添加天然材料的合成纤维及其制备方法

摘要

在合成纤维(1)的得到的体积中，天然材料的体积含量为0.5％至45％。将天然材料研磨成颗粒(2)的形式，所述颗粒(2)具有不规则形状，其长度与宽度不同，其中，天然材料的颗粒(2)的长度(L)的值为合成纤维(1)的直径的10％至120％，并且和颗粒的宽度(W)为颗粒(2)的长度(L)的25％至75％。同时，颗粒(2)的宽度(W)不超过合成纤维(1)的横截面直径(D)的50％。大麻、黄麻、亚麻、棉、剑麻、洋麻、木材、纤维素、木质纤维素、椰子、坚果壳、淀粉、小麦、沸石都可以用作天然材料。基础合成聚合物组分包括至少一种热塑性聚合物，例如聚烯烃，例如聚乙烯PE或聚丙烯PP。在纤维化之前，将研磨的颗粒(2)形式的天然材料添加到熔体中，然后将基础材料和天然材料的颗粒(2)的混合物混合至少5分钟。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在合成纤维的制备过程中插入或添加天然材料的方法，该方法实现了合成纤维以及由这样的纤维制备的织物的新特性。添加天然材料的合成纤维本身也是本发明的主题。

背景技术

在纺织工业中使用例如基于聚酯、聚酰胺、聚丙烯的合成纤维；它们具有优异的隔热特性，它们质轻且廉价。用合成纤维织造的织物触摸起来感觉是人造的，它们是带静电的，会引起皮肤过敏反应。模拟天然纤维如棉、羊毛、亚麻、丝的努力已经使得将天然纤维添加到基础合成材料中。合成纤维的制备条件不利于保持天然纤维的特性。高温和高压会导致天然纤维的变性；它们经常燃烧、碳化，并且它们对得到的纤维的影响消失。

公开案CN107325505公开了一种织物材料，其中添加了多种天然材料，例如椰子纤维或竹纤维。热稳定物质是混合物的一部分。

文件AU2007361791涉及合成纤维的制备方法，其中将比例为质量的5％至50％的微胶囊添加到基础材料中。微胶囊包含植物油。来自这些纤维的纤维和织物散发出植物的气味。

根据CZ29526U1的文件公开了将纤维素或椰子的纤维添加到复合材料中以制备注射的注塑部件。这种解决方案不能用于需要小直径的纤维，例如用于纺织织物。根据CZ20110852的使用木浆纤维的解决方案具有类似的有限用途。

公开案EP 3342902 A1公开了合成纤维，其中添加了植物提取物，其份额为质量的0.1至30％，其中颗粒的直径小于或等于100μm。文件US 20130034620 A1公开了一种在制备纤维期间添加植物颗粒的方法。植物提取物的活性物质在高温的作用下降解，并且得到的纤维的所得特征仅在很小程度上受到植物提取物的影响。

根据SK 942015U1的文件公开了将粒径为6至12μm的细纤维素以1至20％的质量比添加到聚丙烯载体中，以制备用于纺织品的纤维。添加的天然材料的纤维基础本身仅在很小的程度上显示在得到的纤维的外表面上。

其他公开案，例如WO2017183009、CN103255487、CA2647567，公开了将各种天然纤维添加到合成纤维的基础材料中。已知方法的缺点是使用天然材料的有效性低，该天然材料在制备过程中会降解，并且本身仅以很小的程度显示在得到的形式的合成纤维的表面上。这样的解决方案是期望的并且是未知的：它将显著提高合成纤维的使用价值，主要是其用于转移和调节湿度的特征，从而保留了合成基础的强度特征。

发明内容

具有来自天然材料的掺合物的合成纤维可以显著弥补上述缺陷，其中合成纤维包含纤维化基础材料形式的聚合物，并且其中天然材料具有单独的颗粒的形式，所述颗粒存在于根据本发明的基础材料中，其本质在于，合成纤维的得到的体积中天然材料的体积含量份额为0.5％至45％。已证明关于得到的用途特征，1％至15％的份额是优选的。根据天然材料的密度，提到的体积百分比可以等于质量百分比。

