ES2969016T3

ES2969016T3 - Un filamento de dos componentes continuo formado a partir de un único sistema polimérico

Info

Publication number: ES2969016T3
Application number: ES17193264T
Authority: ES
Inventors: Gregory W Farell; Edward Keith Willis
Original assignee: Fiberweb LLC
Current assignee: Fiberweb LLC
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2028-08-14
Also published as: MX339963B; HUE037610T2; EP3284854A1; JP5241841B2; PL2183420T3; PL3284854T3; WO2009026092A1; EP3284854B1; AU2008289195B2; JP2013174039A; CN101815817B; US20110230110A1; US8951633B2; RU2435881C1; US20090047856A1; BRPI0815505B1; HK1251268A1; AU2008289195A1; EP2183420A1; JP2010537068A

Abstract

Se proporciona una tela no tejida que tiene una pluralidad de filamentos semicristalinos que están unidos térmicamente entre sí y están formados del mismo polímero y exhiben sustancialmente la misma temperatura de fusión. El tejido se produce hilando en fusión un polímero cristalizable amorfo para formar dos componentes que tienen diferentes niveles de cristalinidad. Durante el hilado, un primer componente del polímero se expone a condiciones que dan como resultado una cristalización inducida por tensión, de modo que el primer componente polimérico está en un estado semicristalino y sirve como matriz o componente resistente del tejido. El segundo componente polimérico no está sujeto a cristalización inducida por tensión y, por lo tanto, permanece en un estado sustancialmente amorfo que se une bien a temperaturas relativamente bajas. En una etapa de unión, la tela se calienta para suavizar y fusionar el componente aglutinante. En estas condiciones, el componente aglutinante sufre cristalización térmica de modo que en el producto final, ambos componentes poliméricos son semicristalinos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un filamento de dos componentes continuo formado a partir de un único sistema polimérico

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a filamentos de dos componentes continuos formados a partir de un único sistema polimérico.

Antecedentes de la invención

Desde hace muchos años se fabrican tejidos no tejidos formados a partir de fibras unidas térmicamente entre sí. Dos técnicas comunes de unión térmica incluyen la unión por áreas y la unión por puntos. En la unión por áreas, las uniones se producen a lo largo de todo el tejido no tejido en los lugares donde las fibras del tejido no tejido entran en contacto entre sí. Esto puede conseguirse de diversas maneras, tal como haciendo pasar aire caliente, vapor u otro gas a través de una banda no unida de fibras para provocar que las fibras se fundan y se fusionen entre sí en los puntos de contacto. La unión por áreas también puede conseguirse haciendo pasar una banda de fibras a través de una calandra compuesta por dos rodillos de acero lisos calentados para provocar que las fibras se ablanden y se fusionen. En la unión por puntos, la banda de fibras se hace pasar a través de una línea de contacto de calandra calentada compuesta por dos rodillos de línea de contacto, en donde al menos uno de los rodillos tiene una superficie con un patrón de protuberancias. Normalmente, uno de los rodillos calentados es un rodillo con un patrón y el rodillo cooperante tiene una superficie lisa. A medida que la banda se mueve a través del rodillo de calandra, las fibras individuales se unen térmicamente entre sí en ubicaciones discretas o sitios de unión donde las fibras hacen contacto con las protuberancias del rodillo con un patrón y las fibras se desunen en las ubicaciones entre estos sitios de unión por puntos.

La unión por puntos puede usarse eficazmente para unir tejidos no tejidos formados a partir de fibras termoplásticas que tienen la misma composición polimérica y una temperatura de fusión similar. Sin embargo, la unión por áreas normalmente no puede usarse para tejidos no tejidos de este tipo puesto que los tejidos normalmente requieren la presencia de un componente de aglutinante que se ablanda y se funde a una temperatura inferior a la de las fibras con el fin de producir las uniones.

Un ejemplo de un tejido no tejido unido por áreas disponible en el mercado muy conocida se comercializa con la marca registrada Reemay® por Fiberweb Inc. de Old Hickory, TN. Este tejido unido por hilado se produce generalmente de acuerdo con las enseñanzas de las Patentes de los E<e>.UU. N.° 3.384.944 y 3.989.788 en las que filamentos de una composición polimérica de punto de fusión superior y una composición polimérica de punto de fusión inferior se entremezclan entre sí y se depositan sobre una cinta en movimiento para formar una banda.

