CN109996919A

CN109996919A - 含有可释放表面改性分子的短纤维

Info

Publication number: CN109996919A
Application number: CN201780071952.4A
Authority: CN
Inventors: G·乔吉卡马斯; D·A·瑞曼帕
Original assignee: QED Labs Inc
Current assignee: QED Labs Inc
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-07-09
Also published as: MX2019005872A; US20190309442A1; IL266456B2; EP3541985A2; TW201842246A; JP7281194B2; BR112019010263A2; CA3043218A1; AU2023241286A1; ZA201903194B; EP3541985A4; IL266456A; IL266456B1; AU2017362758A1; WO2018094337A3; WO2018094337A2; TWI862472B; JP2020501030A

Abstract

本文公开了由短纤维和短纤维形成的组合物。将纤维用分子官能化，使包含所公开的纤维的织物疏水、亲水和/或在暴露于外部刺激时释放分子。还提供了合成短纤维的方法以及包含含有短纤维的编织纱线的织物。

Description

含有可释放表面改性分子的短纤维

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月21日提交的申请号为62/424,856的美国临时申请和2016年12月2日提交的申请号为62/429,486的美国临时申请的优先权，其公开内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及纤维。更具体地，本公开涉及来自纤维的刺激性响应释放。

背景技术

使纺织品疏水可以使得它们能够在纺织品可能暴露于水或高湿度条件的环境中使用。希望保护使用者免受这种潮湿的影响，以使用户感觉舒适。

传统上，氟化分子、有机硅分子、聚烯烃和蜡用于赋予织物疏水性。有些技术可以使织物具有疏水性。这可以包括使用固有疏水材料(例如聚四氟乙烯(特氟隆(Teflon))或将疏水分子涂层施加到织物上以使其疏水。固有疏水材料不坚固并且不像传统的合成(例如尼龙、聚酯)或天然(例如棉、丝)纤维那样机械地起作用。此外，固有疏水性材料不利于织物的染色，或者不适合可能施加到织物表面的其它整理剂(finish)，例如阻燃剂、抗菌剂，紫外线防护剂、杀虫剂、驱虫剂或印刷图案(例如伪装、防皱整理剂等)。局部涂层可以在例如使用、穿着或洗涤期间被清除，这消除了对使用者的任何益处。局部处理还会阻塞织物中的天然孔隙，从而使织物透气性降低。使表面疏水或以其它方式修饰材料表面可能在制造过程中提出挑战。所需要的是修饰材料表面可以克服这些缺陷的新方法和材料。

当许多有用的织物由短纤维的混纺物(例如棉/尼龙或棉/聚酯的混纺物)制成时，这是特别重要的。实质上，所需要的是一种固有地改变混纺纱线的疏水性或其它性质的方法，其中这种改性是原位开始的，例如在制造织物、施加整理剂、并且织物准备好被转换成衣服之后。

因此，需要的是提供聚合物材料的表面改性的改进的组合物、制品和方法。

发明内容

描述了递送表面改性分子的方法，表面改性分子具有能够与聚合物基体有利地结合、反应或相互作用的官能团或化学部分并且还具有表面改性基团。例如，这可以使织物亲水或疏水。在一个实施方案中，使用锚分子将表面改性分子锚定到聚合物基体上。可以将锚分子和表面改性分子添加到聚合物基体的熔融相中并转化成短纤维。然后可以将含有这些表面改性分子的这种短纤维添加到其它纤维的混纺物中，使得在纺纱、织造和/或整理(转化)所需的织物的过程中可以根据需要触发纱线间隙内的表面改性分子的释放。

聚合物制品可以携带高浓度的表面改性分子，聚合物例如为合成和天然纤维、短纤维、颗粒等。

表面改性分子可以不与与其结合的载体分子反应。

然后，载体可以在施加触发时将这些表面改性分子释放到周围环境中，所述触发例如为湿度变化、压力变化、施加电流、暴露于辐射和/或其它机制。当释放这样的分子时，分子可以以混纺物的形式与周围材料(例如其它短纤维分子)结合，或者以受控方式缓慢释放到周围环境中。

在第一实施方案中，提供了一种短纤维。短纤维包括聚合物基体、连接到聚合物基体的表面改性分子，和通过共价键合、静电相互作用、疏水相互作用、芳族相互作用、氢键合和/或范德华相互作用附着到表面改性分子上的锚分子。表面改性分子包括与聚合物基体相互作用的官能团和表面改性基团。锚分子具有反应性官能团，并且是聚合物分子或低聚物分子。

官能团可以被配置成与聚合物基体结合或反应。

锚分子可以具有与聚合物基体化学相似的特性。

反应性官能团可以包括胺、酰胺、酰亚胺、羟基、酸酐、异氰酸酯、羧基、环氧、硫氢基(sulfhydryls)、硫醇(thiols)、酸性氯化物(acid chlorides)(酰基氯化物(acylchloride))、醛、酯、酮、烷基卤化物或芳烃中的至少一种。

聚合物分子或低聚物分子可以包括水不溶性聚合物。水不溶性聚合物可以包括聚乙烯。

聚合物分子或低聚物分子可以包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、苯乙烯、乙烯基聚合物或其共聚物中的一种。

