CN104937154A - 具有增强的耐久性和拒水性的可吹入式隔热材料 - Google Patents

Abstract

一种包含天然纤维和短切合成纤维或纤维球的可吹入式隔热材料。分别用拒水剂处理天然纤维和短切合成纤维或纤维球以赋予纤维拒水性，之后其被气动地混合在一起。防水纤维构成可吹入式隔热材料的一部分或大部分，从而增强结构的耐久性以及拒水性，其在洗涤或洗熨期间可以是有利的。

Description

具有增强的耐久性和拒水性的可吹入式隔热材料

本申请要求2013年1月22日提出的第61/755,195号美国临时专利申请和2013年3月15日提出的第61/791,914号美国临时专利申请的优先权益，二者的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及类绒隔热材料及其制造方法。

背景技术

已进行了很多尝试以获得具有类绒品质的隔热材料用于隔热物例如衣物、睡袋、加芯被等。先前开发可行材料的努力通常产生过重和过致密而不能被认为是类绒的材料。

该情况的例外是例如Donovan的第4,588,635号美国专利，其公开了优越的合成绒，并特别涉及通过使用细纤维的低密度集合物而获得的重量轻的隔热***，并且描述了一系列纤维混合物，当用于制造隔热毡时其提供了有利的类绒品质，例如高的保暖对重量比、柔软的手感和良好的压缩回复性。该材料接近，在一些情况下可能甚至超过了天然绒的隔热性能。然而从机械角度来看，极细的纤维承受着刚度和强度的不足，使得其难以生产、操作和使用。这种合成隔热材料的回复性能通过更大的纤维直径来增强，但大纤维组分的增加将严重降低总体隔热性能。在潮湿条件下，与细纤维集合物的机械稳定性相关的问题加剧，原因是与毛细水的存在有关的表面张力比由重力或其他正常使用载荷所产生的那些显著更大，其对结构的有害影响大得多。然而，不同于水鸟绒，所公开的所述纤维组合物提供了优良的抗湿性。

另一个例外是Donovan等人的第4,992,327号美国专利，其公开了使用粘合纤维组分以提高隔热物的完整性，而不牺牲期望的性质。更具体而言，其中所公开的发明涉及呈粘合纤维结构形式的合成纤维隔热材料，其结构包含以下的集合物：(a)70至95重量百分比的直径3至12微米的合成聚合微纤维；和(b)5至30重量百分比的直径12至50微米的合成聚合巨纤维，该结构的特征在于至少一部分纤维在其接触点粘合，该粘合使得所产生的结构的密度在3至16kg/m³的范围内，粘合集合物的隔热性能等于或不大幅小于类似的非粘合集合物的隔热性能。该参考文献还描述了优选纤维混合物的类羽绒的朵绒状物的形式。该专利还公开了朵绒状物形式与毡形式相比显著的性能优势。

然而，这些现有技术的朵绒状物通常在缓慢、冗长的分批过程中手工制造。此外，现有技术材料不是可以以传统的制造设备使用的易吹入材料。因此，需要可以用作绒的部分或完全替代物的可吹入式材料，其可以使用传统的设备制造和吹入。

部分作为该需要的结果，开发了可吹入式隔热朵绒状物，如第6,329,051号美国专利所述。‘651专利描述了由切碎的粘合毡或粘合网制成的可吹入式朵绒状物。该网或毡经描述为与Donovan的‘327专利中所述相同的纤维混合物。通过切碎由‘327专利中所述的材料形成的毡或网，发现朵绒状物获得了包括蓬松和隔热性能的类羽绒品质。与天然材料形成混合物的这种朵绒状物在第6,329,052号美国专利中描述。注意，前述专利的公开内容通过引用全部并入本文。

另一个实例在第7,790,639号美国专利中公开，其涉及由天然纤维制成的可吹入式隔热材料及混合物。

尽管上述可吹入式隔热材料易于以传统风机吹入，并且可以用作绒或类绒隔热材料的部分或完全替代物，然而当未适当使用时其在重量和耐洗性方面存在问题。这些材料在洗熨期间可以变湿，并且可以由于聚集而永久失去其隔热性能。‘051和‘052专利的可吹入式隔热朵绒状物仅包括合成纤维。相比之下，本发明涉及提供由天然纤维和短切合成纤维制成的可吹入式隔热材料。