La banda de filamentos se dirige a través de un aparato de unión de aire caliente, donde los filamentos de la composición de punto de fusión inferior se ablandan y se funden para formar uniones en toda la banda, dando como resultado un tejido no tejido con propiedades físicas deseables. Los filamentos compuestos de la composición polimérica de punto de fusión superior no se funden durante la unión y proporcionan resistencia al tejido. Por ejemplo, en el tejido Reemay®, la composición de punto de fusión superior es un homopolímero de poliéster y la composición aglutinante de punto de fusión inferior es un copolímero de poliéster.

El requisito de usar dos composiciones poliméricas separadas aumenta los requisitos de manipulación y procesamiento del proceso de fabricación y dificulta el reciclaje o la reutilización de desechos o material residual debido a la presencia de dos composiciones poliméricas diferentes. Adicionalmente, la temperatura de fusión de la composición de punto de fusión inferior representa una limitación de las condiciones de temperatura en las que puede usarse el tejido no tejido.

Un ejemplo de la técnica anterior es el documento WO 2001/92612, que se refiere a fibras de múltiples componentes autorizables que tienen una estructura de lado a lado que induce el rizado de la fibra tras conseguir un diferencial de cristalinidad eficaz entre los componentes poliméricos.

Otro ejemplo de la técnica anterior es el documento WO 2004/061169, que se refiere a procesos de fabricación de fibras de dos componentes de cubierta-núcleo de lado a lado o excéntricas, en las que cada componente incluye una composición de tereftalato de politrimetileno diferente.

Breve sumario de la invención

La presente invención se refiere a un filamento de dos componentes continuo, como se define en la reivindicación 1, y formado a partir de un sistema polimérico único que comprende un primer y segundo componentes poliméricos presentes en porciones distintas de la sección transversal del filamento de dos componentes continuo. En particular, la presente invención usa un sistema de resina polimérica semicristalina que experimenta una cristalización inducida por tensión en el proceso de hilado de fibras. De acuerdo con la presente invención, el primer componente polimérico es parcialmente cristalino y sirve como componente de matriz y el segundo componente polimérico es amorfo y sirve como componente de aglutinante, en el que un material no tejido unido por áreas térmicamente que comprende el filamento de dos componentes continuo presenta un único pico de fusión como se demuestra por un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB). A este respecto, el componente de aglutinante del filamento de dos componentes continuo ha cristalizado durante una etapa de unión térmica y en donde el filamento de dos componentes continuo comprende una sección transversal de múltiples lóbulos que incluye una pluralidad de lóbulos, cada uno de los cuales tiene una sección de punta, y el segundo componente polimérico está ubicado en la sección de punta de al menos uno de la pluralidad de lóbulos. Además, el filamento de dos componentes comprende del 2 % al 25 % del segundo componente polimérico, en peso del filamento de dos componentes continuo. Como alternativa, el filamento de dos componentes continuo comprende una disposición de cubierta/núcleo que incluye un componente de cubierta que rodea un componente de núcleo, en el que el componente de núcleo comprende el primer componente polimérico que tiene una primera viscosidad intrínseca y el componente de cubierta comprende el segundo componente polimérico que tiene una segunda viscosidad intrínseca que es inferior a la primera viscosidad intrínseca, y en donde el filamento de dos componentes continuo comprende del 80 % al 95 % del primer componente polimérico y del 5 % al 20 % del segundo componente polimérico, en peso del filamento de dos componentes continuo.

La viscosidad intrínseca del polímero (VI), el rendimiento de polímero, la velocidad de hilado, las temperaturas de fusión, las temperaturas de enfriamiento y los caudales se encuentran entre las variables de proceso que repercuten en la tensión de la línea de hilado y que pueden utilizarse para proporcionar el nivel deseado de cristalinidad en las fibras de un tejido no tejido. Un polímero cristalizable en el estado no cristalizado o amorfo puede formar eficazmente uniones térmicas a temperaturas relativamente bajas, pero después de la cristalización es más difícil unir térmicamente. La presente invención hace uso de estas variables de proceso para producir tanto la fibra semicristalina para la resistencia del tejido como la fibra amorfa para la unión térmica. Después de la unión térmica, ambas fibras están presentes en el tejido en estado semicristalino o sustancialmente cristalino.