表面改性基团可以包括氟。

表面改性基团可以包括水溶性聚合物的衍生物，水溶性聚合物包括与存在于与聚合物基体相互作用的官能团上的基团反应的官能团。

水溶性聚合物可以包括聚环氧乙烷。

官能团可以反应并形成共价相互作用，共价相互作用包括环氧-胺、环氧-酸酐、酸酐-羟基、酸酐-胺、胺-异氰酸酯、羟基-异氰酸酯、酸性氯化物-胺、环氧-苯酚、环氧-羧基、芳烃-酸酐、醛-胺、酮-胺、酯-胺、烷基卤化物-胺或异氰酸酯-酸酐中的一种。

表面改性分子可以包括胺基团、酸酐基团、酸性氯化物基团、羧基基团或被配置成与尼龙末端基团或纤维素的羟基官能团反应的反应性基团。

表面改性分子可以包括疏水嵌段和亲水嵌段。疏水嵌段可以包括聚四氟乙烯(PTFE)，亲水嵌段可以包括环氧乙烷嵌段。

表面改性分子可以包括氟化聚醚二醇，锚分子可以包括马来酸酯化聚丙烯。

表面改性分子可以包括与含氟化基团的乙烯基单体共聚的甲基丙烯酸羟丙酯。含氟化基团的乙烯基单体可以包括2-(全氟己基)乙基丙烯酸酯。

表面改性分子可以包括氟化聚醚分子。

包含编织纱线的织物可以包括第一实施方案的任何变体的短纤维。

表面改性分子可以使织物具有疏水性活或亲水活性。表面改性分子还可以使织物具有杀虫活性、驱虫活性、芳族活性、抗菌活性、止汗活性、紫外线吸收活性、杀真菌活性和/或药用活性中的一种或多种。

表面改性分子可以是相变材料。

在第二实施方案中，提供了方法。该方法包括：将表面改性分子添加到聚合物基体的熔融相中；形成载体；并将锚分子添加到聚合物基体的熔融相中。载体包括表面改性分子。每种表面改性分子包括与聚合物基体相互作用的官能团和表面改性基团。锚分子被配置成将表面改性分子锚定到聚合物基体上。

成型可以包括注射成型、挤出、浇铸和/或纤维纺丝。

载体可以是聚烯烃。表面改性分子可以是环氧化硅氧烷分子。

聚烯烃可以是LLDPE、LDPE、HDPE或聚丙烯。

在第三实施方案中，提供了方法。该方法包括将第一实施方案的任何变体的短纤维或由第二实施方案的任何变体形成的载体添加到纱线或织物中。在纱线或织物的间隙内释放表面改性分子。

释放可以在纺纱、织造和/或整理织物之一的期间发生。释放也可以在热处理期间发生。释放还可以在pH变化、温度变化、湿度变化、压力变化、施加电流和/或暴露于辐射中的一个或多个期间发生。

纱线可以包括尼龙-棉混纺物。

附图说明

为了更全面地理解本公开的性质和目的，应参考以下结合附图的详细描述。

图1示出了根据本公开的方法的流程图。

图2示出了根据本公开的方法的另一流程图。

图3示出了混合在一起以形成本文公开的实施方案的纤维。

具体实施方式

尽管将根据某些实施方案描述所要求保护的主题，但是包括不提供本文所阐述的所有益处和特征的实施方案的其它实施方案也在本公开的范围内。在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种结构、逻辑和方法步骤的改变。

通过参考结合附图和示例进行的以下描述，可以更容易地理解本发明，所有这些描述和示例都形成本公开的一部分。应理解的是，本公开不限于本文描述和/或示出的具体产品、方法、条件或参数，并且本文使用的术语仅出于以举例的方式描述特定实施方案的目的，并非旨在限制任何所要求保护的发明。类似地，除非另外特别说明，否则关于可能的机制或作用模式或改进原因的任何描述仅仅是说明性的，并且本文的发明不受任何这种建议的机制或作用模式或改进原因的正确性或不正确性的约束。在整个文本中，应认识到该描述涉及组合物和制备以及使用该组合物的方法。也就是说，在本公开描述和/或要求保护与系统或者装置或者制备或使用系统或装置的方法相关的特征或实施方案的情况下，应理解的是，这样的描述和/或权利要求旨在将这些特征或实施方案扩展到这些上下文中的每一个中的实施方案(即，系统、装置和使用方法)。

在本公开中，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一(a)”，“一(an)”和“该”包括复数形式，并且对特定数值的引用至少包括该特定值。因此，例如，对“一种材料”的引用是指这些材料中的至少一种及其本领域技术人员已知的等同物，等等。

当通过使用描述符“约”将值表示为近似值时，将理解该特定值形成另一个实施方案。通常，术语“约”的使用表示可以根据所公开的主题寻求获得的所需性质而变化的近似值，并且基于其功能在其使用的特定上下文中进行解释。本领域技术人员将能够将其解释为常规问题。在一些情况下，用于特定值的有效数字的数量可以是确定单词“约”的程度的一种非限制性方法。在其它情况下，可以使用在一系列值中使用的阶化(gradation)来确定对于每个值，术语“约”可用的预期范围。如果存在，所有范围都是包容性和可组合的。也就是说，对范围中所述值的引用包括该范围内的每个值。

