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具有提高的可逆热性能的聚合物复合材料及其形成方法.pdf

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具有 提高 可逆 性能 聚合物 复合材料 及其 形成 方法
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摘要
申请专利号:

CN200680007727.6

申请日:

2006.02.23

公开号:

CN101208465A

公开日:

2008.06.25

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: D04H1/00 主分类号: D04H1/00
申请人: 奥特拉斯技术有限公司
发明人: M·C·马吉尔; M·H·哈特曼
地址: 美国科罗拉多州
优?#28909;ǎ?/td> 2005.3.11 US 11/078,656
专利代理机构: 中国国际贸?#29366;?#36827;委员会专利商标事务所 代理人: 任宗华
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法律状态
申请(专利)号:

CN200680007727.6

授权公告号:

101208465B||||||

法律状态公告日:

2012.12.19|||2008.08.20|||2008.06.25

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

公开了聚合物复合材料和制造聚合物复合材料的方法。在一个实施方案中,混合含相变材料的一组微胶囊与分散聚合物材料,形成第一共混物。分散聚合物材料的潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃。加工第一共混物,形成聚合物复合材料。可形成各种形状的聚合物复合材料,例如粒料、纤维、薄片、片材、膜、棒等等。该聚合物复合材料可原样使用或者掺入到其中希望调热性能的各种制品内。

权利要求书

权利要求书
1.  制造聚合物复合材料的方法,该方法包括:
混合含相变材料的多个微胶囊与分散性聚合物材料,形成第一共混物,其中该分散聚合物材料的潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃;和
加工第一共混物,形成聚合物复合材料。

2.  权利要求1的方法,其中相变材料的潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃。

3.  权利要求1的方法,其中相变材料包括具有16-22个碳原子的烷属烃。

4.  权利要求1的方法,其中用水涂布所述多个微胶囊以形成湿饼。

5.  权利要求4的方法,进一步包括加热第一共混物,直到第一共混物包括小于1wt%的水。

6.  权利要求1的方法,其中分散聚合物材料的潜热为至少60J/g。

7.  权利要求1的方法,其中分散聚合物材料的转变温度范围为22℃-40℃。

8.  权利要求1的方法,其中分散聚合物材料包括选自聚乙烯、聚乙二醇、聚?#36153;?#20057;烷、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙二酸丙二酯、聚癸二酸新戊二酯、聚戊二酸戊二酯、聚肉豆蔻酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯酯、聚月桂酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸十六烷酯、聚甲基丙烯酸十八烷酯和聚酯中的聚合物。

9.  权利要求1的方法,其中混合所述多个微胶囊与分散聚合物材料的过程包括:
熔融所述分散聚合物材料,形成熔体;和
在熔体内分散所述多个微胶囊,形成第一共混物。

10.  权利要求9的方法,其中分散聚合物材料?#36816;?#36848;多个微胶囊具有亲和力,?#28304;?#36827;该多个微胶囊在熔体内分散。

11.  权利要求1的方法,其中加工第一共混物以形成聚合物复合材料的过程包括:
加工第一共混物,形成颗粒;
混合该颗粒与基质聚合物材料,形成第二共混物;和
加工第二共混物,形成聚合物复合材料。

12.  权利要求11的方法,其中加工第一共混物以形成颗粒的过程包括:
冷却第一共混物,形成固体;和
粒化该固体,形成颗粒。

13.  权利要求11的方法,其中基质聚合物材料包括高分子量聚合物。

14.  权利要求11的方法,其中混合颗粒与基质聚合物材料的过程包括:
熔融基质聚合物材料,形成熔体;和
在熔体内分散颗粒,形成第二共混物。

15.  权利要求14的方法,其中基质聚合物材料对分散聚合物材料具有亲和力,?#28304;?#36827;颗粒在熔体内分散。

16.  权利要求11的方法,其中混合颗粒与基质聚合物材料的过程包括:
干混颗粒与基质聚合物材料,形成?#31245;?#20849;混物;
加热该?#31245;?#20849;混物,形成第二共混物。

17.  权利要求11的方法,其中以粒料形式形成聚合物复合材料,和加工第二共混物的过程包括:
冷却第二共混物,形成固体;和
粒化固体,形成粒料。

18.  制造聚合物复合材料的方法,该方法包括:
熔融第一调温材料,形成第一熔体;
在第一熔体内分散第二调温材料,形成第一共混物;
加工第一共混物,形成颗粒;
熔融基质聚合物材料,形成第二熔体;
在第二熔体内分散该颗粒,形成第二共混物;和
加工第二共混物,形成聚合物复合材料。

19.  权利要求18的方法,其中第一调温材料包括潜热为至少50J/g和转变温度范围为10℃-50℃的聚合物相变材料。

20.  权利要求18的方法,其中第二调温材料包括含潜热为至少50J/g和转变温度范围为10℃-50℃的相变材料的多个微胶囊。

21.  权利要求20的方法,其中第一调温材料包括?#36816;?#36848;多个微胶囊具有亲和力的聚合物。

22.  权利要求18的方法,其中加工第一共混物的过程包括:
挤出第一共混物成绳股;和
粒化该绳股,形成颗粒。

23.  权利要求18的方法,其中基质聚合物材料包括对第一调温材料具有亲和力的聚合物。

24.  权利要求18的方法,其中基质聚合物材料包括选自聚酰胺、多胺、聚酰?#21069;貳?#32858;丙烯酸类、聚碳酸酯、聚二烯烃、聚?#36153;?#21270;物、聚酯、聚?#36873;?#32858;氟烃、甲醛聚合物、天然聚合物、聚烯烃、聚?#28508;交?#31867;、含硅聚合物、聚氨酯、乙烯基类聚合物、聚缩醛、聚丙烯酸酯及其混合物中的聚合物。

25.  权利要求18的方法,其中以粒料形式形成聚合物复合材料,和加工第二共混物的过程包括:
挤出第二共混物成绳股;和
粒化该绳股,形成粒料。

26.  制造聚合物复合材料的方法,该方法包括:
熔融第一聚合物材料,形成第一熔体,其中第一聚合物材料的潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃;
在第一熔体内分散调温材料,形成第一共混物,其中该调温材料包括潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃的相变材料;
混合第一共混物与第二聚合物材料,形成第二共混物;和
加工第二共混物,形成聚合物复合材料。

27.  权利要求26的方法,其中第一聚合物材料对应于分散聚合物材料。

28.  权利要求26的方法,其中调温材料进一步包括含有相变材料的容留结构。

29.  权利要求26的方法,其中第一聚合物材料和第二聚合物材料不同。

30.  权利要求26的方法,其中第二聚合物材料对应于基质聚合物材料。

31.  权利要求26的方法,其中混合第一共混物与第二聚合物材料的过程包括:
熔融第二聚合物材料,形成第二熔体;和
混合第一共混物与第二熔体,形成第二共混物。

32.  权利要求26的方法,其中以粒料形式形成聚合物复合材料,和加工第二共混物的过程包括挤出第二共混物,形成粒料。

33.  一种聚合物复合材料,它包括:
潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃的聚合物材料;和
分散在聚合物材料内的多个微胶囊,其中所述多个微胶囊含有潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃的相变材料。

34.  权利要求33的聚合物复合材料,其中聚合物材料的潜热为至少60J/g。

35.  权利要求33的聚合物复合材料,其中聚合物材料的转变温度范围为22℃-40℃。

36.  权利要求33的聚合物复合材料,其中聚合物材料包括选自聚乙二醇、聚?#36153;?#20057;烷、聚丁二醇和聚酯中的聚合物。

37.  权利要求33的聚合物复合材料,其中相变材料包括具有16-22个碳原子的烷属烃。

38.  权利要求33的聚合物复合材料,其中聚合物复合材料包括10wt%-30wt%含相变材料的微胶囊。

39.  权利要求33的聚合物复合材料,其中聚合物复合材料包括15wt%-25wt%含相变材料的微胶囊。

40.  一种聚合物复合材料,它包括:
聚合物材料和非胶?#19968;?#30340;相变材料的共混物,其中聚合物材料对非胶?#19968;?#30340;相变材料具有部分亲和力,使得非胶?#19968;?#30340;相变材料形成分散在聚合物材料内的多个微区,非胶?#19968;?#30340;相变材料的潜热为至少60J/g和转变温度范围为10℃-50℃。

