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Die
Erfindung betrifft Fasern, die erweiterte umkehrbare thermische
Eigenschaften aufweisen. So werden zum Beispiel Zellulosefasern,
die erweiterte umkehrbare thermische Eigenschaften aufweisen, und
Verfahren zur Ausbildung solcher Zellulosefasern beschrieben.
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Viele
Fasern werden aus natürlich
vorkommenden Polymeren ausgebildet. Zur Umwandlung dieser Polymere
in Fasern können
verschiedene Verarbeitungsvorgänge
erforderlich sein, wobei die sich ergebenden Fasern als regenerierte
Fasern bezeichnet werden können.
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Eine
bedeutende Klasse regenerierter Fasern umfasst aus Zellulose ausgebildete
Fasern. Zellulose ist eine bedeutende Komponente von Pflanzenmaterial
wie zum Beispiel Blättern,
Holz, Rinde und Baumwolle. Herkömmlicherweise
wird ein Lösungsspinnprozess
zur Ausbil dung von Fasern aus Zellulose verwendet. Ein Nasslösungsspinnprozess
wird zur Ausbildung von Rayonfasern und Lyocellfasern verwendet,
während
ein Trockenlösungsspinnprozess
zur Ausbildung von Azetatfasern verwendet wird. Rayonfasern und
Lyocellfasern umfassen oftmals Zellulose, welche dieselbe chemische
Struktur wie natürlich
vorkommende Zellulose aufweist. In diesen Fasern vorkommende Zellulose
weist jedoch oftmals eine kürzere
Molekülkettenlänge im Verhältnis zu
natürlich
vorkommender Zellulose auf. Azetatfasern weisen oftmals eine chemisch
veränderte Form
von Zellulose auf, bei der verschiedene Hydroxylgruppen durch Azetylgruppen
ersetzt werden.
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Für aus Zellulose
ausgebildete Fasern gibt es zahlreiche Anwendungen. So können diese
Fasern zum Beispiel zur Ausbildung gestrickter, gewebter oder von
Vliesstoffen verwendet werden, die in Produkten wie zum Beispiel
Bekleidung oder Fußbekleidung
integriert werden. Aus diesen Fasern ausgebildete Gewebe werden
im Allgemeinen als Komfortgewebe eingestuft, und zwar auf Grund
ihrer Fähigkeit
zur Aufnahme von Feuchtigkeit und ihrer geringen Zurückhaltung
von Körperwärme. Diese
Eigenschaften machen das Gewebe bei warmem Wetter wünschenswert,
da es einem Träger
ermöglicht,
sich kühler
zu fühlen.
Dieselben Eigenschaften können
das Gewebe jedoch bei kaltem Wetter nicht wünschenswert machen. Bei kaltem
und feuchtem Wetter kann das Gewebe auf Grund des schnellen Entfernens
von Körperwärme nicht
wünschenswert sein,
wenn die Gewebe nass sind.
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Vor
diesem Hintergrund entstand eine Notwendigkeit der Entwicklung der
in diesem Dokument beschriebenen Zellulosefasern.
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In
einem innovativen Aspekt betrifft die Erfindung eine Zellulosefaser,
die erweiterte umkehrbare thermische Eigenschaften aufweist. Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Zellulosefaser einen aus einem länglichen Element ausgebildeten
Faserkörper.
Das längliche
Element umfasst einen Zellulosewerkstoff und einen innerhalb des
Zellulosewerkstoffes verteilten Temperaturregulierungswerkstoff.
Der Temperaturregulierungswerkstoff umfasst einen Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von –5°C bis 125°C aufweist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Zellulosefaser ein erstes längliches Element. Das erste
längliche
Element umfasst einen ersten Zellulosewerkstoff und einen innerhalb
des ersten Zellulosewerkstoffes verteilten Temperaturregulierungswerkstoff.
Der Temperaturregulierungswerkstoff umfasst einen Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von 0°C
bis 50°C
aufweist. Die Zellulosefaser umfasst ein mit dem ersten länglichen
Element verbundenes zweites längliches
Element. Das zweite längliche
Element umfasst einen zweiten Zellulosewerkstoff.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Zellulosefaser ein Kernelement. Das Kernelement umfasst einen
Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von 15°C
bis 45°C
aufweist. Die Zellulosefaser umfasst auch ein Mantelelement, welches
das Kernelement umgibt und ein Äußeres der
Zellulosefaser ausbildet, wobei das Mantelelement einen Mantelzellulosewerkstoff
umfasst.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die Zellulosefaser einen Satz von Inselelementen. Mindestens
ein Inselelement des Satzes von Inselelementen umfasst einen Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von 15°C
bis 45°C
aufweist. Die Zellulosefaser umfasst auch ein Seeelement, welches
jedes aus dem Satz von Inselelementen umgibt und ein Äußeres der
Zellulosefaser ausbildet. Das Seeelement umfasst einen Seezellulosewerkstoff.
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Bei
einem weiteren innovativen Aspekt betrifft die Erfindung ein Gewebe.
Bei einer Ausführungsform umfasst
das Gewebe einen Satz von miteinander gemischten Zellulosefasern.
Der Satz von Zellulosefasern umfasst eine Zellulosefaser, die erweiterte
umkehrbare thermische Eigenschaften aufweist. Das längliche
Element umfasst einen Zellulosewerkstoff und einen innerhalb des
Zellulosewerkstoffes verteilten Temperaturregulierungswerkstoff.
Der Temperaturregulierungswerkstoff umfasst einen Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von 15°C
bis 45°C
aufweist.
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Bei
einem weiteren innovativen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Ausbildung einer Zellulosefaser, die erweiterte umkehrbare thermische
Eigenschaften aufweist. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren
das Mischen eines Zellulosewerkstoffes mit einem Temperaturregulierungswerkstoff
zur Ausbildung einer Mischung. Der Temperaturregulierungswerkstoff
umfasst einen Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von 0°C
bis 50°C
aufweist. Das Verfahren umfasst auch die Extrusion der Mischung
zur Ausbildung der Zellulosefaser. Die Zellulosefaser umfasst einen
aus der Mischung ausgebildeten Faserkörper.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Verfahren das Mischen eines ersten Zellulosewerkstoffes
mit einem Temperaturregulierungswerkstoff zur Ausbildung einer Mischung.
Der Temperaturregulierungswerkstoff umfasst einen Phasenveränderungswerkstoff,
der eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von 0°C
bis 50°C
aufweist. Das Verfahren umfasst auch die Extrusion der Mischung
und eines zweiten Zellulosewerkstoffes zur Ausbildung der Zellulosefaser.
Die Zellulosefaser umfasst ein aus der Mischung ausgebildetes erstes
längliches
Element und ein das erste längliche
Element umgebendes zweites längliches
Element, welches aus dem zweiten Zellulosewerkstoff ausgebildet
ist.
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Zum
besseren Verständnis
der Art und der Gegenstände
der verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung sollte auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung
in Zusammenhang mit den dazugehörigen Zeichnungen
Bezug genommen werden.
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1 stellt
eine dreidimensionale Ansicht einer Zellulosefaser gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dar.
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2 stellt
eine dreidimensionale Ansicht einer Zellulosefaser gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung dar.
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3 stellt
Querschnittsansichten unterschiedlicher Zellulosefasern gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung dar.
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4 stellt
eine dreidimensionale Ansicht einer Zellulosefaser gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dar, die eine Kern-Mantelanordnung
aufweist.
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5 stellt
eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Zellulosefaser gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dar, die eine Kern-Mantelanordnung
aufweist.
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6 stellt
eine dreidimensionale Ansicht einer Zellulosefaser gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung dar, die eine Insel-im-Meer-Anordnung aufweist.
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Ausführungsformen
der Erfindung betreffen Fasern, die erweiterte umkehrbare thermische
Eigenschaften aufweisen, und Verfahren zur Ausbildung solcher Fasern.
Inbesondere betreffen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
Zellulosefasern, die Phasenveränderungswerkstoffe
umfassen. Zellulosefasern in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung weisen die Fähigkeit
zur Aufnahme und Freisetzung von Wärmeenergie unter unterschiedlichen
Umgebungsbedingungen auf. Zusätzlich
können
die Zellulosefasern eine verbesserte Verarbeitbarkeit aufweisen
(zum Beispiel während
der Ausbildung der Zellulosefasern oder eines daraus hergestellten
Produktes), verbesserte mechanische Eigenschaften, verbesserte Einschließung eines
Phasenveränderungswerkstoffes
innerhalb der Zellulosefasern, und höhere Eintragsniveaus des Phasenveränderungswerkstoffes.
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Zellulosefasern
in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung können ein
verbessertes Komfortniveau bereitstellen, wenn sie in Produkte wie
zum Beispiel Bekleidung oder Fußbekleidung
integriert werden. Die Zellulosefasern können dieses verbesserte Komfortniveau
insbesondere unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen bereitstellen.
Durch die Verwendung von Phasenveränderungswerkstoffen wird es
ermöglicht,
dass die Zellulosefasern eher „dynamische" Wärmerückhaltung als „statische" Wärmerückhaltung
an den Tag legen. Wärmerückhaltung
bezieht sich typischerweise auf die Fähigkeit eines Werkstoffes,
Wärme zurückzuhalten
(zum Beispiel Körperwärme). Ein
niedriges Niveau an Wärmerückhaltung ist
oftmals bei warmem Wetter erwünscht,
während
ein hohes Niveau an Wärmerückhaltung
oftmals bei kaltem Wetter erwünscht
ist. Anders als aus Zellulose hergestellte herkömmliche Fasern können Zellulosefasern
in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung verschiedene Niveaus an Wärmerückhaltung unter wechselnden
Umgebungsbedingungen an den Tag legen. So können die Zellulosefasern zum
Beispiel bei warmem Wetter ein niedriges Niveau an Wärmerückhaltung
an den Tag legen, und bei kaltem Wetter ein hohes Niveau an Wärmerückhaltung
an den Tag legen, wodurch ein gewünschtes Komfortniveau unter
wechselnden Wetterbedingungen aufrechterhalten wird.
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Zusätzlich dazu,
dass sie eine „dynamische" Wärmerückhaltung
an den Tag legen, können
Zellulosefasern in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung ein hohes Niveau an Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
an den Tag legen. Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit bezieht sich typischerweise
auf die Fähigkeit
von Werkstoff, Feuchtigkeit zu absorbieren oder aufzunehmen. In
einigen Fällen
kann die Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
als Prozentgewichtsgewinn ausgedrückt werden, der das Ergebnis
aufgenommener Feuchtigkeit im Verhältnis zu dem feuchtigkeitsfreien
Ge wicht des Werkstoffes bei einer besonderen Umgebungsbedingung
ist (zum Beispiel 21°C
und 65 Prozent relative Feuchtigkeit). Zellulosefasern in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung können
eine Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
von mindestens 5 Prozent, wie zum Beispiel von etwa 6 Prozent bis
zu etwa 15 Prozent, von etwa 6 Prozent bis zu etwa 13 Prozent, oder
von etwa 11 Prozent bis zu etwa 13 Prozent an den Tag legen. Ein hohes
Niveau an Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
kann zur Verringerung der Menge an Hautfeuchtigkeit zum Beispiel
auf Grund von Schwitzen dienen. Zusätzlich kann durch Zellulosefasern
aufgenommene Feuchtigkeit die Wärmeleitfähigkeit
der Zellulosefasern steigern. Daher können Zellulosefasern zum Beispiel
dann, wenn sie in Bekleidung oder Fußbekleidung integriert sind,
zur Verringerung der Menge an Hautfeuchtigkeit dienen, als auch
für eine
niedrigere Hauttemperatur, wodurch sie ein höheres Komfortniveau bei warmem
Wetter bieten. Die Verwendung von Phasenveränderungswerkstoffen in den
Zellulosefasern steigert das Komfortniveau durch Absorption oder
Freisetzung von Wärmeenergie
weiter, um eine komfortable Hauttemperatur aufrechtzuerhalten.
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Eine
Zellulosefaser gemäß einiger
Ausführungsformen
der Erfindung kann einen Satz länglicher
Elemente umfassen. Wie in diesem Dokument verwendet, bezieht sich
der Begriff „Satz" auf eine Sammlung
von einem oder mehreren Elementen. In einigen Fällen kann die Zellulosefaser
einen aus dem Satz länglicher
Fasern ausgebildeten Faserkörper
umfassen. Der Faserkörper
ist typischerweise länglich
und kann eine Länge aufweisen,
die mehrere Male größer (zum
Beispiel 100 Mal oder mehr) als sein Durchmesser ist. Die Faserkörper kann
eine beliebige von unterschiedlichen regelmäßigen oder unregelmäßigen Querschnittsformen
aufweisen, wie zum Beispiel kreisförmig, gekerbt, blumenblattförmig, mehrlappig,
achteckig, oval, fünfeckig, rechteckig,
gezackt, quadratisch geformt, trapezförmig, dreieckig keilförmig usw.
Es können
unterschiedliche längliche
Elemente des Satzes länglicher
Elemente miteinander verbunden (zum Beispiel verbundförmig, kombiniert,
verbunden oder vereinigt) werden, um einen einstückigen Faserkörper auszubilden.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
der Erfindung kann eine Zellulosefaser aus mindestens einem länglichen
Element ausgebildet sein, welches einen Temperaturregulierungswerkstoff
umfasst. Typischerweise umfasst der Temperaturregulierungswerkstoff
einen oder mehrere Phasenveränderungswerkstoffe,
um die Zellulosefaser mit erweiterten umkehrbaren thermischen Eigenschaften
zu versehen. Für
bestimmte Anwendungen kann eine Zellulosefaser aus verschiedenen
länglichen
Elementen ausgebildet sein, die denselben Zellulosewerkstoff oder
andere Zellulosewerkstoffe umfassen können, wobei mindestens ein
längliches
Element einen darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff umfasst.
Es wird in Betracht gezogen, dass eines oder mehrere längliche
Elemente aus verschiedenen anderen Arten von Polymerwerkstoffen
ausgebildet werden können.
Typischerweise ist der Temperaturregulierungswerkstoff im Wesentli chen
gleichförmig
innerhalb mindestens eines länglichen
Elementes verteilt. In Abhängigkeit
von den besonderen Merkmalen, die für die Zellulosefaser gewünscht werden,
kann die Verteilung des Temperaturregulierungswerkstoffes innerhalb
eines oder mehrerer länglicher
Elemente jedoch variiert werden. Verschiedene längliche Elemente können denselben
Temperaturregulierungswerkstoff oder anderen Temperaturregulierungswerkstoffe
umfassen.
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In
Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung kann ein Satz länglicher Elemente, die eine
Zellulosefaser ausbilden, in einer von unterschiedlichen Anordnungen
angeordnet sein. So kann der Satz länglicher Elemente zum Beispiel
unterschiedliche, in einer Kern-Mantelanordnung
oder einer Insel-im-Meer-Anordnung angeordnete längliche Elemente umfassen.
Die länglichen
Elemente können
in anderen Anordnungen angeordnet sein, wie zum Beispiel einer Matrix-
oder Schachbrettanordnung, einer Kuchenstückanordnung, einer Seite-an-Seite-Anordnung,
einer Streifenanordnung usw. In einigen Fällen können die länglichen Elemente in einer
Bündelform
angeordnet sein, in der die länglichen
Elemente im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen. Eines oder
mehrere längliche
Elemente können
sich über
mindestens einen Teil der Länge
eines Faserkörpers
erstrecken, und in einigen Fällen
können
die länglichen
Elemente in Längsrichtung
koextensiv sein. So kann die Zellulosefaser zum Beispiel ein Innenelement
umfassen, welches sich im Wesentlichen über die Länge der Zellulosefaser erstreckt
und einen Temperaturregu lierungswerkstoff umfasst. Der Umfang, in
dem sich das Innenelement über
die Zellulosefaser erstreckt, kann zum Beispiel von gewünschten
Wärmeregulierungseigenschaften
für die
Zellulosefaser abhängig
sein. Zusätzlich
können
andere Faktoren (zum Beispiel gewünschte mechanische Eigenschaften
oder Verfahren zur Ausbildung der Zellulosefaser) bei der Bestimmung dieses
Umfanges eine Rolle spielen. Daher kann sich in einigen Fällen das
Innenelement von etwa der Hälfte bis über die
gesamte Länge
der Zellulosefaser erstrecken, um gewünschte Wärmeregulierungseigenschaften bereitzustellen.
Ein Außenelement
kann das Innenelement umgeben und ein Äußeres der Zellulosefaser ausbilden.
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
der Erfindung kann eine Zellulosefaser von etwa 0,1 bis zu etwa 1000
Denier oder von etwa 0,1 bis zu etwa 100 Denier betragen. Typischerweise
beträgt
eine Zellulosefaser gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung von etwa 0,5 bis zu etwa 15 Denier, wie zum Beispiel
von etwa 1 bis zu etwa 15 Denier oder von etwa 0,5 bis zu etwa 10
Denier. Wie gewöhnliche
Fachleute auf diesem Gebiet verstehen werden, bezieht sich ein Denier
typischerweise auf ein Gewichtsmaß pro Länge einer Einheit einer Faser,
und stellt die Anzahl von Gramm pro 9000 Meter der Faser dar.