通常，当呈现范围时，公开了该范围的所有组合。例如，1至4不仅包括1至4，还包括1至2、1至3、2至3、2至4和3至4。

应理解的是，为了清楚起见，在不同实施方案的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。也就是说，除非明显不相容或明确排除，否则每个单独的实施方案被认为可以与任何其它实施方案组合，并且这种组合被认为是另一个实施方案。相反，为了简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以分开提供或以任何子组合提供。最后，虽然可以将实施方案描述为一系列步骤的一部分或更一般结构的一部分，但是每个所述步骤本身也可以被认为是独立的实施方案，可以与其它步骤组合。

当呈现列表时，除非另有说明，否则应理解的是该列表的每个单个元素以及该列表的每个组合是单独的实施方案。例如，呈现为“A、B或C”的实施方案的列表将被解释为包括实施方案“A”、“B”、“C”、“A或B”、“A或C”、“B或C”或者“A、B或C”。

除非另有说明，否则本文所用的术语“基团”是指具有可与其它化学物质共价键合的一个末端的化学实体。基团的示例包括但不限于：

除非另有说明，否则本文所用的术语“部分(moiety)”是指具有两个或更多个可与其它化学物质共价键合的末端的化学实体。部分的示例包括但不限于：

除非另有说明，否则本文所用的术语“烷基”是指支链或非支链饱和烃基团。烷基基团的示例包括但不限于甲基基团、乙基基团、丙基基团、丁基基团、异丙基基团、叔丁基基团等。例如，烷基基团可以是C₁至C₁₂(包括所有整数数值的碳和其间数值范围的碳)烷基基团。烷基基团可以是未取代的或被一个或多个取代基取代的。取代基的示例包括但不限于各种取代基，例如卤素(-F、-Cl、-Br和-I)、脂肪族基团(例如烷基基团、烯基基团、炔基基团)、芳基基团、烷氧基基团、羧酸酯基、羧酸、醚基团等，以及它们的组合。

除非另有说明，否则本文所用的术语“脂肪族”是指支链或非支链烃基团，其任选地含有一个或多个不饱和度。不饱和度包括但不限于烯基基团/部分、炔基基团/部分和环状脂肪族基团/部分。例如，脂肪族基团可以是C₁至C₁₂(包括所有整数数值的碳和其间数值范围的碳)脂肪族基团。脂肪族基团可以是未取代的或被一个或多个取代基取代的。取代基的示例包括但不限于各种取代基，例如卤素(-F、-Cl、-Br和-I)、另外的脂肪族基团(例如烯烃、炔烃)、芳基基团、烷氧基、羧酸酯、羧酸、醚基团等，以及它们的组合。

除非另有说明，否则本文所用的术语“芳基”是指C₅至C₁₄(包括所有整数数值的碳和其间数值范围的碳)芳族或部分芳族碳环基团。芳基基团可以包含聚芳基部分，例如稠环或联芳基部分。芳基基团可以是未取代的或被一个或多个取代基取代的。取代基的示例包括但不限于各种取代基，例如卤素(-F、-Cl、-Br和-I)、脂肪族基团(例如烯烃、炔烃)、芳基基团、烷氧基、羧酸酯、羧酸、醚基等，以及它们的组合。芳基基团的示例包括但不限于苯基基团、联芳基基团(例如联苯基基团)和稠环基团(例如萘基基团)。

本公开涉及提供聚合物材料的表面改性的组合物、制品和方法。

如本文所公开的，短纤维可以是标准长度(例如，10mm至50mm，但优选为35mm)的纤维，并且可以是任何组合物。短纤维可以是天然的或合成的来源。

如本文所公开的，表面改性分子(SMM)可以是能够与周围材料相互作用和/或反应的化学实体。SMM包含能够与基体相互作用的锚基团和能够改变基体表面性质的表面改性基团。相互作用可以是共价的或非共价的(例如静电相互作用、范德华力、氢键合、疏水活性、芳族活性或它们的组合)。来自共价相互作用的共价键在官能团之间。官能团(例如锚定基团)的非限制性列表包括胺、酰胺、酰亚胺、羟基、酸酐、异氰酸酯、羧基(例如羧酸)、环氧化物、硫氢基、硫醇、酸性氯化物(酰基氯化物)、醛、酯、酮、烷基卤化物、芳烃和/或类似物。官能团也可以是官能团的离子化形式，包括但不限于胺、羧基(例如羧酸)、硫醇和/或类似物。例如，共价相互作用可以在以下配对物之间：环氧-胺、环氧-酸酐、酸酐-羟基、酸酐-胺、胺-异氰酸酯、羟基-异氰酸酯、酸性氯化物-胺、环氧-苯酚、环氧-羧基、芳烃-酸酐、醛-胺、酮-胺、酯-胺、烷基卤化物-胺或异氰酸酯-酸酐。具有共价相互作用的其它配对物是可能的。

在示例中，共价相互作用发生在包括第一官能团和第二官能团的至少两个官能团之间。第一官能团的非限制性列表包括胺、羟基、异氰酸酯和环氧化物。第二官能团的非限制性列表包括酸酐、异氰酸酯、羧酸和环氧化物。由形成以下配对物的第一官能团和第二官能团之间的反应形成的共价键：环氧-胺、环氧-酸酐、酸酐-羟基、胺-异氰酸酯、羟基-异氰酸酯和异氰酸酯-酸酐。

