[0003] 在本文中提供了用于制备具有高保温性能的轻质纺织品的气凝胶纤维。

[0004] 本领域需要可持续、超轻的并且当掺入服装或其他纺织品时能够提供保温性能的纤维。

[0005] 负责任羊毛已成为室外时尚服装中越来越重要的材料，有利于为使用者提供舒适性。羊毛织物需要厚的结构才能在极端的天气条件下使用。另外，与大部分合成织物相比，羊毛的吸湿性高。这些特性限制了羊毛在寒冷天气条件和极端天气条件下在超轻功能性运
动服中的使用。

[0006] 由于超轻中空纤维的保温特性，在市场上存在具有高孔隙率的超轻中空纤维。然而，这些纤维中显著的热损失来自其微型空芯通过鞘结构的对流。另外，商业中空纤维通常可用作保温填充料而不适合于针织织物；它们本质上是合成材料，因此不具可持续性。市场上也有来自再生纤维素的中空纤维，但由于其非常高的保水能力，因此不适于保温应用。它们更适合用于湿度调节织物和用于伤口辅料。

[0007] 本领域需要一种由可持续资源制造的具有高空气孔隙率改进的超轻纤维。这些纤维，当与常规纤维一起适当地编织成织物时，可提供在极端天气下的高保温性能的轻质织
物，并且可用于户外时尚服装和寒冷天气条件和极端天气条件下的功能性运动服。

[0036] 定义

[0037] 遍及本申请，在组合物描述为具有、包括或包含具体的组分的情况下，或在工艺描述为具有、包括或包含具体的工艺步骤的情况下，考虑本教导的组合物也可基本上由阐述组分组成或由阐述的组分组成，并且本教导的工艺也可基本上由阐述的工艺步骤组成或由
阐述的工艺步骤组成。

[0038] 在本申请中，在元件或组分描述为包括在和/或选自阐述的元件或组分的列表的情况下，应理解，元件或组分可为阐述的元件或组分的任何一个，或元件或组分可选自由两个或更多个阐述的元件或组分组成的组中。进一步，应理解，在不背离本教导的精神和范围的情况下，在本文中描述的组合物或方法的元件和/或特征可为各种方式的组合，无论在本文中是明确的或含蓄的。

[0039] 应理解，步骤的顺序或用于进行某些动作的顺序不重要，只要本教导保持可操作即可。而且，两个或更多个步骤或动作可进行同时。

[0040] 除非另外具体地叙述，否则在本文中单数的使用包括复数(并且反之亦然)。另外，除非另外具体地叙述，否则在定量值之前使用术语“约”的情况下，本教导也包括具体的定量值本身。

[0041] 如在本文中使用的，除非另外指示或推断，否则术语“约”指与标称值的±10％、±7％、±5％、±3％、±1％或±0％的变型。

[0042] 在本文中提供了气凝胶纤维，包括选自由下述组成的组中的气凝胶聚合物：聚乳酸(PLA)、海藻酸钠、纤维素、氧化纤维素和其混合物，其中气凝胶聚合物任选地与交联剂交联并且气凝胶纤维具有0.20tex或更小的线密度、5cN/tex至20cN/tex的纤维韧性、3％至
20％的断裂伸长率和5μm至200μm的平均直径。

[0043] 在某些实施方式中，气凝胶聚合物包括纤维素、2,2,6,6‑四甲基哌啶‑1‑氧基(TEMPO)‑氧化纤维素、微纤化纤维素、TEMPO‑氧化微纤化纤维素、纤维素纳米纤丝或其混合物。在某些实施方式中，气凝胶聚合物不包括聚乙烯醇或聚吡咯。

[0044] 在某些实施方式中，气凝胶聚合物包括具有500mPa·s至600mPa·s的粘度的海藻酸钠(1％水溶液)，并且可任选地与交联剂交联。

[0045] 在某些实施方式中，气凝胶聚合物包括具有170kg/mol的平均分子量的PLA。在某些实施方式中，气凝胶聚合物包括由TotalEnergies Corbion售卖的以商标名
L130售卖的PLA。