41.  权利要求40的聚合物复合材料,其中聚合物材料包括选自聚烯烃和聚烯烃的共聚物中的聚合物。

42.  权利要求40的聚合物复合材料,其中非胶?#19968;?#30340;相变材料包括具有16-22个碳原子的烷属烃。

说明书

说明书具有提高的可逆热性能的聚合物复合材料及其形成方法
相关申请的交叉参考
本申请是Hartmann?#28909;?#20110;2004年7月13日提交的标题为“MeltSpinable Concentrate Pellets Having Enhanced ReversibleThermal Properties”的美国申请序列号No.10/891428的专利申请的部分继续,而No.10/891428是Hartmann?#28909;?#20110;2001年2月6日提交的标题为“Melt Spinable Concentrate Pellets Having EnhancedReversible Thermal Properties”的美国申请序列号No.09/777512的专利申请的部分继续,No.09/777512要求Hartmann?#28909;?#20110;2000年9月21日提交的标题为“Melt Spinable Concentrate Pellets HavingEnhanced Reversible Thermal Properties”的美国临时申请序列号No.60/234150的专利申请的权益,其公开内容在此通过参考全?#22218;?#20837;。
技术领域
本发明涉及聚合物复合材料及其制造方法。更具体地,本发明涉及在制造合成纤维中有用的含相变材料的聚合物复合材料。
背景技术
由合成纤维制造许多纤维。常规地,使用两种方法制造合成纤维:湿溶液纺丝法和熔体纺丝法。通常使用湿的溶液法形成丙烯酸类纤维(acrylicfibers),而通常使用熔体纺丝法形成尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维和其它类似类型的纤维。公知的是,丙烯酸类纤维包括长链合成聚合物,其特征在于存在丙烯腈单元,尼龙纤维包括长链合成聚酰胺聚合物,其特征在于存在酰胺基-CONH-,聚酯纤维包括具有至少85wt%取代?#30002;弭人?#21333;元的酯的长链合成聚合物,和聚丙烯纤维包括具有至少85wt%烯烃单元?#19994;?#22411;地分子量大于或等于约40000的长链合成结晶聚合物。
熔体纺丝法尤其令人?#34892;?#36259;,这是因为在纺织工业中使用的大部分合成纤维由这一技术制造。熔体纺丝法通常牵涉使熔融的聚合物材料穿过被称为纺丝板的装置,于是形成一组单独的合成纤维。一旦成形,则可将合成纤维收集成股或者切割成短切纤维。可使用合成纤维制造织造或非织造织物,或者可将合成纤维绕丝成之后将在编织或针织工艺中使用的纱线,以形成合成织物。
将相变材料掺入到丙烯酸类纤维中,使得纤维能提供提高的可逆热性能且能使由这种纤维制造的织物行使类似的功能。这容易实现,部分是由于典型地与形成丙烯酸类纤维的湿溶液法有关的挥发性材料(例如,溶剂)含量高导致的。然而,更加成问题的是掺入相变材料到熔体纺丝的合成纤维内,这是因为在熔体纺丝法内典型地不存在或者不希望高含量的挥发性材料。以前尝试将相变材料掺入到熔体纺丝的合成纤维中典型地牵涉混合相变材料与标准的纤维级热塑性聚合物,形成共混物,随后熔体纺丝该共混物,形成合成纤维。这种尝试通常导致相变材料在纤维内不充分的分散,差的纤维性能,和差的加工性,除非使用低浓度的相变材料。然而,在采用低浓度的相变材料的情况下,难以实现通常与使用相变材料有关的理想的提高的可逆热性能。
正是针对这一背景技术,需要开发此处所述的聚合物复合材料。
发明内容
一方面,本发明涉及制造聚合物复合材料的方法。在一个实施方案中,该方法包括:(a)混合含相变材料的一组微胶囊与分散聚合物材料,形成第一共混物,其中该分散聚合物材料的潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃;和(b)加工第一共混物,形成聚合物复合材料。
在另一实施方案中,该方法包括:(a)熔融第一调温材料,形成第一熔体;(b)在第一熔体内分散第二调温材料,形成第一共混物;(c)加工第一共混物,形成颗粒;(d)熔融基质(matrix)聚合物材料,形成第二熔体;(e)在第二熔体内分散该颗粒,形成第二共混物;和(f)加工第二共混物,形成聚合物复合材料。
在进一步的实施方案中,该方法包括:(a)熔融第一聚合物材料,形成第一熔体,其中第一聚合物材料的潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃;(b)在第一熔体内分散调温材料,形成第一共混物,其中该调温材料包括潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃的相变材料;(c)混合第一共混物与第二聚合物材料,形成第二共混物;和(d)加工第二共混物,形成聚合物复合材料。
另一方面,本发明涉及聚合物复合材料。在一个实施方案中,聚合物复合材料包括:(a)潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃的聚合物材料;和(b)分散在聚合物材料内的一组微胶囊,其中该微胶囊含有潜热为至少40J/g和转变温度范围为0℃-50℃的相变材料。
在另一实施方案中,聚合物复合材料包括聚合物材料和非包封的相变材料的共混物。聚合物材料对非包封的相变材料具有部分亲和力,结果非包封的相变材料形成分散在聚合物材料内的一组区域。非包封的相变材料的潜热为至少60J/g和转变温度范围为10℃-50℃。
还考虑了本发明的其它方面和实施方案。前述概述和下述详细说明不意味着限制本发明到任何特定的实施方案?#24076;?#32780;是仅仅意味着描述本发明的一些实施方案。
附图说明
为了更好地理解本发明的性质和目的,应当结合附图参考下述详细说明。
图1示出了根据本发明的实施方案形成聚合物复合材料的制造方法。
图2示出了根据本发明另一实施方案形成聚合物复合材料的制造方法。
图3示出了根据本发明进一步的实施方案形成聚合物复合材料的制造方法。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及具有提高的可逆热性能的聚合物复合材料及其制造方法。根据本发明各种实施方案的聚合物复合材料在不同的环?#31243;?#20214;下具有吸收和释放热能的能力。另外,该聚合物复合材料可显示出例如相变材料改进的分散或者较高的负载水平。可形成各种形式或形状的聚合物复合材料,例如粒料、纤维、薄片、片材、膜、棒等等。该聚合物复合材料可原样使用或者掺入到各种制品内,以提供调热性能,同时提供制品改进的强度。例如,可在纺织品(例如,织物)、服装(例如,外衣、干式潜水装和防护服)、鞋袜(例如,袜子、靴子和鞋垫)、医疗产品(例如,热毯、治疗垫、失禁垫和热/冷包扎)、容器和包装(例如,饮料和食品容器、食品加热器、坐垫和电路板层压体)、建筑物(例如,墙壁或天花板的绝缘、壁纸、窗?#32972;?#37324;、管道缠绕物、地毯和瓷砖)、用具(例如,家用器具的绝缘)和其它产品(例如,机动车的衬里材料、睡袋和床上用品)中使用根据本发明各种实施方案的聚合物复合材料。
可加工根据本发明各种实施方案的聚合物复合材料,形成具有提高的可逆热性能的各种制品。例如,可将聚合物复合材料形成为形成合成纤维有用的粒料用于注塑工艺或者挤塑工艺。使用这些粒料可提供通过掺入相变材料到各种制品内将实现的优势,所述制品包括例如诸如丙烯酸类纤维、尼龙纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维和聚丙烯纤维之类的纤维;膜;泡沫体和注塑制品。
根据本发明各种实施方案的聚合物复合材料当掺入例如服装或鞋袜等制品内时,可提供舒适度的改进。特别地,该制品可提供在不同或变化的环?#31243;?#20214;下这种改进的舒适度。使用相变材料使得该制品可提供“多方向”或“动态”的调热而不是“单向”或“静态”的调热。特别地,根据“多方向”的调热,制品可在温暖的气候?#24418;?#25910;热能,以及在寒冷的气候中释放热能。按照这一方式,制品可在温暖的气候中提供冷却和在寒冷的气候中提供加热,从而在不同的气候条件下维持所需的舒适度。根据“动态”调热,制品可在变化的环?#31243;?#20214;下适应或调节其调热性能。按照这一方式,制品能具有多种用途,例如用于温暖的气候和寒冷的气候。此外,制品可在没有要求外部触发作用,例如湿气或太阳光的情况下,适应或调节其调热性能。
与提供调热性能相关的是,根据本发明的各种实施方案的聚合物复合材料当掺入例如服装或鞋袜内时,可提供舒适度的其它改进。例如,掺入聚合物复合材料的制品可提供例如因出汗导致的个体皮肤湿度的下降。特别地,制品可?#26723;?#30382;肤的温度或相对湿度,从而提供较低程度的皮肤湿度和较高程度的舒适度。使用特定材料和特定的服装或鞋袜设计特征可进一步提高舒适度。例如,可结合一些添加剂、处理剂或涂层使用该制品,在调热和湿气控制性能方面提供进一步的优势。
根据本发明一些实施方案的聚合物复合材料可包括一种或更多种材料。根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料可包括调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料。根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料是调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料的液态熔体混合物或者硬化的熔体混合物。典型地,调温材料均匀地分散在聚合物复合材料内。然而,取决于聚合物复合材料所需的特定特征,调温材料在聚合物复合材料内的分散可以变化。分散聚合物材料和基质聚合物材料可以相同或不同。还认为对于本发明的某些实施方案来说,可省去一种或更多种调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料。例如,聚合物复合材料可包括调温材料和分散聚合物材料,但不要求基质聚合物材料。
取决于制造聚合物复合材料的方法、进一步加工的希望程度或者聚合物复合材料的特定应用,该聚合物复合材料可进一步包括一种或更多种添加?#31890;?#20363;如水、表面活性剂、分散剂、消泡剂(例如,含硅氧烷的化合物和含氟的化合物)、抗氧化剂(例如,受阻酚和亚磷酸酯)、热稳定剂(例如,亚磷酸酯、有机基膦化合物、有机?#20154;?#30340;金属盐和酚类化合物)、光或UV稳定剂(例如,羟基苯甲酸酯、受阻羟基苯甲酸酯和受阻胺)、光或UV吸收添加剂(例如,第IV族过渡金属碳化物和氧化物的陶瓷颗粒)、微波吸收添加剂(例如,多官能团伯醇、甘油和碳)、增强填料(例如,碳纤维、?#30002;?#32858;酰胺纤维和玻璃纤维)、传导性纤维或颗粒(例如,石墨或活性炭纤维或颗粒)、润滑剂、加工助剂(例如,脂肪酸的金属盐、脂肪酸酯、脂肪酸?#36873;?#33026;肪酸酰胺、磺酰胺、聚硅氧烷、有机磷化合物和酚类聚醚)、阻?#25216;?例如,卤代化合物、磷化合物、有机磷酸酯、有机溴化物、三水合氧化铝、三聚氰?#36153;?#29983;物、氢氧化镁、锑化合物、氧化锑和硼化合物)、防粘连添加剂(例如,二氧化硅、滑石、沸石、金属碳酸盐和有机聚合物)、防雾添加剂(例如,非离子表面活性剂、甘油酯、聚甘油酯、脱水山梨醇酯及其?#24050;?#21270;物、壬基?#20132;已?#21270;物和醇?#24050;?#21270;物)、抗静电添加剂(例如,非离子类,例如脂肪酸酯、?#24050;?#21270;烷胺、二乙醇酰胺和?#24050;?#21270;醇;阴离子类,例如烷基磺酸盐和烷基磷酸盐;阳离子类,例如氯化物的金属盐、甲基硫酸盐或硝酸盐,和季铵化合物;和两性类,例如烷基甜菜碱)、抗微生物剂(例如,砷化合物、硫、铜化合物、异噻唑啉、邻苯二甲酰胺、氨基甲酸酯、银的碱性无机试剂、银锌沸石、银铜沸石、银沸石、金属氧化物和硅酸盐)、交联剂或控制?#21040;?#21058;(例如,过氧化物、偶氮化合物和硅烷类)、着色剂、颜料、染料、荧光增白剂或光学增亮剂(例如,双-苯并唑、?#20132;?#39321;豆素和双(苯乙烯基)联苯)、填料(例如,天然矿物和金属,例如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐;滑石;粘?#31890;还?#28784;石;石墨;炭黑;碳纤维;玻璃纤维和珠粒;陶瓷纤维和珠粒;金属纤维和珠粒;面粉;和天然或合成来源的纤维,例如木纤维、淀粉或纤维素纤维)、?#21058;?#21058;(例如,硅烷类、钛酸酯类、锆酸酯类、脂肪酸盐、酸酐、?#36153;?#21270;物和不饱和聚合物酸)、增?#32771;痢?#32467;晶或成核剂(例如,增加或改进聚合物结晶度,例如改进晶体生长速度/动力学,生长的晶体数量,或者生长的晶体类型的任何材料)等等。