天然材料的单独的颗粒具有不规则形状，其本身在各个方向上显示不同的外部尺寸；天然材料的单独的颗粒通常在垂直于长度尺寸的方向上具有与该尺寸不同的长度。天然材料的颗粒的较大尺寸的值是得到的合成纤维的横截面直径的10％至120％，而天然材料的颗粒的较小尺寸的值是所述颗粒的较大尺寸的25％至75％，由此它不超过合成纤维的横截面直径的50％。在优选的设置中，天然材料的颗粒的较大尺寸是得到的合成纤维的横截面直径的30％至80％。天然材料的颗粒的较大尺寸可以被认为是颗粒的长度，较小的直径或垂直于长度取向的直径分别可以被视为颗粒的宽度。在天然材料的大多数(超过50％，通常超过85％)值的情况下，将保持得到的尺寸比率，由此天然材料的颗粒的其余部分将不满足该标准并非是不可能的。天然材料的单独的颗粒的尺寸和比率标准的满足将受到天然材料的颗粒的制备和选择技术的影响，例如受到研磨和筛分的选择的影响。

其中得到的合成纤维中天然材料的体积含量为1％至15％的设置证明是优选的，最终该体积含量精确地涉及满足上述尺寸比率的天然材料的那些颗粒。

本文中的得到的合成纤维的术语“直径”或“尺寸”表示不受天然纤维的颗粒影响的区域中的合成纤维的直径或尺寸；因此，它是合成纤维的主要直径或尺寸，该合成纤维从熔体中被纤维化成该直径或尺寸。在天然材料的颗粒的一部分从其表面突出的位置，合成纤维的实际尺寸可以在其大部分长度上大于合成纤维的直径；在这样的位置，具有突出的天然材料的颗粒的合成纤维的外部尺寸将由天然材料的颗粒的尺寸和取向来限定。在这种情况下，得到的纤维的术语“直径”或“尺寸”应理解为紧挨着天然材料的突出颗粒测量的直径或尺寸。

根据本发明的天然材料的颗粒的形状和尺寸导致合成纤维的表面受到相应位置中颗粒的存在的影响(affected)(影响(influenced))，而聚合物基础在该纤维方向上没有完全中断。这种影响主要表现为破坏了合成纤维的光滑表面。颗粒引起表面变形和/或其部分从表面突出和/或导致在合成纤维的表面上形成开口，由此来自表面的开口在内部延伸，并由合成纤维内部的颗粒表面界定。所有提及的表现形式均形成表面不规则性，从而导致合成纤维的新用途价值。当使用根据本发明的天然材料的颗粒时，合成纤维在合成纤维的长度上具有至少一种表面不规则性，其中该长度是合成纤维的横截面直径的五倍。

天然材料的颗粒之间的尺寸比和纤维的尺寸对得到的合成纤维的基本特征具有重要影响。所添加的天然材料的多种体积或质量比在现有技术中是已知的。但是，如果没有将添加的材料的颗粒尺寸与得到的纤维的尺寸联系起来，则添加的天然材料的使用效率非常低；这种材料的大部分就像是在纤维内部封闭、关闭(或浸没)一样，这使机械性能(主要是抗张强度)变差，但不会为得到的纤维增加期望的特征。当根据现有技术添加天然材料时，天然材料的颗粒仅少量出现在得到的纤维的表面上，基本上随机地以天然材料的纤维末端的形式出现。按照现有技术，以达到增加天然材料的颗粒在得到的纤维表面上的出现为目的增加天然材料的体积，在技术上导致其机械性能变差，最终甚至导致纤维在制备或加工过程中断裂。与此相反，根据本发明的设置导致天然材料的影响的显著增加，而无需将其份额增加到使其他性能、主要是机械性能变差的比例。

这些具有聚合物基础的合成纤维中的大多数具有圆形横截面，该圆形横截面源自于以塑性状态从材料中拉出、延伸纤维。天然材料的颗粒通过研磨(磨碎)产生，必要的部分通过筛分分离。颗粒的微观形状主要受天然材料的物理基础和所使用的研磨技术的影响。大麻、黄麻、亚麻、棉、剑麻、洋麻、木材、纤维素、木质纤维素、椰子、坚果壳、淀粉、小麦、沸石都可以用作天然材料。将天然材料清洁并研磨成期望的部分。