Por ejemplo, un polímero cristalizable se extruye en estado fundido para producir una pluralidad de filamentos de dos componentes continuos y el polímero se somete a condiciones de procesamiento de manera que se produce un primer componente polimérico que es al menos parcialmente cristalino y se produce un segundo componente polimérico que es sustancialmente amorfo. El primer componente polimérico está en un estado semicristalino y comprende el componente de matriz del tejido. El segundo componente del polímero no experimenta

ninguna cristalización sustancial y como resultado permanece en un estado sustancialmente amorfo. El segundo componente polimérico tiene un punto de reblandecimiento que es inferior al del primer componente polimérico y, por lo tanto, el segundo componente polimérico sirve como componente de aglutinante para un tejido.

En una realización, se extruyen en estado fundido filamentos de dos componentes continuos de la misma composición polimérica y se procesan en condiciones para producir el primer y segundo componentes del polímero que tienen diferentes niveles de cristalinidad. Por ejemplo, durante la extrusión, un primer componente del polímero se expone a condiciones de hilado que dan como resultado una cristalización inducida por tensión en el primer componente polimérico, mientras que un segundo componente polimérico se somete a una tensión que es insuficiente para inducir una cristalización sustancial. La cantidad de tensión a la que están expuestos los componentes poliméricos puede manipularse usando diversas variables de proceso para transmitir un nivel deseado de cristalinidad en las fibras. Dichas variables de proceso incluyen la viscosidad intrínseca del polímero (VI), el rendimiento de polímero, la velocidad de hilado, las temperaturas de fusión, las temperaturas de enfriamiento, los caudales, las relaciones de estiramiento y similares.

En una realización adicional, los filamentos de dos componentes continuos son filamentos de múltiples lóbulos de cubierta/núcleo o con punta. La cubierta o puntas comprenden el componente de aglutinante de los filamentos, mientras que el núcleo comprende el componente de matriz. En una realización, los filamentos de dos componentes continuos comprenden homopolímero de PET que tiene componentes de viscosidad intrínseca (VI) baja y alta que corresponden a los componentes de aglutinante y de matriz, respectivamente. Los filamentos de dos componentes continuos se hilan a velocidades en las que el componente polimérico de VI superior se cristaliza mediante cristalización inducida por tensión para servir como componente de matriz y el componente polimérico de VI inferior permanece en un estado sustancialmente amorfo para servir como componente de aglutinante. En una realización particular, los filamentos de dos componentes continuos contienen entre el 5 y el 20 % en peso del componente de VI inferior y entre el 80 y el 95 % en peso del componente de VI superior.

En otro aspecto, el PET reciclado puede servir como resina aglutinante. La VI del PET reciclado se ajusta a aproximadamente 0,62 o menos con el fin de usarlo como fibras de aglutinante. Puede usarse un aditivo para romper la cadena de PET en el material polimérico reciclado para reducir la VI del polímero reciclado. En esta realización, las fibras pueden comprender una matriz y un aglutinante separados o fibras de múltiples componentes.

Breve descripción de las distintas vistas del dibujo o dibujos

Habiendo por lo tanto descrito la invención en términos generales, a continuación se hará referencia a los dibujos adjuntos, que no están necesariamente dibujados a escala y en donde:

la FIG. 1 es una ilustración esquemática de un aparato para producir tejidos no tejidos de acuerdo con una realización de la presente invención;

la FIG. 2 ilustra una sección transversal de filamento de dos componentes que tiene un primer componente que es al menos parcialmente cristalino y un segundo componente que es de naturaleza amorfa y en donde el primer y segundo componentes están presentes en porciones distintas de la sección transversal del filamento;

la FIG. 3 ilustra un filamento de dos componentes de múltiples lóbulos que tiene el primer y segundo componentes presentes en porciones distintas de la sección transversal del filamento;