根据本发明的一些实施方案,调温材料可包括一种或更多种相变材料。一般地,相变材料可包括能吸收或释放热能,以便在温度稳定处或其范围内?#26723;?#25110;消除热流的任何物质(或物质的混合物)。温度稳定范围可包括特定的转变温度或转变温度范围。典型地,当相变材料经历两种状态之间的过渡(例如,液态和固态,液态和气态,固态和气态或者两种固态)时,与本发明的各种实施方案结合使用的相变材料当在相变材料吸收或释放热量的时间段期间,能抑制热能流动。这一作用典型地是临时的,例如可?#20013;?#21040;直至在加热或冷却工艺过程?#24418;?#25910;或释放相变材料的潜热。此处所使用的术语“潜热”可以?#22797;?#24403;物质(或物质的混合物)经历两种状态之间的过渡时,通过它来吸收或释放的热量多少。可从相变材料中储存或除去热能,和相变材料典型地可以通过热源或冷源有效地再补充(recharge)。通过选择合适的相变材料,可形成聚合物复合材料用于任何应用上。
根据本发明的一些实施方案,相变材料可以是固体/固体相变材料。固体/固体相变材料是典型地经历两种固态之间过渡(例如,晶体或介晶相转变),进而在使用过程中典型地没有变为液体的一类相变材料。
相变材料可包括两种或更多种物质的混合物。通过选择两种或更多种不同的物质并形成混合物,可对聚合物复合材料的任何特定的应用来调节温度稳定范围。根据本发明的一些实施方案,两种或更多种不同物质的混合物当掺入到聚合物复合材料内时,可显示出两种或更多种不同的转变温度或单一改性的转变温度。
可掺入到根据本发明的各种实施方案的聚合物复合材料内的相变材料包括各种有机和无机物质。相变材料的实例包括烃(例如,直链烷烃或烷属烃,支链烷烃,不饱和烃,卤代烃,和脂环族烃)、水合盐(例如,六水合氯化钙、六水合溴化钙、六水合硝酸镁、三水合硝酸锂、四水合氟化钾、明矾铵、六水合氯化镁、十水合碳酸钠、十二水合磷酸二钠、十水合硫酸钠和三水合乙酸钠)、蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酸酯、1-卤化物、伯醇、?#30002;?#21270;合物、包合物、半包合物、气体包合物、酐(例如,硬脂酸酐)、碳酸亚乙酯、多元醇(例如,2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2-羟甲基-2-甲基-1,3-丙二醇、乙二醇、聚乙二醇、季戊四醇、二季戊四醇、五聚甘油、四羟甲基乙烷、新戊二醇、四羟甲基丙烷、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、单氨基季戊四醇、二氨基季戊四醇和三(羟甲基)乙酸)、聚合物(例如,聚乙烯、聚乙二醇、聚?#36153;?#20057;烷、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙二酸丙二酯、聚癸二酸新戊二酯、聚戊二酸戊二酯、聚肉豆蔻酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯酯、聚月桂酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸十六烷酯、聚甲基丙烯酸十八烷酯,通过缩聚二元醇(或其衍生物)与二元酸(或其衍生物)生产的聚酯,和共聚物,例如具有烷基烃侧链或者具有聚乙二醇侧链的聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯,和包括聚乙烯、聚乙二醇、聚?#36153;?#20057;烷、聚丙烯、聚丙二醇或聚丁二醇的共聚物)、金属及其混合物。
相变材料的选择典型地取决于所得聚合物复合材料的所需的转变温度或所需的应用。例如,对于其中将所得聚合物复合材料掺入到服装或鞋袜中以维持对于使用者来说舒适的温度的应用来说,理想的可以是转变温度接近于室温的相变材料。
根据本发明一些实施方案的相变材料的转变温度范围可以是约-40℃到约125℃,例如约-40℃到约100℃或约-5℃到约125℃。在可用于布料应用的一个实施方案中,相变材料的转变温度范围可以是约0℃到约50℃,例如约10℃-约50℃,约15℃到约45℃,约22℃到约40℃,或约22℃到约28℃。此外,根据本发明一些实施方案的相变材料的潜热可以是至少约40J/g,例如,至少约50J/g,至少约60J/g,至少约70J/g,至少约80J/g,至少约90J/g,或至少约100J/g。在可用于布料应用的一个实施方案中,相变材料的潜热范围为约40J/g-约400J/g,例如约60J/g-约400J/g,约80J/g-约400J/g,或约100J/g-约400J/g。
根据本发明的一些实施方案,尤其有用的相变材料包括具有10-44个碳原子的烷属烃(即,C10-C44烷属烃)。表1提供可在此处所述的聚合物复合材料中用作相变材料的C13-C28烷属烃的列举。烷属烃中碳原子的数量典型地与其熔点有关。例如,每一分子含28个直链碳原子的正二十八烷的熔点为61.4℃。相比之下,每一分子含13个直链碳原子的正十三烷的熔点为-5.5℃。根据本发明的一个实施方案,对于布料应用来说,尤其理想的是每一分子含18个直链碳原子且熔点为28.2℃的正十八烷。
表1
  烷属烃  碳原子数  熔点(℃)  正二十八烷  28  61.4  正二十七烷  27  59.0  正二十六烷  26  56.4  正二十五烷  25  53.7  正二十四烷  24  50.9  正二十三烷  23  47.6  正二十二烷  22  44.4  正二十一烷  21  40.5  正二十烷  20  36.8  正十九烷  19  32.1  正十八烷  18  28.2  正十七烷  17  22.0  正十六烷  16  18.2  正十五烷  15  10.0  正十四烷  14  5.9  正十三烷  13  -5.5
其它有用的相变材料包括转变温度适合于聚合物复合材料所需应用的聚合物相变材料(例如,对于布料应用来说,为约22℃-约40℃)。聚合物相变材料可包括具有各?#33267;?#32467;构的聚合物(或聚合物的混合物),所述链结构包括一类或更多类的单体单元。特别地,聚合物相变材料可包括直链聚合物、支链聚合物(例如,星形支链聚合物、梳形支链聚合物或枝状支链聚合物)或其混合物。对于一些应用来说,聚合物相变材料所需地包括直链聚合物或具有小量支链的聚合物,以提供较大密度和较大程度的有序分子堆积和结晶。这种较大程度的有序分子堆积和结晶可导致较大的潜热和较窄的温度稳定范围(例如明?#33539;?#20041;的转变温度)。聚合物相变材料可包括均聚物、共聚物(例如,三元共聚物、统计共聚物、无规共聚物、交替共聚物、周期共聚物、嵌段共聚物、星型共聚物或接枝共聚物)或其混合物。形成聚合物相变材料的一类或更多类单体单元的性能可影响聚合物相变材料的转变温度。因此,单体单元的选择可取决于含聚合物相变材料的聚合物复合材料所需的转变温度或所需的应用。本领域的普通技术人?#24065;?#29702;解,可通过添加官能团,例如胺、酰胺、羧基、羟基、酯、?#36873;⒒费?#21270;物、酸酐、异氰酸酯、硅烷、酮和醛来改变聚合物的反应性和功能。此外,聚合物相变材料可包括能交联、缠结或氢键合的聚合物,以便增加其韧度或其耐热、耐湿或耐化学性。
本领域的普通技术人?#24065;?#29702;解,可提供各种形式的具有不同分子量的一些聚合物,这是因为可通过形成聚合物所使用的加工条件?#24202;?#23450;聚合物的分子量。因此,聚合物相变材料可包括具有特定分子量或特定分子量范围的聚合物(或聚合物的混合物)。此处所使用的术语“分子量”可以指聚合物(或聚合物的混合物)的数均分子量、重均分子量或熔体?#29976;?
根据本发明的一些实施方案,作为相对于非聚合物相变材料(例如,烷属烃),具有较高分子量、较大分子尺寸或较高粘度的结果是,聚合物相变材料可能是希望的。这种较大分子尺寸或较高粘度的结果是,聚合物相变材料在加工过程中或者在最终使用过程中可显示出较小的倾向从聚合物复合材料中泄漏。对于本发明的一些实施方案来说,聚合物相变材料可包括数均分子量范围为约400-约5000000,例如约2000-约5000000,约8000-约100000,或约8000-约15000的聚合物。当掺入到合成纤维内时,例如,其较大的分子尺寸或较大的粘度可防止聚合物相变材料流经纤维外部。除了提供调热性能以外,聚合物相变材料当掺入到根据本发明的各种实施方案的制品内时,还可提供改进的机械性能(例如,韧度、拉伸强度和硬度)。?#26377;?#35201;,可将具有所需转变温度的聚合物相变材料与聚合物材料(例如,分散聚合物材料或基质聚合物材料)相结合,形成聚合物复合材料。根据本发明的一些实施方案,聚合物相变材料可提供充足的机械性能,以便可在不要求另一聚合物材料的情况下,使用它形成聚合物复合材料从而提供聚合物相变材料较高的负载水平和改进的调热性能。例如,认为聚合物相变材料可原样使用或者它可充当分散聚合物材料,以形成聚合物复合材料。
例如,在本发明的一些实施方案中,聚乙二醇可用作相变材料。聚乙二醇的数均分子量典型地与其熔点相关。例如,数均分子量范围为约570-约630的聚乙二醇(例如,CarbowaxTM 600,获自The DowChemical Company,Midland,Michigan)的熔点典型地为约20℃-约25℃,从而使得它们适合于布料应用。可在其它温度稳定范围下有用的其它聚乙二?#21450;?#25324;数均分子量为约400和熔点范围为约4℃-约8℃的聚乙二醇,数均分子量范围为约1000-约1500和熔点范围为约42℃-约48℃的聚乙二醇,和数均分子量为约6000和熔点范围为约56℃-约63℃的聚乙二醇(例如,CarbowaxTM 400、1500和6000,获自The Dow Chemical Company,Midland,Michigan)。
额外有用的相变材料包括基于用脂肪酸封端的聚乙二醇的聚合物相变材料。例如,可由用硬脂酸或月桂酸封端的数均分子量范围为约400-约600的聚乙二醇形成熔点范围为约22℃-约35℃的聚丁二醇脂肪酸二酯。进一步有用的相变材料包括基于丁二醇的聚合物相变材料。例如,数均分子量范围为约1000-约1800的聚丁二醇(例如,Terathane1000和1800,获自DuPont Inc.,Wilmington,Delaware)的熔点范围典型地为约19℃-约36℃。在本发明的一些实施方案中,熔点范围为约60℃-约65℃的聚?#36153;?#20057;烷也可用作相变材料。
对于一些应用来说,聚合物相变材料可包括熔点范围为约0℃-约50℃的均聚物,所述均聚物可使用常规的聚合工艺形成。表2列出了可由不同类单体单元形成的各种均聚物的熔点。
表2