根据本发明的天然材料的颗粒基本上不具有纤维性质，但是它们由单独的碎片形成。在天然材料的制备过程中，没有发生明显的纤维化，但是存在研磨并反复破碎成较小的颗粒。由于该原因，与天然材料的纤维化形式中常见的相比，颗粒具有在降解之前更好地保护天然材料的芯的形状。

迄今为止，合成基础与天然材料的连接已经基于各种类型的天然材料的纤维化，并且已经将各种长度的这样的纤维制成了合成基础。当拉动纤维时，天然材料已沿拉动方向取向，并且已在大表面上暴露于高温，这导致天然材料的原始特性降低。根据本发明的合成纤维包括非纤维形式的天然材料，其中颗粒的较大尺寸不大于颗粒的较小尺寸的四倍。同时，颗粒的较大尺寸与合成纤维的直径相当。由于该原因，得到的合成纤维中的颗粒可以使其自身在不同的方向上取向。当体积份额大于0.5％，优选大于1％时，至少一部分颗粒通过统计随机分布接近合成纤维的表面，这影响了表面，主要是它破坏了表面的完整性。尺寸限制适用于天然材料的统计学上显著的部分；可能的是，天然材料的较小部分将具有尺寸参数不同的纤维或颗粒形式。颗粒的尺寸特征例如可以根据高斯曲线在上述范围内分布。

在合成纤维的延伸过程中，处于塑性状态的基础材料会流动；在拉动过程中，其横截面轮廓减小。但是，在这种塑性转变过程中，天然材料的颗粒基本上表现为固体异物；合成材料通过粘附力与天然材料的颗粒结合，该粘附力在塑性转变过程中传递剪切应力，但是天然材料的颗粒本身基本上不会变形。由于这种机制，在延伸合成纤维的过程中，天然材料的颗粒表面的部分到达合成材料外表面的附近，这以在合成纤维的表面上产生表面不规则性的方式对其产生影响。

合成纤维和天然材料的基本质量(物质)之间的描述的体积比以及所描述的天然材料的颗粒相对于得到的合成纤维的尺寸的描述的尺寸比是重要的，使得不存在物理分解，合成纤维的分离，但同时通常会出现表面不规则性。

已证明整个聚合物范围对于根据本发明的合成纤维的制备是优选的。优选地，合成聚合物组分包含至少一种热塑性聚合物。例如，可以使用聚烯烃，例如聚乙烯PE或聚丙烯PP。可以使用丙烯酸聚合物，例如聚丙烯腈PAN。可以使用聚酰胺，例如尼龙6或尼龙66，或聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。碱性合成聚合物组分可以相对于半合成材料的总质量以约60至97.5％，优选约80至97％范围内的所有量存在。聚合物的混合物可以包含在合成聚合物组分中。

为了保护天然材料的颗粒在较高的温度和压力下免于降解，优选使用体积份额为得到的混合物的2至15％的改性剂。作为改性剂，可以使用线性反应性的聚二甲基硅氧烷和/或N,N-双-硬脂酰基-乙二胺型的酰胺蜡和/或乙烯丙烯酸共聚物的镁离聚物和/或正磷酸铁。还优选向合成材料混合物中添加紫外线稳定剂，例如混合的高级脂肪酸酯和2,2,6,6-四甲基哌啶醇。

现有技术的不足也明显通过合成纤维的所述制备方法得到了弥补，该方法包括根据本发明在150℃至240℃的温度范围内使熔体纤维化，其本质在于，在纤维化之前，占得到的体积中0.5％至45％的天然材料被添加到熔体；天然材料具有研磨的(磨碎的)颗粒的形式，其中天然材料颗粒的较大尺寸的值是得到的合成纤维横截面直径的10％至120％，而天然材料的颗粒的较小尺寸的值为颗粒的较大尺寸的25％至75％，由此其不超过得到的合成纤维横截面直径的50％，并且随后将基础材料和天然材料的颗粒的混合物混合至少5分钟，优选15分钟。为了降低天然材料的颗粒的颗粒降解率，熔体的纤维化温度将低于200℃，由此基础合成材料以及最终改性剂的选择将为此进行调节。

