雖然可透過反應將CO2轉化為甲烷和水，但在甲烷生成反應中產生甲烷的主要機制可為涉及乙酸的途徑。在一些具體實例中，該乙酸途徑可產生甲烷和CO2。再者，當該纖維/聚合物材料的生物質耗盡時，該等微生物本身可能會相繼死亡而藉此產生其他生物質。
在一些具體實例中，本案揭示的生物降解增強之合成纖維相較於具有相似組成但缺少生物降解微粒的纖維可更快地進行生物降解。例如，本案揭示的生物降解增強之合成纖維可在放置於適合生物降解之環境(好氧的或厭氧的)的10年內完全地生物降解(例如，轉化為水、二氧化碳、甲烷和生物質或其組合)，所述環境係諸如在掩埋場、堆肥堆積/設施、海水/排水道或其他包括會分解纖維聚合物的微生物之生物活性環境/材料。
在一些具體實例中，本案揭示的生物降解增強之合成纖維可在放置於適合生物降解之環境(即，包括微生物，該微生物消耗或以其他方式分解合成纖維之材料為水、二氧化碳、甲烷或其組合)的約9.5、9、8.5、8、7.5、7、6.5或6年內完全地生物降解。在一些具體實例中，以質量計至少25%之本案揭示的生物降解增強之合成纖維可在放置於適合生物降解之環境的約3、2.5、2或1.5年內生物降解。
在一些具體實例中，本案揭示之生物降解增強之合成纖維(或包含該纖維的物件)符合或超出符合或超出依據ASTM D6400-12所確定的生物降解性之標準(Standard Specification for Labeling of Plastics Designed to be Aerobically Composted in Municipal or Industrial Facilities,ASTM International,West Conshohocken,PA,2012，其以引用參考的方式併入本文中)。
在一些具體實例中，本案揭示之生物降解增強之合成纖維可為 矽化的。本文所用的術語「矽化的(siliconized)」係指經含矽之組成物(例如，聚矽氧)塗覆的纖維。矽化技術為技術領域中熟知的，且描述於(例如)美國專利第3,454,422號中。可使用技術領域中已知的任何方法將含矽之組成物塗佈至該纖維，例如以噴塗、混合、浸漬、填補等方式。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)結合至纖維的外部部分。含矽(例如，聚矽氧)之組成物可藉此完全延伸至該聚合物材料和生物降解添加劑的周圍，該生物降解添加劑至少部分地被包含在該聚合物材料之內。含矽(例如，聚矽氧)之組成物可不含生物降解添加劑。
在一些具體實例中，該聚矽氧塗層為聚矽氧烷，諸如甲基氫聚矽氧烷、經修飾的甲基氫聚矽氧烷、聚二甲基矽氧烷或經胺基修飾的二甲基聚矽氧烷。如技術領域中已知，含矽之組成物可直接塗佈至纖維，或可在塗佈前用溶劑稀釋為溶液或乳液。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生物降解增強之合成纖維的外部表面。合適的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地加熱至65℃和200℃之間以進行固化。
該生物降解增強之合成纖維可為捲縮的或非捲縮的。各種捲縮方式，包括螺旋(spiral，即helical)和標準捲縮方式，為技術領域中已知的。生物降解增強之合成纖維可有任何所希望的捲縮方式。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為短纖維(即，具有標準化長度的纖維)。例如，在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為具有5至120mm的長度之短纖維(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)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，8至85mm)。在一些具體實例中，複數個這樣的短纖維可為組合或一起提供。作為另一個例子，在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為具有8至51mm的長度(且可能有0.5至7丹尼)之短纖維，其用於蓬鬆填充絕緣材料。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維為長絲(filament)。長絲為單一長的絲線狀之連續的紡織品纖維/股。不像短纖維(其有限定的長度)，長絲沒有限定的長度，且可延伸數碼或數英里(或例如，在用作為紗中，可延伸紗的全長)。在一些具體實例中，長絲長度範圍從5英吋至數英里，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。例如，在一些具體實例中，該長絲可為至少5英吋的長度(例如，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英吋的長度或其中的任何範圍或次範圍)。在一些具體實例中，該長絲可為至少1英尺的長度(例如，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英尺的長度或其中的任何範圍或次範圍)。