进一步所需的相变材料包括熔点范围为约0℃-约40℃的聚酯,它可例如通过缩聚二元醇(或其衍生物)与二元酸(或其衍生物)而形成。表3列出了各种二醇和二酸结合可形成的聚酯的熔点。
表3
  二元醇  二元酸  聚酯的熔点(℃)  乙二醇  碳酸  39  乙二醇  棕榈酸  25  乙二醇  二羟基乙酸  17-20  乙二醇  硫代二戊酸  25-28  1,2-丙二醇  二羟基乙酸  17  丙二醇  丙二酸  33  丙二醇  戊二酸  35-39  丙二醇  二羟基乙酸  29-32  丙二醇  棕榈酸  37  1,3-丁二醇  亚磺酰基二戊酸  32  1,3-丁二醇  二苯酸  36  1,3-丁二醇  二?#20132;?#30002;烷-m,m`-二酸  38  1,3-丁二醇  反式-H,H-?#21592;?#20108;甲酸  18  丁二醇  戊二酸  36-38  丁二醇  棕榈酸  38-41  丁二醇  壬二酸  37-39  丁二醇  硫代二戊酸  37  丁二醇  邻苯二甲酸  17  丁二醇  二苯酸  34  新戊二醇  己二酸  37  新戊二醇  辛二酸  17  新戊二醇  癸二酸  26  戊二醇  琥珀酸  32  戊二醇  戊二酸  22  戊二醇  己二酸  36  戊二醇  棕榈酸  39  戊二醇  ?#21592;交?#20108;乙酸  33  戊二醇  二羟基乙酸  33  己二醇  戊二酸  28-34  己二醇  4-辛二酸酯  20  庚二醇  草酸  31  辛二醇  4-辛二酸酯  39  壬二醇  间?#28508;交?#20108;羟基乙酸  35  癸二醇  丙二酸  29-34
  癸二醇  间苯二甲酸  34-36  癸二醇  内消旋酒石酸  33  二甘醇  草酸  10  二甘醇  辛二酸  28-35  二甘醇  癸二酸  36-44  二甘醇  邻苯二甲酸  11  二甘醇  反式-H,H-?#21592;?#20108;甲酸  25  三甘醇  癸二酸  28  三甘醇  磺酰基二戊酸  24  三甘醇  邻苯二甲酸  10  三甘醇  二苯酸  38  对二羟基甲基苯  丙二酸  36  间二羟基甲基苯  癸二酸  27  间二羟基甲基苯  二羟基乙酸  35
根据本发明的一些实施方案,可通过使相变材料(例如,以?#32420;?#36848;的相变材料)与聚合物(或聚合物的混合物)反应,从而形成具有所需转变温度的聚合物相变材料。因此,例如正十八烷酸(即,硬脂酸)可与聚乙烯醇反应或酯化,得到聚硬脂酸乙烯酯,或者十二烷酸(即,月桂酸)可与聚乙烯醇反应或酯化,得到聚月桂酸乙烯酯。可使相变材料的各种结合物(例如,具有一个或更多个官能团,例如胺、羧基、羟基、?#36153;?#22522;、硅烷、硫酸基等等的相变材料)与聚合物反应,得到具有所需转变温度的聚合物相变材料。
可由各类单体单元形成具有所需转变温度的聚合物相变材料。例如,类似于聚甲基丙烯酸十八烷酯,可通过聚合甲基丙烯酸十八烷酯来形成聚合物相变材料,所述甲基丙烯酸十八烷酯可通过用甲基丙烯酸酯化十八烷醇而形成。此外,可通过聚合聚合物(或聚合物的混合物)来形成聚合物相变材料。例如,可通过分别聚合甲基丙烯酸聚乙二醇酯、丙烯酸聚乙二醇酯、甲基丙烯酸聚丁二醇酯和丙烯酸聚丁二醇酯,从而形成聚甲基丙烯酸-(聚乙二醇)酯、聚丙烯酸-(聚乙二醇)酯、聚甲基丙烯酸-(聚丁二醇)酯和聚丙烯酸-(聚丁二醇)酯。在这一实例中,可通过用甲基丙烯酸(或丙烯酸)酯化聚乙二醇(或聚丁二醇),从而形成该单体单元。可考虑用烯丙醇酯化聚二元醇,或者使聚二元醇与乙酸乙烯酯酯交换,形成聚二元醇乙烯醚,然后可使之聚合,形成聚-(聚二元醇)乙烯?#36873;?#25353;照类似的方式,可考虑由聚二元醇的类似物,例如酯或醚封端的聚乙二醇和聚丁二醇,形成聚合物相变材料。
根据本发明的一些实施方案,调温材料可包括以原料形式的相变材料(例如,相变材料在微观或宏观水平下均未包封,即没有微胶?#19968;?#25110;常规胶?#19968;?。在聚合物复合材料的制造过程中,可以以各种形式的固体(例如,大块形式、粉末、粒料、颗粒、薄片等等)或各种形式的液体(例如,熔融形式、溶解在溶剂内等等)提供原料形式的相变材料。
根据本发明的其它实施方案,调温材料可包括包封、容纳、包围、吸收相变材料或者与之反应的容留(containment)结构。这一容留结构可有助于处理相变材料,同时提供相变材料一定程度的保护避免与形成聚合物复合材料或者由该聚合物复合材料制造的制品相关的制造条件(例如,避免高温或剪切力)。此外,容留结构可起到?#26723;?#25110;防止相变材料从聚合物复合材料或由其形成的制品中泄漏的作用。
作为容留结构的实例,调温材料可包括含相变材料的微胶囊,该微胶囊可以均匀或不均匀地分散在聚合物复合材料内。可以以围绕相变材料的中空壳形式形成微胶囊,且它可包括各种规则或?#36824;?#21017;形状(例如,球形、椭圆形等等)和尺寸形成的各个微胶囊。单独的微胶囊可具有相同或不同的形状或尺寸。根据本发明的一些实施方案,微胶囊的最大线尺寸(例如,直径)范围可为约0.01-约100微米。在一个实施方案中,微胶囊通常可具有球形形状和范围为约0.5-约10微米,例如约0.5-约3微米的最大线尺寸(例如,直径)。容留结构的其它实例包括二氧化硅颗粒(例如,沉淀二氧化硅颗粒、煅制二氧化硅颗粒及其混合物)、沸石颗粒、碳颗粒(例如,石墨颗粒、活性碳颗粒及其混合物)和吸收剂材料(例如,吸收剂聚合物材料,超吸收剂材料,纤维素材料,聚(甲基)丙烯酸酯材料,聚(甲基)丙烯酸酯材料的金属盐,及其混合物)。例如,调温材料可包括用相变材料浸渍的二氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳颗粒或吸收剂材料。
根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料可包括最多约100wt%的调温材料。在一些实施方案中,聚合物复合材料可包括约5%-约70wt%的调温材料。因此,根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料可包括约10%-约30%,或者约15%-约25wt%的调温材料。根据其它实施方案,聚合物复合材料可包括约15wt%的调温材料。进一步如?#28388;?#36848;,本发明的一些实施方案使用含有相变材料的用水润湿的微胶囊,形成聚合物复合材料。在这种实施方案中,聚合物复合材料可包括典型地小于约1wt%的水量。
根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料可包括在某些方面彼此不同的两种或更多种调温材料。例如,两种调温材料可包括两种不同的相变材料或者原料形式的相变材料和胶?#19968;?#24418;式的相变材料。认为原料形式的相变材料可包括聚合物相变材料,所述聚合物相变材料可充当分散聚合物材料以形成聚合物复合材料。
一般地,分散聚合物材料可包括促进调温材料掺入到聚合物复合材料内的任何聚合物(或聚合物的混合物)。在其中聚合物相变材料充当分散聚合物材料的实施方案中,可选择聚合物相变材料具有此处所述的特征以供分散聚合物材料。根据本发明的一些实施方案,分散聚合物材料可以与调温材料相容或者混溶或者对其具有亲和力。在本发明的一些实施方案中,这种亲和力可取决于例如分散聚合物材料和调温材料的溶度参数的类似度、极性、疏水特征或亲水特征。有利的是,这种亲和力可促进在聚合物复合材料的制造过程中调温材料在中间体熔融或液体形式的聚合物复合材料内(例如,在分散聚合物材料熔体内)分散,并进而最终可促进更加均匀或者更大用量或者负载水平地掺入相变材料到聚合物复合材料内。在其中调温材料包括含相变材料的容留结构的实施方案中,可选择分散聚合物材料使其对容留结构具有亲和力,并同时或者替代地对相变材料具有亲和力。特别地,若调温材料包括含有相变材料的微胶囊,则可选择分散聚合物材料对微胶囊(例如,对形成微胶囊的一种或多种材料)具有亲和力。这种亲和力可促进含有相变材料的微胶囊在中间体熔融或液体形式的聚合物复合材料内(例如,在分散聚合物材料熔体内)分散,并进而最终可促进更加均匀或者更大用量或者负载水平地掺入相变材料到聚合物复合材料内。例如,可选择分散聚合物材料包括与形成微胶囊的聚合物相同或相类似的聚合物(例如,若微胶囊包括尼龙?#29301;?#21017;可选择分散聚合物材料包括尼龙)。作为另一实例,可选择分散聚合物材料包括具有一个或更多个官能团,例如胺或?#36153;?#22522;的聚合物,以提供对该微胶囊的亲和力(例如,若微胶囊包括一个或更多个羧基的话,则可选择分散聚合物材料包括具有一个或更多个?#36153;?#22522;的聚合物,例如聚甲基丙烯酸硬脂基酯-共-甲基丙烯酸缩水甘油酯)。理想的是,可选择分散聚合物材料对调温材料充分地?#29615;?#24212;,以便当调温材料分散在分散聚合物材料内时,维持所需的温度稳定范围。