已证明逆流混合是优选的，其中熔融的合成材料的混合物从至少两个彼此相对取向的方向流动到共同的空间，在该共同的空间中发生各液流的湍流混合和基本上随机定向的混合。

在天然材料的颗粒在基础合成物质中获得足够均匀的分布之后，通过常规方法将熔体纤维化。这也是所提出的发明的优点，其不需要特殊或不同的机器设备。所公开的天然材料的颗粒的比例和尺寸不会引起制备工艺流程的显著变差。

在与熔融的基础合成材料混合之前，先将天然材料研磨成期望的级分。由于研磨产生不同的级分，因此优选的是，在具有不同的网眼尺寸的筛上分离天然材料的颗粒。

借助于根据本发明的天然材料制备的不同类型的表面不规则性引起合成纤维的多个特征的显著改善，以及随后也引起由该合成纤维织造的织物或布的多个特征的显著改善。根据本发明的合成纤维具有优异的隔热特性，它们极好地带走液体和汗液，它们轻便、耐用且廉价，并且允许使用来自原材料的再循环来源。它们的触感也令人舒适，它们在皮肤上感觉良好，不带静电，不会引起皮肤过敏反应，并且可以很好地消除异味。气味的捕获明显高于已知纤维的情况，由于这些原因，根据本发明的纤维制成的织物或布可以优选用于内衣。根据本发明的纤维的不规则表面防止静电荷的产生，这改善了使用者的感觉。根据本发明的合成纤维的织造和其他处理是没有限制的，并且可以使用迄今为止的现有技术。已经用相对小份额的天然材料实现了得到的合成纤维的优选的自然特征，因为借助优选的粒度测定法，这显著影响了合成纤维的表面层和区域。合成纤维的表面不规则性产生了纯天然纤维中已知的特征。

附图说明

借助图1至图6进一步公开了本发明。所描绘的尺寸和厚度的直径仅是说明性的。附图上的尺寸比不能解释为限制保护范围。

图1描绘了没有添加天然材料的颗粒的根据现有技术的合成纤维的视图，其中可见合成纤维的光滑、直接的表面。添加了另一种纤维以提高清晰度。

图2描绘了具有天然材料的颗粒的合成纤维。添加了另一种纤维以提高清晰度。虚线描绘了在纤维的横截面内部的颗粒的部分。在纤维下方描绘了具有标记的尺寸的放大的颗粒。

图3是代替天然材料的颗粒的合成纤维的剖视图。在图片的下部描绘了具有标记的尺寸的放大的颗粒。

图4上的图表描绘了在合成材料的各种密度下合成纤维的伸长率对细度的依赖关系。y轴表示以μm为单位的颗粒的尺寸值。

图5至图6是显微镜下合成纤维的照片。图5是没有添加天然材料的颗粒的根据现有技术的合成纤维。图6是具有天然材料的突出颗粒的合成纤维。

具体实施方式

在根据附图2至4的该实施例中，使用6种聚酰胺PA作为基础合成材料；其占得到的合成纤维1的物料的体积的90％。在研磨机中，将纤维素研磨或压碎，然后在筛上从压碎的物料中选择尺寸为8至12μm的颗粒2。在8至12μm的范围内的颗粒2的尺寸对应于长度L；颗粒2的宽度W在4至9μm的范围内，其为颗粒2的长度的25％至75％。

