具有增強的耐久性和拒水性的可吹入式隔熱材料的制作方法
【專利說明】具有増強的耐久性和拒水性的可吹入式隔熱材料
[0001]本申請要求2013年I月22日提出的第61/755，195號美國臨時專利申請和2013年3月15日提出的第61/791，914號美國臨時專利申請的優先權益，二者的內容通過引用并入本文。
技術領域
[0002]本發明涉及類絨隔熱材料及其制造方法。
【背景技術】
[0003]已進行了很多嘗試以獲得具有類絨品質的隔熱材料用于隔熱物例如衣物、睡袋、加芯被等。先前開發可行材料的努力通常產生過重和過致密而不能被認為是類絨的材料。
[0004]該情況的例外是例如Donovan的第4，588，635號美國專利，其公開了優越的合成絨，并特別涉及通過使用細纖維的低密度集合物而獲得的重量輕的隔熱系統，并且描述了一系列纖維混合物，當用于制造隔熱氈時其提供了有利的類絨品質，例如高的保暖對重量比、柔軟的手感和良好的壓縮回復性。該材料接近，在一些情況下可能甚至超過了天然絨的隔熱性能。然而從機械角度來看，極細的纖維承受著剛度和強度的不足，使得其難以生產、操作和使用。這種合成隔熱材料的回復性能通過更大的纖維直徑來增強，但大纖維組分的增加將嚴重降低總體隔熱性能。在潮濕條件下，與細纖維集合物的機械穩定性相關的問題加劇，原因是與毛細水的存在有關的表面張力比由重力或其他正常使用載荷所產生的那些顯著更大，其對結構的有害影響大得多。然而，不同于水鳥絨，所公開的所述纖維組合物提供了優良的抗濕性。
[0005]另一個例外是Donovan等人的第4，992，327號美國專利，其公開了使用粘合纖維組分以提高隔熱物的完整性，而不犧牲期望的性質。更具體而言，其中所公開的發明涉及呈粘合纖維結構形式的合成纖維隔熱材料，其結構包含以下的集合物:(a) 70至95重量百分比的直徑3至12微米的合成聚合微纖維；和(b) 5至30重量百分比的直徑12至50微米的合成聚合巨纖維，該結構的特征在于至少一部分纖維在其接觸點粘合，該粘合使得所產生的結構的密度在3至16kg/m3的范圍內，粘合集合物的隔熱性能等于或不大幅小于類似的非粘合集合物的隔熱性能。該參考文獻還描述了優選纖維混合物的類羽絨的朵絨狀物的形式。該專利還公開了朵絨狀物形式與氈形式相比顯著的性能優勢。
[0006]然而，這些現有技術的朵絨狀物通常在緩慢、冗長的分批過程中手工制造。此外，現有技術材料不是可以以傳統的制造設備使用的易吹入材料。因此，需要可以用作絨的部分或完全替代物的可吹入式材料，其可以使用傳統的設備制造和吹入。
[0007]部分作為該需要的結果，開發了可吹入式隔熱朵絨狀物，如第6，329，051號美國專利所述。‘651專利描述了由切碎的粘合氈或粘合網制成的可吹入式朵絨狀物。該網或氈經描述為與Donovan的‘327專利中所述相同的纖維混合物。通過切碎由‘327專利中所述的材料形成的氈或網，發現朵絨狀物獲得了包括蓬松和隔熱性能的類羽絨品質。與天然材料形成混合物的這種朵絨狀物在第6，329，052號美國專利中描述。注意，前述專利的公開內容通過引用全部并入本文。
[0008]另一個實例在第7，790，639號美國專利中公開，其涉及由天然纖維制成的可吹入式隔熱材料及混合物。