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Wenn
gewünscht,
kann eine Zellulosefaser gemäß einiger
Ausführungsformen
der Erfindung weiterverarbeitet werden, um eine oder mehrere Fasern
mit kleinerem Denier auszubilden. So können zum Beispiel unterschiedliche längliche
Elemente, welche die Zellulosefaser ausbilden, abgespalten oder
gefasert werden, um zwei oder mehr Fasern mit kleinerem Denier auszubilden,
wobei jede Faser mit kleinerem Denier eines oder mehrere längliche
Elemente umfassen kann. Es wird in Betracht gezogen, dass eines
oder mehrere längliche
Elemente (oder ein Teil oder Teile davon), welche die Zellulosefasern
ausbilden, mechanisch getrennt, pneumatisch getrennt, aufgelöst, geschmolzen
oder anders entfernt werden können,
um eine oder mehrere Fasern mit kleinerem Denier zu ergeben. Typischerweise
umfasst mindestens eine sich ergebende Faser mit kleinerem Denier
einen Temperaturregulierungswerkstoff, um gewünschte Wärmeregulierungseigenschaften bereitzustellen.
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In
Abhängigkeit
von der bestimmten Anwendung kann eine Zellulosefaser auch einen
oder mehrere Zusätze
umfassen. Ein Zusatz kann innerhalb einem oder mehreren länglichen
Elementen verteilt sein, welche die Zellulosefaser ausbilden. Beispiele
von Zusätzen
umfassen Wasser, grenzflächenaktive
Stoffe, Dispersionsmittel, Schaumbildungshemmer (zum Beispiel silikonhaltige
Verbindungen und fluorhaltige Verbindungen), Antioxidantien (zum
Beispiel behinderte Phenole und Phosphite), thermische Stabilisatoren
(zum Beispiel Phosphite, organische Phosphorverbindungen, Metallsalze
von organischen Karbonsäuren,
und Phenolverbindungen), Licht- oder UV-Stabilisatoren (zum Beispiel
Hydroxybenzoate behinderte und behinderte Amine), mikrowellenabsorbierende
Zusätze
(zum Beispiel multifunktionale Primäralkohole, Glyzerine und Kohlenstoff), Verstärkungsfasern
(zum Beispiel Kohlenstofffasern, Aramidfasern und Glasfasern), leitende
Fasern oder Partikel (zum Beispiel Graphit oder aktivierte Kohlenstofffasern
oder -partikel), Schmiermittel, Verarbeitungshilfen (zum Beispiel
Metallsalze von Fettsäuren,
Fettsäureester,
Fettsäureether,
Fettsäureamide,
Sulfonamide, Polysiloxane, organische Phosphorverbindungen, siliziumhaltige
Verbindungen, fluorhaltige Verbindungen und Phenolpolyether), Flammschutzmittel
(zum Beispiel halogenisierte Verbindungen, Phosphorverbindungen,
organische Phosphate, organische Bromide, Aluminiumoxidtrihydrat,
Melaminderivate, Magnesiumhydroxid, Antimonverbindungen, Antimonoxid
und Borverbindungen), Antiblockzusätze (zum Beispiel Kieselerde,
Talk, Zeolithe, Metallkarbonate und organische Polymere), Anti-Nebelzusätze (zum
Beispiel nichtionogene grenzflächenaktive
Stoffe, Glyzerinester, Polyglyzerinester, Sorbitanester und ihre
Ethoxylate, Nonylphenylethoxylate und Alkoholethoxylate), Antistatikzusätze (zum
Beispiel nichtionogene wie zum Beispiel Fettsäureester, ethoxylierte Alkylamine,
Diethanolamide und ethoxylierter Alkohol; anionische wie zum Beispiel
Alkylsulfonate und Alkylphosphate; kationische wie zum Beispiel
Metallsalze von Chloriden, Methosulfaten oder Nitraten, und quarternäre Ammoniumverbindungen;
und amphotere wie zum Beispiel Alkylbetaine), Anti-Mikrobenstoffe (zum
Beispiel Arsenverbindungen, Schwefel, Kupferverbindungen, Isothiazolin-Phthalamide, Karbamate,
anorganische Mittel auf Silberbasis, Silber-Zinkzeolithe, Silber-Kupferzeolithe,
Silberzeolithe, Metalloxide und Silikate), Kreuzverknüpfungselemente
oder Mittel für
kontrollierten Abbau (zum Beispiel Peroxide, Azoverbindungen, Silane,
Isocyanate und Epoxidharze), Farbstoffe, Pigmente, Färbemittel,
fluoreszierende Aufheller oder optische Aufheller (zum Beispiel
Bis-Benzoxazole,
Phenylcoumarine und Bis(styryl)biphenyle, Füllstoffe (zum Beispiel natürliche Mineralien
und Metalle wie zum Beispiel Oxide, Hydroxide, Karbonate, Sulfate
und Silikate; Talk; Ton; Wollastonit; Graphit; Ruß; Kohlenstofffasern;
Glasfasern und -perlen; Keramikfasern und -perlen; Metallfasern
und -kugeln; Feinpulversorten; und Fasern natürlicher oder synthetischer
Herkunft wie zum Beispiel Fasern aus Holz, Stärke oder Zellulosefeinpulverarten),
Verbindungsmittel (zum Beispiel Silane, Titanate, Zirkonate, Fettsäuresalze,
Anhydrite, Epoxidharze und ungesättigte
Polymersäuren),
Verstärkungsmittel,
Kristallisations- oder
Kristallisationskernbildungsmittel (zum Beispiel jeder beliebige
Werkstoff, der die Kristallinität
eines Polymers erhöht
oder verbessert, wie zum Beispiel um die Rate oder Kinetik von Kristallwachstum,
Anzahl gewachsener Kristalle oder Arten gewachsener Kristalle zu
verbessern) usw.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung können
bestimmte Behandlungen oder Überzüge auf eine
Zellulosefaser aufgebracht werden, um zusätzliche Eigenschaf ten wie zum
Beispiel Fleckenbeständigkeit,
Wasserabweisung, weicheres Anfühlen
und Feuchtigkeitsverwaltungseigenschaften zu übertragen. Beispiele von Behandlungen
und Überzügen umfassen
Epic (erhältlich
von Nextec Applications Inc., Vista, Kalifornien), Intera (erhältlich von
Intera Technologies, Inc., Chattanooga, Tennessee), Zonyl Fabric
Protectors (erhältlich
von DuPont Inc., Wilmington, Deleware), Scotchgard (erhältlich von
3M Co., Maplewood, Minnesota) usw.
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Die
vorangegangene Abhandlung bietet eine allgemeine Übersicht über einige
Ausführungsformen der
Erfindung. Wir wenden uns nun 1 zu,
die eine dreidimensionale Ansicht einer Zellulosefaser 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 1 veranschaulicht, ist die Zellulosefaser 1 eine
Monokomponentenfaser, die ein einzelnes längliches Element 2 umfasst.
Das längliche
Element 2 ist im Allgemeinen zylindrisch und umfasst einen
Zellulosewerkstoff 3 und einen innerhalb des Zellulosewerkstoffes 3 verteilten
Temperaturregulierungswerkstoff 4. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
kann der Temperaturregulierungswerkstoff 4 unterschiedliche Mikrokapseln
umfassen, die einen Phasenveränderungswerkstoff
umfassen, und die Mikrokapseln können passenderweise
gleichförmig über das
gesamte längliche
Element 2 verteilt sein. Obwohl es wünschenswert sein kann, dass
die Mikrokapseln gleichförmig
innerhalb des länglichen
Elementes 2 verteilt sind, ist eine solche Anordnung nicht
bei allen Anwendungen notwendig. Die Zellulosefaser 1 kann
verschiedene Gewichts-%-Sätze
des Zellulosewerkstoffes 3 und des Temperaturregulierungswerkstoffes 4 umfassen,
um gewünschte
Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften (zum Beispiel Duktilität, Zugfestigkeit und Härte) und
Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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In 2 ist
eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Zellulosefaser 5 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. Wie für die Zellulosefaser 1 beschrieben,
ist die Zellulosefaser 5 eine Monokomponentenfaser, die
ein einzelnes längliches
Element 6 umfasst. Das längliche Element 6 ist
im Allgemeinen zylindrisch und umfasst einen Zellulosewerkstoff 7 und
einen innerhalb des Zellulosewerkstoffes 7 verteilten Temperaturregulierungswerkstoff 8.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform
kann der Temperaturregulierungswerkstoff 8 einen Phasenveränderungswerkstoff
in einer Rohform umfassen (d. h. der Phasenveränderungswerkstoff ist nicht
verkapselt, d. h. nicht mikro- oder
makroverkapselt), und der Phasenveränderungswerkstoff kann passenderweise
gleichförmig über das
gesamte längliche
Element 6 verteilt sein. Obwohl es wünschenswert sein kann, dass
der Phasenveränderungswerkstoff
gleichförmig
innerhalb des länglichen Elementes 6 verteilt
ist, ist eine solche Anordnung nicht bei allen Anwendungen notwendig.
Wie in 2 veranschaulicht, kann der
Phasenveränderungswerkstoff
getrennte Bereiche ausbilden, die innerhalb des länglichen
Elementes 6 verteilt sind. Die Zellulosefaser 5 kann
verschiedene Gewichts-%-Sätze
des Zellulosewerkstoffes 7 und des Temperaturregulierungswerkstoffes 8 umfassen,
um gewünschte
Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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Indem
wir uns nun 3 zuwenden, sind Querschnittsansichten
unterschiedlicher Zellulosefasern 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24, 26, 27, 28, 29 und 34 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht,
ist jede Zellulosefaser (zum Beispiel die Zellulosefaser 21)
eine Mehrkomponentenfaser, die unterschiedliche separate Querschnittsbereiche
umfasst. Diese Querschnittsbereiche entsprechen unterschiedlichen
länglichen
Elementen (zum Beispiel längliche
Elemente 39 und 40) die jede Zellulosefaser ausbilden.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform
umfasst jede Zellulosefaser einen ersten Satz länglicher Elemente (in 3 schattiert
dargestellt) und einen zweiten Satz länglicher Elemente (in 3 nicht
schattiert dargestellt). Hierbei kann der erste Satz länglicher
Elemente aus einem Zellulosewerkstoff ausgebildet sein, der einen
darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff umfasst. Der zweite
Satz länglicher
Elemente kann aus demselben Zellulosewerkstoff oder einem anderen
Zellulosewerkstoff ausgebildet sein, der etwas andere Eigenschaften
aufweist. Im Allgemeinen können
unterschiedliche längliche
Elemente des ersten Satzes länglicher
Elemente aus demselben Zellulosewerkstoff oder anderen Zellulosewerkstoffen
ausgebildet sein. Auf ähnliche
Weise können
unterschiedliche längliche
Elemente des zweiten Satzes länglicher
Elemente aus demselben Zellulosewerkstoff oder anderen Zellulosewerkstoffen
ausgebildet sein. Es wird in Betracht gezogen, dass eines oder mehrere
längliche
Elemente aus unterschiedlichen anderen Arten von Polymerwerkstoffen ausgebildet
sein können.
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Für bestimmte
Anwendungen kann ein Temperaturregulierungswerkstoff innerhalb eines
zweiten Satzes länglicher
Elemente verteilt werden. Unterschiedliche Temperaturregulierungswerkstoffe
können
innerhalb desselben länglichen
Elementes oder anderer länglicher
Elemente verteilt werden. So kann zum Beispiel ein erster Temperaturregulierungswerkstoff
innerhalb eines ersten Satzes länglicher
Elemente verteilt werden, und ein zweiter Temperaturregulierungswerkstoff
mit etwas anderen Eigenschaften kann innerhalb eines zweiten Satzes
länglicher
Elemente verteilt werden. Es wird in Betracht gezogen, dass eines
oder mehrere längliche Elemente
aus einem Temperaturregulierungswerkstoff ausgebildet sein können, der
nicht innerhalb eines Zellulosewerkstoffes oder anderem Polymerwerkstoff
verteilt werden muss. So kann der Temperaturregulierungswerkstoff
zum Beispiel einen Polymerphasenveränderungswerkstoff umfassen,
der erweiterte umkehrbare thermische Eigenschaften umfasst, und
der zur Ausbildung eines ersten Satzes länglicher Elemente verwendet werden
kann. In diesem Fall kann es wünschenswert
sein, jedoch nicht erforderlich, dass ein zweiter Satz länglicher
Elemente auf passende Weise den ersten Satz länglicher Elemente umgibt, um
den Verlust oder ein Austreten des Polymerphasenveränderungswerkstoffes
oder anderer Polymerphasenveränderungswerkstoffe zu
verhindern.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform
kann jede Zellulosefaser unterschiedliche Gewichts-%-Sätze eines
ersten Satzes länglicher
Elemente umfassen, die einen Temperaturregulierungswerkstoff im
Verhältnis
zu einem zweiten Satz länglicher
Elemente umfasst. So kann zum Beispiel dann, wenn Wärmeregulierungseigenschaften
einer Zellulosefaser eine entsprechend gesteuerte Überlegung
sind, ein größerer Anteil
der Zellulosefaser einen ersten Satz länglicher Elemente umfassen,
die einen Temperaturregulierungswerkstoff umfassen. Andererseits
kann dann, wenn mechanische Eigenschaften einer Zellulosefaser eine
entsprechend gesteuerte Überlegung
sind, ein größerer Anteil
der Zellulosefaser einen zweiten Satz länglicher Elemente umfassen,
die keinen Temperaturregulierungswerkstoff umfassen müssen. Alternativ
kann es beim Ausgleich von Wärmeregulierungseigenschaften
und anderen Eigenschaften der Zellulosefaser wünschenswert sein, dass der
zweite Satz länglicher
Elemente denselben oder einen anderen Temperaturregulierungswerkstoff
umfasst.
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Eine
Zellulosefaser der veranschaulichten Ausführungsform kann zum Beispiel
von etwa 1 Gewichts-% bis zu etwa 99 Gewichts-% eines ersten Satzes
länglicher
Elemente umfassen. Typischerweise umfasst die Zellulosefaser von
etwa 10 Gewichts-% bis zu etwa 90 Gewichts-% des ersten Satzes länglicher
Elemente. Eine Zellulosefaser kann zum Beispiel 90 Gewichts-% eines
ersten länglichen
Elementes und 10 Gewichts-% eines zweiten länglichen Elementes umfassen.
Bei diesem Beispiel kann das erste längliche Element 60 Gewichts-%
eines Temperaturregulierungswerkstoffes umfassen, so dass die Zellulosefaser
54 Gewichts-% des Temperaturregulierungswerkstoffes umfasst. Als
weiteres Beispiel kann die Zellulosefaser bis zu etwa 50 Gewichts-%
des ersten länglichen
Elementes umfassen, welches wiederum bis zu etwa 50 Gewichts-% des
Temperaturregulierungswerkstoffes umfassen kann. Solche Gewichts-%-Sätze versehen
die Zellulosefaser mit bis zu etwa 25 Gewichts-% des Temperaturregulierungswerkstoffes
und stellen wirksame Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
für die Zellulosefaser
bereit. Es wird in Betracht gezogen, dass ein Gewichts-%-Satz eines
länglichen
Elementes im Verhältnis
zu einem Gesamtgewicht einer Zellulosefaser verändert werden kann, zum Beispiel
durch die Einstellung eines Querschnittsbereiches des länglichen
Elementes oder durch die Einstellung des Ausmaßes, in dem sich das längliche
Element über
eine Länge
der Zellulosefaser erstreckt.
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Unter
Bezugnahme auf 3 veranschaulicht die linke
Spalte 10 drei Zellulosefasern 12, 13 und 14. Die
Zellulosefaser 12 umfasst unterschiedliche, in Kuchen stückanordnung
angeordnete längliche
Elemente. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster Satz
länglicher
Elemente 15, 15', 15'', 15''' und 15'''', und ein zweiter
Satz länglicher
Elemente 16, 16', 16'', 16''' und 16'''', auf abwechselnde
Art angeordnet, und weist keilförmige
Querschnitte auf. Im Allgemeinen können die länglichen Elemente Querschnittsformen
und -bereiche aufweisen, die dieselben, oder anders sind. Während die
Zellulosefaser 12 mit zehn länglichen Elementen veranschaulicht
wird, wird in Betracht gezogen, dass im Allgemeinen zwei oder mehr
längliche
Elemente in einer Kuchenstückanordnung
angeordnet sein können,
wobei mindestens eines der länglichen
Elemente typischerweise einen Temperaturregulierungswerkstoff umfassen
wird.