長絲可由已知為擠製(extrusion，其也可稱作熔融紡絲)的方法來產生。例如，在一些具體實例中，在混合生物降解微粒和聚合物材料，可將所得的生物降解增強之聚合物混合物擠製為生物降解增強之聚合物丸粒。隨後，依據所需的生物降解顆粒裝載，複數種丸粒，包括至少該生物降解增強之聚合物丸粒，可經擠製成為纖維。例如，丸粒可透過已熟知的技術擠製，諸如藉由使其達到或超過其熔點，藉此形成液態生物降解增強之聚合物混合物，然後迫使該液體生物降解增強之聚合物混合物通過稱作紡嘴的染料。紡嘴通常具有許多液體通過的小孔。使該液體聚合物流在快要離開紡嘴時冷卻，產生長股的連續生物降解增強之合成纖維。所擠製的長絲視需要可與另一(例如，鄰近的)紡嘴之長絲組合，以增加捆束中的長絲數量。可將捆束的長絲抽出(拉伸)以使每一更細薄，且視需要可進行紋理化(texturized)，如下所述。
或者，所擠製的長絲可不與一或多種其他長絲組合，且藉此作為單長絲(即，單一的、連續的合成生物降解增強長絲(或股))配置/利用。可利用單長絲纖維作為單一股的長絲或複數股的纖維。
紋理化技術可在長絲捆束上進行(例如，用於紗中)以破壞長絲的平行化，並於單長絲上使用以使該單長絲紋理化。這樣的技術可用作(例如)增加蓬鬆體積而不增加重量，其可使得所產的紗在重量上看似更輕，具有改善的手感(柔軟)，看起來更不透明及/或具有改善的溫度絕緣性質。雖然可利用任何技術上可接受的紋理化方法，但有助於本發明之用途的紋理化方法之實例包括捲邊(crimping)、環圈(looping)、盤繞(coiling)、起縐(crinkling)、扭曲(twisting)然後解捻(untwisting)以及編織然後解編織。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可不含光滑添加劑，諸如揭示於U.S.3,324,060中者。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可經設計為高熔點或非結合性(或無黏合劑)的纖維，諸如具有大於200℃的結合溫度之纖維。一般而言，高熔點或非結合性纖維之結合溫度高於存在於纖維混合物中的其他合成纖維之軟化溫度。在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維可經設計為結合性纖維，諸如具有小於或等於200℃的結合溫度之纖維。一般而言，黏合劑纖維之結合溫度低於存在於纖維混合物中的其他合成纖維之軟化溫度。在一些該等具體實例中，生物降解增強之黏合劑合成纖維具有小於或等於200℃的結合溫度。在一些具體實例中，生物降解增強之黏合劑合成纖維具有50至200℃結合溫度(例如，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、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199或200℃)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。在一些具體實例中，生物降解增強之黏合劑合成纖維具有80℃至150℃的結合溫度。在一些具體實例中，生物降解增強之黏合劑合成纖維具有100℃至125℃的結合溫度。在一些具體實例中，生物降解增強之黏合劑合成纖維包含低熔點的聚酯纖維。在一些具體實例中，生物降解增強之黏合劑合成纖維為雙組分纖維，該雙組分纖維包含外部和內部(在技術領域中一般稱為鞘和核)，其中該外部包含具有熔點低於該內部之材料。在其他具體實例，生物降解增強之黏合劑合成纖維為單組分纖維。
在一些具體實例中，該生物降解增強之合成纖維額外地包含一或多種額外添加劑。例如，在一些具體實例中，該合成纖維額外地包含氣凝膠。例如，在一些具體實例中，該合成纖維額外地包含氣凝膠微粒，如同在(例如)在國際申請案公開號WO 2017/087511中所述的合成纖維。例如，在一些具體實例中，本發明的纖維包含0.1至15重量%之氣凝膠微粒，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，1至10重量%、0.5至4.5重量%、1至4.5重量%、2至4.5重量%等)，所述氣凝膠微粒具有0.3至20μm之平均直徑，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍(例如，0.8至2μm)。