如本文所公开的，载体可以是使用熔融加工工艺与SMM混合的聚合物。载体对SMM是惰性的(例如不共价反应或不共价结合)并且它可以携带非常高浓度(例如≥40重量％)的SMM并且可以在施加外部刺激(例如加热)时释放SMM。具有SMM的载体可以被转化为短纤维，然后可以进行梳理(carded)并与基体共混。可以将以下用作载体，聚烯烃例如低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)或它们的衍生物，水溶性聚合物例如聚环氧乙烷、苯乙烯聚合物，聚酰胺例如尼龙-12，缩醛聚合物，酸酐聚合物，聚碳酸酯，聚酯(水溶性类型和不溶性类型)，肠溶聚合物例如对pH敏感的丙烯酸聚合物，热固性聚合物例如苯酚-甲醛、脲醛、环氧树脂、聚氨酯，可以使用本领域技术人员已知的其它物质或它们的组合。使用的其它载体可以响应其它外部刺激(例如紫外线照射、电流等)。

在示例中，载体包括聚合物，所述聚合物包含尼龙6、尼龙66、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚缩醛、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。

在示例中，载体可以非共价结合SMM。非共价相互作用可以是静电活性、芳族活性(例如π-π相互作用)、范德华力、疏水活性或通过氢键合。

如本文所公开的，基体可以是混纺物或使用本领域已知的方法共混、梳理或以其它方式混合在一起多种短纤维。基体聚合物可以是合成的、天然的或两者的组合。基体纤维可以是对SMM具有反应性的或可以有利地与SMM相互作用并与SMM结合。

本公开通过使用表面偏析(segregation)或界面偏析的反应性分子提供原位表面化学来解决上述问题，这种反应性分子能够在界面或表面处锚定所需的分子，并进而被锚定到制品或成品(特别是纤维、纺织品和织物)的聚合物基体上，并且这种反应性分子可以在表面/界面处稳定且均匀地分布，尽管其它分布也是可能的。仅在表面处的表面改性实体的这种互锁或锚定可有助于抵消成品聚合物产品的机械性能的损失，其中产品的芯未被任何不相容的表面偏析添加剂所掺杂。反应性分子可以包括聚烯烃的酸酐，例如马来酸酯化聚丙烯、环氧化聚烯烃、环氧化硅酮(silicone)分子、胺化硅酮、羟基化硅酮、丙烯酸酯化硅酮、丙烯酸酯化蜡、胺化蜡、环氧化油(例如环氧化蓖麻油或环氧化亚麻籽油)、异氰酸酯-硅酮、硫醇改性硅酮、胺化蜡、异氰酸酯蜡、环氧化蜡、丙烯酸酯化蜡、多环氧分子(如三羟甲基乙烷三缩水甘油醚)、多羧基分子(如柠檬酸或1,2,3,4-丁烷四羧酸)、醛改性剂(例如乙二醛)、表氯醇聚合物、酸酐(例如马来酸酐)，或本领域技术人员已知的其它物质。

在示例中，官能化环氧化物分子(例如锚分子)包括环氧改性的9,10-二氢-9-氧基-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、SU8、ERISYS GE-31、ERISYS GE-30、ERISYS GE-40、ERISYS GE-38、ERISYS GE-60、三羟甲基乙烷三缩水甘油醚和/或它们的组合。

在实施方案中，SMM以混纺纱线递送。短纤维的混纺物可以通过将合成的/天然的或合成的/合成的共混物进行混合而产生，使得不同短纤维的最佳属性可以组合在单根纱线中。通常将尼龙和棉混纺在一起，以利用棉质的触感和尼龙的强度，创造出舒适耐用的面料。本申请公开了当其与纱线形式的其它短纤维混纺时能够递送反应性或非反应性分子(例如SMM)的短纤维的想法。在纱线设置中将SMM递送到周围短纤维有助于以期望的质量改变纱线的表面和周围短纤维的表面。在这种情况下，SMM可赋予疏水活性或其它性质。在示例中，混纺物具有50％或更少的SMM短纤维。在另一示例中，混纺物具有10至20％的SMM短纤维，包括其间的所有0.1％的值和范围。

除了尼龙和棉之外，其它纱线、织物或混纺物可受益于本文公开的实施方案。其它织物可以包括聚酯、人造丝、聚芳酰胺(例如Kevlar和Nomex)、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚、丙烯酸类、聚乳酸基(polylatcic acid)纤维，以及这种短纤维的混纺物。

可以在制造期间将SMM添加到熔体中以产生在其内部(例如在表面下和/或封装的)包含SMM的制品。这样的制品被称为载体。可以使用注射成型、挤出、浇铸、纤维纺丝或本领域技术人员已知的其它方法制造含有SMM的载体。因此，可以通过SMM的熔融相添加来产生载体。

在示例中，可以使SMM被载体封装和/或设置在载体的表面上。在这样的示例中，可以将SMM共价或非共价连接。

在示例中，可以使至少一个SMM既被载体封装又被展示在载体的表面上。在这样的示例中，SMM穿透载体使得分子的一部分被封装而分子的另一部分(诸如反应性末端，例如但不限于胺、环氧化物等)展示在外部。