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Die
Zellulosefaser 13 umfasst in einer Insel-im-Meer-Anordnung angeordnete
unterschiedliche längliche
Elemente. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster Satz
länglicher
Elemente (zum Beispiel längliche
Elemente 35, 35', 35'', 35''' und 35'''') innerhalb
des zweiten länglichen
Elementes 36 positioniert, und von demselben umgeben angeordnet,
wodurch sie „Inseln" innerhalb eines „Meeres" ausbilden. Eine solche
Anordnung kann zur Bereitstellung einer gleichförmigeren Verteilung eines Temperaturregulierungswerkstoffes
innerhalb der Zellulosefaser 13 dienen. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
weist der erste Satz länglicher
Elemente trapezförmige
Querschnitte auf. Im Allgemeinen kann der erste Satz länglicher
Elemente Querschnittsformen und -bereiche aufweisen, die die selben,
oder anders sind. Obwohl die Zellulosefaser 13 mit siebzehn
länglichen
Elementen veranschaulicht wird, die innerhalb des zweiten länglichen
Elementes 36 positioniert, und von demselben umgeben sind,
wird in Betracht gezogen, dass im Allgemeinen eines oder mehrere
längliche
Elemente innerhalb des zweiten länglichen
Elementes 36 positioniert, und von demselben umgeben sein
können.
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Die
Zellulosefaser 14 umfasst in einer Streifenanordnung angeordnete
unterschiedliche längliche
Elemente. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist ein erster Satz
länglicher
Elemente 37, 37', 37'', 37''' und 37'''' und ein zweiter
Satz länglicher
Elemente 38, 38', 38'', 38''' und 38'''' in einer abwechselnden
Anordnung angeordnet, und als längliche
Stücke
der Zellulosefaser 14 geformt. Im Allgemeinen können die
länglichen
Elemente Querschnittsformen und -bereiche aufweisen, die dieselben,
oder anders sind. Die Zellulosefaser 14 kann eine selbstkräuselnde
oder selbststrukturierende Faser sein und kann Füllkraft-, Massen-, Isolations-,
Dehn- oder andere ähnliche
Eigenschaften übertragen.
Obwohl die Zellulosefaser 14 mit neun länglichen Elementen veranschaulicht
wird, wird in Betracht gezogen, dass im Allgemeinen zwei oder mehr
längliche
Elemente in einer Streifenanordnung angeordnet sein können, wobei
mindestens eines der länglichen
Elemente typischerweise einen Temperaturregulierungswerkstoff umfassen
wird.
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Was
die Zellulosefasern 12 und 14 betrifft, kann eines
oder mehrere längliche
Elemente (zum Beispiel das längliche
Element 15) eines ersten Satzes länglicher Elemente teilweise
von einem oder mehreren aneinander angrenzenden länglichen
Elementen umgeben sein (zum Beispiel die länglichen Elemente 16 und 16''''). Wenn ein
längliches
Element, welches einen Phasenveränderungswerkstoff
umfasst, nicht vollständig umgeben
ist, kann es wünschenswert,
jedoch nicht erforderlich sein, dass eine Einschließungsstruktur
(zum Beispiel Mikrokapseln) verwendet wird, um den innerhalb des
länglichen
Elementes verteilten Phasenveränderungswerkstoff
zu enthalten. In einigen Fällen
können
die Zellulosefasern 12, 13 und 14 weiter
verarbeitet werden, um eine oder mehrere Fasern mit kleinerem Denier
auszubilden. Daher können
zum Beispiel die länglichen
Elemente, welche die Zellulosefaser 12 ausbilden, abgeteilt
werden, oder eines oder mehrere längliche Elemente (oder ein
Teil oder Teile derselben) können
aufgelöst,
geschmolzen oder auf andere Art und Weise entfernt werden. Eine
sich ergebende Faser mit kleinerem Denier kann zum Beispiel miteinander
verbundene längliche
Elemente 15 und 16 umfassen.
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Die
mittlere Spalte 20 von 3 veranschaulicht
vier Zellulosefasern 21, 22, 23 und 24.
Die Zellulosefasern 21, 22, 23 und 24 umfassen
jeweils in einer Kern-Mantelanordnung
angeordnete, unterschiedliche längliche
Elemente.
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Die
Zellulosefaser 21 umfasst ein innerhalb eines zweiten länglichen
Elementes 40 positioniertes, und von demselben umgebenes
erstes längliches
Element 39. Genauer ausgedrückt ist das erste längliche
Element 39 als ein Kernelement ausgebildet, welches einen
Temperaturregulierungswerkstoff umfasst. Dieses Kernelement ist
konzentrisch innerhalb des zweiten länglichen Elementes 40 positioniert
und vollständig
von demselben umgeben, welches als ein Mantelelement ausgebildet
ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform kann die Zellulosefaser 21 etwa
25 Gewichts-% des Kernelementes und etwa 75 Gewichts-% des Mantelelementes
umfassen.
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Wie
für die
Zellulosefaser 21 beschrieben, umfasst die Zellulosefaser 22 ein
innerhalb eines zweiten länglichen
Elementes 42 positioniertes, und von demselben umgebenes
erstes längliches
Element 41. Das erste längliche
Element 41 ist als ein Kernelement ausgebildet, welches
einen Temperaturregulierungswerkstoff umfasst. Dieses Kernelement
ist konzentrisch innerhalb des zweiten länglichen Elementes 42 positioniert und
vollständig
von demselben umgeben, welches als ein Mantelelement ausgebildet
ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform kann die Zellulosefaser 22 etwa
50 Gewichts-% des Kernelementes und etwa 50 Gewichts-% des Mantelelementes
umfassen.
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Die
Zellulosefaser 23 umfasst ein innerhalb eines zweiten länglichen
Elementes 44 positioniertes, und von demselben umgebenes
erstes längliches
Element 43.
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Hierbei
ist das erste längliche
Element 43 als ein Kernelement ausgebildet, welches exzentrisch
innerhalb des zweiten länglichen
Elementes 44 positioniert ist, welches als ein Mantelelement
ausgebildet ist. Die Zellulosefaser 23 kann verschiedene
Gewichts-%-Sätze
des Kernelementes und des Mantelelementes umfassen, um gewünschte Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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Wie
in 3 veranschaulicht, umfasst die Zellulosefaser 24 ein
innerhalb eines zweiten länglichen Elementes 46 positioniertes,
und von demselben umgebenes erstes längliches Element 45.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform
ist das erste längliche
Element 45 als eine dreilappige Querschnittsform ausgebildet.
Das Kernelement ist konzentrisch innerhalb des zweiten länglichen
Elementes 46 positioniert, welches als ein Mantelelement
ausgebildet ist. Die Zellulosefaser 24 kann verschiedene
Gewichts-%-Sätze
des Kernelementes und des Mantelelementes umfassen, um gewünschte Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass ein Kernelement im Allgemeinen alle
beliebigen regelmäßigen oder unregelmäßigen Querschnittsformen,
wie zum Beispiel kreisförmig,
gekerbt, blumenblattförmig,
mehrlappig, achteckig, oval, fünfeckig,
rechteckig, gezackt, quadratisch geformt, trapezförmig, dreieckig
keilförmig
usw. aufweisen kann. Während
die Zellulosefasern 21, 22, 23 und 24 jeweils
so veranschaulicht sind, dass eines oder mehrere Kernelemente innerhalb
eines Mantelelementes positioniert, und von demselben umgeben sind, wird
in Betracht gezogen, dass zwei oder mehr Kernelemente innerhalb
eines Mantelelementes positioniert, und von demselben umgeben sein
können
(zum Beispiel auf eine Art und Weise, die der für die Zellulosefaser 13 veranschaulichten ähnlich ist).
Diese zwei oder mehr Kernelemente können Querschnittsbereiche aufweisen,
die gleich oder unterschiedlich sind. Es wird auch in Betracht gezogen,
dass eine Zellulosefaser drei oder mehr längliche Elemente aufweisen
kann, die in einer Kern-Mantelanordnung so angeordnet sind, dass
die länglichen
Elemente als konzentrische oder exzentrische Streifen der Zellulosefaser
ausgebildet sind. Somit kann die Zellulosefaser zum Beispiel ein
innerhalb eines Mantelelementes positioniertes, und von demselben umgebenes
Kernelement umfassen, welches wiederum innerhalb eines weiteren
Mantelelementes positioniert, und von demselben umgeben ist.
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Die
rechte Spalte 30 von 3 veranschaulicht
fünf Zellulosefasern 26, 27, 28, 29 und 34.
Insbesondere umfassen die Zellulosefasern 26, 27, 28, 29 und 34 jeweils
verschiedene, in einer Seite-an-Seite-Anordnung angeordnete längliche
Elemente.
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Die
Zellulosefaser 26 umfasst ein erstes längliches Element 47,
welches an ein zweites längliches
Element 48 angrenzend, und teilweise von demselben umgeben
angeordnet ist. Bei der veranschaulichten Ausführungs form weisen die länglichen
Elemente 47 und 48 halbkreisförmige Querschnittsformen auf.
Hierbei kann die Zellulosefaser 26 etwa 50 Gewichts-% des
ersten länglichen
Elementes 47 und etwa 50 Gewichts-% des zweiten länglichen
Elementes 48 umfassen. Die länglichen Elemente 47 und 48 können auch
so gekennzeichnet werden, dass sie in einer Kuchenstück- oder
Streifenanordnung angeordnet sind.
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Wie
für die
Zellulosefaser 26 abgehandelt, umfasst die Zellulosefaser 27 ein
erstes längliches
Element 49, welches an ein zweites längliches Element 50 angrenzend,
und teilweise von demselben umgeben angeordnet ist. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
kann die Zellulosefaser 27 etwa 20 Gewichts-% des ersten
länglichen
Elementes 49 und etwa 80 Gewichts-% des zweiten länglichen
Elementes 50 umfassen. Die länglichen Elemente 49 und 50 können auch
so gekennzeichnet sein, dass sie in einer Kern-Mantelanordnung angeordnet
sind, so dass das erste längliche
Element 49 im Verhältnis
zu dem zweiten länglichen
Element 50 exzentrisch, und teilweise von demselben umgeben
angeordnet ist.
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Die
Zellulosefasern 28 und 29 sind Beispiele von Fasern
mit Mischviskosität.
Die Zellulosefasern 28 und 29 umfassen ein erstes
längliches
Element 51 oder 53, welches einen darin verteilten
Temperaturregulierungswerkstoff aufweist, und welches an ein zweites
längliches
Element 52 oder 54 angrenzend, und teilweise von
demselben umgeben angeordnet ist.
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Eine
Mischviskositätsfaser
kann als eine selbstkräuselnde
oder selbststrukturierende Faser betrachtet werden, so dass die
Selbstkräuselung
oder Selbststrukturierung der Faser Füllkraft-, Massen-, Isolations-, Dehn-
oder ähnliche
Eigenschaften übertragen
kann. Typischerweise umfasst eine Faser mit Mischviskosität unterschiedliche
längliche
Elemente, die aus unterschiedlichen Polymerwerkstoffen ausgebildet
sind. Die zur Ausbildung der Mischviskositätsfaser verwendeten unterschiedlichen
Polymerwerkstoffe können
Polymere mit unterschiedlichen Viskositäten, chemischen Strukturen
oder Molekulargewichten umfassen. Wenn die Mischviskositätsfaser
gezogen wird, können
ungleiche Spannungen zwischen unterschiedlichen länglichen
Elementen erzeugt werden, und die Mischviskositätsfaser kann sich kräuseln oder
biegen. In einigen Fällen
können die
zur Ausbildung der Mischviskositätsfaser
verwendeten unterschiedlichen Polymerwerkstoffe Polymere mit unterschiedlichen
Kristallinitätsgraden
umfassen. So kann zum Beispiel ein zur Ausbildung eines ersten länglichen
Elementes verwendeter erster Polymerwerkstoff einen niedrigeren
Kristallinitätsgrad
als ein zweiter, zur Ausbildung eines zweiten länglichen Elementes verwendeter
Polymerwerkstoff aufweisen. Wenn die Mischviskositätsfaser
gezogen wird, können
die ersten und zweiten Polymerwerkstoffe unterschiedliche Kristallinitätsgrade
durchlaufen, um eine Ausrichtung und Festigkeit in die Mischviskositätsfaser
hinein „einzufrieren". Ein ausreichender
Kristallinitätsgrad
kann erwünscht
sein, um die Neuausrichtung der Misch viskositätsfaser während der darauffolgenden Verarbeitung
(zum Beispiel Wärmebehandlung)
zu verhindern oder zu verringern.
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So
kann zum Beispiel für
die erste Zellulosefaser 28 das erste längliche Element 51 aus
einem ersten Zellulosewerkstoff ausgebildet sein, und das zweite
längliche
Element 52 kann aus einem zweiten Zellulosewerkstoff mit
etwas anderen Eigenschaften ausgebildet sein. Es wird in Betracht
gezogen, dass das erste längliche
Element 51 und das zweite längliche Element 52 aus
demselben Zellulosewerkstoff ausgebildet sein können, und dass ein Temperaturregulierungswerkstoff
innerhalb des ersten länglichen
Elementes 51 verteilt sein kann, um selbstkräuselnde
oder selbststrukturierende Eigenschaften auf die Zellulosefaser 28 zu übertragen. Es
wird auch in Betracht gezogen, dass das erste längliche Element 51 aus
einem Polymerphasenveränderungswerkstoff
ausgebildet sein kann, und das zweite längliche Element 52 aus
einem Zellulosewerkstoff mit etwas anderen Eigenschaften ausgebildet
sein kann. Die Zellulosefasern 28 und 29 umfassen
unterschiedliche Gewichts-%-Sätze
der ersten länglichen
Elemente 51 und 53 und der zweiten länglichen
Elemente 52 und 54, um gewünschte Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften, Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit,
Selbstkräuselungs-
oder Selbststrukturierungseigenschaften bereitzustellen.
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Die
Zellulosefaser 34 ist ein Beispiel einer ABA-Faser. Wie in 3 veranschaulicht,
umfasst die Zellulosefaser 34 ein erstes längliches
Element 55, welches zwischen einem zweiten Satz länglicher
Elemente 56 und 56' positioniert,
und teilweise von denselben umgeben ist. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
ist ein erstes längliches
Element 55 aus einem Zellulosewerkstoff ausgebildet, der
einen darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff umfasst.
Hierbei kann der zweite Satz länglicher
Elemente 56 und 56' aus
demselben Zellulosewerkstoff oder einem anderen Zellulosewerkstoff
ausgebildet sein, der etwas andere Eigenschaften aufweist. Im Allgemeinen
können
die länglichen
Elemente 55, 56 und 56' gleiche oder unterschiedliche Querschnittsformen
und -bereiche aufweisen. Die länglichen
Elemente 55, 56 und 56' können auch so gekennzeichnet
sein, dass sie in einer Streifenanordnung angeordnet sind.
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Wir
wenden unsere Aufmerksamkeit als Nächstes 4 zu,
die eine dreidimensionale Ansicht einer Zellulosefaser 59 darstellt,
die eine Kern-Mantelanordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung aufweist. Die Zellulosefaser 59 umfasst ein
längliches
und im Allgemeinen zylindrisches Kernelement 57, welches innerhalb
eines länglichen
und ringförmigen
Mantelelementes 58 positioniert, und von demselben umgeben ist.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform
erstreckt sich das Kernelement 57 im Wesentlichen über eine Länge der
Zellulosefaser 59 und ist vollständig von dem Mantelelement 58 umgeben
oder eingeschlossen, welches ein Äußeres der Zellulosefaser 59 ausbildet.
Im Allgemeinen kann das Kernelement 57 konzentrisch oder
exzentrisch innerhalb des Mantelelementes 58 positioniert
sein.
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Wie
in 4 veranschaulicht, umfasst das Kernelement 57 einen
darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff 61. Bei
der veranschaulichten Ausführungsform
kann der Temperaturregulierungswerkstoff 61 unterschiedliche
Mikrokapseln umfassen, die einen Phasenveränderungswerkstoff umfassen,
und die Mikrokapseln können
im Wesentlichen gleichförmig über das
Kernelement 57 verteilt sein. Obwohl es wünschenswert
sein kann, dass die Mikrokapseln gleichförmig innerhalb des Kernelementes 57 verteilt
sind, ist eine solche Anordnung nicht bei allen Anwendungen notwendig.
Das Kernelement 57 und das Mantelelement 58 können aus
demselben Zellulosewerkstoff oder unterschiedlichen Zellulosewerkstoffen
ausgebildet sein. Es wird in Betracht gezogen, dass einer oder beide
von dem Kernelement 57 und dem Mantelelement 58 aus
unterschiedlichen anderen Arten von Polymerwerkstoffen ausgebildet
sein können.
Die Zellulosefaser 59 kann unterschiedliche Gewichts-Sätze des Kernelementes 57 und
des Mantelelementes 58 umfassen, um gewünschte Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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In 5 ist
eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Zellulosefaser 60 dargestellt,
die eine Kern-Mantelanordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfin dung aufweist. Wie für
die Zellulosefaser 59 abgehandelt, umfasst die Zellulosefaser 60 ein
längliches
und im Allgemeinen zylindrisches Kernelement 63, welches
sich im Wesentlichen über
eine Länge
der Zellulosefaser 60 erstreckt. Das Kernelement 63 ist
vollständig
innerhalb eines länglichen
und ringförmigen
Mantelelementes 64 positioniert und vollständig von
demselben umgeben, welches ein Äußeres der
Zellulosefaser 60 ausbildet. Im Allgemeinen kann das Kernelement 63 konzentrisch
oder exzentrisch innerhalb des Mantelelementes 64 positioniert
sein.