la FIG. 4 ilustra un filamento de dos componentes de tres lóbulos que tiene el primer y segundo componentes presentes en porciones distintas de la sección transversal del filamento;

la FIG. 5 es una fotomicrografía de MEB de un tejido no tejido de la técnica anterior que tiene filamentos de aglutinante copoliméricos y filamentos de matriz homopoliméricos;

la FIG. 6 es una fotomicrografía de MEB lateral en sección transversal del tejido no tejido de la FIG. 5;

la FIG. 7 es una fotomicrografía de MEB de un tejido no tejido de acuerdo con la invención en la que el tejido incluye una matriz continua y filamentos de aglutinante que están unidos entre sí;

la FIG. 8 es una fotomicrografía de MEB lateral en sección transversal del tejido no tejido de la FIG. 7;

la FIG. 9 es un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB) del tejido no tejido de la técnica anterior de la FIG. 5 en el que pueden observarse temperaturas de fusión distintas para el copolímero de PET de los filamentos de aglutinante y el homopolímero de PET de los filamentos de matriz;

la FIG. 10 es un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB) del tejido no tejido inventivo de la FIG. 7 en el que el trazo de CDB muestra una única temperatura de fusión para los filamentos de aglutinante y de matriz; la FIG. 11 es un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB) de un tejido no tejido de la técnica anterior que tiene filamentos de dos componentes continuos en los que un copolímero de PET forma el componente de aglutinante y un homopolímero de PET forma el componente de matriz, y en el que el trazo de CDB incluye temperaturas de fusión distintas para los componentes de aglutinante y homopoliméricos;

la FIG. 12 es un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB) de un tejido no tejido de acuerdo con la invención y que comprende filamentos de dos componentes continuos en los que un componente de aglutinante de PET comprende la cubierta y un componente de matriz de PET comprende el núcleo, y en el que el trazo de CDB muestra una temperatura de fusión única para los componentes de aglutinante y de matriz;

la FIG. 13A es una fotomicrografía de un tejido no tejido compuesto por homofilamentos de matriz y de aglutinante que se han unido térmicamente entre sí, y en donde el tejido se ha teñido con un tinte para revelar los diferentes niveles de orientación en los filamentos de matriz y de aglutinante; y

la FIG. 13B es la microfotografía de la FIG. 13A en escala de grises en la que un tejido no tejido compuesto por homofilamentos de matriz y de aglutinante que se han unido térmicamente entre sí, y en donde el tejido se ha teñido con un tinte para revelar los diferentes niveles de orientación en los filamentos de matriz y de aglutinante.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se describirá ahora con más detalle en lo sucesivo en el presente documento con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran algunas, pero no todas las realizaciones de las invenciones. Efectivamente, estas invenciones pueden realizarse de muchas formas diferentes y no deben interpretarse como limitadas a las realizaciones expuestas en el presente documento; más bien, estas realizaciones se proporcionan de manera que la presente divulgación satisfaga los requisitos legales aplicables. Los números similares se refieren a elementos similares en todo el documento.

La presente invención se refiere a un filamento de dos componentes continuo que se forma mediante extrusión en estado fundido de un polímero termoplástico amorfo cristalizable

El polímero termoplástico amorfo cristalizable utilizado para producir el filamento de dos componentes continuo es capaz de experimentar una cristalización inducida por tensión. Durante el procesamiento, un primer componente de la composición polimérica se somete a condiciones de proceso que dan como resultado una cristalización inducida por tensión de manera que el primer componente polimérico está en un estado semicristalino. Un segundo componente del polímero se

procesa en condiciones que son insuficientes para inducir la cristalización y, por lo tanto, el segundo componente polimérico permanece sustancialmente amorfo. Debido a su naturaleza amorfa, el segundo componente polimérico tiene una temperatura de reblandecimiento inferior a la del primer componente polimérico semicristalino y, por lo tanto, es capaz de formar uniones térmicas a temperaturas inferiores a la temperatura de reblandecimiento del primer componente polimérico. Por lo tanto, el segundo componente polimérico amorfo puede utilizarse como componente de aglutinante de un tejido no tejido, mientras que el primer componente polimérico semicristalino puede servir como componente de matriz de un tejido no tejido que proporciona las propiedades físicas de resistencia requeridas del tejido, tales como la resistencia a la tracción y al desgarro.