例如,分散聚合物材料可包括熔体?#29976;?#33539;围为约4-约36g/10min的高密度聚乙烯(例如,熔体?#29976;?#20026;4、12和36g/10min的高密度聚乙烯,其获自Sigma Aldrich Corp.,St.Louis,Missouri)、高密度聚乙烯的改性形式(例如,FusabondE MB100D,其获自DuPontInc.,Wilmington,Delaware),和?#20918;?#27233;胶的改性形式(例如,FusabondN MF416D,其获自DuPont Inc.,Wilmington,Delaware)。本领域的普通技术人?#24065;?#29702;解,熔体?#29976;?#20856;型地是聚合物(或聚合物的混合物)的流动特征的量度?#19994;?#22411;地与聚合物(或聚合物的混合物)的分子量成反?#21462;?#23545;于极性相变材料(例如,聚乙二醇、聚丁二醇及其类似物)来说,分散聚合物材料可包括极性聚合物(或极性聚合物的混合物),?#28304;?#36827;极性相变材料的分散。因此,例如分散聚合物材料可包括聚酯的共聚物,例如聚?#21592;?#20108;甲酸丁二酯-嵌段-聚丁二醇(例如,Hytrel3078、5544和8238,其获自DuPont Inc.,Wilmington,Delaware),和聚酰胺的共聚物,例如聚酰胺-嵌段-聚醚(例如,Pebax2533、4033、5533、7033、MX1205和MH1657,其获自ATOFINA Chemicals,Inc.,Philadelphia,Pennsylvania)。
根据本发明的一些实施方案,分散聚合物材料可与调温材料(例如,半混溶聚合物)略微或部分相容或者混溶或者对其具有亲和力。这种部分亲和力可足?#28304;?#36827;调温材料分散和促进在较高温度下的加工。在较低温度和剪切条件下,和一旦聚合物复合材料成形,则这一部分亲和力可允许调温材料分离出。对于其中使用原料形式的相变材料的本发明实施方案来说,这种部分亲和力可导致相变材料的不溶解,并在聚合物复合材料内形成增加的相变材料区域。根据本发明的一些实施方案,通过促进相变材料在两种状态之间的转变,区域形成可导致改进的调热性能。另外,区域形成可起到在加工过程中或者在使用过程中?#26723;?#25110;防止相变材料从聚合物复合材料中损失或泄漏的作用。
例如,在较低的相变材料浓度下,或者当温度高于临界溶液温度时,一些相变材料,例如烷属烃可与聚烯烃或聚烯烃的共聚物相容。因此,例如,可在较高的温度和较高的烷属烃浓度下,混合烷属烃(或烷属烃的混合物)和聚乙烯或聚乙烯-共-乙酸乙烯酯,以产生可容易地控制、泵送和加工的均匀共混物,形成聚合物复合材料。一旦形成聚合物复合材料并冷却,则烷属烃可变得不可溶并可分离到不同的区域内。这些区域可便于烷属烃的纯粹熔融或结晶以供改进调热性能。另外,这些区域可起到?#26723;?#25110;防止烷属烃泄漏或损失的作用。根据本发明的一些实施方案,聚乙烯-共-乙酸乙烯酯可具有约5至约90wt%的乙酸乙烯酯,和根据本发明的其它实施方案,乙酸乙烯酯的含量为约5至约50wt%。在一个实施方案中,乙酸乙烯酯的含量所需地为约18至约25wt%。当混合烷属烃和聚乙烯-共-乙酸乙烯酯,形成共混物时,这一乙酸乙烯酯含量可便于温度混溶性控制。特别地,这一乙酸乙烯酯含量可便于在较高温度下优良的混溶性,从而因共混物的均匀性导致有助于熔体纺丝法的稳定性与控制。在较低温度(例如,室温或正常的商业织物使用温度)下,聚乙烯-共-乙酸乙烯酯与烷属烃半混溶,从而便于烷属烃的分离和区域形成。
应?#24065;?#35782;到可选择分散聚合物材料与基质聚合物材料相容或者混溶或者对其具有亲和力。此处,分散聚合物材料可起到在调温材料与基质聚合物材料之间的增容连接作用,从而促进在聚合物复合材料内掺入调温材料。
典型地,分散聚合物材料包括热塑性聚合物(或热塑性聚合物的混合物)(即可加热它形成熔体,随后成型或模塑形成聚合物复合材料的物质)。根据本发明的一些实施方案,分散聚合物材料所需地包括一种或更多种低分子量的聚合物。低分子量聚合物当加热形成熔体时,典型地具有低粘度,这种低粘度可有助于调温材料在熔体内分散。如前所述,可提供具有不同分子量的各种形式的一些聚合物。因此,所述所使用的术语“低分子量聚合物”可以意指聚合物的低分子量形式(例如,如前所述的聚合物的低分子量形式)。例如,在本发明的一个实施方案中,数均分子量为约20000(或更低)的聚乙烯可用作低分子量聚合物。应?#24065;?#35782;到,与低分子量聚合物有关的分子量或分子量范围可取决于所选的特定聚合物(例如聚乙烯)或者取决于混合调温材料与低分子量聚合物所使用的方法或设备。
分散聚合物材料可包括具有各?#33267;?#32467;构的聚合物(或聚合物的混合物),所述链结构包括一类或更多类的单体单元。特别地,分散聚合物材料可包括直链聚合物、支链聚合物(例如,星形支链聚合物、梳形支链聚合物或枝状支链聚合物)或其混合物。分散聚合物材料可包括均聚物、共聚物(例如,三元共聚物、统计共聚物、无规共聚物、交替共聚物、周期共聚物、嵌段共聚物、星型共聚物或接枝共聚物)或其混合物。如前所述,可通过添加官能团,例如胺、酰胺、羧基、羟基、酯、?#36873;⒒费?#22522;、酸酐、异氰酸酯、硅烷、酮和醛来改变聚合物的反应性和官能性。分散聚合物材料可包括能交联、缠结或氢键键合的聚合物,以便增加其韧度或其耐热、耐湿或耐化学性。
分散聚合物材料的实例包括聚酰胺(例如,尼龙6、尼龙6/6、尼龙12、聚天冬氨酸、聚谷氨酸等等)、多胺、聚酰?#21069;貳?#32858;丙烯酸类(例如,聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、甲基丙烯酸和丙烯酸的酯,等等),聚碳酸酯(例如,聚双酚A碳酸酯、聚碳酸?#28508;?#37231;等等),聚二烯烃(例如,聚丁二烯、聚异戊二烯、聚?#24403;?#29255;烯,等等),聚?#36153;?#21270;物、聚酯(例如,聚?#21592;?#20108;甲酸乙二酯、聚?#21592;?#20108;甲酸丁二酯、聚?#21592;?#20108;甲酸丙二酯、聚己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚己二酸乙二酯、聚己二酸丁二酯、聚琥珀酸丙二酯,等等),聚醚(例如,聚乙二醇(聚?#36153;?#20057;烷)、聚丁二醇、聚?#36153;?#19993;烷、聚甲醛(对甲醛)、聚四亚甲基醚(聚四氢呋喃)、聚表氯醇,等等),聚氟烃、甲醛聚合物(例如,脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、苯酚甲醛,等等),天然聚合物(例如,纤维素、壳聚糖、木质素、蜡,等等),聚烯烃(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚?#26009;?#31561;等),聚?#28508;交?#31867;(例如,聚苯?#36873;?#32858;苯硫?#36873;?#32858;苯醚砜,等等),含硅聚合物(例如,聚二甲基硅氧烷、聚羧甲基(carbomethyl)硅烷,等等),聚氨酯,聚乙烯基类树脂(例如,聚乙烯基缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯基?#37327;?#28919;酮、聚甲基乙烯基?#36873;?#32858;?#19968;?#20057;烯基?#36873;?#32858;乙烯基甲酮等等),聚缩醛、聚丙烯酸酯类,和共聚物(例如,聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-丙烯酸、聚?#21592;?#20108;甲酸丁二酯-共-聚?#21592;?#20108;甲酸四亚甲基酯、聚月桂基内酰胺-嵌段-聚四氢呋喃,等等)及其混合物。
根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料可包括最多约100wt%的分散聚合物材料。在一些实施方案中,聚合物复合材料可包括约10%-约30wt%的分散聚合物材料。根据一个实施方案,聚合物复合材料可包括约15wt%的分散聚合物材料。
一般地,基质聚合物材料可包括具有或提供聚合物复合材料或者由其制造的制品(例如,合成纤维)一种或更多种所需物理性能的任何聚合物(或聚合物的混合物)。物理性能的实例包括机械性能(例如,韧度、拉伸强度和硬度)、热性能(例如热成形性)和化学性能(例如,反应性)。根据本发明的一些实施方案,基质聚合物材料可与分散聚合物材料相容或者混溶或者对其具有亲和力。在本发明的一些实施方案中,这种亲和力可取决于例如分散聚合物材料和基质聚合物材料的溶度参数的类似度、极性、疏水特征或亲水特征。有利的是,这种亲和力可促进在聚合物复合材料的制造过程中形成基质聚合物材料、分散聚合物材料和调温材料的共混物,并进而最终可促进更加均匀或者更大用量或者负载水平地掺入相变材料到聚合物复合材料内。如前所述,分散聚合物材料可在基质聚合物材料和调温材料之间起到增容连接的作用,从而促进在聚合物复合材料内掺入调温材料。