發明所屬技術領域中具有通常知識者會立即認同，本發明的生 物降解增強之合成纖維可有利地運用於許多應用中。實際上，根據本發明之生物降解增強之合成纖維和絕緣材料的具體實例可用於許多不同的產業。非限制性的實例包括用於：紡織品織物，例如造紙機織物、有孔洞及/或無孔洞紡織品機械帶、施過濾網/過濾、乾過濾網/過濾等(其中該纖維可用作為(例如)單長絲)；冷藏大貨車；管線，例如石化管線；航太應用，例如航太絕緣板)；低溫儲存槽；燃料電池；汽車電池(例如，電動車電池)的保護；機械紡織帶(濕性；任何其他紡織品、類紡織品或絕緣應用等。在一些具體實例中，當被設計為單長絲(或長絲捆束)時，根據本發明的生物降解增強之合成纖維和絕緣材料可用作/用於電纜線和纜線組件、3D列印長絲、釣魚線、眼鏡繩(eyewear retainers)、工業繫緊系統、針線、織物或針織窄織物、夾層材料(例如，在雙重壁槽等中)、纜線之鑲邊強化及/或製管材料、針織纜繩、濕性/液體過濾器(例如，水過濾器/過濾)、乾性/氣體過濾器(空氣過濾器)、鑲邊的繩(rope)和索(cord)、霧消除器/煙囪洗滌器、織物可撓性導管、結網、牙齒器具、自動車或工業織物、腰帶、毛刷/掃帚、氣密封口、醫學裝置、紫外線穩定的織物、注入流強化紡織品、鉤環繫緊系統、篩網、晶鬚盤(whisker disk)等。
在第二態樣中，本發明提供包含生物降解增強之合成纖維的絕緣材料。
在一些該等具體實例中，該絕緣材料可包含合成生物降解增強非黏合劑纖維。在一些具體實例中，該絕緣材料可包含合成的生物降解增強黏合劑纖維(以及可能的合成非生物降解增強黏合劑纖維)。在一些該等具體實例中，該絕緣材料可經熱處理以熔融全部或部分的黏合劑纖維，藉此形成熱結合的絕緣材料。發明所屬技術領域中具有通常知識者會理解，在這樣的具體實例中，雖然黏合劑纖維係被包括在纖維混合物中，所述纖維可為全部或部分熔 融的纖維，而非呈其原先、熱處理前形式之黏合劑纖維。
發明所屬技術領域中具有通常知識者會認同，本案揭示之生物降解增強之纖維大致上可代替或補充用於或用作為絕緣材料之合成或天然纖維。
在一些具體實例中，該絕緣材料為織物、絲絨(fleece)、襯墊(pad)、可充氣的絕緣材料、非織物網、垂直摺疊的棉絮或水平摺疊的棉絮。在一些具體實例中，該絕緣材料為紡織品絕緣材料(即，用於紡織品領域的絕緣材料)。
在一些具體實例中，該絕緣材料為可充氣的絕緣材料或填料材料，包含複數個分開的、縱向延伸的絮凝體，各絮凝體由根據本發明的第一態樣之複數個生物降解增強之合成纖維所形成，該絮凝體包括相對開口之擴大的中間部分和從中間部分的相反端延伸之相對縮合的扭曲尾端部分。例如，在一些具體實例中，該絕緣材料為如國際申請公開號WO 2017/058986所述之可充氣的絮凝體絕緣材料，其包含該生物降解增強之合成纖維。
在一些具體實例中，本發明提供包含該生物降解增強之合成纖維的棉絮。在一些具體實例中，該棉絮有1mm至160mm的厚度(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)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。在一些具體實例中，該厚度為小於或等於40mm，例如，2至40mm。在一些具體實例中，該棉絮有1至10kg/m3的密度(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9或10kg/m3)，包括任何及所有在其中的範圍和次範圍。在一些具體實例中，該棉絮以重量計的範圍為從25GSM至200GSM。
在一些具體實例中，本發明提供包含生物降解增強之合成纖維織物的紗，其經編織、扭曲、鑲邊或其他方式組合。可利用該紗來生成生物降解增強紡織品或其他來自該纖維之生物降解增強物件。
克羅(clo)(clo/oz/yd2)為用於測量衣服的熱阻抗性之單位。1.0克羅的值被定義為，在21℃(70℉)下之正常通風(0.1m/s的空氣流動)的室內環境中的人在休息狀態下維持熱平衡之絕熱的量。典型地，高過此溫度，這樣穿著的人會流汗，其中當低於此溫度時，此人將會感覺冷。衣服及/或其組分可提供克羅值。較高的克羅表示該物件相較於有相對較低的克羅之物件更保暖。
在一些具體實例中，包含生物降解增強之合成纖維的絕緣材料(例如，作為棉絮、蓬鬆填料等)具有至少0.80clo/oz/yd2之熱性能等級。在一些具體實例中，該絕緣材料具有至少1.0clo/oz/yd2之熱性能等級。