SMM的描述

简而言之，SMM包括锚定基团和表面改性基团(例如表面改性添加剂)。

在一些实施方案中，表面偏析或界面偏析的反应性分子(SMM)可以是单分子，其包含在加入聚合物基体之前，通过共价键合、静电活性、范德华相互作用、疏水相互作用、芳族活性相互作用、氢键合和/或它们的组合相互连接的两个组分。添加剂的一部分是锚分子(或锚)，其具有与混纺物中的短纤维化学相似的特性，而另一部分是表面改性添加剂，例如氟化分子。SMM可以包含一个或多个锚定点和一个或多个表面改性部分。锚定基团和表面改性基团的组合可以消除对单独的锚分子的需要。

在示例中，锚和表面改性添加剂也可以是不同的分子。在其它示例中，表面改性添加剂可以在将表面改性添加剂添加到载体的过程中与锚反应或结合。在这些实施方案中，在将聚合物加工成载体短纤维期间，可以分开添加锚和表面改性添加剂。

SMM可以是线性的、支链的、梳形的、树枝状的或任何这种分子结构的组合。这些结构包括脂肪族、芳基和烷基链。这种结构的示例包括但不限于环状单环氧基甲苯基缩水甘油醚、环状和支链单环氧-2-乙基己基缩水甘油醚、线性单环氧基正丁基缩水甘油醚、支链和线性三环氧基CVC Chemical的ERISYS FE-35和35H或GE-35和35H、以及环状和支链单环氧基对叔丁基缩水甘油醚。

SMM可以是小分子或低聚物、低分子量聚合物，或可以是交替共聚物或无规共聚物或嵌段共聚物。

包含在短纤维制造期间原位产生的两个部分的SMM的示例是包含环氧官能分子(例如三羟甲基乙烷三缩水甘油醚(ERISYS GE-31，CVC Chemicals))和胺官能硅酮(例如Silamine DG-50(Siltech Corp.))的SMM，环氧官能分子和胺官能硅酮以化学计量混合，使得环氧分子(例如GE-31)上的所有三个环氧基团不与胺硅酮(例如，Silamine DG-50)反应。当这些分子在加工过程中在载体的存在下熔融时，它们会反应形成一个单分子，单分子中含有反应性环氧官能团，能够将单分子锚定在含有互补官能团(如尼龙短纤维上的胺末端基团)的基体短纤维上。

在示例中，在与载体聚合物混合以产生短纤维之前，环氧官能分子(例如三羟甲基乙烷三缩水甘油醚(ERISYS GE-31，CVC Chemicals))和胺官能硅酮(例如Silamine DG-50(Siltech Corp.))在单独的反应器中反应。以下方案中示出了示例：

在示例中，异氰酸酯(例如Desmondur N 3200)(其是线性二异氰酸酯)与羟基烷基甘油反应。在另一示例中，异氰酸酯(例如Desmondur N 3200)与支链多元醇(例如支链三醇)反应。

在示例中，酸酐(例如均苯四甲酸二酐)与胺(例如silamine DG-50)反应。

在示例中，SMM是在添加到载体短纤维之前已经形成的单分子。一个这样的示例可以是多官能环氧分子(例如SU8或可从CVC chemicals获得的多官能环氧化合物，例如ERISYS GE-31、GE-30、GE-40、GE-38和GE-60)。将这种SMM与聚乙烯载体聚合物混合以制备短纤维。

在示例中，SMM也可以是能够交联相邻短纤维纱线的交联剂(例如共价交联部分)。在一个实施方案中，二醛分子(例如乙二醛)可以用作聚烯烃载体中的SMM。该SMM能够与相邻纤维素纤维(例如棉、人造丝等)上的羟基基团反应并交联它们。不希望受特定理论的束缚，重要的是赋予短纤维束内聚性质，例如当短纤维纱线含有多种吸水纤维(例如棉)时。当湿润时，这种纱线会降低织物的强度。交联改善了这种纱线的湿强度，从而改善了织物的湿强度。

在示例中，将表面改性物质(例如硅酮-胺)与锚(例如多官能环氧分子(例如SU8))混合。胺和环氧反应形成SMM。硅酮-胺(单官能)与环氧分子(例如SU8(具有八个可用环氧基团的多官能))的比例可以是可变的，从而可以修饰具有硅酮-胺分子的多官能环氧分子(例如SU8)上的八个可用的环氧基团中的一个、两个、三个或甚至七个。因此，所形成的SMM可以包括硅酮表面改性部分和多官能环氧分子(例如SU8)的锚定部分，多官能环氧分子的锚定部分具有未反应的环氧基团，该未反应的环氧基团可将该共轭物锚定在例如尼龙短纤维的表面上。以下反应方案中描述了存在五个环氧分子的示例：