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Wie
in 5 veranschaulicht, umfasst das Kernelement 63 einen
darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff 62. Hierbei
kann der Temperaturregulierungswerkstoff 62 einen Phasenveränderungswerkstoff in
einer Rohform umfassen, und der Phasenveränderungswerkstoff kann passenderweise
gleichförmig über das
Kernelement 63 verteilt sein. Obwohl es wünschenswert
sein kann, dass der Phasenveränderungswerkstoff
gleichförmig
innerhalb des Kernelementes 63 verteilt ist, ist eine solche
Anordnung nicht bei allen Anwendungen notwendig. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
kann der Phasenveränderungswerkstoff
getrennte Bereiche ausbilden, die innerhalb des Kernelementes 63 verteilt
sind. Durch das Umgeben des Kernelementes 63 kann das Mantelelement 64 dazu
dienen, den Phasenveränderungswerkstoff
innerhalb des Kernelementes 63 einzuschließen. Dementsprechend
kann das Mantelelement 64 zur Verringerung oder Verhinderung
von Verlusten oder Austreten von Phasenveränderungswerkstoff während der Faserausbildung oder
während
des Endgebrauchs dienen. Das Kernelement 63 und das Mantelelement 64 können aus
demselben Zellulosewerkstoff oder unterschiedlichen Zellulosewerkstoffen
ausgebildet sein. Es wird in Betracht gezogen, dass einer oder beide
von dem Kernelement 63 und dem Mantelelement 64 aus
unterschiedlichen anderen Arten von Polymerwerkstoffen ausgebildet
sein können.
So wird zum Beispiel in Betracht gezogen, dass das Kernelement 63 aus
einem Polymerphasenveränderungswerkstoff
ausgebildet sein kann, der nicht in einem Zellulosewerkstoff verteilt
sein muss. Die Zellulosefaser 60 kann verschiedene Gewichts-%-Sätze des
Kernelementes 63 und des Mantelelementes 64 umfassen,
um gewünschte
Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine dreidimensionale
Ansicht einer Zellulosefaser 70 mit einer Insel-im-Meer-Anordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht. Die Zellulosefaser 70 umfasst
einen Satz länglicher
und im Allgemeinen zylindrischer Inselelemente 72, 73, 74 und 75,
die innerhalb eines länglichen
Seeelementes 71 positioniert, und von demselben umgeben
sind. Bei der veranschaulichten Ausführungsform erstrecken sich
die Inselelemente 72, 73, 74 und 75 im
Wesentlichen über
eine Länge
der Zellulosefaser 70 und sind vollständig von dem Seeelement 71 umgeben
oder eingeschlossen, welches ein Äußeres der Zellulosefaser 70 ausbildet.
Obwohl vier Inselelemente veranschaulicht sind, wird in Betracht
gezogen, dass die Zellulosefaser 70 mehr oder weniger Inselelemente
in Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung der Zellulosefaser 70 aufweisen
kann.
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Einer
oder mehrere unterschiedliche Temperaturregulierungswerkstoffe können innerhalb
der Inselelemente 72, 73, 74 und 75 verteilt
sein. Wie in 6 veranschaulicht, umfasst
die Zellulosefaser 70 zwei unterschiedliche Temperaturregulierungswerkstoffe 80 und 81.
Die Inselelemente 72 und 75 umfassen den Temperaturregulierungswerkstoff 80,
während
die Inselelemente 73 und 74 den Temperaturregulierungswerkstoff 81 umfassen.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform
können
die Temperaturregulierungswerkstoffe 80 und 81 unterschiedliche
Phasenveränderungswerkstoffe
in einer Rohform umfassen, und die Phasenveränderungswerkstoffe können getrennte
Bereiche ausbilden, die innerhalb jeweiliger Inselelemente verteilt
sind. Durch das Umgeben der Inselelemente 72, 73, 74 und 75 kann
das Seeelement 71 dazu dienen, die Phasenveränderungswerkstoffe
innerhalb der Inselelemente 72, 73, 74 und 75 einzuschließen.
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Bei
der veranschaulichten Ausführungsform
ist das Seeelement 71 aus einem Seezellulosewerkstoff 82 ausgebildet
und die Inselelemente 72, 73, 74 und 75 sind
jeweils aus Inselzellulosewerkstoffen 76, 77, 78 und 79 ausgebildet.
Der Seezellulosewerkstoff 82 und die Inselzellulosewerkstoffe 76, 77, 78 und 79 können dieselben
sein, oder können
sich auf eine Art voneinander unterscheiden. Es wird in Betracht
gezogen, dass eines oder mehrere des Seeelementes 71 und
die Inselelemente 72, 73, 74 und 75 aus
unterschiedlichen anderen Arten von Polymerwerkstoffen ausgebildet
sein können.
Daher wird zum Beispiel in Betracht gezogen, dass eines oder mehrere
der Inselelemente 72, 73, 74 und 75 aus
einem Polymerphasenveränderungswerkstoff
ausgebildet sein können,
der nicht in einem Zellulosewerkstoff verteilt sein muss. Die Zellulosefaser 70 kann
unterschiedliche Gewichts-%-Sätze
des Seeelementes 71 und der Inselelemente 72, 73, 74 und 75 umfassen,
um gewünschte
Wärmeregulierungseigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
bereitzustellen.
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Wie
zuvor abgehandelt, kann eine Zellulosefaser gemäß einiger Ausführungsformen
der Erfindung einen oder mehrere Temperaturregulierungswerkstoffe
umfassen. Ein Temperaturregulierungswerkstoff umfasst typischerweise
einen oder mehrere Phasenveränderungswerkstoffe.
Im Allgemeinen kann ein Phasenveränderungswerkstoff jede beliebige
Substanz (oder jede beliebige Mischung von Substanzen) sein, welche
die Fähigkeit
zur Absorption oder Freisetzung von Wärmeenergie aufweist, um den
Wärmefluss
innerhalb eines Temperaturstabilisationsbereiches zu verringern
oder zu beseitigen. Der Temperaturstabilisationsbereich kann eine
bestimmte Übergangstemperatur
oder einen bestimmten Bereich von Übergangstemperaturen umfassen. Ein
in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung
verwendeter Phasenveränderungswerkstoff
ist typischerweise in der Lage, einen Strom von Wärmeenergie
während
einer Zeitdauer zu hemmen, wenn der Phasenveränderungswerkstoff Wärme absorbiert
oder freigibt, typischerweise wenn der Phasenveränderungswerkstoff einen Übergang
zwischen zwei Zuständen
durchläuft
(zum Beispiel Flüssig-
und Festzustände,
Flüssig-
und Gaszustände,
Fest- und Gaszustände
oder zwei Festzustände).
Diese Aktion ist typischerweise vorübergehend. In einigen Fällen kann
ein Phasenveränderungswerkstoff
einen Strom von Wärmeenergie
wirksam hemmen, bis eine Umwandlungswärme des Phasenveränderungswerkstoffes
während
eines Heiz- oder
Abkühlprozesses
absorbiert oder freigegeben wird. Wärmeenergie kann von einem Phasenveränderungswerkstoff
gespeichert oder freigegeben werden, und der Phasenveränderungswerkstoff
kann typischerweise mittels einer Wärme- oder Kältequelle wirksam aufgeladen
werden. Durch die Auswahl eines angemessenen Phasenveränderungswerkstoffes
kann eine Zellulosefaser zur Verwendung in vielen unterschiedlichen
Produkten konzipiert werden.
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Bei
bestimmten Anwendungen kann ein Phasenveränderungswerkstoff ein Feststoff/fester
Phasenveränderungswerkstoff
sein. Ein Feststoff/fester Phasenveränderungswerkstoff ist eine
Art von Phasenveränderungswerkstoff,
die einen Übergang
zwischen zwei Festzuständen
durchläuft
(zum Beispiel kristalline oder mesokristalline Phasenumwandlung),
und wird somit typischerweise während
des Gebrauchs nicht zu einer Flüssigkeit.
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Ein
Phasenveränderungswerkstoff
kann eine Mischung aus zwei oder mehr Substanzen umfassen. Durch
die Auswahl von zwei oder mehr unterschiedlichen Substanzen und
Ausbildung einer Mischung kann ein Temperaturstabilisationsbereich über eine
große
Bandbreite für
jede beliebige Anwendung einer Zellulosefaser eingestellt werden.
In einigen Fällen
kann eine Mischung aus zwei oder mehr Substanzen zwei oder mehr getrennte Übergangstemperaturen
oder eine einzelne veränderte Übergangstemperatur
an den Tag legen, wenn sie in einer Zellulosefaser integriert wird.
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Phasenveränderungswerkstoffe,
die in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung
verwendet werden können,
umfassen unterschiedliche organische und anorganische Substanzen. Beispiele
von Phasenveränderungswerkstoffen
umfassen Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel geradekettige Alkane oder
Paraffinkohlenwasserstoffe, Alkane mit verzweigten Ketten, ungesättigte Kohlenwasserstoffe,
halogenisierte Kohlenwasserstoffe und alizyklische Kohlenwasserstoffe),
hydratisierte Salze (zum Beispiel Kalziumchloridhexahydrat, Kalziumbromidhexahydrat,
Magnesiumnitrathexahydrat, Lithiumnitrattrihydrat, Kaliumfluortetrahydrat,
Ammoniumalaun, Magnesiumchloridhexahydrat, Natriumkarbonatdecahydrat,
Dinatriumphosphatdodecahydrat, Natriumsulfatdecahydrat und Natriumazetattrihydrat),
Wachse, Öle,
Wasser, Fettsäuren,
Fettsäureester,
zweibasische Säuren,
zweibasische Ester, 1-Halogenide, Primäralkohole, Sekundäralkohole,
Tertiäralkohole,
aromatische Verbindungen, Klathrate, Halbklathrate, Gasklathrate,
Anhydrite (zum Beispiel Stearinanhydrite), Ethylenkarbonate, Polyole
(2,2-Dimethyl-1,3-Propandiol, 2-Hydroxymethyl-2-Methyl-1,3-Propandiol,
Ethylenglykol, Polyethylenglykol, Pentaerythritol, Dipentaerythritol,
Pentaglyzerin, Tetramethylolethan, Neopentylglykol, Tetramethylolpropan,
2-Amino-2-Methyl-1,3-Propandiol, Monoaminopentaerythritol, Diaminopentaerythritol
und Tris(hydroxymethyl)essigsäure),
Polymere (zum Beispiel Polyethylen, Polyethylenglykol, Polyethylenoxid,
Polyproplyen, Polypropylenglykol, Polytetramethylenglykol, Polypropylenmalonat,
Polyneopentylglykolsebacat, Polypentanglutarat, Polyvinylmyristat,
Polyvinylstearat, Polyvinyllaurat, Polyhexadecylmethakrylat, Polyoctadecylmethakrylat,
durch Polykondensation von Glykolen (oder ihrer Derivate) mit zweibasischen
Säuren
(oder ihren Derivaten) produzierte Polyester, und Copolymere wie
zum Beispiel Polyakrylat oder Poly(meth)akrylat mit Alkylkohlenwasserstoffseitenkette
oder mit Polyethylenglykolseitenkette, und Copolymere mit Polyethylen,
Polyethylenglykol, Polyethylenoxid, Polypropylen, Polypropylenglykol oder
Polytetramethylenglykol), Metalle und Mischungen davon.
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Die
Auswahl eines Phasenveränderungswerkstoffes
ist typischerweise von einer gewünschten Übergangstemperatur
oder einer gewünschten
Anwendung einer Zellulosefaser abhängig, die den Phasenveränderungswerkstoff
umfasst. So kann zum Beispiel ein Phasenveränderungswerkstoff mit einer Übergangstemperatur,
die in der Nähe
der Raumtemperatur oder der normalen Körpertempe ratur liegt, für Bekleidungsanwendungen
wünschenswert
sein. Insbesondere können
Zellulosefasern, die einen solchen Phasenveränderungswerkstoff umfassen,
in Bekleidung oder Fußbekleidung
integriert werden, um eine komfortable Hauttemperatur für einen
Benutzer aufrecht zu erhalten.
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Ein
Phasenveränderungswerkstoff
gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von etwa –5°C bis zu
etwa 125°C
aufweisen. Für
Bekleidungsanwendungen weist ein Phasenveränderungswerkstoff typischerweise
eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von etwa 0°C
bis zu etwa 50°C,
von etwa 15°C
bis etwa 45°C,
von etwa 22°C
bis zu etwa 40°C
oder von etwa 22°C
bis zu etwa 28°C
auf.
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Besonders
nützliche
Phasenveränderungswerkstoffe
umfassen Paraffinkohlenwasserstoffe mit 10 bis 44 Kohlenstoffatomen
(d. h. C
10-C
44 Paraffinkohlenwasserstoffe).
In Tabelle 1 ist eine Liste von C
13-C
28 Paraffinkohlenwasserstoffen aufgeführt, die
als Phasenveränderungswerkstoffe
bei den in diesem Dokument beschriebenen Zellulosefasern verwendet
werden können.
Die Anzahl von Kohlenstoffatomen eines Paraffinkohlenwasserstoffes
korreliert typischerweise mit seinem Schmelzpunkt. So weist n-Octosan,
welches 28 geradkettige Kohlenstoffatome pro Molekül umfasst,
einen Schmelzpunkt von etwa 61,4°C
auf. Vergleichsweise weist n-Tridecan, welches 13 geradkettige Kohlenstoffatome
pro Molekühl
umfasst, einen Schmelzpunkt von etwa –5,5°C auf. n-Octadecan, welches
18 geradkettige Kohlenstoffatome pro Molekül umfasst und einen Schmelzpunkt
von etwa 28,2°C
aufweist, kann insbesondere für
Bekleidungsanwendungen besonders wünschenswert sein. Tabelle
1
-
Weitere
nützliche
Phasenveränderungswerkstoffe
umfassen Polymerphasenveränderungswerkstoffe mit
einer Übergangstemperatur,
die für
eine gewünschte
Anwendung der sich ergebenden Zellulosefasern geeignet ist. Daher
kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
für Bekleidungsanwendungen
eine Übergangstemperatur
in dem Bereich von etwa 0°C
bis zu etwa 50°C
aufweisen, wie zum Beispiel von etwa 22°C bis zu etwa 40°C.
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Ein
Polymerphasenveränderungswerkstoff
kann ein Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) mit einer beliebigen
von unterschiedlichen Kettenstrukturen umfassen, die eine oder mehrere
Arten von Monomereinheiten umfassen. Ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
kann insbesondere ein Linearpolymer, ein verzweigtes Polymer (zum
Beispiel ein sternförmig
verzweigtes Polymer, ein kammförmig
verzweigtes Polymer oder ein dendritisch verzweigtes Polymer) oder
eine Mischung davon umfassen. Für
bestimmte Anwendungen umfasst ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
wünschenswerterweise
ein Linearpolymer oder ein Polymer mit einer kleinen Menge an Verzweigung,
um eine höhere
Dichte und einen höheren
Grad an geordneter Molekularpackung und Kristallisation zu ermöglichen.
Solch ein höherer
Grad an geordneter Molekularpackung kann zu einer größeren Umwandlungswärme und
einem engeren Temperaturstabilisationsbereich führen (zum Beispiel gut definierte Übergangstemperatur).
Ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
kann ein Homopolymer, ein Copolymer (zum Beispiel ein Terpolymer,
ein statistisches Copolymer, ein zufälliges Copolymer, ein abwechselndes
Copolymer, ein periodisches Copolymer, ein Block-Copolymer, ein
radiales Copolymer oder ein Propf-Copolymer) oder eine Mischung
davon umfassen. Eigenschaften einer oder meh rerer Arten von Monomereinheiten,
die einen Polymerphasenveränderungswerkstoff
ausbilden, können
eine Übergangstemperatur
des Polymerphasenveränderungswerkstoffes
beeinflussen. Dementsprechend kann die Auswahl der Monomereinheiten
von einer gewünschten Übergangstemperatur
oder einer gewünschten
Anwendung von Zellulosefasern abhängig sein, die den Polymerphasenveränderungswerkstoff
umfassen. Wie gewöhnliche
Fachleute auf diesem Gebiet verstehen werden, kann die Reaktivität und Funktionalität eines
Polymers durch Zugabe oder Austausch einer oder mehrerer funktioneller
Gruppen wie zum Beispiel von Aminen, Amiden, Karboxylen, Hydroxylen,
Estern, Ethern, Epoxidharzen, Anhydriten, Isocyanaten, Silanen,
Ketonen, Aldehyden usw. verändert
werden. Außerdem
kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
ein Polymer umfassen, welches zur Kreuzverknüpfung, Verwicklung oder Wasserstoffbindung
geeignet ist, um die Zähigkeit
oder die Beständigkeit
gegen Hitze, Feuchtigkeit oder Chemikalien zu erhöhen.