在第三態樣中，本發明提供包含本發明之第一態樣的生物降解增強之合成纖維或本發明之第二態樣的絕緣材料的物件。
在一些非限制性的具體實例中，該物件鞋襪類物件(例如，鞋子、襪子、拖鞋、靴子)，外衣(例如，諸如外套、大衣、鞋子、靴子、褲子(例如，雪褲、滑雪褲等)、分指手套、連指手套、圍巾、帽子等外衣衣 物)、衣服/服裝(例如，襯衫、褲子、內衣物(例如，內衣、保暖內衣、襪子、針織品等)、睡衣(例如，睡褲、睡袍、袍服等)、運動衣(例如，運動或活動穿的衣服，包括鞋襪類)、睡袋、寢具(例如，棉被)、枕頭、緩衝墊、寵物床、家具用品等。在一些具體實例中，上述所列的物件之一的至少一部分包含該生物降解增強之合成纖維。
在第四態樣中，本發明提供製造該生物降解增強之合成纖維或包含該生物降解增強之合成纖維的物件(例如，衣服、絕緣材料等)之非限制性的方法。該方法可包含：- 混合生物降解微粒和聚合物材料，藉此形成生物降解增強之聚合物混合物；- 擠製該生物降解增強之聚合物混合物；及- 視需要地進行一或多種其他加工步驟，藉此形成生物降解增強之合成纖維或物件。
在一些具體實例中，該一或多種其他加工步驟可包括矽化該生物降解增強之纖維。在一些具體實例中，方法可包括(例如)取得未加工的、純的或「新的」聚合物。在一些替代性的具體實例，該方法可使用回收的或廢棄的聚合物(例如，來自其他方法之殘餘的聚合物或來自其他產品之聚合物)。在一些該等具體實例中，該方法可視需要地包括純化回收的或廢棄的聚合物以移除該回收的或廢棄的聚合物中的汙染物。一旦移除汙染物，即可將該回收的或廢棄的聚合物與生物降解微粒組合。
可將該生物降解增強之聚合物混合物直接擠製為纖維。在其他具體實例，該生物降解增強之聚合物混合物可經擠製或以其他方式形成可在之後用於製造纖維的中間產品(例如，丸粒)。在製造中間產品(例如，丸粒)的情況下，可視需要地在之後混合該中間產品與其他材料(例如，其他聚合物 材料或包含不同或額外生物的降解微粒或不包含生物降解微粒之其他丸粒)，以控制並達到在隨後形成的纖維中所欲載入之生物降解微粒的百分比。
本發明之具體實例包含直接從該生物降解增強之聚合物混合物或從該中間產品(例如，丸粒)形成纖維，使用適合的紡織品纖維製造方法，如技術領域中所熟知者。紡織品纖維製造方法可包括(例如)如同技術領域中已知的熔融紡絲、濕式紡絲、乾式紡絲、凝膠紡絲、電紡絲等。例如，混合物(例如，該生物降解增強之聚合物混合物或含有該中間產品之混合物-例如，包含熔融的中間產品和視需要地包含一或多種其他材料之混合物)可經擠製通過紡嘴以生成連續的長絲。然後可藉由拉製(drawing)、紋理化、捲邊及/或切割或技術領域中已知的其他方式來運用該連續的長絲，以形成呈對其最終應用最有用的形式之纖維。該連續的長絲可經切割至特定長度並封裝至包裹中。隨後可將該包裹發送至(例如)紡紗機，該紡紗機將短纖維加工成紗(其可經進一步加工(例如)以用於如基層衣物之服裝中)。在一些具體實例中，該纖維可為梳理並(水平地或垂直地)摺疊成非織物的絕緣棉絮。
在一些具體實例中，將生物降解添加劑添加至聚合物材料(例如，聚乙烯，諸如PET)中，且一旦混和後，可將該生物降解增強之聚合物混合物擠製成丸粒，其可稱為「母料(master batch)」。接著可將母料轉移至製造廠進行擠製(例如，熔噴紡絲(melt blown spinning))。可將該母料用於(例如，經熔融和擠製)製造生物降解增強之合成纖維。或者，可將該母料與其他調配物之丸粒組合以製造可用於製造生物降解增強之合成纖維的所欲混合物。
生成該生物降解增強之合成纖維或包含該生物降解增強之合成纖維之絕緣材料或物件所進行的加工步驟，可依據所欲生成的纖維而有所不同。例如，在一些具體實例中，本發明的方法藉由(例如)拉製(和可能的紋 理化及/或添加一或多種所欲的最終化學劑)來形成連續長絲。在一些具體實例中，該方法藉由(例如)拉製、切割、視需要地捲邊和視需要地添加一或多種所欲的最終化學劑來形成短纖維。在一些具體實例中，該方法藉由(例如)將長絲拉製和纏繞為單一、連續的股來形成單長絲纖維。可根據本發明來考慮使用任何所欲的最終化學劑。最終化學劑係技術領域中所熟知的且包括(例如)矽化、持久的撥水性處理等。