[0046] 气凝胶聚合物可衍生自任何来源。在某些实施方式中，由衍生自废玉米壳、纸浆、木浆、稻壳和果皮中的一种或多种的纤维素制备气凝胶聚合物。

[0047] 在某些实施方式中，气凝胶聚合物与交联剂交联。交联剂可为包括能够与气凝胶聚合物中存在的亲核体反应的2、3、4、5或更多种亲电子物质的任何交联剂。在某些实施方式中，交联剂选自由下述组成的组中：甲基三甲氧基硅烷、1，4‑丁二醇二缩水甘油醚
(BDDE)、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚、1，6‑己二醇二缩水甘油醚、聚(乙二醇)二缩水甘油醚、双酚A的二缩水甘油醚和其混合物。在某些实施方式中，交联剂为BDDE。

[0048] 在某些实施方式中，交联剂为包括至少一种阳离子和至少一种阴离子的盐，其中阳离子具有+1、+2、+3、+4或+5的电荷，并且盐能够经离子和/或氢键结合相互作用与气凝胶+ + 2+
聚合物中存在的一个或多个取代基结合。在某些实施方式中，交联剂为包括Li 、Ca2、Mg 、
1+ 2+ 2+ 3+
Cu 、Cu 、Zn 或Al 的盐。盐可包括任何阴离子。适当的阴离子包括但不限于卤化物、硝酸根、磷酸根、碳酸根、硫酸根、乙酸根、烷醇等。在某些实施方式中，交联剂选自由下述组成的组中：氯化钙、氯化锂、氯化铜、氯化锌和氯化铝。在某些实施方式中，交联剂为氯化钙。

[0049] 气凝胶纤维可为微孔的(＜2nm)、介孔的、纳米孔的(2‑50nm)、大孔的(＞50nm)或其组合。在某些实施方式中，气凝胶纤维为纳米孔的(1‑100nm)。在某些实施方式中，气凝胶纤维包括具有在1nm至20nm、20nn至100nm、100nm至500nm、500nm至1,000nm或1,000nm至3,000nm或其组合的平均尺寸的孔。在某些实施方式中，气凝胶纤维包括具有在100nm至250nm的平均尺寸的孔。

[0050] 可通过使用选自烷基硅烷、脂族酯和其混合物的疏水剂的表面改性来改善气凝胶纤维的耐水性。疏水剂可与气凝胶纤维的外表面反应，从而降低气凝胶纤维的表面能并且
增加水接触角。可使用可与气凝胶纤维的表面上存在的亲核体反应并且因此降低表面能的
任何疏水剂。示例性疏水剂包括，但不限于C8‑C20烷基酰基卤化物、C8‑C20烷基酸酐、(C8‑C20三烷基)(卤基)硅烷和其混合物。

[0051] 在某些实施方式中，气凝胶纤维进一步包括维生素、保湿剂、表面活性剂、香精、遮光剂、颜色稳定剂、颜料或其混合物。

[0052] 有利地，在本文中描述的气凝胶纤维可具有可改善手感的在5μm至200μm的平均直径。在某些实施方式中，在本文中描述的气凝胶纤维可具有在5μm至200μm、在5μm至150μm、在5μm至100μm、在5μm至75μm、在5μm至50μm、在5μm至40μm、在5μm至30μm、在10μm至30μm、在10μm至25μm、在10μm至20μm、在15μm至20μm、在16μm至20μm、在17μm至20μm或在18μm至19μm的平均直径。在某些实施方式中，气凝胶纤维具有约18.81μm的平均直径。

[0053] 气凝胶纤维可具有在5cN/tex至20cN/tex、6cN/tex至20cN/tex、7cN/tex至20cN/tex、8cN/tex至20cN/tex、9cN/tex至20cN/tex、10cN/tex至20cN/tex、11cN/tex至20cN/
tex、12cN/tex至20cN/tex、13cN/tex至20cN/tex、14cN/tex至20cN/tex、15cN/tex至20cN/tex、16cN/tex至20cN/tex、17cN/tex至20cN/tex、17cN/tex至19cN/tex、17cN/tex至18cN/tex的纤维韧性。在某些实施方式中，气凝胶纤维具有约17.1cN/tex的纤维韧性。