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Wie
gewöhnliche
Fachleute verstehen werden, können
einige Polymere in unterschiedlichen Formen mit unterschiedlichen
Molekulargewichten bereitgestellt werden, da ein Molekulargewicht
eines Polymers durch Verarbeitungsbedingungen bestimmt werden kann,
die zur Ausbildung des Polymers verwendet werden. Dementsprechend
kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
ein Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) umfassen, die ein
bestimmtes Molekulargewicht oder einen bestimmten Bereich von Molekulargewichten
umfasst. Wie in diesem Dokument verwendet, kann sich der Begriff „Molekular gewicht" auf ein Zahlenmittel
eines Molekulargewichtes oder ein Gewichtsmittel eines Molekulargewichtes
eines Polymers (oder einer Mischung von Polymeren) beziehen.
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Für bestimmte
Anwendungen kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff als Ergebnis
des Vorhandenseins eines höheren
Molekulargewichtes, einer größeren Molekülgröße und höherer Viskosität im Verhältnis zu
Nichtpolymer-Phasenveränderungswerkstoffen
wie zum Beispiel Paraffinkohlenwasserstoffen wünschenswert sein. Als Ergebnis
solcher Eigenschaften kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff eine geringere
Neigung zum Austreten aus einer Zellulosefaser während der Faserausbildung oder
während
des Endgebrauchs an den Tag legen. Bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff Polymere
umfassen, die ein Zahlenmittel eines Molekulargewichtes in dem Bereich
von etwa 400 bis zu etwa 5.000.000, wie zum Beispiel von etwa 2.000
bis zu etwa 5.000.000, von etwa 8.000 bis zu etwa 100.000, oder
von etwa 8.000 bis zu etwa 15.000 umfassen. Wie gewöhnliche
Fachleute auf diesem Gebiet verstehen werden, ist ein höheres Molekulargewicht
bei einem Polymer typischerweise mit einer niedrigeren Säurezahl
bei dem Polymer verbunden. Bei der Integration innerhalb einer Zellulosefaser
mit einer Kern-Mantel- oder
einer Insel-im-Meer-Anordnung kann ein höheres Molekulargewicht oder
eine höhere
Viskosität
dazu dienen um zu verhindern, dass ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
durch ein Kernelement oder ein Seeelement strömt, welches ein Äußeres der
Zellulosefaser ausbildet. Zusätzlich
zu der Bereitstellung von Wärmeregulierungseigenschaften
kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
verbesserte mechanische Eigenschaften bereitstellen, wenn er in
Zellulosefasern in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung integriert wird. In einigen Fällen kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff mit
einer gewünschten Übergangstemperatur
mit einem Zellulosewerkstoff oder anderem Polymerwerkstoff gemischt
werden, um ein längliches
Element auszubilden. In anderen Fällen kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
angemessene mechanische Eigenschaften bereitstellen, so dass er
zur Ausbildung eines länglichen
Elementes verwendet werden kann, ohne dass ein Zellulosewerkstoff
oder anderer Polymerwerkstoff erforderlich ist. Eine solche Anordnung
kann ein höheres
Eintragsniveau des Polymerphasenveränderungswerkstoffes und verbesserte
Wärmeregulierungseigenschaften
ermöglichen.
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Es
können
zum Beispiel bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung Polyethylenglykole als Phasenveränderungswerkstoffe verwendet
werden. Das Zahlenmittel eines Molekulargewichtes eines Polyethylenglykols
korreliert typischerweise mit seinem Schmelzpunkt. So weisen zum
Beispiel Polyethylenglykole mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes
in dem Bereich von etwa 570 bis zu etwa 630 (zum Beispiel CarbowaxTM 600, erhältlich von The Dow Chemical
Company, Midland, Mi chigan) typischerweise einen Schmelzpunkt in
dem Bereich von etwa 20°C
bis zu etwa 25°C
auf, wodurch sie für
Bekleidungsanwendungen wünschenswert
werden. Andere Polyethylenglykole, die bei anderen Temperaturstabilisationsbereichen
verwendbar sein können,
umfassen Polyethylenglykole mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes
von etwa 400 und einem Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 4°C bis zu
etwa 8°C,
Polyethylenglykole mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes
von etwa 1.000 bis zu etwa 1.500 und einem Schmelzpunkt in dem Bereich von
etwa 42°C
bis zu etwa 48°C,
und Polyethylenglykole mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes
von etwa 6.000 und einem Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 56°C bis zu
etwa 63°C
(zum Beispiel CarbowaxTM 400, 1500 und 6000,
erhältlich
von The Dow Chemical Company, Midland, Michigan).
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Zusätzliche
verwendbare Phasenveränderungswerkstoffe
umfassen Polymerphasenveränderungswerkstoffe
auf der Grundlage von Polyethylenglykolen, die mit Fettsäuren als „Endkappe" versehen sind. So können zum
Beispiel Polyethylenglykolfettsäurediester
mit einem Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 22°C bis zu
etwa 35°C
von Polyethylenglykolen mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes
in dem Bereich von etwa 400 bis 600 ausgebildet werden, die mit
Stearinsäure
oder Laurinsäure
als „Endkappe" versehen sind. Weitere
verwendbare Phasenveränderungswerkstoffe
umfassen Polymerphasenveränderungswerkstoffe
auf der Grundlage von Tetramethylenglykol. So können zum Beispiel Polyethylengly kole
mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes in dem Bereich von
etwa 1.000 bis zu etwa 1.800 (zum Beispiel Terathane® 1000
und 1800, erhältlich
von Du-Pont Inc.
Wilmington, Delaware) typischerweise einen Schmelzpunkt in dem Bereich
von etwa 19°C
bis zu etwa 36°C
aufweisen. Es können
auch Polyethylenoxide mit einem Schmelzpunkt in dem Bereich von
etwa 60°C
bis zu etwa 65°C
als Phasenveränderungswerkstoffe
bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden.
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Bei
bestimmten Anwendungen können
Polymerphasenveränderungswerkstoffe
Homopolymere mit einem Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 0°C bis zu
etwa 50°C
umfassen, die unter Verwendung herkömmlicher Polymerisationsprozesse
ausgebildet werden. In Tabelle 2 sind Schmelzpunkte unterschiedlicher
Homopolymere aufgeführt,
die aus unterschiedlichen Arten von Monomereinheiten ausgebildet
werden können. Tabelle
2
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Polymerphasenveränderungswerkstoffe
können
Polyester mit einem Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 0°C bis zu
etwa 40°C
umfassen, die zum Beispiel durch Polykondensation von Glykolen (oder
ihren Derivaten) mit zweibasischen Säuren (oder ihren Derivaten)
ausgebildet werden können.
In Tabelle 3 sind die Schmelzpunkte unterschiedlicher Polyester
aufgeführt,
die aus unterschiedlichen Kombinationen von Glykolen und zweibasischen
Säuren
ausgebildet werden können. Tabelle
3
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In
einigen Fällen
kann ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
mit einer gewünschten Übergangstemperatur
durch Reaktion eines Phasenveränderungswerkstoffes
(zum Beispiel eines oben abgehandelten Phasenveränderungswerkstoffes) mit einem
Polymer (oder einer Mischung von Polymeren) ausgebildet werden.
Daher kann zum Beispiel n-Octadecyclinsäure (d. h. Stearinsäure) mit
Polyvinylalkohol so reagieren, dass sich Polyvinylstearat ergibt,
oder Dodecanoylsäure
(Laurinsäure)
kann mit Polyvinylalkohol reagieren oder geestert werden, um Polyvinyllaurat
zu ergeben. Unterschiedliche Kombinationen von Phasenveränderungswerkstoffen
(zum Beispiel Phasenveränderungswerkstoffe
mit einer oder mehreren funktionellen Gruppen wie zum Beispiel Amin,
Karboxyl, Hydroxyl, Epoxidharz, Silan, schwefelige Elemente usw.)
und Polymere können reagieren,
um Polymerphasenveränderungswerkstoffe
mit gewünschten Übergangstemperaturen
zu ergeben.
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Polymerphasenveränderungswerkstoffe
mit gewünschten Übergangstemperaturen
können
aus unterschiedlichen Arten von Monomereinheiten ausgebildet sein.
So kann zum Beispiel ähnlich
wie bei Polyoctadecylmethakrylat ein Polymerphasenveränderungswerkstoff
durch die Polymerisation von Octadecylmethakrylat ausgebildet werden,
welches durch die Veresterung von Octadecylalkohol mit Methakrylsäure ausgebildet werden
kann. Außerdem
können
Polymerphasenveränderungswerkstoffe
durch die Polymerisation eines Polymers (oder einer Mischung von
Polymeren) ausgebildet werden. Es kann zum Beispiel Poly-(polyethylenglykol)methakrylat,
Poly-(polyethylenglykol)akrylat,
Poly-(polytetramethylenglykol)methakrylat
und Poly-(polytetramethylenglykol)akrylat
durch die Polymerisation jeweils von Polyethylenmethakrylat, Polyethylenglykolakrylat,
Polytetramethylenglykolmethakrylat und Polytetramethylenglykolakrylat
ausgebildet werden. Bei diesem Beispiel können die Monomereinheiten durch
Veresterung von Polyethylenglykol (oder Polytetramethylenglykol)
mit Methakrylsäure
(oder Akrylsäure)
ausgebildet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass Polyglykole mit
Allylalkohol verestert werden können,
oder mit Vinylazetat trans-verestert werden können, um Polyglykolvinylether
auszubilden, die wiederum polymerisiert werden können, um Poly-(polyglykol)vinylether
auszubilden. Auf ähnliche
Weise wird in Betracht gezogen, dass Polymerphasenveränderungswerkstoffe
aus Homologen von Polyglykolen ausgebildet werden können, wie
zum Beispiel aus Ester oder Ether als „Endkappen" versehenen Polyethylenglykolen und
Polytetramethylenglykolen.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein Temperaturregulierungswerkstoff einen Phasenverände rungswerkstoff
in einer Rohform umfassen. Während
der Ausbildung einer Zellulosefaser kann ein Phasenveränderungswerkstoff
in einer Rohform als ein Feststoff in einer beliebigen von unterschiedlichen Formen
bereitgestellt werden (zum Beispiel Schüttmasse, Pulver, Pellets, Körnchen,
Flocken usw.) oder als eine Flüssigkeit
in einer beliebigen von unterschiedlichen Formen (zum Beispiel in
geschmolzener Form, in einem Lösungsmittel
aufgelöst
usw.).
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Gemäß weiteren
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein Temperaturregulierungswerkstoff eine Einschließungsstruktur
umfassen, die einen Phasenveränderungswerkstoff
umschließt,
enthält,
umgibt, absorbiert oder damit reagiert. Diese Einschließungsstruktur
kann die Handhabung des Phasenveränderungswerkstoffes erleichtern,
wobei sie für
den Phasenveränderungswerkstoff
während
der Ausbildung einer Zellulosefaser oder eines daraus hergestellten
Produktes ebenso einen Schutzgrad bietet (zum Beispiel Schutz vor
Lösungsmitteln,
hohen Temperaturen oder Scherkräften).
Darüber
hinaus kann diese Einschließungsstruktur
zur Verringerung oder Verhinderung von Austreten von Phasenveränderungswerkstoff
aus der Zellulosefaser während
des Endgebrauchs dienen. Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann die Verwendung einer Einschließungsstruktur
wünschenswert,
jedoch nicht erforderlich sein, wenn ein längliches Element mit einem darin
verteilten Phasenveränderungswerkstoff
nicht vollständig
von einem anderen länglichen
Element umgeben ist.
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Ein
Temperaturregulierungswerkstoff kann zum Beispiel unterschiedliche
Mikrokapseln umfassen, die einen Phasenveränderungswerkstoff umfassen,
und die Mikrokapseln können
gleichförmig
oder nicht gleichförmig,
innerhalb eines oder mehrerer länglicher
Elemente verteilt sein, die eine Zellulosefaser ausbilden. Die Mikrokapseln
können
als den Phasenveränderungswerkstoff
umschließende
Mäntel
ausgebildet sein, und können
einzelne Mikrokapseln umfassen, die in unterschiedlichen regelmäßigen oder
unregelmäßigen Formen
und Größen ausgebildet
sind (zum Beispiel kugelförmig,
ellipsenförmig
usw.). Die Mikrokapseln können Formen
und Größen aufweisen,
die gleich oder unterschiedlich sind. Gemäß einiger Ausführungsformen
der Erfindung können
Mikrokapseln eine maximale Linearabmessung (zum Beispiel Durchmesser)
in dem Bereich von etwa 0,01 bis zu etwa 100 Mikron aufweisen. In
einigen Fällen
können
die Mikrokapseln eine im Allgemeinen kugelförmige Form aufweisen und können eine
maximale Linearabmessung in dem Bereich von etwa 0,5 bis zu etwa
10 Mikron, wie zum Beispiel von etwa 0,5 bis zu etwa 3 Mikron aufweisen.
Weitere Beispiele einer Einschließungsstruktur umfassen Kieselerdepartikel
(zum Beispiel niedergeschlagene Kieselerdepartikel, geräucherte
Kieselerdepartikel und Mischungen davon), Zeolithpartikel, Kohlenstoffpartikel
(zum Beispiel Graphitpartikel, aktivierte Kohlenstoffpartikel und
Mischungen davon), und Absorptionswerkstoffe (zum Beispiel absorbierende
Polymerwerkstoffe wie zum Beispiel bestimmte Zellulosewerkstoffe,
Superabsorptionswerkstoffe, Poly(meth)akrylatwerkstoffe, Metallsalze
von Po ly(meth)akrylatwerkstoffen und Mischungen davon). Ein Temperaturregulierungswerkstoff
kann zum Beispiel Kieselerdepartikel, Zeolithpartikel, Kohlenstoffpartikel oder
einen mit einem Phasenveränderungswerkstoff
imprägnierten
Absorptionswerkstoff umfassen.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein längliches
Element, welches eine Zellulosefaser ausbildet, bis zu etwa 100
Gewichts-% eines Temperaturregulierungswerkstoffes umfassen. Typischerweise
umfasst ein längliches
Element bis zu etwa 90 Gewichts-% eines Temperaturregulierungswerkstoffes.
Daher kann das längliche
Element zum Beispiel bis zu etwa 50 Gewichts-% oder bis zu etwa
25 Gewichts-% des Temperaturregulierungswerkstoffes umfassen. Bei
einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann ein längliches
Element von etwa 5 Gewichts-% bis zu etwa 70 Gewichts-% eines Temperaturregulierungswerkstoffes
umfassen. Daher kann bei einer Ausführungsform ein längliches
Element von etwa 5 Gewichts-% bis zu etwa 60 Gewichts-% eines Temperaturregulierungswerkstoffes
umfassen, und bei anderen Ausführungsformen
kann ein längliches
Element von etwa 10 Gewichts-% bis zu etwa 30 Gewichts-% oder von
etwa 15 Gewichts-% bis zu etwa 25 Gewichts-% eines Temperaturregulierungswerkstoffes
umfassen.
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Wie
zuvor abgehandelt, kann eine Zellulosefaser gemäß einiger Ausführungsformen
der Erfindung einen Satz länglicher
Elemente umfassen. Unterschiedliche längliche Elemente des Satzes
länglicher
Elemente können
aus demselben Zellulosewerkstoff oder unterschiedlichen Zellulosewerkstoffen
ausgebildet sein. In einigen Fällen
kann der Satz länglicher
Elemente einen ersten Satz länglicher
Elemente umfassen, die aus einem ersten Zellulosewerkstoff ausgebildet
sind, in dem ein Temperaturregulierungswerkstoff verteilt ist. Zusätzlich kann
der Satz länglicher
Elemente einen zweiten Satz länglicher
Elemente umfassen, der aus einem zweiten Zellulosewerkstoff ausgebildet
ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die länglichen Elemente aus demselben
Zellulosewerkstoff ausgebildet sein können, wobei in diesem Fall
die ersten und zweiten Zellulosewerkstoffe dieselben sein werden.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Temperaturregulierungswerkstoff
einen Polymerphasenveränderungswerkstoff
umfassen kann, der angemessene mechanische Eigenschaften bereitstellt.
In diesem Fall kann der Polymerphasenveränderungswerkstoff zur Ausbildung
des ersten Satzes länglicher
Elemente verwendet werden, ohne dass der erste Zellulosewerkstoff
erforderlich ist.