将天然材料的颗粒2添加到熔融的合成材料中，其中以2.5％体积添加N,N-双-硬脂酰基-乙二胺型的酰胺蜡(在该实施例中为Licowax C品牌)作为分散剂。

混合物在冷态下的密度为1.12g/cm

在该实施例中的混合物包含92％体积的聚丙烯和2.5％质量的天然材料的颗粒2，其中该实施例中的天然材料是纤维素。颗粒2的尺寸为10–15μm。

混合物的制备和生产方法与实施例1相似。混合物在冷态下的密度为0.91g/cm

将天然材料的颗粒2倒入流动的聚丙烯PP的熔融物料中并加入改性剂。使用圆形研磨盘(groundplan)将混合物从容器中转移(泵出)。喷嘴沿容器的圆周分布在单个平面中直到其底部，并且它们彼此相对地朝向容器内部径向取向。熔融的物料通过喷嘴流动进入容器，在容器中进行剧烈的湍流混合，从而使混合物迅速均匀化。

该混合物包含93％体积的聚丙烯PP和占2％质量的天然材料的颗粒2，其中在该实例中的天然材料是纤维素。颗粒2的尺寸为5–8μm。

混合物的制备和生产方法与实施例1相似。混合物在冷态下的密度为0.92g/cm

该混合物包含93％体积的聚对苯二甲酸乙二醇酯PET和3.5％质量的天然材料的颗粒2，其中在该实例中的天然材料是纤维素。颗粒2的尺寸为5–8μm。

混合物的制备和生产方法与实施例1相似。混合物在冷态下的密度为1.37g/cm

该混合物包含93％体积的聚丙烯PP和2％质量的天然材料的颗粒2，其中在该实例中的天然材料是沸石。颗粒2的尺寸为8–12μm。

混合物的制备和生产方法与实施例1相似。混合物在冷态下的密度为0.94g/cm

该混合物包含占90％体积的聚酰胺PA和7.5％质量的天然材料的颗粒2，其中在该实例中的天然材料是磨细的竹纤维。颗粒2的大小为8–12μm。

混合物的制备和生产方法与实施例1相似。混合物在冷态下的密度为1.15g/cm

该混合物包含93％体积的聚丙烯PP和7.5％质量的天然材料的颗粒2，其中在该实例中的天然材料是椰子纤维。颗粒2的尺寸为5–8μm。

混合物的制备和生产方法与实施例1相似。混合物在冷态下的密度为0.90g/cm

用于服装的纺织布是由具有天然材料的掺合物的合成纤维织造的。服装是隔热的，可以很好地带走汗液，触感舒适，消除异味，并且具有抗静电作用。

工业适用性是显而易见的。根据本发明，可以在工业上且重复地制备和使用具有天然材料的颗粒的合成纤维，其中由这些合成纤维制成的布具有将合成纤维的优点与天然材料的优点相结合的优选的特性。

相关符号和位置列表

1-合成纤维

2-颗粒

L-长度

W-宽度

D-直径

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种具有天然材料的掺合物的合成纤维，其中所述合成纤维(1)包含纤维化的基础材料形式的聚合物，并且其中所述天然材料具有存在于所述基础材料中的单独的颗粒(2)的形式，

其中所述合成纤维(1)的得到的体积中所述天然材料的体积含量为0.5％至45％，

所述颗粒(2)具有其中长度(L)与宽度(W)不同的形状，

所述天然材料的颗粒(2)的长度(L)为得到的合成纤维(1)的横截面直径(D)的10％至120％，

其特征在于，

所述天然材料的颗粒(2)的宽度(W)为所述颗粒(2)的长度(L)的25％至75％，

并且所述颗粒(2)的宽度(W)小于或等于所述合成纤维(1)的所述横截面直径(D)的50％。

2.根据权利要求1所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述天然材料的颗粒(2)的所述长度(L)为得到的合成纤维(1)的横截面直径(D)的30％至80％。

3.根据权利要求1或2所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述合成纤维(1)的所述得到的体积中所述天然材料的体积含量为1％至15％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，其在述合成纤维(1)的长度上具有至少一种由所述颗粒(2)引起的表面不规则性，其中所述长度是所述合成纤维(1)的直径(D)的五倍。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述颗粒(2)是经研磨过的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述天然材料是大麻和/或黄麻和/或亚麻和/或棉和/或剑麻和/或洋麻和/或木材和/或纤维素和/或木质纤维素和/或椰子和/或坚果壳和/或淀粉和/或小麦。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述天然材料是沸石。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述合成材料包含至少一种热塑性聚合物。