应?#24065;?#35782;到,可选择基质聚合物材料与调温材料相容或混溶或者对其具有亲和力。在其中调温材料包括含有相变材料的容留结构的实施方案中,可选择基质聚合物材料使其对容留结构具有亲和力,并同时或者替代地对相变材料具有亲和力。根据本发明的一些实施方案,基质聚合物材料可对调温材料具有略微或者部分的相容性或者混溶性或者对其具有亲和力。这种部分亲和力可足?#28304;?#36827;调温材料分散和促进在较高温度下的加工。在较低温度和剪切条件下,和一旦聚合物复合材料成形,则这一部分亲和力可允许调温材料分离出。对于其中使用原料形式的相变材料的本发明实施方案来说,这种部分亲和力可导致相变材料的不溶解,并在聚合物复合材料内形成增加的相变材料区域。
典型地,基质聚合物材料包括热塑性聚合物(或热塑性聚合物的混合物)。根据本发明的一些实施方案,基质聚合物材料所需地包括一种或更多种高分子量聚合物。高分子量聚合物典型地具有提高的物理性能(例如,机械性能),但当加热形成熔体时,可具有高粘度。如前所述,可提供具有不同分子量的各种形式的一些聚合物。因此,此处所使用的术语“高分子量聚合物”可以?#22797;?#32858;合物的高分子量形式(例如,此处所述的聚合物的高分子量形式)。例如,数均分子量为约20,000(或更高)的聚酯可在本发明的实施方案中用作高分子量聚合物。应?#24065;?#35782;到,与高分子量聚合物有关的分子量或者分子量的范围可取决于所选的特定聚合物(例如,聚酯)或者取决于混合调温材料与高分子量聚合物所使用的方法或设备。
与分散聚合物材料一样,基质聚合物材料可包括具有各?#33267;?#32467;构的聚合物(或聚合物的混合物),所述链结构包括一类或更多类的单体单元。特别地,基质聚合物材料可包括直链聚合物、支链聚合物(例如,星形支链聚合物、梳形支链聚合物或枝状支链聚合物)或其混合物。基质聚合物材料可包括均聚物、共聚物(例如,三元共聚物、统计共聚物、无规共聚物、交替共聚物、周期共聚物、嵌段共聚物、星型共聚物或接枝共聚物)或其混合物。如前所述,可通过添加官能团,例如胺、酰胺、羧基、羟基、酯、?#36873;⒒费?#22522;、酸酐、异氰酸酯、硅烷、酮和醛来改变聚合物的反应性和官能性,?#19968;?#36136;聚合物材料可包括能交联、缠结或氢键键合的聚合物,以便增加其韧度或其耐热、耐湿或耐化学性。
基质聚合物材料的实例包括聚酰胺(例如,尼龙6、尼龙6/6、尼龙12、聚天冬氨酸、聚谷氨酸等等)、多胺、聚酰?#21069;貳?#32858;丙烯酸类(例如,聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、甲基丙烯酸和丙烯酸的酯,等等),聚碳酸酯(例如,聚双酚A碳酸酯、聚碳酸?#28508;?#37231;等等),聚二烯烃(例如,聚丁二烯、聚异戊二烯、聚?#24403;?#29255;烯,等等),聚?#36153;?#21270;物、聚酯(例如,聚?#21592;?#20108;甲酸乙二酯、聚?#21592;?#20108;甲酸丁二酯、聚?#21592;?#20108;甲酸丙二酯、聚己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚己二酸乙二酯、聚己二酸丁二酯、聚琥珀酸丙二酯,等等),聚醚(例如,聚乙二醇(聚?#36153;?#20057;烷)、聚丁二醇、聚?#36153;?#19993;烷、聚甲醛(对甲醛)、聚四亚甲基醚(聚四氢呋喃)、聚表氯醇,等等),聚氟烃、甲醛聚合物(例如,脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、苯酚甲醛,等等),天然聚合物(例如,纤维素、壳聚糖、木质素、蜡,等等),聚烯烃(例如,聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯(polybutylene)、聚丁烯(polybutene)、聚?#26009;?#31561;等),聚?#28508;交?#31867;(例如,聚苯?#36873;?#32858;苯硫?#36873;?#32858;苯醚砜,等等),含硅聚合物(例如,聚二甲基硅氧烷、聚羧甲基(carbomethyl)硅烷,等等),聚氨酯,聚乙烯基类树脂(例如,聚乙烯基缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯基?#37327;?#28919;酮、聚甲基乙烯基?#36873;?#32858;?#19968;?#20057;烯基?#36873;?#32858;乙烯基甲酮等等),聚缩醛、聚丙烯酸酯类,和共聚物(例如,聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-丙烯酸、聚?#21592;?#20108;甲酸丁二酯-共-聚?#21592;?#20108;甲酸四亚甲基酯、聚月桂基内酰胺-嵌段-聚四氢呋喃,等等)及其混合物。
根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料可包括最多约100wt%的基质聚合物材料。在一些实施方案中,聚合物复合材料可包括约40%-约80wt%的基质聚合物材料。根据一个实施方案,聚合物复合材料可包括约70wt%的基质聚合物材料。
在这一点?#24076;?#26412;领域的普通技术人员可理解到与本发明的各种实施方案有关的许多优点。例如,根据本发明的一些实施方案的聚合物复合材料可提供改进的调热性能,当将该聚合物复合材料掺入到例如服装或鞋袜等制品内时,这种调热性能提供改进的舒适度。根据本发明的一些实施方案的聚合物复合材料可在聚合物复合材料内包括高负载水平的一种或更多种相变材料。根据本发明的一些实施方案,可提供高的负载水平,这是因为分散聚合物材料可促进在聚合物复合材料内掺入调温材料。有利地,聚合物复合材料还可包括为改进聚合物复合材料的总体物理性能(例如,机械性能)和加工性(例如此处所述,通过促进其形成)而选择的基质聚合物材料。根据本发明的一些实施方案,聚合物相变材料可提供充足的机械性能且可用作分散聚合物材料,从而提供甚至更高的负载水平和进一步改进的调热性能。
根据本发明的一些实施方案,聚合物复合材料的潜热可以是至少约2J/g,例如至少约10J/g,至少约20J/g,至少约30J/g,至少约40J/g,至少约50J/g,或至少约60J/g。在一个实施方案中,聚合物复合材料的潜热范围可以是约2J/g-约200J/g,例如约20J/g-约200J/g,约40J/g-约200J/g,或约60J/g-约200J/g。
以下将?#33268;?#26681;据本发明的一些实施方案,形成聚合物复合材料的通用方法。最初提供调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料。如前所述,调温材料可包括相变材料且可进一步包括容留结构(例如微胶囊),以包封、容纳、包围或吸收相变材料。根据本发明的一些实施方案,分散聚合物材料可包括对容留结构或者相变材料具有亲和力的低分子量聚合物,和基质聚合物材料可包括对分散聚合物材料具有亲和力并提供聚合物复合材料或者由其制造的制品一种或更多种所需物理性能的高分子量聚合物。如前所述,认为聚合物相变材料可用作分散聚合物材料,和对于本发明的一些实施方案来说,可省去基质聚合物材料。
接下来,混合调温材料与分散聚合物材料,形成第一共混物。根据本发明的一些实施方案,使分散聚合物材料熔融,形成第一熔体,并在第一熔体内分散调温材料,形成第一共混物。
然后使用第一共混物和基质聚合物材料,形成第二共混物。根据本发明的一些实施方案,加工第一共混物,形成颗粒,和混合该颗粒与基质聚合物材料,形成第二共混物。特别地,可熔融基质聚合物材料,形成第二熔体,并可在第二熔体内分散颗粒,形成第二共混物。或者,可通过熔融颗粒并向其中添加基质聚合物材料,从而形成第二共混物。根据本发明的其它实施方案,不需要形成颗粒,而是混合第一共混物与基质聚合物材料,形成第二共混物。
一旦成形,则加工第二共混物,形成聚合物复合材料。根据本发明的一些实施方案,加工第二共混物,形成具有通过掺入其中的相变材料提供的提高的可逆热性能的粒料。
参考图1将更充分地理解本发明,其中图1示出了根据本发明的一个实施方案形成聚合物复合材料的制造方法。
参考图1,提供调温材料(步骤10)。在本发明的实施方案中,调温材料包括相变材料和含有该相变材料的微胶囊。此处,调温材料可进一步包括通过微胶囊润湿、涂布或吸收的一定用量的水,以形成用水润湿的微胶囊。这些用水润湿的微胶囊可形成湿饼。湿饼可包括约1-约90wt%的微胶囊和相变材料,且其余部分包括水。典型地,湿饼包括约60%-约70wt%的微胶囊和相变材料,且其余部分包括水。根据本发明的一些实施方案,使用这一湿饼可起到促进微胶囊的处理或者可改进微胶囊在熔体内分散的作用(例如,防止结块)。
作为微胶囊的替代或者结合微胶囊,可使用其它容留结构来包封、容纳、包围或吸收相变材料。此外,应?#24065;?#35782;到调温材料可替代地或者结合包括原料形式的相变材料。可以以各种形式的固体(例如,大块形式、粉末、粒料、颗粒、薄片等等)或各种形式的液体(例如,熔融形式、溶解在溶剂内等等)提供原料形式的相变材料。
接下来,提供分散聚合物材料(步骤11)。如前所述,分散聚合物材料可包括促进在聚合物复合材料内掺入调温材料的任何聚合物(或聚合物的混合物)。在本发明的实施方案中,分散聚合物材料包括对微胶囊具有亲和力的低分子量聚合物。应?#24065;?#35782;到分散聚合物材料可包括一种或更多种额外的聚合物(例如,一种或更多种额外的低分子量聚合物)。还认为分散聚合物材料可包括聚合物相变材料。