[0054] 在某些实施方式中，气凝胶纤维具有0.1％至10％、0.5％至10％、1％至10％、1％至9％、1％至8％、1％至7％、1％至6％、1％至5％、1％至4％、2％至4％、3％至4％、3％至3.5％、0.1％至9％、0.1％至8％、0.1％至7％、0.1％至6％、0.1％至5％、0.5％至5％、0.5％至4.5％、0.5％至4％、0.5％至3.5％、1％至3.5％、1.5％至3.5％、2％至3.5％或2.5％至
3.5％的断裂伸长率。在某些实施方式中，气凝胶纤维具有约3.3％的断裂伸长率。

[0055] 在某些实施方式中，气凝胶纤维具有0.01tex至0.2tex、0.05tex至0.2tex、0.1tex至0.2tex、0.11tex至0.2tex、0.12tex至0.2tex、0.13tex至0.2tex、0.14tex至0.2tex、0.15tex至0.2tex、0.16tex至0.2tex、0.17tex至0.2tex、0.17tex至0.19tex或0.17tex至
0.18tex的线密度。在某些实施方式中，气凝胶纤维具有约0.174tex的线密度。

[0056] 本公开也提供了包括在本文中描述的气凝胶纤维的纺织品。纺织品没有特别限制。在某些实施方式中，纺织品选自由下述组成的组中：短纤维、纱线、织物、服装、亚麻布、帏帐、室内装饰品或其组合。

[0057] 纱线可包括，例如，捻合在一起的多个短纤维、无捻合的的长丝、具有一定程度捻合的长丝以及有或没有捻合的单个长丝。纱线可加捻或不加捻。合适的织物同样包括，例如，机织织物、针织织物和非织造织物。服装可为服饰和工业服装。织物和纺织品可包括家居用品，比如亚麻布、帏帐和室内装饰品(包括汽车、船舶、航空器)。

[0058] 在某些实施方式中，纺织品进一步包括选自由下述组成的组中的一种或多种额外的纤维：天然纤维、合成纤维、半合成纤维和其组合。

[0059] 天然有机纤维可为任何植物来源或动物来源，并且包括，例如，衍生自含有纤维素的天然产物的那些纤维材料，比如下述中的任何一种或组合：木材、竹子、棉花、香蕉、菠萝、大麻、亚麻、椰子、大豆、奶、球兰、甘蔗渣、洋麻、沤麻、mudrar、丝绸、羊毛、羊绒、羊驼毛、安哥拉羊毛、马海毛、羊毛皮、骆马毛、羚羊绒等。

[0060] 半合成纤维可包括，例如，纤维胶、铜氨丝、人造丝、富强纤维(polynosic)、莱赛尔纤维、乙酸纤维素等中的任何一种或组合。

[0061] 合成纤维可包括，例如，丙烯酸纤维、Kevlar纤维、变性聚丙烯腈纤维、nomex、氨纶、尼龙、聚酯纤维、丙烯酸纤维、人造丝、乙酸纤维等。

[0062] 在某些实施方式中，纺织品分别以1：9至9：1；1：9至4：1；1：9至7：3；1：9至3：2；1：9至1：1；1：4至1：1；3：7至1：1；3：7至2：3；1：4至4：1；3：7至7：3；2：3至3：2；或9：11至11：9的质量比包括在本文中描述的气凝胶纤维和一种或多种额外的纤维。在某些实施方式中，纺织品分别以约1：1的质量比包括本文中描述的气凝胶纤维和一种或多种额外的纤维。在某些
实施方式中，纺织品分别以1：9至9：1；1：9至4：1；1：9至7：3；1：9至3：2；1：9至1：1；1：4至1：1；
3：7至1：1；3：7至2：3；1：4至4：1；3：7至7：3；2：3至3：2；或9：11至11：9的质量比包括本文中描述的气凝胶纤维和羊毛纤维。在某些实施方式中，纺织品分别以约1：1的质量比包括本文中描述的气凝胶纤维和羊毛纤维。