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Im
Allgemeinen kann ein Zellulosewerkstoff jedes beliebige auf Zellulose
basierende Polymer (oder jede beliebige Mischung von auf Zellulose
basierenden Polymeren) umfassen, welches in ein längliches
Element geformt werden kann. Ein Zellulosewerkstoff kann ein auf
Zellulose basierendes Polymer (oder jede beliebige Mischung von
auf Zellulose basierenden Polymeren) umfassen, die eine beliebige
von unterschiedlichen Kettenstrukturen, und eine oder mehrere Arten
von Monomereinheiten umfasst. Ein auf Zellulose basierendes Polymer
kann insbesondere ein Linearpolymer oder ein verzweigtes Polymer
(zum Beispiel ein sternförmig
verzweigtes Polymer, ein kammförmig
verzweigtes Polymer oder ein dendritisch verzweigtes Polymer) umfassen.
Ein auf Zellulose basierendes Polymer kann ein Homopolymer oder
ein Copolymer sein (zum Beispiel Terpolymer, statistisches Copolymer,
zufälliges
Copolymer, abwechselndes Copolymer, periodisches Copolymer, Block-Copolymer,
radiales Copolymer oder Propf-Copolymer). Wie gewöhnliche
Fachleute auf diesem Gebiet verstehen werden, kann die Reaktivität und Funktionalität eines
Polymers auf Zellulosebasis durch Zugabe oder Austausch einer oder
mehrerer funktioneller Gruppen wie zum Beispiel von Amin, Amid,
Karboxyl, Hydroxyl, Ester, Ether, Epoxidharz, Anhydrit, Isocyanat,
Silan, Keton und Aldehyd verändert
werden. Außerdem
kann ein auf Zellulose basierendes Polymer zur Kreuzverknüpfung, Verwicklung
oder Wasserstoffbindung in der Lage sein, seine Zähigkeit
oder die Beständigkeit
gegen Hitze, Feuchtigkeit oder Chemikalien zu erhöhen.
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Beispiele
von auf Zellulose basierenden Polymeren, die zur Ausbildung eines
länglichen
Elementes verwendet werden können,
umfassen Zellulose und unterschiedliche veränderte Formen wie zum Beispiel
Zelluloseester (zum Beispiel Zelluloseazetat, Zellulosepropionat,
Zellulosebutyrat, Zellulosephthalat und Zellulosetrimellitat), Zellulosenitrat,
Zellulosephosphat, Zelluloseether (zum Beispiel Methylzellulose,
Ethylzellulose, Propylzellulose und Butylzellulose), andere veränderte Formen
von Zellulose (zum Beispiel Karboxylmethylzellulose, Hydroxymethylzellulose,
Hydroxyethylzellulose und Cyanoethylzellulose) und Salze oder Copolymere
davon. Zellulose entspricht typischerweise einem linearen Homopolymer
von D-Glukose, wobei aufeinanderfolgende Monomereinheiten durch β-Glukosidverbindungen
von einem anomeren Kohlenstoff einer Monomereinheit mit einer C-4-Hydroxylgruppe
einer anderen Monomereinheit verbunden werden. Weitere verwendbare
auf Zellulose basierende Polymere umfassen veränderte Formen von Zellulose,
wobei zum Beispiel ein bestimmter Prozentsatz von Hydroxylgruppen
durch unterschiedliche andere Arten funktioneller Gruppen ersetzt
wird. Zelluloseazetat entspricht typischerweise einer veränderten
Form von Zellulose, bei der ein bestimmter Prozentsatz von Hydroxylgruppen
durch Azetylgruppen ersetzt wird. Der Prozentsatz von Hydroxylgruppen,
die ersetzt werden, kann von unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen
abhängig
sein. In einigen Fällen
kann bei Zelluloseazetat mindestens etwa 92 Prozent seiner Hydroxylgruppen
durch Azetylgruppen ersetzt werden, und in anderen Fällen kann
Zelluloseazetat einen Durchschnitt von mindestens etwa 2 Azetylgruppen
pro Monomereinheit aufweisen. Für
bestimmte Anwendungen kann ein Zellulosewerkstoff auf Zellulose
basierende Polymere umfassen, die eine durchschnittliche Molekülkettenlänge in dem
Bereich von etwa 300 bis zu etwa 15.000 Monomereinheiten aufweisen.
Daher kann ein Zellulosewerkstoff bei einer Ausführungsform auf Zellulose basierende
Polymere umfassen, die eine durchschnittliche Molekülkettenlänge in dem Bereich
von etwa 10.000 bis zu etwa 15.000 Monomereinheiten aufweisen. Bei
anderen Ausführungsformen kann
ein Zellulosewerkstoff auf Zellulose basierende Polymere umfassen,
die eine durchschnittliche Molekülkettenlänge in dem
Bereich von etwa 300 bis zu etwa 10.000, wie zum Beispiel von etwa
300 bis zu etwa 450 Monomereinheiten, von etwa 450 bis zu etwa 750
Monomereinheiten oder von etwa 750 bis zu etwa 10.000 Monomereinheiten
aufweisen.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass eines oder mehrere längliche
Elemente aus unterschiedlichen anderen Arten von Polymerwerkstoffen
ausgebildet sein können.
Daher kann bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung ein längliches
Element von jedem beliebigen faserausbildenden Polymer (oder jeder
beliebigen Mischung faserausbildender Polymere) ausgebildet sein.
Beispielhafte Polymere, die zur Ausbildung eines länglichen
Elementes verwendet werden können,
umfassen Polyamide (zum Beispiel Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 12, polyaspartische
Säure,
Polyglutaminsäure
usw.), Polyamine, Polyimide, Polyakryle (zum Beispiel Polyakrylamide,
Polyakrylonitrile, Ester von Methakrylsäure und Akrylsäure usw.),
Polykarbonate (zum Beispiel Polybisphenol A-Karbonat, Polypropylenkarbonat
usw.), Polydiene (Polybutadiene, Polyisoprene, Polynorbornene usw.),
Polyepoxide, Polyester (zum Beispiel Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Polytrimethylenterephthalat, Polacaprolacton, Polyglykolid, Polylactid,
Polyhydroxybutyrat, Polyhydroxyvalerat, Polyethylenadipat, Polybutylenadipat,
Polypropylensukzinat usw.), Polyether (zum Beispiel Polyethylenglykol
(Polyethylenoxid), Polybutylenglykol, Polypropylenoxid, Polyoxymethylen
(Paraformaldehyd), Polytetramethylenether (Polytetrahydrofuran),
Polyepichlorhydrin usw.), Polyfluorkohlenstoffe, Formaldehydpolymere
(zum Beispiel Harnstoff-Formaldehyd, Melaminformaldehyd, Phenolformaldehyd
usw.), natürliche
Polymere (zum Beispiel Chitosane, Lignine, Wachse usw.), Polyolefine
(zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polybuten,
Polyocten usw.), Polyphenylene (zum Beispiel Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid,
Polyphenylenethersulfon usw.), siliziumhaltige Polymere (zum Beispiel
Polydimethylsiloxan, Polykarbomethylsilan usw.), Polyurethane, Polyharnstoffe,
Polyvinyle (zum Beispiel Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Ester
und Ether von Polyvinylalkohol, Polyvinylazetat, Polystyrol, Polymethylstyrol,
Polyvinylchlorid, Polyvinylpyrrolidon, Polymethylvinylether, Polyethylvinylether,
Polyvinylmethylketon usw.), Polyazetale, Polyarylate und Copolymere
(zum Beispiel Polyetylen-Co-Vinylazetat, Polyetylen-Co-Akrylsäure, Polybutylentherephthalat-Co-Polyethylenterephthalat,
Polylauryllactam-Block-Polytetrahydrofuran usw.).
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Gemäß einiger
Ausführungsformen
der Erfindung kann eines oder mehrere Elemente aus einem Trägerpolymerwerkstoff
ausgebildet sein. Ein Trägerpolymerwerkstoff
kann als Träger
für einen
Temperaturregulierungswerk stoff dienen, wenn eine Zellulosefaser
in Übereinstimmung
mit einigen Ausführungsformen
der Erfindung ausgebildet wird. Ein Trägerpolymerwerkstoff kann ein
Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) umfassen, welche die
Verteilung oder Integration eines Temperaturregulierungswerkstoffes
innerhalb eines oder mehrerer länglicher
Elemente erleichtert. Zusätzlich
kann ein Trägerpolymerwerkstoff
die Aufrechterhaltung der Integrität eines oder mehrerer länglicher
Elemente während
der Faserausbildung erleichtern, und kann für die sich ergebende Zellulosefaser
gesteigerte mechanische Eigenschaften bereitstellen. Wünschenswerterweise
kann ein Trägerpolymerwerkstoff
so ausgewählt
werden, dass er nicht mit einem Temperaturregulierungswerkstoff
reaktiv ist, so dass ein gewünschter
Temperaturstabilisationsbereich aufrechterhalten wird, wenn der
Temperaturregulierungswerkstoff innerhalb des Trägerpolymerwerkstoffes verteilt
wird.
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Ein
Trägerpolymerwerkstoff
kann in Verbindung mit, oder als Alternative zu einem Zellulosewerkstoff verwendet
werden, wenn eines oder mehrere längliche Elemente ausgebildet
werden. In einigen Fällen
kann ein Trägerpolymerwerkstoff
als eine Einschließungsstruktur
zur Erleichterung der Handhabung eines Phasenveränderungswerkstoffes dienen,
wobei er dem Phasenveränderungswerkstoff
während
der Ausbildung einer Zellulosefaser oder eines daraus hergestellten
Produktes auch einen Schutzgrad bietet. Während der Ausbildung einer
Zellulosefaser kann ein Trägerpolymerwerkstoff
als ein Feststoff in einer beliebigen von unterschiedlichen Formen
bereitgestellt werden (zum Beispiel Schüttmasse, Pulver, Pellets, Körnchen,
Flocken usw.), und kann einen darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff
umfassen. Somit können
zum Beispiel Pulver oder Pellets, die aus dem Trägerpolymerwerkstoff ausgebildet
sind, in dem der Temperaturregulierungswerkstoff verteilt ist, mit
einem Zellulosewerkstoff gemischt werden, um eine Mischung auszubilden,
die zur Ausbildung eines oder mehrerer länglicher Elemente verwendet
wird. Es wird in Betracht gezogen, dass ein Trägerpolymerwerkstoff als eine
Flüssigkeit
in jeder beliebigen von unterschiedlichen Formen bereitgestellt werden
kann (zum Beispiel geschmolzene Form, in einem Lösungsmittel aufgelöst usw.),
wobei ein Temperaturregulierungswerkstoff darin verteilt sein kann.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass ein Zellulosewerkstoff als
ein Trägerpolymerwerkstoff
dienen kann. So kann zum Beispiel ein Zellulosewerkstoff mit einem
darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff mit demselben oder
einem anderen Zellulosewerkstoff gemischt werden, um eine Mischung
auszubilden, die zur Ausbildung eines oder mehrerer länglicher
Elemente verwendet wird.
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Bei
bestimmten Anwendungen kann ein Trägerpolymerwerkstoff ein Polymer
(oder eine Mischung von Polymeren) umfassen, der mit einem Temperaturregulierungswerkstoff
kompatibel oder mischbar ist, oder eine Affinität mit demselben aufweist. Diese
Affinität
kann von einer Anzahl von Faktoren abhängig sein, wie zum Beispiel Ähnlichkeit
von Löslichkeitsparametern,
Polari täten,
hydrophobe Merkmale oder hydrophile Merkmale des Trägerpolymerwerkstoffes
und des Temperaturregulierungswerkstoffes. Eine Affinität für einen
Temperaturregulierungswerkstoff kann die Verteilung des Temperaturregulierungswerkstoffes
in einer geschmolzenen, flüssigen
oder aufgelösten
Zwischenform eines Trägerpolymerwerkstoffes
während
der Ausbildung einer Zellulosefaser sein. Schließlich kann eine solche Affinität die Integration
von einheitlicheren oder größeren Mengen
(zum Beispiel höheren
Eintragsniveaus) eines Phasenveränderungswerkstoffes
in die Zellulosefaser erleichtern.
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Bei
Ausführungsformen
der Erfindung, bei denen ein Temperaturregulierungswerkstoff eine
Einschließungsstruktur
wie zum Beispiel Mikrokapseln umfasst, kann ein Trägerpolymerwerkstoff
ein Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) umfassen, welches
eine Affinität
für die
Einschließungsstruktur
in Verbindung mit oder als Alternative zu seiner Affinität für einen
Phasenveränderungswerkstoff
aufweist. So kann zum Beispiel dann, wenn der Temperaturregulierungswerkstoff
unterschiedliche Mikrokapseln umfasst, die den Phasenveränderungswerkstoff
enthalten, ein Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) auf der
Grundlage seiner Affinität
für die
Mikrokapseln (zum Beispiel für
einen Werkstoff, aus dem die Mikrokapseln ausgebildet sind), ausgewählt werden.
In einigen Fällen
kann der Trägerpolymerwerkstoff
dasselbe oder ein ähnliches
Polymer wie dasjenige umfassen, welches die Mikrokapseln ausbildet.
So kann zum Beispiel dann, wenn die Mikrokapseln Nylonmäntel umfassen,
der Trägerpolymerwerkstoff
so ausgewählt
werden, dass er Nylon umfasst. Durch diese Affinität für die Mikrokapseln
kann die Verteilung der Mikrokapseln erleichtert werden, welche
den Phasenveränderungswerkstoff
in einer geschmolzenen, flüssigen
oder aufgelösten
Zwischenform des Trägerpolymerwerkstoffes
enthalten, und somit wird die Integration von einheitlicheren oder
größeren Mengen
des Phasenveränderungswerkstoffes
in einer Zellulosefaser erleichtert.
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In
einigen Fällen
kann ein Trägerpolymerwerkstoff
ein Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) umfassen, der eine
Teilaffinität
für einen
Temperaturregulierungswerkstoff aufweist. Der Trägerpolymerwerkstoff kann zum
Beispiel ein Polymer (oder eine Mischung von Polymeren) umfassen,
welches mit dem Temperaturregulierungswerkstoff halb mischbar ist.
Eine solche Teilaffinität
kann angemessen sein, um die Verteilung des Temperaturregulierungswerkstoffes
innerhalb des Trägerpolymerwerkstoffes
bei höheren
Temperaturen und Scherbedingungen zu erleichtern. Bei niedrigeren
Temperaturen und Scherbedingungen kann diese Teilaffinität es ermöglichen,
dass sich der Temperaturregulierungswerkstoff abscheidet. Bei Verwendung
eines Phasenveränderungswerkstoffes
in einer Rohform kann diese Teilaffinität zu einer Unlöslichkeit
des Phasenveränderungswerkstoffes
und einer gesteigerten Ausbildung von Phasenveränderungswerkstoffbereichen
innerhalb des Trägerpolymerwerkstoffes
und innerhalb der sich ergebenden Zellulosefaser führen. Eine
Bereichsausbildung kann durch die Erleichterung des Überganges
des Phasenveränderungswerkstoffes
zwischen zwei Zuständen
zu verbesserten Wärmeregulierungseigenschaften
führen.
Zusätzlich
kann die Bereichsausbildung zu einer zur Verringerung oder Verhinderung
von Verlusten oder Austreten von Phasenveränderungswerkstoff während der
Faserausbildung oder während
des Endgebrauchs dienen.
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So
können
zum Beispiel bestimmte Phasenveränderungswerkstoffe
wie zum Beispiel Paraffinkohlenwasserstoffe mit Polyolefinen oder
Copolymeren von Polyolefinen bei niedrigeren Konzentrationen von
Phasenveränderungswerkstoffen
kompatibel sein, oder wenn die Temperatur über einer kritischen Lösungstemperatur
liegt. Daher kann zum Beispiel das Mischen eines Paraffinkohlenwasserstoffes
(oder einer Mischung von Paraffinkohlenwasserstoffen) und von Polyethylen-
oder Polyethylen-Co-Vinylazetat
bei höheren
Temperaturen erreicht werden, um eine im Wesentlichen homogene Mischung
zu produzieren, die in Verbindung mit der Faserausbildung leicht
kontrolliert, gepumpt und verarbeitet werden kann. Sobald die Mischung
abgekühlt
ist, kann der Paraffinkohlenwasserstoff unlöslich werden und sich in getrennte
Bereiche innerhalb eines Feststoffes abscheiden. Diese Bereiche
können
ein reines Schmelzen oder Kristallisation des Paraffinkohlenwasserstoffes
für eine
verbesserte Wärmeregulierungseigenschaft
ermöglichen.