9.根据权利要求8所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述合成材料包含聚烯烃。

10.根据权利要求8所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，所述合成材料包含聚乙烯PE和/或聚丙烯PP和/或聚丙烯腈PAN和/或聚酰胺和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维，其特征在于，其包含改性剂，所述改性剂的量为所述合成纤维(1)的得到的质量的2％至15％，其中所述改性剂是线性反应性聚二甲基硅氧烷和/或N,N-双-硬脂酰基-乙二胺型的酰胺蜡和/或乙烯丙烯酸的镁离聚物共聚物和/或正磷酸铁。

12.一种纺织品，其具有根据权利要求1至11中任一项所述的具有天然材料的掺合物的合成纤维。

13.一种合成纤维的制备方法，其包括在150℃至240℃的温度下将熔体纤维化，

其中在所述纤维化之前，将构成得到的体积的0.5％至45％的天然材料添加到熔体中；

所述天然材料具有研磨的颗粒(2)的形式，其中所述颗粒(2)的长度(L)为得到的合成纤维(1)的横截面直径(D)的10％至120％，

其特征在于，

所述颗粒(2)的宽度(W)为所述颗粒(2)的所述长度(L)的25％至75％，

其中所述颗粒(2)的所述宽度(W)不超过所述得到的合成纤维(1)的横截面直径(D)的50％，

并随后将合成材料和所述天然材料的颗粒(2)的混合物混合至少5分钟。

14.根据权利要求13所述的合成纤维的制备方法，其包括熔体的纤维化，其特征在于，所述熔体在低于200℃的温度下被纤维化。

15.根据权利要求13或14所述的合成纤维的制备方法，其包括熔体的纤维化，其特征在于，混合所述基础材料和所述天然材料的颗粒(2)的混合物，由此使得熔融的合成材料的混合物从至少两个彼此相对取向的方向流入共同的空间中，由此在所述共同的空间中发生各液流的湍流混合。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

在现有技术中，特别是在对比文件D1中公开的特征，已移至权利要求1和13的前序部分。在这些权利要求的特征部分中保留了描述颗粒的长度(L)与宽度(W)的比率的特征。对比文件D1描述了颗粒尺寸和纤维直径之间的比率，它还描述了颗粒间距与颗粒尺寸的比率(L/d)，因此它描述了颗粒布局的密度，但是对比文件D1没有单独描述颗粒的长度(L)与宽度(W)的比率。该参数对于实现不同类型的表面不规则性同时又不损失期望的纤维的机械性能很重要。

对比文件D1没有考虑该参数，因为天然颗粒不是根据D1所述的保存在纤维芯中，而是纤维具有复合结构并且天然颗粒位于第二聚合物层中。该双组分结构具有一层，该层具有第一聚合物而没有天然颗粒。当将尺寸比转换成纤维的整个厚度时，根据D1的特征不同于本发明。

在对比文件D1的图2中未发现权利要求2中的特征，因为在图2中未标记这些测量值，并且当我们在纤维的外部尺寸中对聚合物的两层进行计数时，对比文件D1中的图2的该特征与权利要求2不同。

我们根据说明书对权利要求5进行了修改，其表明通过产生合适的特定形状的研磨制备颗粒。

为了更清楚起见，我们已将权利要求11中的语法错误从“线性地”校正为“线性”。

对权利要求13进行了修改，由此描述颗粒的宽度(W)与颗粒的长度(L)之间的关系的特征没有包括在对比文件D1中，该特征也没有包括在现有技术的其他文件中。在根据D1的方案中，这种关系不是必需的，因为天然颗粒仅放置在一层中。没有天然颗粒的层在纤维张力的方向上不被中断，这导致与本发明不同的结果。当纤维被通常使用的设备拉动时，与D1相比，本发明的特征在于技术的简化。混合时间是测量的结果，因此最终的混合材料是均匀的。

根据书面意见第6.3部分的建议，我们在权利要求13中将“基础”替换为“合成”。

我们认为，权利要求1和13是具备新颖性和创造性，其余权利要求从属于权利要求1和13。