[0063] 在某些实施方式中，纺织品包括在本文中描述的气凝胶纤维和羊毛。有利地，相对于仅仅包括羊毛的对应的纺织品(例如，在某些实施方式中，由羊毛组成并且具有相同或基本上相同(例如，±4％、±3％、±2％、±1％或±0.5％的参考值)的纱线直径、孔隙率、纱线支数和使用相同编织方法的构造等的对应的纺织品)，包括羊毛和在本文中描述的气凝胶
纤维的纺织品展示更高的保温性和减少的重量。可使用本领域已知的任何方法(比如GB 
11048‑89，方法A)测量在本文中描述的纺织品的保温性。

[0064] 例如，与由羊毛组成的对应的纺织品相比，包括气凝胶纤维和羊毛的纺织品的热阻可高出1％至50％、5％至50％、5％至45％、5％至40％、5％至35％、5％至30％、5％至
25％、5％至20％、5％至15％、5％至10％、10％至50％、15％至50％、20％至50％、25％至
50％、30％至50％、40％至50％、45％至50％、10％至25％、15％至25％、20％至25％、10％至
45％、15％至40％、20％至35％或25％至30％。在某些实施方式中，与由羊毛组成的对应的纺织品相比，分别以2：3至3：2的质量比包含气凝胶纤维和羊毛的纺织品的热阻可高出9％至25％、10％至24％、11％至23％、12％至22％、13％至21％、14％至20％、15％至20％、15％至19％、15％至18％、15％至17％、15％至16％、16％至18％、或16％至17％。在某些实施方式中，与由羊毛组成的对应的纺织品相比，以约1：约1的质量比包含气凝胶纤维和羊毛的纺织品的热阻可高出约16.7％。

[0065] 与由羊毛组成的对应的纺织品相比，分别以2：3至3：2的质量比包含气凝胶纤维和羊毛的纺织品的重量可降低24％至36％。在某些实施方式中，与由羊毛组成的对应的纺织品相比，以约1：约1质量比包含气凝胶纤维和羊毛的纺织品的重量可降低约29％。

[0066] 在本文中描述的纺织品的保温性能不因洗涤纺织品而受到很大程度的影响。例如，在本文中描述的纺织品的保温性在洗涤十次之后，可仅改变不大于20％、不大于15％、不大于10％或不大于5％。

[0067] 也提供了制备在本文中描述的气凝胶纤维的方法，该方法包括：提供包括气凝胶聚合物的纺丝溶液；对纺丝溶液进行湿法纺丝，从而形成包括气凝胶聚合物的长丝；对长丝进行湿法拉伸；从而形成湿法拉伸的长丝；和冻干湿法拉伸的长丝，从而形成气凝胶纤维。

[0068] 纺丝溶液可包括其中可溶解气凝胶聚合物的任何溶剂。适当的溶剂包括但不限于水、有机溶剂或其混合物。有机溶剂可包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮、丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇或其组合。在某些实施方式中，纺丝溶液包括水。在某些实施方式中，纺丝溶液不包括冰调节剂，比如氯化钠、乙二醇和二甲基亚砜中的一种或多种。

[0069] 对纺丝溶液进行湿法纺丝的步骤可包括使纺丝溶液穿过喷丝头(比如复丝喷丝头)至凝固浴中。

[0070] 凝固浴可包括气凝胶聚合物在其中具有低溶解度的任何溶剂。在某些实施方式+ 2+ 2+ 1+ 2+ 2+
中，凝固浴包括水性溶剂，所述性溶剂包括盐，所述盐选自由Li、Ca 、Mg 、Cu 、Cu 、Zn 和
3+
Al 组成的组中的一种或多种阳离子以及选自由卤化物、硝酸根、磷酸根、碳酸根、硫酸根、乙酸根、烷醇等组成的组中的一种或多种阴离子。在某些实施方式中，凝固浴包括氯化钙。