发明内容

本发明的目标是提供可吹入式隔热材料以用作羽绒的部分或完全替代物。

本发明的一个实施方案是包含天然纤维和短切合成纤维和/或纤维球混合物的可吹入式隔热材料。该隔热材料可以用于冬衣、睡袋、加芯被、枕头等。天然纤维可以用拒水剂处理以赋予纤维拒水性。拒水纤维可以构成可吹入式隔热材料的一部分或大部分，从而增强结构的耐久性以及拒水性，其在洗涤或洗熨期间可以是有利的。用于赋予拒水性的化学品可以是任何类型的拒水剂，包括但不限于碳氟化合物、聚硅氧烷和蜡乳剂。根据一个实施方案，乙酸锆的溶液由于其环境安全性是优选的。然而，用于赋予拒水性的化学处理可以是例如在第4,537,594号美国专利中描述的那些中的任一种。天然纤维本身可以是毛、棉、亚麻、动物毛、丝和绒中的任一种，不过天然绒是最优选的材料。或者，可以使用不同技术来赋予绒/天然纤维拒水性，所述技术不仅限于湿浴法或干喷法。各种表面能改变技术(其在本领域是公知的，例如等离子体处理)也可以用于处理羽绒朵绒以提供拒水性。短切合成纤维可以具有0.5至15之间的旦尼尔数，并且可以具有5mm至25mm之间的切段长度。短切合成纤维可以用增滑剂或润滑剂涂布以提供拒水性。所使用的合成纤维可以包括例如在第7,682,693号美国专利和第7,704,242号美国专利中所述的那些。在优选实施方案中，天然纤维是羽绒朵绒，并且短切合成纤维夹在羽绒朵绒的毛刺中。如果期望，也可以使用在第4,618,531号美国专利和第5,218,740号美国专利中所述的纤维球代替短纤维。

虽然此处称为羽绒朵绒，但“羽绒朵绒”包括羽绒、天然绒、绒羽、羽绒朵绒及其组合。

本发明的另一个实施方案是制造可吹入式隔热材料的方法，其包括将天然纤维与短切合成纤维混合的步骤。隔热材料可以用于冬衣、睡袋、加芯被等。天然纤维可以用拒水剂处理以赋予纤维拒水性。拒水纤维可构成可吹入式隔热材料的一部分或大部分，由此增强结构的耐久性和拒水性，这在洗涤和洗熨期间可以是有利的。用于赋予拒水性的化学品可以是任何类型的拒水剂，包括但不限于碳氟化合物、聚硅氧烷和蜡乳剂。根据一个实施方案，乙酸锆的溶液由于其环境安全性是优选的。然而，用于赋予拒水性的化学处理可以是例如在第4,537,594号美国专利中描述的那些中的任一种。或者，可以使用不同技术来赋予绒/天然纤维拒水性，所述技术不仅限于湿浴法或干喷法。各种表面能改变技术(其在本领域是公知的，例如等离子体处理)也可以用于处理羽绒朵绒以提供拒水性。天然纤维本身可以是毛、棉、亚麻、动物毛、丝和绒中的任一种，但天然绒是最优选的材料。短切合成纤维可以具有0.5至15之间的旦尼尔数，并且可以具有5mm至25mm之间的切段长度。短切合成纤维可以用增滑剂或润滑剂涂布以提供拒水性。所使用的合成纤维或纤维球可以包括例如在第7,682,693号美国专利、第7,704,242号美国专利、第4,618,531号美国专利和第5,218,740号美国专利中所述的那些。在优选实施方案中，天然纤维是羽绒朵绒，并且短切合成纤维缠在羽绒朵绒的毛刺中。

虽然此处称为羽绒朵绒，但“羽绒朵绒”包括羽绒、天然绒、绒羽、羽绒朵绒及其组合。

作为本发明新颖特征的各种特征在附于本公开且形成本公开的一部分的权利要求中特别指出。为了更好地理解本发明、其运作优势、和通过其使用而实现的特定目标，参照所附的说明材料，其中阐述了本发明的优选实施方案。