短纤维中SMM的量可以变化。在示例中，SMM浓度为5至75重量％，包括其间的所有0.1％值和范围。

在示例中，锚分子是具有反应性官能团的聚合物分子或低聚物分子。它们可以是水不溶性聚合物，例如为具有官能团的聚乙烯，官能团诸如例如为胺、环氧、酸酐、异氰酸酯、羟基、羧基或酸性氯化物。锚分子也可以是聚烯烃、聚酯、聚酰胺、苯乙烯、乙烯基聚合物，或用任何上述官能团或其它官能团官能化的这些实体的共聚物。表面改性添加剂可以是水溶性聚合物的衍生物，水溶性聚合物例如为聚环氧乙烷，其含有可与锚上存在的基团反应的官能团。这种配对包括但不限于环氧-胺、环氧-酸酐、酸酐-羟基、酸酐-胺、胺-异氰酸酯、羟基-异氰酸酯或酸性氯化物-胺。锚可以由与基体相同的化学结构制成，而表面改性实体可以在化学上不同于基体。

使用SMM和载体来改变含有它们的纱线的性质

疏水改性

在示例中，将添加剂添加到熔融纺丝工艺中，其结果是短纤维成为SMM载体。然后将这种载体短纤维与其它短纤维混纺以形成纱线，然后可以使纱线经受外部刺激以使得能够释放SMM，从而改变与载体混纺的纱线的性能。添加剂的非限制性示例包括化学惰性的聚丙烯，聚乙烯和聚苯乙烯。这些添加剂可以用官能分子处理，官能分子例如但不限于胺、环氧化物、羟基和酸酐。

以下实施方案描述了尼龙/棉短纤维混纺纱线以及混纺后的织物的疏水改性。尼龙/棉混纺物在下文中称为NyCo。

通过以各种比例混合尼龙和棉的短纤维来产生NyCo混纺物。例如，尼龙的量为10％至90％，包括其间的所有0.1％值和范围，棉的量为10％至90％，包括其间的所有0.1％值和范围，其中棉和尼龙的总量是100％。优选地，棉的量为50％，尼龙的量为50％。因为棉和尼龙都不是特别疏水，所以所得混纺物非常吸湿。

在一个实施方案中，使用聚烯烃(诸如例如但不限于LLDPE、LDPE、HDPE或聚丙烯)作为载体并与环氧化硅氧烷(siloxane)分子(例如可从Siltech Corp.获得的那些)混合。然后将混合物熔融挤出成短纤维。因此，所产生的短纤维含有未反应的硅酮-环氧化物分子。当这种短纤维以不同比例与NyCo混纺时，可以制造含有SMM的纱线。当这种纱线转变成织物时，所得织物含有包含在载体中的未反应的硅酮-环氧化物。当对这种织物经受热处理使得织物暴露于高于聚烯烃载体软化点的温度时，硅酮-环氧化物被释放到周围的混纺物中。环氧基团可以与包含在纱线中的尼龙短纤维的末端基团反应，从而修饰纱线的表面，从而修饰织物的表面。聚烯烃挤出的温度范围为90℃至200℃。当含有这些短纤维的织物经受这些温度范围时，发生短纤维的软化。SMM的浓度范围可以是5重量％至75重量％，包括其间的所有0.1％值和范围。

在另一实施方案中，SMM具有胺基基团、酸酐基基团、酸性氯化物基团、羧基基团和/或能够与尼龙短纤维的末端基团或包含在纱线中的纤维素短纤维的羟基官能团反应的其它此类反应性基团。

在另一实施方案中，可以通过两个不同基团之间的反应产生被锚定的SMM。例如通过将疏水嵌段和亲水嵌段结合到表面改性添加剂中，可以产生SMM以使表面更亲水。疏水嵌段可以产生足够的驱动力以引起表面改性添加剂的表面偏析，使得附着的亲水嵌段也被带到界面。在一个示例中，疏水嵌段(例如疏水氟化基团，例如存在于聚四氟乙烯(PTFE)中的那些疏水氟化基团)与亲水嵌段(例如环氧乙烷嵌段，或存在于聚乙二醇或高水溶性聚环氧乙烷中的嵌段)连接。通过改变亲水嵌段和疏水嵌段的比例，可以设计出能够表面偏析并将疏水聚合物表面转变成可润湿表面的亲水表面改性添加剂。该方法适用于氟含量在约15％至46％范围内的分子。该方法也可以与含有氟化物质的分子一起使用，其中％F在约5％至75％的范围内。含有较高％F的分子比含有较低％F的分子亲水性低。氟含量或％F以重量/重量(w/w)的方式测量。例如，含超过60％F的分子会使表面偏析更高。

即使这种表面改性添加剂可以表面偏析到表面，但如果不将这些表面改性添加剂锚定到它们所添加到的聚合物基体上，这些表面改性添加剂会被洗掉。因此，将表面改性添加剂锚定在聚合物基体上以防止这种表面侵蚀。

在一个示例中，氟化聚醚二醇(例如来自Omnova的PolyFox)用作表面改性添加剂。这些聚合物由亲水主链制成，该亲水主链由环氧乙烷链段和疏水侧链组成。聚合物中间体具有可以与合适的锚反应的末端羟基。在一个示例中，马来酸酯化聚丙烯分子(例如来自Dow的GR204Amplify)用作锚分子并且可以与聚醚二醇(例如PolyFox PF-7002)反应以产生与聚烯烃基体一起使用的锚定表面改性剂。聚丙烯锚与聚烯烃主链化学相容，而聚醚二醇(例如PolyFox)添加剂能够表面偏析。