[0071] 在湿法纺丝条件下，盐和气凝胶聚合物可以以任何足够的质量比组合使至少部分气凝胶聚合物凝固。在某些实施方式中，盐和气凝胶聚合物分别以1：100至100：1、1：9至9：
1、1：5至5：1、1：4至4：1、1：3至3：1、2：3至3：2、1：1至9：1、3：2至9：1、7：3至9：1或4：1至9：1的质量比存在。在某些实施方式中，盐和气凝胶聚合物以约8：1的质量比存在。

[0072] 在气凝胶聚合物包括海藻酸钠、氧化纤维素或其混合物的情况下，气凝胶聚合物中存在的阴离子部分可通过与凝固浴中存在的盐发生原位交联，从而使气凝胶聚合物交
联。

[0073] 纺丝溶液可以在0.1米/分钟至5米/分钟、0.5米/分钟至5米/分钟、0.5米/分钟至4.5米/分钟、1.0米/分钟至4.0米/分钟、1.5米/分钟至3.5米/分钟、2.0米/分钟至3.5米/分钟、2.5米/分钟至3.5米/分钟或在2.5米/分钟至3.0米/分钟的流速穿过喷丝头。在某些实
施方式中，纺丝溶液以约2.8米/分钟的速度穿过喷丝头。

[0074] 湿法拉伸的步骤可包括以在100％至500％、150％至500％、200％至500％、200％至450％、200％至400％、250％至400％、250％至350％或300％至350％的总拉伸比将长丝拉伸。在某些实施方式中，湿法拉伸的步骤包括以约320％的总拉伸比将长丝拉伸。

[0075] 湿法拉伸的步骤可包括可在30℃至60℃、在40℃至60℃之间或在40℃至50℃之间的温度下将长丝拉伸。在某些实施方式中，湿法拉伸的步骤可包括可在约45℃下将长丝拉
伸。

[0076] 可将湿法拉伸的长丝进行冻干，从而形成气凝胶纤维。可通过将湿法拉伸的长丝的温度降低(例如，降低至‑100℃至‑20℃)，然后降低压力(这去除湿法拉伸的长丝中存在的液体)，完成冻干，从而形成气凝胶纤维。

[0077] 实施例

[0078] 实施例1

[0079] 制备包括海藻酸钠的气凝胶纤维如下。使用在室温下的氯化钙水溶液(10％w/w)作为凝固浴，经直径为70μm的复丝喷丝头(500F)，以2.8米/分钟的流速，在80℃下，将水中的5％w/w海藻酸钠通过湿法纺丝进行纺丝。氯化钙用作海藻酸钠的交联剂。在45℃下以
320％的总拉伸比，将所得纤维在水中进行湿法拉伸。随后将这些纤维在‑80℃下进行冷冻3小时并且冻干48小时，以提供气凝胶纤维，其具有17.1cN/tex的纤维韧性和3.3％的断裂伸长率(按照GB/T4711‑84确定)、18.81μm的纤维直径(按照ASTM D2130‑13确定)、1.57旦尼尔的线密度(0.17tex，按照ASTM D1577‑07确定)。图1提供了所述纤维的横截面图。在这些SEM图像中观察到了纳米孔结构，孔径的范围为100nm至250nm。

[0080] 相比之下，丝光羊毛纤维具有18μm的直径、3旦尼尔(0.33tex)的线密度、1.99cN/tex的纤维韧性和37.7％的断裂伸长率。

[0081] 实施例2

[0082] 经梳理工艺，通过混合丝光羊毛纤维和气凝胶纤维，来制造包括50％w/w的实施例1中制备的气凝胶纤维的复合纱线。这些材料经折叠机器而加固为条。将这些条以每米30至
40捻的方式捻合为粗纱，其随后以每米610捻的方式捻合成纱线支数为26Nm的纱线。将两条纱折叠并且捻合成纱线支数为2/26Nm的一条纱线，并且在压力下汽蒸。纱线确定为具有316±10μm的平均直径。