[0009]盡管上述可吹入式隔熱材料易于以傳統風機吹入，并且可以用作絨或類絨隔熱材料的部分或完全替代物，然而當未適當使用時其在重量和耐洗性方面存在問題。這些材料在洗熨期間可以變濕，并且可以由于聚集而永久失去其隔熱性能。‘051和‘052專利的可吹入式隔熱朵絨狀物僅包括合成纖維。相比之下，本發明涉及提供由天然纖維和短切合成纖維制成的可吹入式隔熱材料。

【發明內容】

[0010]本發明的目標是提供可吹入式隔熱材料以用作羽絨的部分或完全替代物。
[0011]本發明的一個實施方案是包含天然纖維和短切合成纖維和/或纖維球混合物的可吹入式隔熱材料。該隔熱材料可以用于冬衣、睡袋、加芯被、枕頭等。天然纖維可以用拒水劑處理以賦予纖維拒水性。拒水纖維可以構成可吹入式隔熱材料的一部分或大部分，從而增強結構的耐久性以及拒水性，其在洗滌或洗熨期間可以是有利的。用于賦予拒水性的化學品可以是任何類型的拒水劑，包括但不限于碳氟化合物、聚硅氧烷和蠟乳劑。根據一個實施方案，乙酸鋯的溶液由于其環境安全性是優選的。然而，用于賦予拒水性的化學處理可以是例如在第4，537，594號美國專利中描述的那些中的任一種。天然纖維本身可以是毛、棉、亞麻、動物毛、絲和絨中的任一種，不過天然絨是最優選的材料。或者，可以使用不同技術來賦予絨/天然纖維拒水性，所述技術不僅限于濕浴法或干噴法。各種表面能改變技術(其在本領域是公知的，例如等離子體處理)也可以用于處理羽絨朵絨以提供拒水性。短切合成纖維可以具有0.5至15之間的旦尼爾數，并且可以具有5mm至25mm之間的切段長度。短切合成纖維可以用增滑劑或潤滑劑涂布以提供拒水性。所使用的合成纖維可以包括例如在第7，682，693號美國專利和第7，704，242號美國專利中所述的那些。在優選實施方案中，天然纖維是羽絨朵絨，并且短切合成纖維夾在羽絨朵絨的毛刺中。如果期望，也可以使用在第4，618，531號美國專利和第5，218，740號美國專利中所述的纖維球代替短纖維。
[0012]雖然此處稱為羽絨朵絨，但“羽絨朵絨”包括羽絨、天然絨、絨羽、羽絨朵絨及其組入口 ο
[0013]本發明的另一個實施方案是制造可吹入式隔熱材料的方法，其包括將天然纖維與短切合成纖維混合的步驟。隔熱材料可以用于冬衣、睡袋、加芯被等。天然纖維可以用拒水劑處理以賦予纖維拒水性。拒水纖維可構成可吹入式隔熱材料的一部分或大部分，由此增強結構的耐久性和拒水性，這在洗滌和洗熨期間可以是有利的。用于賦予拒水性的化學品可以是任何類型的拒水劑，包括但不限于碳氟化合物、聚硅氧烷和蠟乳劑。根據一個實施方案，乙酸鋯的溶液由于其環境安全性是優選的。然而，用于賦予拒水性的化學處理可以是例如在第4，537，594號美國專利中描述的那些中的任一種。或者，可以使用不同技術來賦予絨/天然纖維拒水性，所述技術不僅限于濕浴法或干噴法。各種表面能改變技術(其在本領域是公知的，例如等離子體處理)也可以用于處理羽絨朵絨以提供拒水性。天然纖維本身可以是毛、棉、亞麻、動物毛、絲和絨中的任一種，但天然絨是最優選的材料。短切合成纖維可以具有0.5至15之間的旦尼爾數，并且可以具有5mm至25mm之間的切段長度。短切合成纖維可以用增滑劑或潤滑劑涂布以提供拒水性。所使用的合成纖維或纖維球可以包括例如在第7，682，693號美國專利、第7，704，242號美國專利、第4，618，531號美國專利和第5，218，740號美國專利中所述的那些。在優選實施方案中，天然纖維是羽絨朵絨，并且短切合成纖維纏在羽絨朵絨的毛刺中。
[0014]雖然此處稱為羽絨朵絨，但“羽絨朵絨”包括羽絨、天然絨、絨羽、羽絨朵絨及其組入口 ο