Por "amorfo", significa que el grado de cristalinidad en el segundo componente polimérico es inferior al deseado para el primer componente polimérico, y es suficientemente bajo para que el segundo polímero tenga una temperatura de reblandecimiento inferior a la temperatura de reblandecimiento del primer componente polimérico. La expresión "temperatura de reblandecimiento" se refiere generalmente a la temperatura o intervalo de temperatura al que el componente polimérico se ablanda y se vuelve pegajoso. La temperatura de reblandecimiento del primer y segundo componentes poliméricos puede determinarse fácilmente mediante métodos de ensayo de referencia de la industria, por ejemplo, el Método de ensayo de referencia de la norma ASTM D1525-98 para la temperatura de reblandecimiento Vicat de plásticos, y la norma ISO 306: 1994 Materiales plástico-termoplásticos - determinación de la temperatura de reblandecimiento Vicat. La temperatura de reblandecimiento del segundo componente polimérico es deseablemente al menos 5 °C inferior a la del primer componente polimérico, prefiriéndose una diferencia de temperatura de reblandecimiento de entre 5 y 30 °C, y siendo típica una diferencia de entre 8 y 20 °C. En una realización particular, la temperatura de reblandecimiento del segundo componente polimérico es aproximadamente 10 °C inferior a la del primer componente polimérico. La diferencia en la temperatura de reblandecimiento permite que el segundo componente polimérico se vuelva pegajoso y forme uniones térmicas a temperaturas inferiores a la temperatura a la que el primer componente polimérico comenzaría a ablandarse y volverse pegajoso.

Durante una etapa de unión, la banda de fibras no unidas se calienta hasta el punto en que el componente de aglutinante amorfo se ablanda y se fusiona consigo mismo y con el componente de matriz de las fibras adyacentes en los puntos de contacto para formar un tejido no tejido fuerte y coherente. Durante la unión, el componente de aglutinante también experimenta normalmente cristalización térmica de manera que en el tejido no tejido unido resultante tanto la matriz como los componentes de aglutinante son al menos parcialmente cristalinos. Normalmente, las condiciones de unión permiten una cristalización sustancialmente completa tanto de las fibras de matriz como de las fibras de aglutinante. Como resultado, una curva de calorimetría diferencial de barrido (CDB) del tejido unido revela solamente un pico único correspondiente al calor latente de fusión de las regiones cristalinas en las fibras de matriz y de aglutinante. Esto contrasta claramente con lo que se observa en los tejidos unidos por área convencionales que dependen de una composición aglutinante con una temperatura de fusión más baja para la unión.

Los filamentos de dos componentes continuos de la presente invención son distinguibles, por lo tanto, de los materiales no tejidos unidos por área producidos mediante procesos conocidos de la técnica anterior en que los filamentos de dos componentes continuos consisten en solamente un sistema polimérico a partir del cual se forman tanto el componente de resistencia o de matriz como el componente de aglutinante. Una ventaja de usar un único sistema polimérico para formar los componentes tanto de aglutinante como de matriz es una mejora tanto en el coste como en la eficiencia. A diferencia de la técnica anterior, no hay necesidad de usar una resina aglutinante adicional que tenga una química polimérica diferente de la de la resina de matriz. Generalmente, las resinas aglutinantes convencionales pueden requerir la presencia de equipos de extrusión adicionales, líneas de transferencia y similares. Como resultado, los costes asociados a dichos materiales no tejidos pueden superiores. En la presente invención, la utilización de un único sistema polimérico puede ayudar a reducir estos costes e ineficiencias. Para los filamentos de dos componentes continuos, el uso de un único sistema polimérico también puede dar como resultado que el componente de aglutinante se distribuya más uniformemente por toda la banda porque los componentes de matriz y de aglutinante están distribuidos a lo largo del mismo filamento.