在另一示例中，反应性聚醚(例如Jeffamine分子(Huntsman))与羧基(例如羧酸)或酸酐官能化的氟化化合物(例如三氟乙酸酐或十二氟庚酰氯)反应，得到氟化聚醚分子。由于存在氟化物质，这种分子具有在聚合物基体中表面偏析的能力，同时由于聚醚嵌段而提供亲水特性。

在又一示例中，亲水单体(例如甲基丙烯酸羟丙酯)与含有氟化基团(例如2-(全氟己基)乙基丙烯酸酯)的可聚合单体(例如乙烯基单体)共聚合以产生具有疏水域和亲水域的聚合物。

控制释放的织物

在另一实施方案中，载体可以与活性成分混合，活性成分例如为香料、抗菌物质、止汗物质、紫外线吸收物质、杀虫物质、驱虫物质、杀真菌物质、药用物质、其它类型的物质，或它们的组合。载体可以是能够携带高浓度的这些活性分子的聚合物。当这种短纤维与NyCo短纤维或其它短纤维混合时，所得纱线和织物都将含有这些活性分子。

活性成分本质上可以是药用的。例如，含有载体短纤维的短纤维纱线可以载有凝血剂、抗凝血剂、血液稀释剂、血栓形成部分/基团、镇痛剂、抗炎剂等。当这种纱线编织成绷带时，绷带就会含有一种或多种这些药物成分，能够在必要时帮助愈合、凝块和/或减轻疼痛。

纱线还可以包含由蜡制成的载体短纤维，所述蜡能够在体温下熔融但在体温以下是固体。当这种由含蜡纱线制成的织物施加到身体的一部分上时，这些蜡就会融化。然后，熔融的蜡将从绷带中迁移出来并形成不粘层，使得绷带可以容易地被移除而不会再次伤害其所施用的伤口。

纱线还可以含有驱虫剂(例如DEET(N,N-二乙基-间甲苯酰胺)或其它驱虫剂)。可以将含有驱虫剂(例如DEET)的载体短纤维添加到尼龙棉短纤维混合物的混纺物中以产生包含适量的(例如足以从穿着这种纱线制成的衣服的人驱逐昆虫的量)驱虫剂(例如DEET)的纱线。驱虫剂(例如DEET)的释放可以由被动释放(例如，DEET在顺浓度梯度降低的放向扩散，例如从载体纱线内部扩散到外部)触发或热触发(其中含有驱虫剂(例如DEET)的载体短纤维受到热处理方法的影响)。含有驱虫剂(例如DEET)的载体短纤维也可以是水溶性聚合物或水响应性聚合物(例如聚环氧乙烷或聚乙二醇(PEO或PEG)或含有聚环氧乙烷的各种共聚物(例如PEG-PLA、PEG-PLGA、PEG-硅酮、PEG-聚乙烯、PEG-聚己内酯，PEG-聚苯乙烯等)。当来自穿着者身体的汗液被衣物制品吸收时，它可以触发驱虫剂(例如DEET)从水响应性载体短纤维中释放。因此，可以释放驱虫剂。

杀虫剂或驱虫剂也可以是苄氯菊酯或类似的拟除虫菊酯分子，它们是已知的昆虫神经毒素。

对于本文公开的任何实施方案，材料可以配置成耐洗涤或排汗。材料还可以配置成在洗涤或排汗期间释放。

在一个实施方案中，载体可以由低熔点聚合物(例如聚烯烃)制成，使得当对所得到的织物进行热处理时，载体熔融并局部释放香料或杀虫剂。活性成分被缓慢释放到周围大气中。在活性物质需要长时间存在于短纤维中的情况下，载体短纤维可以由高熔点聚合物制成，使得活性成分被封装在载体中。

相变材料(PCM)

当PCM可逆地从固态变为液态时，PCM存储、释放或吸收热量，当它们变为固态时释放热量，当它们返回液态时吸收热量。可以通过与载体熔融配混来载PCM。可以选择载体使得它将PCM保持在短纤维的内部和/或表面上。载体短纤维可以与其它短纤维混纺以制成纱线，然后将纱线转变成织物。然后通过使纤维中或纤维上的PCM冷冻和熔融，织物经历冷热转变。PCM可以被认为是SMM，或者可以与SMM组合使用，或与SMM相互作用地使用。

PCM可以是有机的、无机的或两者的组合。有机PCM可以是聚合的或低聚的。PCM的示例包括二十烷、链烷烃(例如C₈至C₄₀的那些)、聚乙二醇、脂肪酸、多元醇或聚乙烯。

当穿着者经过热和/或冷环境之间时，纺织品或织物中的PCM可以为穿着者提供舒适性。一些PCM在刚好高于和低于体温的温度范围内(例如大约98.6℉)发生相变。

纱线还可以含有载体短纤维，所述载体短纤维通过将聚合物(例如尼龙、聚酯、聚烯烃或其它材料)与在所需温度下具有相变的材料混合而制成。

实施方案可以包括载有PCM的纤维，例如中空纤维，或者可以包括双组分纤维，其中一种组分载有PCM。这些可以是连续长丝或短纤维。

在示例中，PCM在熔融阶段与载体聚合物以5％至50％(包括其间的所有0.1值和范围)的比例混合并挤出成短纤维或连续纱线。PCM可以封装在短纤维的聚合物基体内，并且当暴露于适当的温度时可以经历热转变。