因此通过本发明将实现其目标和优势，其说明应当结合以下的详细说明来理解。

具体实施方式

在本发明的一个实施方案中，可吹入式隔热材料包含天然纤维和短切合成纤维或纤维球的均匀混合物，其中混合物是可吹入的并且具有期望的类绒品质。

被认为在本发明范围内的天然纤维或材料包括但不限于毛、棉、亚麻、动物毛、丝、绒以及其他天然纤维或材料。然而，在优选实施方案中，天然纤维是羽绒朵绒。虽然本文称为羽绒朵绒，但“羽绒朵绒”包括羽绒、天然绒、绒羽、羽绒朵绒及其组合。天然纤维或材料可以被处理以提供拒水性。在该过程中可以使用若干拒水化学品，然而，优选的化学品是乙酸锆的特定聚合物溶液，其可以产生持久的拒水性而对天然纤维或材料的蓬松度无负面作用，且对环境无负面影响。

根据一个实施方案，提供了具有拒水、抗菌、低摩擦的固化乙酸锆面层的朵绒状物(包括羽绒)，使得羽绒朵绒具有改善的洗涤之后的干燥性和增强的处理性以及耐聚集性。更具体而言，羽绒朵绒在其上具有拒水、抗菌、低摩擦的固化乙酸锆面层。不同处理方法可以用于以乙酸锆溶液来处理羽绒朵绒以赋予拒水性，一种这样的处理方法在例如第4,537,594号美国专利中公开，其全部内容通过引用并入本文。该方法包括向羽绒朵绒施用可固化乙酸锆的水性乳剂，并且固化所述聚合物。该乳剂可以通过例如尽染法(exhaustion)施用。在施用所述共聚物之前彻底清洁羽毛，其可以通过水洗，随后部分除水以使剩余水分含量为按完全干燥的羽毛的重量计5％至45％来完成。共聚物可以在130摄氏度至170摄氏度下固化。

或者，羽绒/天然纤维的拒水性可以使用不同的技术来产生，所述技术不仅限于湿浴法或干喷法。各种表面能改变技术(其在本领域是公知的，例如等离子体处理)也可以用于处理羽绒朵绒以提供拒水性。这种处理或方法在第4,869,922号美国专利、第5,262,208号美国专利、第5,895,558号美国专利、第6,416,633号美国专利、第7,510,632号美国专利、第8,309,033号美国专利和第8,298,627号美国专利中说明，其全部内容通过引用并入本文。

优选的短切合成/人造纤维可以具有0.5旦尼尔至15旦尼尔之间的纤维旦尼尔数或线密度。然而，超过15旦尼尔的纤维还可以与本发明的可吹入式隔热材料组合使用。短切纤维可以具有在5mm至25mm范围内的长度，并且可以与天然纤维气动混合以得到如上所述的均匀混合物。优选的由合成/人造纤维制成的纤维球可以具有例如0.5旦尼尔至15旦尼尔之间的纤维旦尼尔数或线密度。其他优选实施方案使用了包含经拒水剂涂布或经润滑剂涂布的纤维和/或干纤维和/或粘合纤维的纤维混合物。例如，本发明的短切合成/人造纤维可以用任何增滑剂或润滑剂涂布以提供拒水性。在本发明中使用的合成纤维/人造纤维包括但不限于有卷曲或无卷曲的实心、空心型以及其他截面形状。还可以使用在外层上有粘合剂的纤维用于本合成/人造纤维。

在本发明中所使用的用于生产短切合成/人造纤维的材料在第7,682,693号美国专利中描述，其全部内容通过引用并入本文。根据一个实施方案，短切合成/人造纤维包含聚酯纤维，其具有0.5至15旦尼尔的平均尺寸并且被增滑剂涂布且卷曲，纤维被切至5mm至25mm的长度并被打开。聚酯纤维可以例如如本领域所知通过挤出聚酯纤维而获得。本发明的一个重要方面是聚酯纤维需要具有一定的平均尺寸，即一定的截面大小。被挤出的聚酯纤维需要增滑。这通过用增滑剂，优选例如第3,454,422号美国专利中所述的聚硅氧烷增滑剂来涂布纤维而获得。增滑剂使得纤维易于打开，从而提供纤维的相互分离。或者本发明的纤维可以用其他增滑剂来增滑，所述增滑剂在一些应用中可以是有利的，例如如第6,492,020B1号美国专利中所述的聚亚烷基氧化物和其他聚合物例如聚酯或聚乙烯或聚亚烷基聚合物的嵌段共聚物，增滑剂的重量百分数为每份纤维重量的约0.1％至约1.2％。