[0083] 实施例3

[0084] 包括来自实施例2的复合纱线的单面针织织物具有0.035m2K/W的热阻(按照GB 2
11048‑89，方法A确定)、0.23的Clo值和343g/m的克重。相比之下，包括来自比较例2的羊毛
2 2
纱线的单面针织织物具有0.03mK/W的热阻、0.2的Clo值和485.9g/m的克重。

[0085] 比较例1

[0086] 使用在室温下的氯化钙水溶液(4kg水具有10％w/w氯化钙)作为凝固浴，经直径为70μm的复丝喷丝头(500F)，以2.8米/分钟的流速，在80℃下，将水中的5％w/w海藻酸钠(1kg的原液具有5％w/w海藻酸钠)通过湿法纺丝进行纺丝。在45℃下以320％的总拉伸比，将所
得纤维在水中进行湿法拉伸。将这些材料在60℃下干燥，以提供纤维，其具有19.5cN/tex的纤维韧性和3.3％的断裂伸长率、23.06μm的纤维直径和0.31tex的线密度。

[0087] 比较例2

[0088] 通过梳理工艺制造包括100％w/w的所述丝光羊毛纤维的羊毛纱线。将这些材料通过折叠机器加固为条。将这些条以每米30至40捻的方式捻合为粗纱，其随后以每米650捻的方式捻合成纱线支数为20Nm的纱线。将两条纱折叠并且捻合成纱线支数为2/20Nm的一条纱
线，并且在压力下汽蒸。测量所述纱线的平均直径为281±16μm。

[0089] 比较例3

[0090] 使用在室温下的氯化钙水溶液(5％w/w)作为凝固浴，经直径为70μm的复丝喷丝头(500F)，以2.8米/分钟的流速，在80℃下，将水中的5％w/w海藻酸钠通过湿法纺丝进行纺
丝。氯化钙用作海藻酸钠的交联剂。在45℃下以320％的总拉伸比，将所得纤维在水中进行湿法拉伸。随后将这些纤维在‑20℃下冷冻3小时并且冻干48小时，以提供气凝胶纤维，其具有20cN/tex的纤维韧性和3.22％的断裂伸长率、20.18μm的纤维直径和0.25tex的线密度。
图2提供了如此形成的纤维的横截面图。

[0091] 比较例4

[0092] 使用在室温下的氯化钙水溶液(10％w/w)作为凝固浴，经直径为70μm的复丝喷丝头(500F)，以2.8米/分钟的流速，在80℃下，将水中的5％w/w海藻酸钠通过湿法纺丝进行纺丝。氯化钙用作海藻酸钠的交联剂。在45℃下以320％的总拉伸比，将所得纤维在水中进行湿法拉伸。随后将这些纤维在‑20℃下冷冻3小时并且冻干48小时，以提供气凝胶纤维，其具有18cN/tex的纤维韧性和3.38％的断裂伸长率、19.37μm的纤维直径和0.24tex的线密度。
图3提供了如此形成的纤维的横截面图。

[0093] 比较例5

[0094] 使用在室温下的氯化钙水溶液(5％w/w)作为凝固浴，经直径为70μm的复丝喷丝头(500F)，以2.8米/分钟的流速，在80℃下，将水中5％w/w海藻酸钠通过湿法纺丝进行纺丝。
氯化钙用海藻酸钠的交联剂。在45℃下以320％的总拉伸比，将所得纤维在水中进行湿法拉伸。随后将这些纤维在‑50℃下冷冻3小时并且冻干48小时，以提供气凝胶纤维，其具有
20cN/tex的纤维韧性和3.15％的断裂伸长率、17.92μm的纤维直径和0.25tex的线密度。图4提供了如此形成的纤维的横截面图。

[0095] 表1、经各种冷冻温度和凝固浴浓度制备的纤维的性能

[0096]