例如，PCM可以保持封装在载体纤维内，但也可以在纱线纤维的空隙内释放。在任何一种情况下，PCM都可以吸收和释放热量。

具有PCM的织物可以与其它材料或SMM(例如杀虫剂)组合。

尽管已经针对一个或多个特定实施方案描述了本公开，但是应理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以做出本公开的其它实施方案。因此，本公开被认为仅受所附权利要求及其合理解释的限制。

Claims

1.一种短纤维，包括：

聚合物基体；

连接到所述聚合物基体的表面改性分子，其中所述表面改性分子包括与所述聚合物基体相互作用的官能团和表面改性基团；和

通过共价键合、静电相互作用、疏水相互作用、芳族相互作用、氢键合和/或范德华相互作用附着到所述表面改性分子上的锚分子，其中所述锚分子具有反应性官能团并且是聚合物分子或低聚物分子。

2.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述官能团被配置成与所述聚合物基体结合或反应。

3.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述锚分子具有与所述聚合物基体化学相似的特性。

4.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述反应性官能团包括胺、酰胺、酰亚胺、羟基、酸酐、异氰酸酯、羧基、环氧、硫氢基、硫醇、酸性氯化物(酰基氯化物)、醛、酯、酮、烷基卤化物或芳烃中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的短纤维，其中所述聚合物分子或低聚物分子包括水不溶性聚合物。

6.根据权利要求5所述的短纤维，其中所述水不溶性聚合物包括聚乙烯。

7.根据权利要求4所述的短纤维，其中所述聚合物分子或低聚物分子包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、苯乙烯、乙烯基聚合物或其共聚物中的一种。

8.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性基团包括氟。

9.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性基团包括水溶性聚合物的衍生物，所述水溶性聚合物包括与存在于与所述聚合物基体相互作用的所述官能团上的基团反应的官能团。

10.根据权利要求9所述的短纤维，其中所述水溶性聚合物包括聚环氧乙烷。

11.根据权利要求9所述的短纤维，其中所述官能团反应并形成共价相互作用，所述共价相互作用包括环氧-胺、环氧-酸酐、酸酐-羟基、酸酐-胺、胺-异氰酸酯、羟基-异氰酸酯、酸性氯化物-胺、环氧-苯酚、环氧-羧基、芳烃-酸酐、醛-胺、酮-胺、酯-胺、烷基卤代物-胺或异氰酸酯-酸酐中的一种。

12.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性分子包括胺基团、酸酐基团、酸性氯化物基团、羧基基团或被配置成与尼龙末端基团或纤维素的羟基官能团反应的反应性基团。

13.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性分子包括疏水嵌段和亲水嵌段。

14.根据权利要求13所述的短纤维，其中所述疏水嵌段包括聚四氟乙烯(PTFE)，所述亲水嵌段包括环氧乙烷嵌段。

15.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性分子包括氟化聚醚二醇，所述锚分子包括马来酸酯化聚丙烯。

16.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性分子包括与含氟化基团的乙烯基单体共聚的甲基丙烯酸羟丙酯。

17.根据权利要求16所述的短纤维，其中所述含氟化基团的乙烯基单体包括2-(全氟己基)乙基丙烯酸酯。

18.根据权利要求1所述的短纤维，其中所述表面改性分子包括氟化聚醚分子。

19.一种织物，包括编织纱线，所述编织纱线包括权利要求1至18中任一项所述的短纤维。

20.根据权利要求19所述的织物，其中所述表面改性分子使所述织物具有疏水活性。

21.根据权利要求19所述的织物，其中所述表面改性分子使所述织物具有亲水活性。

22.根据权利要求19所述的织物，其中所述表面改性分子使所述织物具有杀虫活性、驱虫活性、芳族活性、抗菌活性、止汗活性、紫外线吸收活性、杀真菌活性和/或药用活性中的一种或多种。

23.根据权利要求19所述的织物，其中所述表面改性分子是相变材料。

24.一种方法，包括：

将表面改性分子添加到聚合物基体的熔融相中，其中每种所述表面改性分子包括与所述聚合物基体相互作用的官能团和表面改性基团；

形成载体，其中所述载体包括所述表面改性分子；和

将锚分子添加到所述聚合物基体的所述熔融相中，其中将所述锚分子配置成将所述表面改性分子锚定到所述聚合物基体上。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述成形包括注射成型、挤出、浇铸和/或纤维纺丝。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述载体是聚烯烃，其中所述表面改性分子是环氧化硅氧烷分子。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述聚烯烃是LLDPE、LDPE、HDPE或聚丙烯。

28.一种方法，包括：

将权利要求1至18中任一项所述的短纤维或由权利要求24至27中任一项形成的载体添加到纱线或织物中；和

在所述纱线或织物的间隙内释放所述表面改性分子。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述释放在纺织、织造和/或整理所述织物期间发生。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述释放在热处理期间发生。

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述释放在pH变化、温度变化、湿度变化、压力变化、施加电流和/或暴露于辐射中的一个或多个期间发生。

32.根据权利要求28所述的方法，其中所述纱线包括尼龙-棉混纺物。