为了获得本发明的可吹入式隔热材料的期望性能，必须提供具有卷曲的聚酯纤维。合适的卷曲的一个实例是所谓的Z形卷曲，也称为机械卷曲。该类型的卷曲(其本身是已知的)通过使一束挤出纤维通过两个卷曲辊之间的窄隙来获得。机械卷曲方法的其他实例在EP 929700A1和第6,492,020号美国专利中述及。另一卷曲类型是螺旋卷曲。不同于二维的Z形卷曲，螺旋卷曲是三维的。螺旋卷曲可以通过例如在第3,050,821号美国专利、第3,118,012号美国专利、EP 929700A1和第6,492,020B1号美国专利中所述的方法获得。优选地，卷曲频率被调节为使得各被切断的纤维在给定的切段长度下具有至少一个或两个卷曲。此外，应当理解实心和空心纤维两者、以及具有不同截面的纤维均可以使用。

根据一个实施方案，短切合成/人造纤维可以完全打开并且与天然纤维或材料混合。这种打开和混合方法在例如第7,074,242号美国专利中描述，其全部内容通过引用并入本文。该方法可以包括以下步骤：获得天然绒羽；根据预定的洗涤方法洗涤绒以产生经制备的羽绒；根据预定的混合方法将经制备的羽绒与短切合成/人造纤维混合以产生填充材料。混合步骤通过将至少50重量％的经制备的绒与短切合成/人造纤维或纤维球混合来进行。洗涤步骤通过以下子步骤进行：(a)用热肥皂水洗涤羽绒；(b)用热水漂洗羽绒；(c)用冷水漂洗羽绒；(d)处理羽绒朵绒以获得拒水性；(e)干燥经漂洗的羽绒和(f)将经干燥的绒除尘并冷却。干燥子步骤通过将40磅经洗涤的羽绒在大致105摄氏度的温度下干燥大致20分钟来进行。除尘和冷却子步骤还可以包括将臭氧注入绒，并且可以使用筛式离心机来进行。

根据本发明的一个实施方案，用于制造本发明的可吹入式隔热材料的方法包括以下步骤：

(1)处理天然纤维或材料以提供拒水性。在该过程期间，如果必要天然纤维或材料可以被打开、清洁、洗涤并干燥。用于拒水性的处理可以在干性或湿性条件下完成，但干法是优选的方法。

(2)打开短切合成/人造纤维并且与天然纤维或材料混合。混合步骤可以用干法或湿法进行，但干法是优选的方法，其中使用受控的空气流将羽绒朵绒进料至存储/混合室，在此之前羽绒朵绒遇到来自相反方向的携带完全打开的短切纤维的另一空气流，由此羽绒朵绒和短切纤维两者均匀混合。该气动混合方法是混合的优选方法，以实现极少的羽绒朵绒破坏，从而实现最高的可能蓬松度。为了更好的结果，优选采取至少100kg的批量。

(3)如果应用合适也可以选择纤维球代替短切纤维。

因此，在本发明的可吹入式隔热材料中，短纤维或纤维球气动地夹在羽绒朵绒的具有结的毛刺和小毛刺之间，即，由合成纤维形成的短纤维均匀地不可分离地组合于其中，使得可以将短纤维的性能赋予绒。

所产生的具有新颖性、创造性的可吹入式隔热材料例如示于图1，其具有以下特征：

(1)其具有优越的耐久性，表现在其可以比如今在市场上可得的那些承受多出很多的洗涤和洗熨循环。发明材料在重复洗涤和洗熨期间表现出优良的拒水性，而没有任何聚集或打结。