Zusätzlich
können
diese Bereiche zur Verringerung oder Verhinderung von Verlusten
oder Austreten des Paraffinkohlenwasserstoffes dienen. Der Feststoff,
der die darin verteilten Bereiche aufweist, kann verarbeitet werden,
um Pulver oder Pellets auszubilden, die mit einem Zellulosewerkstoff
gemischt werden können,
um eine Zellulosefaser auszubilden.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein Trägerpolymerwerkstoff
Polyethylen-Co-Vinylazetat umfassen, welches von etwa 5 Gewichts-%
bis zu etwa 90 Gewichts-% Vinylazetat, wie zum Beispiel von etwa
5 Gewichts-% bis zu etwa 50 Gewichts-% Vinylazetat oder von etwa
18 Gewichts-% bis zu etwa 25 Gewichts-% Vinylazetat aufweist. Durch
diesen Gehalt an Vinylazetat kann eine verbesserte Temperaturmischbarkeitskontrolle
beim Mischen eines Paraffinkohlenwasserstoffes und des Polyethylen-Co-Vinylazetats
ermöglicht
werden, um eine Mischung auszubilden. Durch diesen Gehalt an Vinylazetat
kann insbesondere eine hervorragende Mischbarkeit bei höheren Temperaturen
ermöglicht
werden, wodurch die Prozeßstabilität und Kontrolle
auf Grund der Homogenität
der Mischung erleichtert wird. Bei niedrigeren Temperaturen (zum
Beispiel Raumtemperatur oder normalen Gebrauchstemperaturen für im Handel
erhältliche
Gewebe) ist das Polyethylen-Co-Vinylazetat halb mit dem Kohlenwasserstoff
mischbar, wodurch die Abscheidung und Mikrobereichsausbildung des
Paraffinkohlenwasserstoffes ermöglicht
wird.
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Weitere
Polymere, die in einem Trägerpolymerwerkstoff
enthalten sein können,
umfassen Polyethylene mit hoher Dichte, die einen Schmelzindex in
dem Bereich von etwa 4 bis etwa 36 g/10 min. aufweisen (zum Beispiel
Polyethylene mit hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 4, 12 und
36 g/10 min., erhältlich
von Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, Missouri), veränderte Formen
von Polyethylenen mit hoher Dichte (zum Beispiel Fusabond® E
MB100D, erhältlich
von DuPont Inc., Wilmington, Delaware), und veränderte Formen von Ethylenpropylengummi
(zum Beispiel Fusabond® N MF416D, erhältlich von
DuPont Inc., Wilmington, Delaware). Wie gewöhnliche Fachleute auf diesem
Gebiet verstehen werden, bezieht sich ein Schmelzindex auf ein Maß der Strömungsmerkmale
eines Polymers (oder einer Mischung von Polymeren) und korreliert
umgekehrt mit einem Molekulargewicht des Polymers (oder der Mischung
von Polymeren). Bei polaren Phasenveränderungswerkstoffen (zum Beispiel
Polyethylenglykole, Polytetramethylenglykole und deren Homologe),
kann ein Trägerpolymerwerkstoff
ein polares Polymer (oder eine Mischung von polaren Polymeren) umfassen,
um die Dispersion der Phasenveränderungswerkstoffe
zu erleichtern. Daher kann zum Beispiel der Trägerpolymerwerkstoff Copolymere
von Polyestern wie zum Beispiel Polybutylenterephthalat-Block-Polytetramethylenglykole (zum
Beispiel Hytrel® 3078,
5544 und 8238, erhältlich
von DuPont Inc., Wilmington, Delaware), und Copolymere von Polyamiden
wie zum Beispiel Polyamid-Block-Polyether (zum Beispiel Pebax® 2533,
4033, 5533, 7033, MX 1205 und MH 1657, erhältlich von ATOFINA Chemicals,
Inc., Philadelphia, Pennsylvania) umfassen.
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Wie
zuvor beschrieben, kann ein Zellulosewerkstoff bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung als ein Trägerpolymerwerkstoff
dienen. So können
zum Beispiel bestimmte Phasenveränderungswerkstoffe
wie zum Beispiel Polyethylenglykole mit Polymeren auf Zellulosebasis
in einer Lösung
kompatibel sein. Insbesondere kann das Mischen eines Polyethylenglykols
(oder einer Mischung von Polyethylenglykolen) und von Zellulose
oder Zelluloseazetat erreicht werden, um eine im Wesentlichen homogene
Mischung zu erzeugen, wie in dem Artikel von Guo et al. „Solution
Miscibility and Phase-Change Behavior of a Polyethylene Gycol-Diacetate
Cellulose Composite",
Journal of Applied Polymer Science, Band 88, 652-658 (2003) beschrieben,
dessen Offenbarung in diesem Dokument durch Bezugnahme in seiner
Gesamtheit enthalten ist. Das Polyethylenglykol kann getrennte Bereiche
innerhalb eines sich ergebenden Feststoffes ausbilden, und kann
innerhalb dieser zwei Bereiche einen Übergang zwischen zwei Festzuständen durchlaufen.
Der Feststoff, der die darin verteilten Bereiche aufweist, kann
verarbeitet werden, um Pulver oder Pellets auszubilden, die mit
einem Zellulosewerkstoff gemischt werden können, um eine Zellulosefaser
auszubilden.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein Trägerpolymerwerkstoff
ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht (oder eine Mischung aus
Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht) umfassen. Wie zuvor beschrieben,
können
einige Polymere in unterschiedlichen Formen mit unterschiedlichen
Molekulargewichten be reitgestellt werden. Dementsprechend kann sich
ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht auf eine Form des Polymers
mit niedrigem Molekulargewicht beziehen. So kann zum Beispiel ein
Polyethylen mit einem Zahlenmittel eines Molekulargewichtes von
etwa 20.000 (oder weniger) bei einer Ausführungsform der Erfindung als
ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht verwendet werden. Ein
Polymer mit niedrigem Molekulargewicht weist typischerweise eine
niedrige Viskosität
auf, wenn es erwärmt
wird, um eine Schmelze auszubilden, wobei die niedrige Viskosität die Dispersion
eines Temperaturregulierungswerkstoffes in der Schmelze erleichtern
kann. Es wird in Betracht gezogen, dass ein gewünschtes Molekulargewicht oder
Bereich von Molekulargewichten eines Polymers mit niedrigem Molekulargewicht
von dem bestimmten ausgewählten
Polymer (zum Beispiel Polyethylen) oder von dem Verfahren oder der
Ausrüstung
abhängig
sein kann, die zur Verteilung eines Temperaturregulierungswerkstoffes
in einer Schmelze des Polymers mit niedrigem Molekulargewicht verwendet
wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann ein Trägerpolymerwerkstoff
eine Mischung aus einem Polymer mit niedrigem Molekulargewicht und
einem Polymer mit hohem Molekulargewicht umfassen. Ein Polymer mit
hohem Molekulargewicht kann sich auf eine Form des Polymers mit
hohem Molekulargewicht beziehen. Ein Polymer mit hohem Molekulargewicht
weist typischerweise gesteigerte mechanische Eigenschaften auf,
kann jedoch eine hohe Viskosität
aufweisen, wenn es erwärmt wird,
um eine Schmelze auszubilden. In einigen Fällen kann ein Polymer mit niedrigem
Molekulargewicht und ein Polymer mit hohem Molekulargewicht ausgewählt werden,
so dass sie eine Affinität
füreinander
aufweisen. Durch diese Affinität
kann die Ausbildung einer Mischung des Polymers mit niedrigem Molekulargewicht,
des Polymers mit hohem Molekulargewicht und eines Temperaturregulierungswerkstoffes
während
der Faserausbildung erleichtert werden, und die Integration gleichförmigerer
oder größerer Mengen
eines Phasenveränderungswerkstoffes
in einer Zellulosefaser kann erleichtert werden. Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein Polymer mit niedrigem Molekulargewicht als
Kompatibilisierungsverbindung zwischen einem Polymer mit hohem Molekulargewicht
und einem Temperaturregulierungswerkstoff dienen, um die Integration
des Temperaturregulierungswerkstoffes in einer Zellulosefaser zu
erleichtern.
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Zellulosefasern
in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung können unter
Verwendung unterschiedlicher Verfahren ausgebildet werden, einschließlich zum
Beispiel mit einem Lösungsspinnverfahren
(nass oder trocken). Bei einem Lösungsspinnverfahren
kann einer oder mehrere Werkstoffe und einer oder mehrere Temperaturregulierungswerkstoffe
zu Öffnungen
einer Spinndüse
geliefert werden. Wie gewöhnliche
Fachleute auf diesem Gebiet verstehen werden, bezieht sich eine
Spinndüse
typischerweise auf einen Abschnitt einer Faserausbildungsvorrichtung,
der geschmolzene, flüssige
oder aufgelöste Werkstoffe
zur Extrusion durch Öffnungen
in eine Außenumgebung
abgibt. Eine Spinndüse
umfasst typischerweise von etwa 1 bis etwa 500.000 Öffnungen
pro Meter Länge
der Spinndüse.
Eine Spinndüse
kann mittels durch eine Platte gebohrter oder hindurchgeätzter Löcher, oder
mit jeder beliebigen anderen Konstruktion realisiert werden, die
zur Ausgabe gewünschter
Fasern in der Lage ist.
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Ein
Zellulosewerkstoff kann anfangs in jeder von unterschiedlichen Formen
bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Zellulosebögen, Holzzellstoff,
Baumwoll-Linters
und anderen Quellen von im Wesentlichen gereinigter Zellulose. Typischerweise
wird ein Zellulosewerkstoff vor dem Durchgang durch die Öffnungen
der Spinndüse
in einem Lösungsmittel
aufgelöst.
In einigen Fällen
kann der Zellulosewerkstoff vor dem Auflösen des Zellulosewerkstoffes
in dem Lösungsmittel
verarbeitet werden (zum Beispiel chemisch behandelt werden). So
kann der Zellulosewerkstoff zum Beispiel in eine Basislösung eingetaucht
(zum Beispiel Natronlauge), durch Walzen gepresst, und dann zerkleinert
werden, um Krümel
auszubilden. Die Krümel
können
dann mit Kohlenstoffdisulfid behandelt werden, um Zellulosexanthat
auszubilden. Als weiteres Beispiel kann der Zellulosewerkstoff mit
einer Lösung
von Eisessigsäure,
Essigsäureanhydrid
und einem Katalysator gemischt und dann gealtert werden, um ein
Zelluloseazetat auszubilden, welches sich von der Lösung in
Form von Flocken niederschlagen kann.
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Die
Zusammensetzung eines zur Auflösung
von Zellulosewerkstoff verwendeten Lösungsmittels kann in Abhängigkeit
von einer gewünschten
Anwendung der sich ergebenden Zellulosefasern variieren. So können zum
Beispiel Krümel
von Zellulosexanthat wie oben beschrieben in einer Basislösung (zum
Beispiel Natronlauge oder 2,8-prozentige
Natronlauge) aufgelöst
werden, um eine viskose Lösung
auszubilden. Als weiteres Beispiel können niedergeschlagene Flocken
wie oben beschrieben in Azeton aufgelöst werden, um eine viskose
Lösung
auszubilden. Unterschiedliche andere Arten von Lösungsmitteln können verwendet
werden, wie zum Beispiel eine Lösung
von Aminoxid oder Kuprammoniumlösung.
In einigen Fällen
kann die sich ergebende viskose Lösung gefiltert werden, um ungelösten Zellulosewerkstoff
zu entfernen.
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Während der
Ausbildung von Zellulosefasern kann ein Temperaturregulierungswerkstoff
mit einem Zellulosewerkstoff gemischt werden, um eine Mischung auszubilden.
Als Ergebnis des Mischens kann der Temperaturregulierungswerkstoff
innerhalb, und mindestens teilweise von dem Zellulosewerkstoff eingeschlossen
in demselben verteilt werden. Der Temperaturregulierungswerkstoff
kann mit dem Zellulosewerkstoff in unterschiedlichen Stufen der
Faserausbildung gemischt werden. Typischerweise wird der Temperaturregulierungswerkstoff
vor dem Durchgang durch die Öffnungen
der Spinndüse
mit dem Zellulosewerkstoff gemischt. Der Temperaturregulierungswerkstoff
kann insbesondere vor oder nach dem Auflösen des Zellulosewerkstoffes
in einem Lösungsmittel
mit dem Zellulosewerkstoff ge mischt werden. So kann der Temperaturregulierungswerkstoff
zum Beispiel Mikrokapseln umfassen, die einen Phasenveränderungswerkstoff
enthalten, und die Mikrokapseln können in einer viskosen Lösung des
aufgelösten
Zellulosewerkstoffes verteilt sein. In einigen Fällen kann der Temperaturregulierungswerkstoff
unmittelbar vor dem Durchgang durch die Öffnungen der Spinndüse mit der
viskosen Lösung
gemischt werden.
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Gemäß einigen
Ausführungsformen
der Erfindung können
Zellulosefasern unter Verwendung eines Trägerpolymerwerkstoffes ausgebildet
werden. So können
die Zellulosefasern zum Beispiel unter Verwendung von Pulvern oder
Pellets ausgebildet werden, die aus dem Trägerpolymerwerkstoff ausgebildet
wurden, der einen darin verteilten Temperaturregulierungswerkstoff
umfasst. In einigen Fällen
können
die Pulver oder Pellets aus einer erstarrten Schmelzmischung des
Trägerpolymerwerkstoffes
und des Temperaturregulierungswerkstoffes ausgebildet werden. Es
wird in Betracht gezogen, dass die Pulver oder Pellets anfangs aus
dem Trägerpolymerwerkstoff
ausgebildet werden, und mit dem Temperaturregulierungswerkstoff
imprägniert
oder aufgesaugt werden können.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Pulver oder Pellets aus
einer getrockneten Lösung
des Trägerpolymerwerkstoffes
und des Temperaturregulierungswerkstoffes ausgebildet werden können. Während der
Ausbildung der Zellulosefasern können
die Pulver oder Pellets in unterschiedlichen Stufen der Faserausbildung
mit einem Zellulosewerkstoff gemischt werden, um eine Mischung auszubilden.
Typischerweise werden die Pulver oder die Pulver oder Pellets vor
dem Durchgang durch die Öffnungen
der Spinndüse
mit dem Zellulosewerkstoff gemischt.
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Für bestimmte
Anwendungen können
Zellulosefasern als Mehrkomponentenfasern ausgebildet werden. Es
kann inbesondere ein erster Zellulosewerkstoff mit einem Temperaturregulierungswerkstoff
gemischt werden, um eine Mischung auszubilden. Die Mischung und
ein zweiter Zellulosewerkstoff können
kombiniert und in einer bestimmten Anordnung durch die Öffnungen
der Spinndüse
ausgegeben werden, um jeweils längliche
Elemente der Zellulosefasern auszubilden. Die Mischung kann zum
Beispiel durch die Öffnungen
ausgegeben werden, um Kernelemente oder Inselelemente auszubilden,
während
der zweite Zellulosewerkstoff durch die Öffnungen ausgegeben werden
kann, um Mantelelemente oder Seeelemente auszubilden. Vor dem Durchgang
durch die Öffnungen
kann der erste Zellulosewerkstoff und der zweite Zellulosewerkstoff
in demselben Lösungsmittel
oder unterschiedlichen Lösungsmitteln
aufgelöst
werden. Teile des Temperaturregulierungswerkstoffes, die nicht von
dem ersten Zellulosewerkstoff eingeschlossen sind, können nach
dem Austreten aus der Spinndüse
zur Verringerung oder Verhinderung von Verlusten oder Austreten
des Temperaturregulierungswerkstoffes von den sich ergebenden Zellulosefasern
durch den zweiten Zellulosewerkstoff eingeschlossen werden. Es wird
in Betracht gezogen, dass der erste Zellulosewerkstoff nicht für bestimmte
Anwendungen verwendet werden muss. So kann zum Beispiel der Temperaturregulierungswerkstoff
einen Polymerphasenveränderungswerkstoff
mit einer gewünschten Übergangstemperatur
umfassen, der bei Integration in die Zellulosefasern geeignete mechanische
Eigenschaften bereitstellt. Der Polymerphasenveränderungswerkstoff und der zweite
Zellulosewerkstoff können
kombiniert und in einer bestimmten Anordnung durch die Öffnungen
der Spinndüse
ausgegeben werden, um jeweils längliche
Elemente der Zellulosefasern auszubilden. Der Polymerphasenveränderungswerkstoff
kann zum Beispiel durch die Öffnungen
ausgegeben werden, um Kernelemente oder Inselelemente auszubilden,
während
der zweite Zellulosewerkstoff durch die Öffnungen ausgegeben werden
kann, um Mantelelemente oder Seeelemente auszubilden.
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Nach
dem Austreten aus der Spinndüse
erstarren einer oder mehrere Zellulosewerkstoffe typischerweise,
um Zellulosefasern auszubilden. Bei einem Nasslösungsspinnprozess kann die
Spinndüse
in einem Gerinnungs- oder
Spinnbad (zum Beispiel chemisches Bad) untergetaucht werden, so
dass sich nach dem Austreten aus der Spinndüse einer oder mehrere Zellulosewerkstoffe
niederschlagen und feste Zellulosefasern ausbilden können. Die
Zusammensetzung eines Spinnbades kann in Abhängigkeit von einer gewünschten
Anwendung der sich ergebenden Zellulosefasern variieren. So kann
das Spinnbad zum Beispiel Wasser, eine säurehaltige Lösung (zum
Beispiel eine schwach saure Lösung
mit Schwefelsäure)
oder eine Lösung
von Aminoxid sein. Bei einem Trockenlösungsspinnprozess können einer
oder mehrere Zellulosewerkstoffe aus der Spinndüse in warme Luft austreten
und auf Grund eines Lösungsmittels
(zum Beispiel Azeton) beim Austreten in die warme Luft erstarren.