該生物降解增強之合成纖維可形成及/或併入至物件(例如，終端產品)，例如，衣物、織物、絕緣材料、單長絲、紗等中。在一些具體實例中，具有該生物降解增強之纖維的物件或絕緣材料比不含該生物降解增強之纖維的物件或絕緣材料更快地生物降解。該生物降解增強之合成纖維及/或以本發明的生物降解增強之合成纖維所製造的物件或絕緣材料可具有第一完全或部分(例如，25%、50%、75%)生物降解速率BR 1 (例如，以質量計)，而生物降解增強之合成纖維及/或由非生物降解增強聚合物纖維製造的物件或絕緣材料可具有相對的第二全部或部分(例如，25%、50%、75%)生物降解速率BR 2 ，BR 2 實質上慢於/小於第一生物降解速率BR 1 。在一些具體實例中，第一生物降解速率BR 1 可比第二生物降解速率BR 2 快至少50%或快100%(即，快兩倍)，諸如比第二生物降解速率BR 2 快至少50%、75%、100%、150%、200%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1,000%、1,100%、1,200%、1,300%、1,400%或1,500%。
參照圖1-5，顯示如以上更詳盡描述之生物降解增強之合成(例如，聚酯)纖維130的具體實例和製造該纖維之方法。該方法可包括取得聚合物材料110(如在圖1所示的容器100中所描繪)。該聚合物材料110(諸如聚酯)可與生物降解添加劑或微粒120混合以形成生物降解增強之聚合物混合物，如圖1中所示。可藉此將該生物降解微粒120在聚合物材料110內混合(例 如以大致上均勻的方式)。可將該混合物擠製為如圖2、4和5所示的纖維130(其可為長絲或可被切割為短纖維)，或形成如圖4所示的丸粒140，如以上更詳盡地描述以及圖2-5所示。在將該混合物熔融擠製成丸粒的情況下，可隨後將該丸粒擠製成纖維130。
圖2、4和5例示本發明生物降解增強之合成纖維130的具體實例。如圖所示，該生物降解增強之合成纖維130之聚合物材料110含有複數個散佈於整個聚合物材料110中的生物降解微粒或添加劑120。該生物降解微粒120可均勻地分佈於整個聚合物材料110中。雖然圖2-5顯示該生物降解微粒120完全地嵌入聚合物材料110，但也可推知在某些情況下，生物降解微粒120可僅至少部分地嵌入聚合物材料110。
如圖4所示，生物降解增強之合成纖維130可含有複數個散佈於纖維130之整個聚合物材料110中的生物降解微粒120。生物降解微粒120可均勻地分佈於纖維130之整個聚合物材料110中，如圖所示。如圖4所示，生物降解微粒120可存在於聚合物材料110的外部(且可能存在於纖維130本身中)，使得微生物能夠消耗生物降解微粒120並在形成聚合物材料110的內部中形成洞穴、空腔、隧道或孔以提高其生物降解速率，如上所說明。
如圖5所示，纖維130可經矽化，以使含矽材料150可圍繞聚合物材料110和生物降解微粒120延伸。以此方式，微生物可消耗或以其他方式造成含矽材料150與聚合物材料110和生物降解微粒120分離，藉此暴露生物降解微粒120。該微生物藉此能夠消耗生物降解微粒120並形成洞穴、空腔、隧道或孔以提高其生物降解速率，如上所說明。
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(a)」、「一(an)」和「該(the)」意欲亦包括複數形式。將進一步 理解，用語「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化為開放式連結動詞。因此，「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，但不限於只擁有那些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，但不限於僅擁有那些一或多個特徵。
如本文中所使用，用語「包含(comprising)」、「具有(has)」、「包括(including)」、「含有(containing)」及其其他文法變化涵蓋用語「由...組成(consisting of)」及「基本上由...組成(consisting essentially of)」。
用語「基本上由...組成」或其文法上的變化當在本文中使用時，將視為具體指出所陳述特徵、整體、步驟或組分，但不排除添加一或多個額外特徵、整體、步驟、組分或其群組，前提為只有當該等額外特徵、整體、步驟、組件或其組群並不會顯著地改變所請求保護的組成物或方法之基本及新穎特性時。
如同已在本文中充分說明，特定且個別指出的每一個別公開案以引用的方式併入本文中，在此說明書中引述的所有公開案在本文中以引用的方式併入。
除非另有明確指出，否則以引用之方式併入之標的將不被視為對任何申請專利範圍限制之替代。
在此說明書通篇中提及一或多種範圍之情況下，每一個範圍意欲以簡略記述的格式來表示資訊，其中該範圍被理解為涵蓋在該範圍內之每一個分開的點，如同已在本文中充分提供者。