如图1所示,混合调温材料与分散聚合物材料,形成第一共混物(步骤12)。根据本发明的实施方案,最初熔融分散聚合物材料,形成第一熔体(例如,在加热的混料罐或者湿法充填(wet flushing)装置内),并添加调温材料(例如,湿饼)和分散在第一熔体内,形成第一共混物。可通过分散聚合物材料对微胶囊的亲和力来促进含相变材料的微胶囊在第一熔体内的均匀分散。此外,可通过维持分散聚合物材料在熔融状态下或者通过混合(例如,搅动或搅拌),促进分散。在本发明的实施方案中,可通过湿法充填,基本上除去湿饼中的水。特别地,可加热第一共混物,直到湿饼中的水基本上被除去,以便例如第一共混物包括小于约1wt%的水。应?#24065;?#35782;到,步骤12可或者包括干混调温材料与分散聚合物材料,形成?#31245;?#20849;混物,随后可加热它形成第一共混物。
一旦成形,则加工第一共混物,形成颗粒(步骤14和15)。在本发明的实施方案中,冷却第一共混物,形成第一固体(步骤14),并粒化第一固体,形成颗粒(步骤15)。根据本发明的一些实施方案,将第一共混物挤塑成例如一条绳股(或多条绳股),冷却所述绳股,和随后粒化,形成颗粒。可使用任何挤出机(其中包括任何常规的挤出机,例如单螺杆挤出机),进行挤塑,形成具有各种规则或?#36824;?#21017;截面形状的绳股。
一般地,可使用任何方法(其中包括任何常规的方法),粒化第一固体。例如,可使用任何常规的方法,粉碎、切割或短切第一固体,形成颗粒。可形成具有各种形状(例如,球形、椭圆形、圆柱体、粉化形式、?#36824;?#21017;形状等等)和尺寸的颗粒。该颗粒可具有相同或不同的形状或尺寸且可形成具有光滑或粗糙的表面。根据本发明的一些实施方案,颗粒的最大线尺寸(例如,长度或直径)范围可以是约0.01-约10mm,和典型地为约1-约5mm。
颗粒可包括约30%-约60wt%的调温材料(例如以微胶囊和在其内分散的相变材料的干重计),和其余部分包括分散聚合物材料。根据本发明的一些实施方案,颗粒典型地包括约45%-约55wt%的微胶囊和相变材料,和其余部分包括分散聚合物材料。如?#32420;?#36848;,颗粒还可包括小量的水(例如,小于约1wt%的水)。
然后提供基质聚合物材料(步骤18),如前所述,基质聚合物材料可包括提供聚合物复合材料或者由其制造的制品一种或更多种所需的物理性能的任何聚合物(或聚合物的混合物)。在本发明的实施方案中,基质聚合物材料包括对分散聚合物材料具有亲和力且提供所需的物理性能,例如所需的机械或热性能的高分子量聚合物。应?#24065;?#35782;到,基质聚合物材料可包括一种或更多种额外的聚合物(例如,一种或更多种额外的高分子量聚合物)。还认为对于本发明的一些实施方案来说,可省去基质聚合物材料。
混合由步骤15形成的颗粒与基质聚合物材料,形成第二共混物(步骤17)。根据本发明的实施方案,最初熔融基质聚合物材料,形成第二熔体,并将颗粒加入和分散在第二熔体内,形成第二共混物。可通过基质聚合物材料对分散聚合物材料的亲和力,来促进颗粒在第二熔体内的分散。而且,在加入到第二熔体中之后,颗粒典型地熔融,结果释放含相变材料的微胶囊,并可通过基质聚合物材料对分散聚合物材料的亲和力和分散聚合物材料对微胶囊的亲和力来促进微胶囊在第二熔体内的均匀分散。也可通过维?#21482;?#36136;聚合物材料处于熔融状态或者通过混合(例如,搅动或搅拌),促进分散。在本发明的实施方案中,可进一步通过湿法充填除去湿饼中的水。应?#24065;?#35782;到步骤17可另外包括干混颗粒与基质聚合物材料,形成?#31245;?#20849;混物,随后可加热所述?#31245;?#20849;混物,形成第二共混物。
一旦成形,则加工第二共混物,形成聚合物复合材料(步骤20和21)。如前所述,可形成各种形状的聚合物复合材料,例如粒料、纤维、薄片、片材、膜、棒等等。在本发明的实施方案中,冷却第二共混物,形成第二固体(步骤20),和粒化第二固体,形成粒料(步骤21)。根据本发明的一些实施方案,将第二共混物挤出成例如一条绳股(或多条绳股),冷却所述绳股,随后粒化,形成粒料。可使用任何挤出机(其中包括任何常规的挤出机,例如单螺杆挤出机),进行挤塑,形成具有各种规则或?#36824;?#21017;截面形状的绳股。
一般地,可使用任何方法(其中包括任何常规的方法),粒化第二固体。例如,可使用任何常规的方法,粉碎、切割或短切第二固体,形成粒料。可形成具有各种形状(例如,球形、椭圆形、圆柱体、粉化形式、?#36824;?#21017;形状等等)和尺寸的粒料。该粒料可具有相同或不同的形状或尺寸且可形成具有光滑或粗糙的表面。根据本发明的一些实施方案,粒料的最大线尺寸(例如,长度或直径)范围可以是约1-约10mm,和典型地为约1-约5mm。
根据本发明的实施方案,成形的粒料典型地包括约10%-约30wt%的调温材料(例如,微胶囊和相变材料),约10%-约30wt%的分散聚合物材料,和约40%-约80wt%的基质聚合物材料。另外,粒料可包括用量典型地小于约1wt%的水。可使用该粒料形成具有提高的可逆热性能的各种制品,例如合成纤维、膜和注塑制品。
图2示出了根据本发明另一实施方案形成聚合物复合材料的制造方法。与前一实施方案一样,提供调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料(步骤30-32)。如前所述,还认为对于本发明的一些实施方案来说,聚合物相变材料可用作分散聚合物材料,和可省去基质聚合物材料。
如图2所示,然后一起混合调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料(步骤33)。根据本发明的实施方案,最初熔融分散聚合物材料,形成第一熔体,并添加调温材料和分散在第一熔体内,形成第一共混物。若存在的话,可通过湿法充填,基本上除去水。应?#24065;?#35782;到,调温材料可或者与分散聚合物材料干混,形成?#31245;?#30340;共混物,随后可加热所述?#31245;?#30340;共混物,形成第一共混物。接下来,混合第一共混物与基质聚合物材料,形成第二共混物。可最初熔融基质聚合物材料,形成第二熔体,并可混合第一共混物与第二熔体,形成第二共混物。或者,可添加基质聚合物材料并分散在第一共混物内,形成第二共混物。
应?#24065;?#35782;到,可使用各种其它方法,一起混合调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料,形成第二共混物。例如,可形成分散聚合物材料和基质聚合物材料的聚合物共混物,随后可将调温材料添加并分散在聚合物共混物内,形成第二共混物。作为另一实例,可干混调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料,形成?#31245;?#20849;混物,随后可加热所述?#31245;?#20849;混物,形成第二共混物。作为进一步的实例,可一起提供调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料,加热并混合,形成第二共混物。特别地,根据本发明的一些实施方案,可将调温材料、分散聚合物材料和基质聚合物材料喂入到挤出机内,形成第二共混物。
一旦成形,则加工第二共混物,形成聚合物复合材料(步骤35和36)。如前所述,可形成各种形状的聚合物复合材料,例如粒料、纤维、薄片、片材、膜、棒等等。在本发明的实施方案中,冷却第二共混物,形成固体(步骤35),并粒化该固体,形成粒料(步骤36)。根据本发明的一些实施方案,挤出第二共混物例如成一条绳股(或多条绳股),冷却所述绳股,随后粒化形成粒料。
翻回到图3,示出了根据本发明进一步的实施方案形成聚合物复合材料的制造方法。在本发明的实施方案中,使用多段挤出机43,形成聚合物复合材料。多段挤出机典型地要理解为包括在操作上以各种构造相连(例如串联)的两个或更多个挤出机单元,其中每一挤出机单元可以是单或多螺杆挤出机,可具有一个或更多个入口开口接收待挤出的物?#21097;?#19988;可具有一个或更多个排放口排放气体,例如空气、水(例如,蒸汽)和挥发性材料。
如图3所示,提供调温材料和分散聚合物材料(步骤40和41)并喂入到多段挤出机43内。如前所述,还认为对于本发明的一些实施方案来说,聚合物相变材料可用作分散聚合物材料。在本发明的实施方案中,调温材料和分散聚合物材料可喂入到多段挤出机43内的相同入口开口或者不同入口开口中。在多段挤出机43内,混合调温材料与分散聚合物材料,形成第一共混物。并通过多段挤出机43沿着熔体物流路径44推进第一共混物。
接下来,提供基质聚合物材料(步骤42)并喂入到多段挤出机43内。如前所述,还认为对于本发明的一些实施方案来说,可省去基质聚合物材料。在本发明的实施方案中,将基质聚合物材料沿着熔体物流路径44喂入到下游的入口开口内。或者,可将基质聚合物材料沿着熔体物流路径44喂入到上游的入口开口内(例如,接收调温材料或分散聚合物材料所使用的相同的入口开口)。在多段挤出机43内,混合第一共混物与基质聚合物材料,形成第二共混物。如图3所示,可通过排放端口基本上除去水(若存在的话)(步骤45)。