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Nach
dem Austreten aus der Spinndüse
können
Zellulosefasern unter Verwendung eines Zwickels oder einer Saugvorrichtung
gezogen oder gedehnt werden. So können zum Beispiel aus der Spinndüse austretende
Zellulosefasern einen vertikal ausgerichteten Vorhang mit sich nach
unten bewegenden Zellulosefasern ausbilden, die zwischen Zwickelwalzen
mit variabler Geschwindigkeit gezogen werden, bevor sie auf eine Spule
gewickelt oder in Stapelfasern geschnitten werden. Aus der Spinndüse austretende
Zellulosefasern können
auch einen horizontal ausgerichteten Vorhang innerhalb eines Spinnbades
ausbilden, und können
zwischen Zwickelwalzen mit variabler Geschwindigkeit gezogen werden.
Als weiteres Beispiel können
aus der Spinndüse
austretende Zellulosefasern mindestens teilweise gepresst werden,
bevor sie in eine unter der Spinndüse positionierte lange, schlitzförmige Luftsaugvorrichtung
eintreten. Die Saugvorrichtung kann einen schnellen, sich nach unten
bewegenden Luftstrom einleiten, der durch Druckluft von einem oder
mehr Luftansaugdüsen
erzeugt wird. Der Luftstrom kann eine Zugkraft auf die Zellulosefasern
erzeugen, wodurch veranlasst wird, dass sie zwischen die Spinndüse und den
Luftstrahl gezogen, und die Zellulosefasern ausgedünnt werden.
Während
dieses Abschnittes der Faserausbildung können einer oder mehrere der
Zellulosewerkstoffe, welche die Zellulosefasern ausbilden, erstarren.
Es wird in Betracht gezo gen, dass das Ziehen oder Dehnen von Zellulosefasern
vor oder nach dem Trocknen der Zellulosefasern erfolgen kann.
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Sobald
die Zellulosefasern ausgebildet sind, können sie für unterschiedliche weitere
Faseranwendungen weiterverarbeitet werden. Es können insbesondere Zellulosefasern
in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung in unterschiedlichen Produkten verwendet oder integriert
werden, um Wärmeregulierungseigenschaften
bei diesen Produkten bereitzustellen. Es können zum Beispiel Zellulosefasern
in Textilien (zum Beispiel Geweben), Bekleidung (zum Beispiel Outdoor-Bekleidung,
Drysuits und Schutzanzüge),
Fußbekleidung
(zum Beispiel Socken, Stiefel und Schuheinlagen), medizinischen
Produkten (zum Beispiel Wärmedecken,
Therapie-Pads, Inkontinenz-Pads und Wärme-/Kältepackungen),
Behältern
und Verpackungen (zum Beispiel Getränke-/Nahrungsmittelbehälter, Lebensmittelwärmer, Sitzkissen
und Leiterplattenlaminate), Gebäuden
(zum Beispiel Isolierung in Wänden
oder Decken, Tapeten, Vorhangauskleidungen, Rohrleitungshüllen, Teppiche
und Fliesen), Vorrichtungen (zum Beispiel Isolierung in Häuservorrichtungen) und
anderen Produkten (zum Beispiel Kraftfahrzeugauskleidungswerkstoff,
Einrichtungen, Schlafsäcke
und Polster) verwendet werden.
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In
einigen Fällen
können
Zellulosefasern zum Beispiel Web-, Vliesstoff-, Strick- oder Webeprozesse durchlaufen,
um unterschiedliche Arten von umflochtenen, ge flochtenen, zusammengedrehten
oder Vliesstoffgeweben auszubilden. So können Zellulosefasern zum Beispiel
auf eine Spule gewickelt oder in ein Garn gesponnen werden, und
dann in unterschiedlichen herkömmlichen
Strick- oder Webprozessen verwendet werden. Als weiteres Beispiel
können
Zellulosefasern auf Zufallsbasis auf eine Formgebungsfläche gelegt
werden (zum Beispiel auf ein sich bewegendes Fördersiebband wie zum Beispiel
ein Langsieb), um eine ununterbrochene Vliesstoffbahn aus Zellulosefasern
auszubilden. In einigen Fällen
können
Zellulosefasern vor der Ausbildung der Bahn in kurze Stapelfasern
geschnitten werden. Ein potentieller Vorteil der Verwendung von
Stapelfasern besteht darin, dass eine Vliesstoffbahn mit höherer Isotropie
ausgebildet werden kann, da die Stapelfasern in der Bahn zufälliger als
längere
oder ungeschnittene Fasern angeordnet werden können (zum Beispiel Endlosfasern).
Die Bahn kann dann unter Verwendung jedes beliebigen Bindeverfahrens
gebunden werden (zum Beispiel ein Spinnvliesprozess), um ein stabiles
Vliesstoffgewebe zur Verwendung bei der Herstellung unterschiedlicher
Textilien auszubilden. Ein Beispiel für ein Bindeverfahren umfasst
das Anheben der Bahn von einem sich bewegenden Fördersiebband und Durchführen der
Bahn durch zwei beheizte Kalanderwalzen. Eine oder beide Walzen
können
ein Relief aufweisen um zu veranlassen, dass die Bahn an zahlreichen
Punkten gebunden wird. Luftgekämmte
oder gesponnene gelegte Bahnen können
aus Zellulosefasern in Übereinstimmung
mit einigen Ausführungsformen
der Erfindung ausgebildet werden.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass Gewebe aus Zellulosefasern ausgebildet
werden können,
die zwei oder mehr unterschiedliche Temperaturregulierungswerkstoffe
umfassen. Gemäß einiger
Ausführungsformen der
Erfindung kann diese Kombination von Temperaturregulierungswerkstoffen
zwei oder mehr unterschiedliche Übergangstemperaturen
an den Tag legen. So kann zum Beispiel ein Gewebe zur Verwendung
in einem Handschuh aus Zellulosefasern ausgebildet sein, die jeweils
Phasenveränderungswerkstoffe
A und B umfassen. Der Phasenveränderungswerkstoff
A kann einen Schmelzpunkt von etwa 5°C aufweisen, und der Phasenveränderungswerkstoff
B kann einen Schmelzpunkt von etwa 75°C aufweisen. Diese Kombination
von Phasenveränderungswerkstoffen
in den Zellulosefasern kann den Handschuh mit verbesserten Wärmeregulierungseigenschaften
in kalten Umgebungen versehen (zum Beispiel Outdoorverwendung bei
winterlichen Bedingungen) sowie in warmen Umgebungen (zum Beispiel
bei der Handhabung von heißen
Gegenständen wie
zum Beispiel Ofeneinsätzen).
Zusätzlich
können
Gewebe aus zwei oder mehr Arten von Zellulosefasern ausgebildet
werden, die auf eine Art anders sind (zum Beispiel mit anderen Anordnungen,
oder die andere Temperaturregulierungswerkstoffe umfassen). So kann
ein Gewebe zum Beispiel mit einem bestimmten Prozentsatz von Zellulosefasern
ausgebildet werden, die einen Phasenveränderungswerkstoff A und einen
verbleibenden Prozentsatz von Zellulosefasern mit dem Phasenveränderungswerkstoff
B umfassen. Diese Kombination von Zellulosefasern kann das Gewebe
mit verbesserten Wärmeregulie rungseigenschaften
in unterschiedlichen Umgebungen versehen (zum Beispiel kalte und
warme Umgebungen).
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An
diesem Punkt können
gewöhnliche
Fachleute auf diesem Gebiet eine Anzahl von mit unterschiedlichen
Ausführungsformen
der Erfindung in Zusammenhang stehenden Vorteilen erkennen. So können zum Beispiel
Zellulosefasern in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen Ausführungsformen
der Erfindung verbesserte Wärmeregulierungseigenschaften
zusammen mit hoher Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit bereitstellen. Diese
Kombination von Eigenschaften ermöglicht ein erhöhtes Komfortniveau,
wenn die Zellulosefasern in Produkte wie zum Beispiel Bekleidung
oder Fußbekleidung
integriert werden. Eine Zellulosefaser in Übereinstimmung mit einigen
Ausführungsformen
der Erfindung kann ein hohes Eintragsniveau eines Phasenveränderungswerkstoffes
innerhalb eines ersten Satzes länglicher
Elemente umfassen. In einigen Fällen
kann ein so hohes Eintragsniveau vorgesehen sein, weil ein zweiter
Satz länglicher
Elemente den ersten Satz länglicher Elemente
umgeben kann. Der zweite Satz länglicher
Elemente kann Mängel
(zum Beispiel mechanische oder Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeitsmängel) des
ersten Satzes länglicher
Elemente ausgleichen. Darüber
hinaus kann der zweite Satz länglicher
Elemente einen Zellulosewerkstoff umfassen, der zur Verbesserung
der Gesamtheit der mechanischen Eigenschaften, der Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit
und Verarbeitbarkeit (zum Beispiel durch Erleichterung von seiner
Ausbildung über
einen Lösungsspinnprozess)
ausgewählt
wird. Durch das Umgeben des ersten Satzes länglicher Elemente kann der
zweite Satz länglicher
Elemente dazu dienen, den Phasenveränderungswerkstoff innerhalb
der Zellulosefaser zwecks Verhinderung oder Vermeidung von Verlusten
oder Austreten des Phasenveränderungswerkstoffes
einzuschließen.
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Das
nachfolgende Beispiel ist als Leitfaden für einen gewöhnlichen Praktiker auf diesem
Gebiet vorgesehen. Das Beispiel sollte nicht als die Erfindung begrenzend
angesehen werden, da das Beispiel lediglich eine zum Verständnis und
der Praktizierung einer Ausführungsform
der Erfindung spezifische Vorgehensweise bereitstellt.
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Es
wurden drei Sätze
von Zellulosefasern ausgebildet. Ein erster Satz von Zellulosefasern
wurde als Kontrollsatz verwendet. Für den ersten Satz von Zellulosefasern
wurden 8,00 g N-Methylmorpholinoxidlösung (97 Prozent NMMO, erhältlich von
Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin), 1,00 g mikrokristalline
Zellulose (erhältlich
von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin) und 1,00 g entionisiertes
Wasser in einer 20 ml-Glasampulle kombiniert, um eine Lösung mit
10 Gewichts-% Zellulose zu ergeben. Die Ampulle wurde in einem Ofen
mit 125°C
positioniert und periodisch gemischt, bis ihre Inhalte homogen gemischt
waren. Die Inhalte wurden dann in eine vorgewärmte 10 ml-Spritze gegossen,
und langsam in ein Gerinnungsbad mit warmem, gerührtem Wasser ausgepresst, um
den ersten Satz von Zellulosefasern auszubilden.
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Für einen
zweiten Satz von Zellulosefasern wurden 0,90 g entionisiertes Wasser
und 0,20 g wasserbenetzte Mikrokapseln, die einen Phasenveränderungswerkstoff
enthielten (mikroverkapseltes Paraffin PCM, 120 J/g Umwandlungswärme, 33°C Schmelzpunkt,
50 Prozent Mikrokapseln, erhältlich
von Ciba Specialty Chemical Co., Bradford, Vereinigtes Königreich)
in einer 20 ml-Glasampulle
kombiniert. Dann wurden 8,00 g N-Methylmorpholinoxidlösung (97
Prozent NMMO, erhältlich
von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin) und 0,90 g mikrokristalline
Zellulose (erhältlich
von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin) beigemischt, um
eine Lösung
mit 10 Gewichts-% Feststoffen zu ergeben. Die Feststoffe umfassten
ein Gewichtsverhältnis von
90/10 von Zellulose/Mikrokapseln, die den Phasenveränderungswerkstoff
enthielten. Die Ampulle wurde in einem Ofen mit 125°C positioniert
und periodisch gemischt, bis ihre Inhalte homogen gemischt waren.
Die Inhalte wurden dann in eine vorgewärmte 10 ml-Spritze gegossen,
und langsam in ein Gerinnungsbad mit warmem, gerührtem Wasser ausgepresst, um
Lyocell-Zellulosefasern
mit erweiterten umkehrbaren thermischen Eigenschaften auszubilden.
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Für einen
dritten Satz von Zellulosefasern wurden 0,80 g entionisiertes Wasser
und 0,31 g wasserbenetzte Mikrokapseln, die einen Phasenveränderungswerkstoff
enthielten (mikroverkapseltes Paraffin PCM, 154 J/g Umwandlungswärme, 31°C Schmelzpunkt,
32 Prozent Mikrokapseln, erhältlich
von J&C Microchem Inc., Korea)
in einer 20 ml-Glasampulle kombiniert. Dann wurden 8,00 g N-Methylmorpholinoxidlösung (97 Prozent
NMMO, erhältlich
von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin) und 0,90 g mikrokristalline
Zellulose (erhältlich
von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin) beigemischt, um
eine Lösung
mit 10 Gewichts-% Feststoffen zu ergeben. Die Feststoffe umfassten
ein Gewichtsverhältnis
von 90/10 von Zellulose/Mikrokapseln, die den Phasenveränderungswerkstoff
enthielten. Die Ampulle wurde in einem Ofen mit 125°C positioniert
und periodisch gemischt, bis ihre Inhalte homogen gemischt waren.
Die Inhalte wurden dann in eine vorgewärmte 10 ml-Spritze gegossen,
und langsam in ein Gerinnungsbad mit warmem, gerührtem Wasser ausgepresst, um
Lyocell-Zellulosefasern
mit erweiterten umkehrbaren thermischen Eigenschaften auszubilden.
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Die
drei Sätze
von Zellulosefasern wurden gefiltert und getrocknet, und es wurden
unter Verwendung der Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) Wärmemessungen
durchgeführt.
In Tabelle 4 sind die Ergebnisse dieser Wärmemessungen für die drei
Sätze von
Zellulosefasern aufgeführt. Tabelle
4
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Ein
gewöhnlicher
Praktiker auf diesem Gebiet sollte keine zusätzliche Erklärung bei
der Entwicklung der in diesem Dokument beschriebenen Zellulosefasern
benötigen,
kann jedoch trotzdem hilfreiche Führung durch Studium des Buches
von Kadolph et al. „Textiles," Kapitel 7 – Manufactured
Regenerated Fibers (8. Auflage, Prentice-Hall, Inc. 1998) und des
Patentes von Hills mit dem Titel „Method of Making Plural Component Fibers", U.S.-Patent Nr.
5,162,074 finden, deren Offenbarung in diesem Dokument durch Bezugnahme
auf ihre Gesamtheiten integriert ist. Ein gewöhnlicher Praktiker auf diesem
Gebiet könnte
auch hilfreiche Führung durch
Studium der Patentanmeldungen von Hartmann mit dem Titel „Stable
Phase Change Materials For Use In Temperatur Regulating Synthetic
Fibers, Fabrics And Textiles",
U.S.-Anmeldung Seriennummer 09/960,901, eingereicht am 21. September
2001, und Hartmann et al. mit dem Titel „Melt Spinnable Concentrate
Pellets Having Enhanced Reversible Thermal Properties", U.S.-Anmeldung Seriennummer
09/777,512, eingereicht am 6. Februar 2001 finden, deren Offenbarung
in diesem Dokument durch Bezugnahme auf ihre Gesamtheiten integriert
ist.
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Jede
der Patentanmeldungen, Patente, Veröffentlichungen und anderen
veröffentlichten
Dokumente, die in dieser Spezifikation erwähnt wurden, oder auf die ein
Bezug erfolgte, sind in diesem Dokument in ihrer Gesamtheit integriert,
und zwar in demselben Umfang, als wenn jede einzelne Patentanmeldung,
Patent, Veröffent lichung
und anderes veröffentlichte
Dokument spezifisch und individuell dahingehend angegeben wäre, dass
es mittels Bezugnahme zu integrieren ist.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsformen
derselben beschrieben wurde, sollte von Fachleuten auf diesem Gebiet
verstanden werden, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen, und
Entsprechungen ersetzt werden können,
ohne von dem wahren Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen,
wie er durch die beigefügten
Ansprüche
festgelegt ist. Zusätzlich
können Abänderungen
vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation, Werkstoff, Zusammensetzung
von Elementen, Verfahren, Prozeßschritt
oder -schritte an die Aufgabe, Gedanken und Umfang der Erfindung
anzupassen. Alle diese Abänderungen
sollen sich innerhalb des Umfanges der diesem Dokument beigefügten Ansprüche befinden.
Insbesondere wird verstanden werden, dass obwohl die in diesem Dokument
offenbarten Verfahren unter Bezugnahme auf bestimmte Vorgänge beschrieben
wurden, die in einer bestimmten Reihenfolge ausgeführt wurden,
dass diese Vorgänge
kombiniert, unterteilt oder neugeordnet werden können, um ein gleichwertiges
Verfahren auszubilden, ohne von den Lehren der Erfindung abzuweichen.
Dementsprechend sind die Reihenfolge und Gruppierung der Vorgänge keine
Begrenzungen der Erfindung, außer
wenn dies in diesem Dokument spezifisch angegeben ist.