雖然已在本文中描述及描繪本發明之數個態樣及具體實例，但發明所屬技術領域中具有通常知識者可以替代性態樣及具體實例來完成相同目標。因此，本發明及隨附的申請專利範圍意欲涵蓋落入本發明之真實精神及範圍內的所有此等進一步及替代性態樣及具體實例。
100‧‧‧容器
110‧‧‧聚合物材料
120‧‧‧生物降解添加劑或微粒

Claims (51)

  1. 一種生物降解增強之合成纖維，其包含：聚合物材料；及0.1至10重量%的一或多種生物降解添加劑，該生物降解添加劑至少部分地被包含在該聚合物材料內，其增加該聚合物材料在生物降解環境中之生物降解速率，該生物降解添加劑包含下列中的至少一者：脂族-芳香族酯、聚乳酸、感官劑(organoleptic)、單醣、己醛醣或其組合，其中該纖維包含具有小於或等於1之丹尼(denier)的細丹尼纖維，且其中該纖維為具有5至120mm的長度之短纖維。
  2. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其包含至少85%的該聚合物材料。
  3. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該聚合物材料包含聚酯。
  4. 根據申請專利範圍第3項之生物降解增強之合成纖維，其中該聚酯為聚對苯二甲酸乙二酯。
  5. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解添加劑包含至少一種脂族-芳香族酯、至少一種聚乳酸、至少一種感官劑、至少一種單醣和至少一種己醛醣。
  6. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該合成纖維為經矽化的。
  7. 根據申請專利範圍第6項之生物降解增強之合成纖維，其中該矽化的材料不含該一或多種生物降解添加劑。
  8. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該一或多種生物降解添加劑均勻地分散於該聚合物材料之內。
  9. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其包含0.5至3重量%的該一或多種生物降解添加劑。
  10. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其包含0.5至1.5重量%的該一或多種生物降解添加劑。
  11. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該纖維符合或超出依據ASTM D6400-12所確定的生物降解性之標準。
  12. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中設定該纖維為單長絲(monofilament)。
  13. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其具有小於或等於200℃之結合溫度。
  14. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解環境為包含降解及/或促進該聚合物材料和該生物降解添加劑之降解的微生物之環境。
  15. 根據申請專利範圍第14項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解環境為厭氧的。
  16. 根據申請專利範圍第14項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解環境為掩埋場或海水。
  17. 根據申請專利範圍第1項之生物降解增強之合成纖維，其中該纖維為長絲(filament)。
  18. 一種棉絮(batting)，其包含根據申請專利範圍第1-17項中之任一項之生物降解增強之合成纖維。
  19. 一種絕緣材料，其包含根據申請專利範圍第1-17項中之任一項之生物降解增強之合成纖維。
  20. 一種紗，其包含根據申請專利範圍第1-17項中之任一項之生物 降解增強之合成纖維。
  21. 一種物件，其包含根據申請專利範圍第1-17項中之任一項之生物降解增強之合成纖維。
  22. 根據申請專利範圍第21項之物件，其中該物件係選自以下組成之群：外衣產品、鞋襪類、衣服、睡袋、寢具和工業紡織品。
  23. 一種生物降解增強之合成纖維，其包含：聚合物材料；0.1至10重量%的一或多種生物降解添加劑，該生物降解添加劑至少部分地被包含在該聚合物材料內，其增加該聚合物材料在生物降解環境中之生物降解速率，該生物降解添加劑包含下列中的至少一者：脂族-芳香族酯、聚乳酸、感官劑、單醣、己醛醣或其組合；以及在該聚合物材料和生物降解添加劑的周圍延伸之矽塗層，其中該纖維包含具有小於或等於1之丹尼的細丹尼纖維，且其中該纖維為具有5至120mm的長度之短纖維。