Aunque los componentes tanto de matriz como de aglutinante son al menos parcialmente cristalinos en un tejido unido final, tienen diferente morfología y orientación molecular. Los componentes de matriz se cristalizaron bajo tensión, mientras que los componentes de aglutinante se cristalizaron térmicamente sin tensión. Teñir las fibras con tintes comunes permite observar los dos tipos distintos de fibras. La captación de tinte es muy sensible a

la orientación molecular, la cristalinidad y la morfología. Los dos tipos de fibras presentan diferentes captaciones de tinte. Los componentes de aglutinante tienen niveles más bajos de orientación molecular preferencial y captan el tinte más fácilmente que los componentes de matriz. Una forma adecuada de observar las diferencias en los dos tipos de componentes es tomar un tejido no tejido producido de acuerdo con la presente invención que se ha unido y fijado por calor para cristalizar totalmente los componentes tanto de aglutinante como de matriz y para reducir la contracción del tejido no tejido y teñir el tejido no tejido usando colorantes adecuados para la composición polimérica particular. Por ejemplo, las fibras de PET pueden teñirse adecuadamente usando tintes tales como Terasil Blue GLF (Ciba Specialty Chemicals) en agua hirviendo. La inspección del tejido resultante a simple vista o mediante microscopía mostrará las fibras de aglutinante teñidas más oscuras que las fibras de matriz, como puede observarse en las FIG. 13A y 13B.

Las composiciones poliméricas que pueden usarse de acuerdo con la invención generalmente incluyen polímeros que son capaces de experimentar una cristalización inducida por tensión y que son relativamente amorfos cuando se funden. Las composiciones poliméricas adecuadas pueden incluir poliésteres y poliamidas tales como nailons. Los poliésteres de ejemplo pueden incluir tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de politrimetileno (PTT), tereftalato de polibutileno (PBT) y ácido poliláctico (PLA), y copolímeros, y combinaciones de los mismos.

La presente invención puede usarse para preparar una diversidad de tejidos no tejidos diferentes, incluyendo tejidos no tejidos unidos por hilado, tejidos de soplado en estado fundido,

combinaciones de los mismos y similares. La presente invención también puede usarse para formar

filamentos de dos componentes continuos. A menos que se especifique otra cosa, el término "fibra" se usa genéricamente para referirse tanto a fibras cortas de longitud discreta como a filamentos continuos.

Como se ha analizado anteriormente, los filamentos de dos componentes continuos que comprenden el primer y segundo componentes poliméricos pueden producirse mediante extrusión en estado fundido de una composición polimérica fundida relativamente amorfa en condiciones de proceso que inducen la orientación y, por lo tanto, la cristalización en uno de los componentes, mientras que el segundo componente permanece principalmente amorfo. Los métodos para inducir y controlar el grado de cristalización incluyen parámetros tales como la velocidad de hilado, las temperaturas de hilado y estirado, las condiciones de enfriamiento, las relaciones de estirado, la viscosidad intrínseca de la corriente fundida, el rendimiento de polímero, las temperaturas de fusión, los caudales y las combinaciones de los mismos.

En una realización preferida, el primer y segundo componentes poliméricos pueden formarse seleccionando dos composiciones poliméricas que sean iguales entre sí, es decir, el mismo polímero, pero que difieren entre sí en viscosidad intrínseca o en peso molecular. A una tasa de extrusión dada, la composición polimérica que tiene la viscosidad intrínseca superior experimentará más tensión que la experimentada por la composición polimérica que tiene una viscosidad intrínseca inferior. Como resultado, la composición polimérica para el primer y segundo componentes poliméricos puede seleccionarse basándose en la viscosidad intrínseca. Pueden conseguirse diferencias en la viscosidad intrínseca entre el primer y segundo componentes poliméricos de varias maneras. Por ejemplo, muchos fabricantes de resinas ofrecen diferentes grados del mismo polímero y pueden seleccionarse dos grados diferentes del mismo polímero que difieren en la viscosidad intrínseca. También pueden conseguirse diferencias en la viscosidad intrínseca mediante la adición de uno o más aditivos que alteren la viscosidad intrínseca o el peso molecular del polímero. Los ejemplos de dichos aditivos incluyen etilenglicol, propilenglicol, estearato de magnesio y agua.