[0015]作為本發明新穎特征的各種特征在附于本公開且形成本公開的一部分的權利要求中特別指出。為了更好地理解本發明、其運作優勢、和通過其使用而實現的特定目標，參照所附的說明材料，其中闡述了本發明的優選實施方案。
[0016]因此通過本發明將實現其目標和優勢，其說明應當結合以下的詳細說明來理解。
【具體實施方式】
[0017]在本發明的一個實施方案中，可吹入式隔熱材料包含天然纖維和短切合成纖維或纖維球的均勻混合物，其中混合物是可吹入的并且具有期望的類絨品質。
[0018]被認為在本發明范圍內的天然纖維或材料包括但不限于毛、棉、亞麻、動物毛、絲、絨以及其他天然纖維或材料。然而，在優選實施方案中，天然纖維是羽絨朵絨。雖然本文稱為羽絨朵絨，但“羽絨朵絨”包括羽絨、天然絨、絨羽、羽絨朵絨及其組合。天然纖維或材料可以被處理以提供拒水性。在該過程中可以使用若干拒水化學品，然而，優選的化學品是乙酸鋯的特定聚合物溶液，其可以產生持久的拒水性而對天然纖維或材料的蓬松度無負面作用，且對環境無負面影響。
[0019]根據一個實施方案，提供了具有拒水、抗菌、低摩擦的固化乙酸鋯面層的朵絨狀物(包括羽絨)，使得羽絨朵絨具有改善的洗滌之后的干燥性和增強的處理性以及耐聚集性。更具體而言，羽絨朵絨在其上具有拒水、抗菌、低摩擦的固化乙酸鋯面層。不同處理方法可以用于以乙酸鋯溶液來處理羽絨朵絨以賦予拒水性，一種這樣的處理方法在例如第4，537，594號美國專利中公開，其全部內容通過引用并入本文。該方法包括向羽絨朵絨施用可固化乙酸鋯的水性乳劑，并且固化所述聚合物。該乳劑可以通過例如盡染法(exhaust1n)施用。在施用所述共聚物之前徹底清潔羽毛，其可以通過水洗，隨后部分除水以使剩余水分含量為按完全干燥的羽毛的重量計5%至45%來完成。共聚物可以在130攝氏度至170攝氏度下固化。
[0020]或者，羽絨/天然纖維的拒水性可以使用不同的技術來產生，所述技術不僅限于濕浴法或干噴法。各種表面能改變技術(其在本領域是公知的，例如等離子體處理)也可以用于處理羽絨朵絨以提供拒水性。這種處理或方法在第4，869，922號美國專利、第5，262，208號美國專利、第5，895，558號美國專利、第6，416，633號美國專利、第7，510，632號美國專利、第8，309，033號美國專利和第8，298，627號美國專利中說明，其全部內容通過引用并入本文。
[0021]優選的短切合成/人造纖維可以具有0.5旦尼爾至15旦尼爾之間的纖維旦尼爾數或線密度。然而，超過15旦尼爾的纖維還可以與本發明的可吹入式隔熱材料組合使用。短切纖維可以具有在5mm至25mm范圍內的長度，并且可以與天然纖維氣動混合以得到如上所述的均勻混合物。優選的由合成/人造纖維制成的纖維球可以具有例如0.5旦尼爾至15旦尼爾之間的纖維旦尼爾數或線密度。其他優選實施方案使用了包含經拒水劑涂布或經潤滑劑涂布的纖維和/或干纖維和/或粘合纖維的纖維混合物。例如，本發明的短切合成/人造纖維可以用任何增滑劑或潤滑劑涂布以提供拒水性。在本發明中使用的合成纖維/人造纖維包括但不限于有卷曲或無卷曲的實心、空心型以及其他截面形狀。還可以使用在外層上有粘合劑的纖維用于本合成/人造纖維。
[0022]在本發明中所使用的用于生產短切合成/人造纖維的材料在第7，682，693號美國專利中描述，其全部內容通過引用并入本文。根據一個