(2)即使当暴露于湿性条件，其也具有优良的隔热性能。

(3)在其为了拒水性用化学品处理之后，保持了天然绒纤维的蓬松度。

(4)当与100％绒隔热物相比时其提供了显著的成本优势。然而，已发现必须使用至少50重量％的天然绒纤维以获得本发明的有利特征。

(5)由于气动混合而产生的最终混合产品的优越的压缩性能。

各种其他可变因素可以被修改以获得对可吹入式隔热材料的期望效果。本领域技术人员将理解，这些其他因素可以为了其期望目的而被优化，而不超过本发明的范围。

用于评估本发明的可吹入式隔热材料物理性能的一些示例性测试方法如下：

EN 13543：2002-用羽毛和绒填充的制品，其用于测量填充材料的吸水性；

AATCC法，用于研究衣物的耐洗涤性和耐洗熨性；

IDFB 10B法，用于测量蓬松度；

IDFB法-测量可吹入式隔热物的干燥时间；及

ISO 11092-在稳态条件下对耐热性和防水蒸汽性的测量。

用这些测试获得的测试结果如下：

(1)吸水性测试：EN13543-与普通羽绒朵绒相比低至10分之一的水重量。

(2)干燥时间：IDFB法-与普通羽绒朵绒相比快至5倍的干燥时间。

(3)干隔热性和湿隔热性：ISO-在湿性条件下保持了干隔热性的90％。

(4)蓬松度测量：IDFB 10B-与化学处理之前的绒相同的经处理的绒的蓬松度。

(5)蓬松度测量：IDFB 10B-在添加30％至40％的短切合成纤维之后，获得未混合的绒的80％至90％的蓬松度。

(6)耐洗涤性分析：AATCC 135-性能通过，未观察到聚集或打结。

本发明还考虑到使用上文未讨论的人造纤维混合物或天然纤维混合物和人造纤维混合物的混合物。这些混合范围限制了平均纤维直径以确保高水平的隔热性能。在一些实例中，与引用专利所限定的相比更大的平均纤维直径可以是期望的。例如，如果最终产品是枕头或室内装饰，并且抗压刚度是重要要求，可以使用相对大直径的纤维。

同样根据应用，将如此形成的呈混合物的可吹入式隔热材料与其他纤维例如其他天然和/或人造纤维或材料根据所需求的期望结果混合可以是期望的。

因此，通过本发明将实现其优势，并且虽然优选实施方案在本文中已被公开且详细描述，但本发明的范围不应当受其限制，其范围应当由所附权利要求决定。

Claims (23)

1.一种可吹入式隔热材料，其包含：

天然纤维和短切合成纤维或纤维球。

2.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述天然纤维被拒水剂处理以赋予拒水性。

3.根据权利要求2所述的可吹入式隔热材料，其中拒水的所述纤维构成所述可吹入式隔热材料的一部分或大部分。

4.根据权利要求2所述的可吹入式隔热材料，其中所述用于产生拒水性的化学品是拒水、抗菌、低摩擦的固化的乙酸锆溶液。

5.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述天然纤维选自毛、棉、亚麻、动物毛、丝和天然绒。

6.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述短切合成纤维具有0.5至15之间的旦尼尔数。

7.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述短切合成纤维具有5mm至25mm之间的切段长度。

8.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述短切合成纤维被增滑剂或润滑剂涂布以提供拒水性。

9.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述合成纤维选自聚酰胺、聚酯、丙烯酸类、乙酸酯、尼龙、聚烯烃及其组合。

10.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述天然纤维是羽绒朵绒，其中所述短切合成纤维夹在所述羽绒朵绒的毛刺中。

11.根据权利要求1所述的可吹入式隔热材料，其中所述隔热材料包括冬衣、睡袋、枕头或加芯被的一部分。

12.一种用于制造可吹入式隔热材料的方法，包括以下步骤：

使天然纤维与短切合成纤维或纤维球气动混合。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述天然纤维用拒水剂处理以赋予拒水性。

14.根据权利要求13所述的方法，其中用于赋予拒水性的化学品是拒水、抗菌、低摩擦的固化的乙酸锆溶液。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述天然纤维选自毛、棉、亚麻、动物毛、丝和天然绒。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述短切合成纤维具有0.5至15之间的旦尼尔数。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述短切合成纤维具有5mm至25mm之间的切段长度。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述短切合成纤维用增滑剂或润滑剂涂布以提供拒水性。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述合成纤维选自聚酰胺、聚酯、丙烯酸类、乙酸酯、尼龙、聚烯烃及其组合。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述天然纤维是羽绒朵绒，其中所述短切合成纤维夹在所述羽绒朵绒的毛刺中。

21.根据权利要求12所述的方法，其还包括将所述隔热材料引入衣物、睡袋、床上用品或使用羽绒的其他隔热产品的步骤。

22.根据权利要求2所述的可吹入式隔热材料，其中使用包括等离子体处理的能量改变技术来产生所述拒水性。

23.根据权利要求13所述的方法，其中使用包括等离子体处理的能量改变技术来产生所述拒水性。