En una realización, el primer y segundo componentes poliméricos se forman a partir de dos composiciones poliméricas separadas que comprenden tereftalato de polietileno en las que las composiciones poliméricas tienen una diferencia en viscosidad intrínseca que es de al menos 0,15. En una realización particular, el componente de matriz se forma con homopolímero de PET que tiene una viscosidad intrínseca de 0,68 dl/g o superior, y el componente de aglutinante se forma con homopolímero de PET que tiene una viscosidad intrínseca de 0,61 dl/g o menos.

La FIG. 1 ilustra esquemáticamente una disposición de aparato para producir un tejido no tejido hilado de acuerdo con una realización de la presente invención.

El aparato incluye un primer y segundo plegadores de hilado 22 dispuestos sucesivamente montados sobre una cinta transportadora 24 en movimiento sin fin. Aunque el aparato ilustrado tiene dos plegadores de hilado, se entenderá que podrían emplearse otras configuraciones de aparatos con sólo una plegador de hilado o con tres o más plegadores de hilado. Cada plegador se extiende a lo ancho en la dirección transversal y los plegadores respectivos se disponen sucesivamente en la dirección longitudinal. A cada plegador se le suministra polímero cristalizable fundido procedente de una o más extrusoras (no mostradas). En cada uno de los plegadores de hilado 22 se montan hileras con orificios configurados para producir filamentos continuos. En una realización ilustrativa, se usan dos grados separados de la misma composición polimérica, diferenciándose el polímero sólo en su viscosidad intrínseca. El polímero de grado de VI superior se alimenta a uno o más plegadores de hilado para formar filamentos de matriz y el polímero de grado de VI inferior se alimenta a un segundo plegador de hilado para formar filamentos de aglutinante.

Los filamentos recién extruidos se enfrían y solidifican por contacto con un flujo de aire enfriado, y después los filamentos se atenúan y estiran, ya sea mecánicamente mediante rodillos de estirado, o neumáticamente mediante dispositivos atenuadores 26. La tensión de la línea de hilado transmitirá a los filamentos por los rodillos de estirado o los dispositivos atenuadores 26 provoca la cristalización inducida por tensión en el polímero de grado de VI superior que forma los filamentos de matriz, mientras que el polímero de grado de VI inferior que forma los filamentos de aglutinante experimenta poca o ninguna cristalización inducida por tensión y permanece sustancialmente amorfo.

Después, los filamentos se depositan aleatoriamente sobre la cinta 24 que avanza para formar una banda. Después, los filamentos se unen térmicamente para proporcionarle coherencia y resistencia a la banda. La unión por áreas es una técnica particularmente útil para unir la banda. La unión por áreas normalmente implica hacer pasar la banda a través de una calandra calentada compuesta por dos rodillos de acero lisos o hacer pasar vapor calentado, aire u otro gas a través de la banda para provocar que los filamentos que comprenden el segundo componente polimérico se vuelvan pegajosos y se fusionen entre sí.

En la realización ilustrada, la banda de filamentos no unidos se representa dirigida a través de un consolidador 32 de vapor, un ejemplo del cual se muestra generalmente en Esteset al.Patente de los EE.UU. N.° 3.989.788. La banda se pone en contacto con vapor saturado, que sirve para ablandar las fibras de aglutinante. Después, la banda se transfiere a un aparato de unión 34 por aire caliente. Las temperaturas utilizadas en la operación de unión son considerablemente más altas que las utilizadas en el consolidador, la temperatura seleccionada depende de la temperatura de pegajosidad de las fibras de aglutinante y de las propiedades deseadas en el producto (por ejemplo, resistencia, estabilidad dimensional o rigidez). Para fibras que comprenden tereftalato de polietileno, la banda consolidada normalmente se expone al aire a una temperatura de 140 a 250 °C, preferentemente de 215 a 250 °C durante la unión. Durante las etapas de consolidación y unión, las fibras de aglutinante se ablandan y se vuelven pegajosas, produciendo uniones de fusión donde los filamentos se cruzan entre sí. El tejido no tejido resultante es un material no tejido unido por áreas, con sitios de unión distribuidos uniformemente en toda el área y el espesor del tejido. Los sitios de unión proporcionan las propiedades de la lámina necesarias, tales como resistencia al desgarro y resistencia a la tracción. La banda unida pasa sobre el rodillo de salida a un dispositivo de enrollado 36.