  24. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其包含至少85%的該聚合物材料。
  25. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其中該聚合物材料包含聚酯。
  26. 根據申請專利範圍第25項之生物降解增強之合成纖維，其中該聚酯為聚對苯二甲酸乙二酯。
  27. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解添加劑包含至少一種脂族-芳香族酯、至少一種聚乳酸、至少一種感官劑、至少一種單醣和至少一種己醛醣。
  28. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其中該 矽塗層不含該生物降解添加劑。
  29. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其中該一或多種生物降解添加劑均勻地分散於該聚合物材料之內。
  30. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其包含0.5至3重量%的該一或多種生物降解添加劑。
  31. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其包含0.5至1.5重量%的該一或多種生物降解添加劑。
  32. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其具有大於200℃之結合溫度。
  33. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其包含具有小於或等於200℃之結合溫度的黏合劑纖維。
  34. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解環境為包含降解及/或促進該聚合物材料和該生物降解添加劑之降解的微生物之環境。
  35. 根據申請專利範圍第34項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解環境為厭氧的。
  36. 根據申請專利範圍第35項之生物降解增強之合成纖維，其中該生物降解環境為掩埋場或海水。
  37. 根據申請專利範圍第23項之生物降解增強之合成纖維，其中該纖維為長絲。
  38. 根據申請專利範圍第37項之生物降解增強之合成纖維，其中設定該纖維為單長絲。
  39. 一種棉絮，其包含根據申請專利範圍第23至38項中任一項之生物降解增強之合成纖維。
  40. 一種絕緣材料，其包含根據申請專利範圍第23至38項中任一項之生物降解增強之合成纖維。
  41. 一種紗，其包含根據申請專利範圍第23至38項中任一項之生物降解增強之合成纖維。
  42. 一種物件，其包含根據申請專利範圍第23至38項中任一項之生物降解增強之合成纖維。
  43. 根據申請專利範圍第42項之物件，其中該物件係選自以下組成之群：外衣產品、鞋襪類、衣服、睡袋和寢具。
  44. 一種製造根據申請專利範圍第1至38項中任一項之生物降解增強之合成纖維的方法，該方法包含：混合該一或多種生物降解添加劑和該聚合物材料，藉此形成生物降解增強之聚合物混合物；以及擠製該生物降解增強之聚合物混合物；且視需要地進行一或多種其他加工步驟，藉此形成該合成纖維。
  45. 根據申請專利範圍第44項之方法，其中該一或多種其他加工步驟包含矽化該纖維。
  46. 根據申請專利範圍第44項之方法，其中在混合期間，該一或多種生物降解添加劑和該聚合物材料是乾燥的。
  47. 根據申請專利範圍第44項之方法，其中在混合期間，該一或多種生物降解添加劑和該聚合物材料是潮濕的或為液體。
  48. 根據申請專利範圍第44項之方法，其中擠製該生物降解增強之聚合物混合物形成具有小於或等於1丹尼的纖維。
  49. 根據申請專利範圍第44項之方法，其中擠製該生物降解增強之聚合物混合物包含形成生物降解增強之聚合物丸粒。
  50. 根據申請專利範圍第49項之方法，其中該等其他加工步驟包含從該生物降解增強之聚合物丸粒形成該生物降解增強之合成纖維。
  51. 根據申請專利範圍第50項之方法，其中擠製該生物降解增強之聚合物丸粒以形成該生物降解增強之合成纖維。
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