一旦成形,则加工第二共混物,形成聚合物复合材料(步骤46)。如前所述,可形成各种形状的聚合物复合材料,例如粒料、纤维、薄片、片材、膜、棒等等。例如,第二共混物可挤出通过模头成为一条绳股(或多条绳股),冷却所述绳股,随后粒化,形成粒料。作为另一实例,可通过喷丝板挤出第二共混物,形成合成纤维。
如前所述,可使用一种或更多种原料形式的相变材料,形成根据本发明一些实施方案的聚合物复合材料。例如,以上结合图1、图2和图3所述的制造方法可使用调温材料,或者或结合包括原料形式的相变材料。可以以各种形式的固体(例如,大块形式、粉末、粒料、颗粒、薄片等等)或各种形式的液体(例如,熔融形式、溶解在溶剂内等等)提供原料形式的相变材料(例如,在图1的步骤10中,在图2的步骤30中,或者在图3的步骤40中)。对于本发明的一些实施方案来说,将原料形式的相变材料掺入到聚合物复合材料内,其中相变材料可包含在分散在全部聚合物复合材料内的一个或更多个孤立的体积或空间内。如前所述,还认为聚合物相变材料可用作分散聚合物材料,且可使用原料形式的聚合物相变材料。
根据本发明的一些实施方案,可基本上在制造工艺过程中的任何时间处引入原料形式的相变材料,形成聚合物复合材料(例如,基本上在图1、图2和图3所示的任何步骤处)。例如,可借助液体注射或者单独或者结合分散聚合物材料或基质聚合物材料喂入固体形式的相变材料,从而引入相变材料。可过滤或混合原料液体形式的相变材料,以确保在液体注射之前的均匀度。可喂入原料固体形式的相变材料到挤出机的进料喉内。或者可侧面供料到挤出机内,以便防止进料喉?#27695;?#26681;据本发明的一些实施方案,可在制造工艺过程中,在随后的时间处,所需地引入原料形式的相变材料,从而确保相变材料充分分散或者减少它暴露于与形成聚合物复合材料有关的制造条件下(例如高温或剪切力)。通过使用这种随后阶段添加相变材料,将减少相变材料暴露于升高的温度下和任何随后的?#21040;?#25110;者相变材料的损失。
各种其它实施方案在本发明的精神和范围内。例如,如前所述,根据本发明的一些实施方案的聚合物复合材料可包括调温材料和或者分散聚合物材料或者基质聚合物材料。可选择分散聚合物材料或基质聚合物材料中的任何一种对调温材料具有亲和力(或者轻微或者部分的亲和力)。根据本发明的一个实施方案,聚合物复合材料可包括调温材料和所需地含一种或更多种高分子量聚合物的基质聚合物材料。在形成聚合物复合材料中,可混合调温材料,以及或者分散聚合物材料或者基质聚合物材料中的任何一种,形成共混物,然后加工该共混物,形成聚合物复合材料。
如前所述,可加工根据本发明一些实施方案的聚合物复合材料,形成具有提高的可逆热性能的各种制品。例如,可使用根据本发明一些实施方案形成的粒料,形成合成纤维用于注塑工艺或者挤塑工艺。特别地,可在熔体纺丝工艺中使用粒料,形成其中包括例如约10%-约30wt%调温材料的合成纤维,一旦成形,可将合成纤维收集成绳股或者切割成短纤维。可使用合成纤维制造织造或非织造织物,或者替代地可将合成纤维绕丝成之后将在编织或针织工艺中使用的纱线,以形成合成织物。应?#24065;?#35782;到,可混合该粒料与一种或更多种聚合物(例如,一种或更多种热塑性聚合物),形成共混物,其中一种或更多种聚合物可与粒料内包括的聚合物相同或不同。然后可加工所得共混物,形成含例如约5%-约10wt%调温材料的合成纤维。另外,可结合粒料一起使用一种或更多种热塑性聚合物,形成多组分熔体纺丝的纤维(例如,双组分纤维)、多组分挤出膜、多组分注塑产品等等。
实施例
以下实施例描述了本发明的一些实施方案的具体方面,以阐述并提供给本领域技术人员有关说明。实施例不应当视为限制本发明,因为实施例仅仅提供在理解和实践本发明的一些实施方案中有用的特定方法。
实施例1
将约5.0磅低分子量的聚乙烯均聚物(AC-16聚乙烯,滴点102℃,由Honeywell Specialty Chemical制造)加入到湿法充填装置内,然后在约110℃-约130℃下缓慢熔融该均聚物并混合。一旦熔融该均聚物,在约30分钟的时间段内,缓慢添加约8.47磅湿饼到熔融的均聚物中,形成第一共混物。湿饼包括含有相变材料的用水润湿的微胶囊(micro PCM lot#M42-31,59.0wt%微胶囊和相变材料,由MicroTekLaboratories,Inc.制造)。
当含有相变材料的微胶囊添加并分散在熔融均聚物中时,闪蒸掉水。继续混合,直到保留小于约0.15wt%的水(使用Karl-Fischer滴定法?#24202;?#37327;)。然后冷却所得第一共混物,形成第一固体,并短切第一固体,形成短切材料以供进一步加工。短切材料包括约50wt%微胶囊和相变材料。
然后通过干混约30磅短切材料与约70磅高分子量纤维级聚丙烯热塑性聚合物(Polypropylene homopolymer 6852,获自PB AmocoPolymers),形成?#31245;?#30340;共混物。
然后使用所有区设定在约230℃下的2.5英寸的单螺杆挤出机,在约70rpm的螺杆速度和15目的筛网,以及在氮气吹扫下,挤出所得?#31245;?#20849;混物,从而产生粒料。然后在约50℃和约1mm Hg的真空下,烘箱?#31245;?#31890;料过夜。
然后,在约230℃至265℃的温度下(例如,在约235℃至245℃下),挤出/熔体纺丝含约15wt%微胶囊和相变材料的粒料。
在最多约1600m/min(mpm)的卷绕速度下纺丝/绕丝合成纤维,得到约20-约6旦/根纤维,且该合成纤维显示出由相变材料提供的提高的可逆热性能,正如实施例2所述。
实施例2
使用Perkin Elmer Pyris1仪器,对以上的合成纤维进行差示扫描量热(DSC)测量。使用FTS Systems Intercoller1实现冷却。使用Perkin Elmer Pyris Thermal Analysis System和Windows软件,版本3.72,进行数据分析。
在Perkin Elmer气密封接的铝样品锅内制备试样,并进行测试,同时使试样继续置于N2流下。
试验条件包括:1)冷却试样到约-10℃;2)在约-10℃下等温保持约1分钟;3)以约5℃/分钟的速度从-10℃加热到约50℃;4)在50℃下等温保持约1分钟;然后5)以约5℃/分钟的速度从50℃冷却到约-10℃。
使用以?#32420;?#36848;的DSC测量结果,合成纤维提供约17.5至23.2J/g的热能储量(即潜热)。
实施例3
[00101]在小瓶内放置约3.1307g原料形式的相变材料(Kenwax 19烷属烃,C18-C24烷属烃的共混物,潜热150J/g),并向小瓶中添加约3.1255g对相变材料具有轻微或部分亲和力的聚合物材料(Elvax450,18wt%乙酸乙烯酯,聚乙烯-共-乙酸乙烯酯聚合物,由DuPontInc.供应)。在120℃至130℃下用手一起混合相变材料和聚合物材料,产生以重量计50∶50的均匀且?#35813;?#30340;共混物。一旦冷却,形成聚合物复合材料,该聚合物复合材料发雾且为橡胶状,没有蜡状或者油脂状触?#23567;?#35813;聚合物复合材料的DSC测量结果表明73.3J/g的热能储量,这对应于48.9%可获得的Kenwax 19,以提供调热性能。
[00102]本领域的普通技术人员不要求关于此处所述的聚合物复合材料开发的额外说明,但却可以通过?#28997;镠artmann于2004年2月10日提交的、标题为“Stable Phase Change Materials for Use inTemperature Regulating Synthetic Fibers,Fabrics And Textiles”的美国专利No.6689466,和Magill?#28909;?#20110;2005年2月15日提交的、标题为“Multi-component Fibers Having Enhanced ReversibleThermal Properties and Methods of Manufac turing Thereof”的美国专利No.6855422来发现某些有用的指导,其公开内容在此通过参考全?#22218;?#20837;。
[00103]在本说明书中提及或提到的每一专利申请、专利、出版物和其它公布的文献在此通过参考全?#22218;?#20837;,其程?#28909;?#21516;每一单独的专利申请、专利、出版物和其它公布的文献具体地和单独地通过参考引入一样。
[00104]尽管参考具体的实施方案描述了本发明,但本领域的技术人员应当理解,可作出各种变化,并在没有脱离所附权利要求定义的本发明的真实精神和范围的情况下替代等价物。另外,可作出许多改性,以适应特定的情况、材料、物质组合物、方法、一步或多步工艺步骤、本发明的目标和精神与范围。所有这些改性拟落在所附权利要求的范围内。特别地,尽管参考以特定顺序进行的特定步骤,描述了此处所述的方法,但要理解,可在没有脱离本发明教导的情况下,结合、细分或重排这些步骤,形成等价方案。因此,除非另有说明,这些步骤的顺序和分组没有限制本发明。

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本文标题:具有提高的可逆热性能的聚合物复合材料及其形成方法.pdf
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