Generalmente, la unión por áreas de la banda no tejida da como resultado que tanto el primer componente polimérico como el segundo componente polimérico estén al menos en un estado parcialmente cristalino, de manera que el polímero semicristalino tenga un grado de cristalinidad que sea al menos el 70%de su cristalinidad máxima alcanzable. En una realización, la unión por áreas da como resultado que el primer y segundo componentes poliméricos tengan un grado de cristalinidad que sea al menos el 90 % de su cristalinidad máxima alcanzable, tal como al menos el 99 % de su cristalinidad máxima alcanzable. Otras técnicas de unión por áreas que pueden usarse incluyen unión ultrasónica, unión por RF y similares.

Puede formarse un tejido no tejido unido por hilado a partir de filamentos de dos componentes continuos en los que el primer y segundo componentes poliméricos están presentes en porciones distintas de la sección transversal de los filamentos. La expresión "filamentos de dos componentes" se refiere a filamentos en los que el primer y segundo componentes están presentes en porciones distintas de la sección transversal de filamento y se extienden sustancialmente de forma continua a lo largo de la longitud de los filamentos. En una realización, la sección transversal de las fibras de dos componentes incluye una región distinta que comprende el primer componente polimérico que se ha sometido a condiciones que inducen la cristalización, y una segunda región distinta en la que el segundo componente polimérico permanece principalmente en un estado amorfo. La configuración de la sección transversal de un filamento de dos componentes de este tipo puede ser, por ejemplo, una disposición de cubierta/núcleo en donde un polímero está rodeado por otro, una disposición de lado a lado o una configuración de múltiples lóbulos.

En esta realización, el primer y segundo componentes pueden producirse proporcionando dos corrientes de un polímero amorfo fundido en el que el polímero a partir del que se forma el segundo componente polimérico tiene una viscosidad intrínseca inferior que el polímero del primer componente polimérico. Durante la extrusión, las corrientes se combinan para formar una fibra de múltiples componentes. Las corrientes fundidas combinadas se someten después a una tensión que induce la cristalización en el polímero de viscosidad intrínseca superior y es insuficiente para inducir la cristalización en el polímero de viscosidad intrínseca inferior para producir de este modo el primer y segundo componentes poliméricos, respectivamente.

Las FIG. 2 a 4 ilustran realizaciones de la invención en donde el primer componente polimérico 40 (componente de matriz) comprende una porción de la sección transversal de la fibra y el segundo componente polimérico 42 (componente de aglutinante) comprende otra porción de la sección transversal de la fibra. Las fibras de dos componentes de acuerdo con la invención pueden prepararse usando el aparato y el método descritos anteriormente en relación con la FIG. 1 en los que las hileras se diseñan para producir un filamento de dos componentes de la configuración de sección transversal deseada. Las hileras adecuadas están disponibles en el mercado de diversas fuentes. Un tipo de hilera para formar filamentos de dos componentes se describe en la Patente de los EE.UU. N.° 5.562.930. Las hileras pueden configurarse para formar filamentos de dos componentes en todos los orificios de la hilera o, como alternativa, dependiendo de las características particulares del producto deseadas, las hileras pueden configurarse para producir algún filamento de múltiples lóbulos de dos componentes y algunos filamentos de múltiples lóbulos formados enteramente por uno del primer y segundo componentes poliméricos. Se analizan métodos para producir filamentos de dos componentes con mayor detalle en la Publicación de patente de los EE.UU. N.° 2003/0119403, cuyo contenido se incorpora como referencia.

La FIG. 2 ilustra un filamento de dos componentes en donde el primer y segundo componentes poliméricos se disponen en una configuración de lado a lado. Las FIG. 3 y 4 ilustran filamentos de dos componentes en los que los filamentos de dos componentes tienen una sección transversal modificada que define múltiples lóbulos. En estas realizaciones, es importante que el componente de aglutinante esté presente en al menos una porción de la superficie del filamento y, deseablemente, el componente de aglutinante debería estar ubicado en al menos uno de los lóbulos de la sección transversal del filamento de múltiples lóbulos. Mucho más preferentemente, el componente de aglutinante está ubicado en la punta de uno o más de los lóbulos. En una realización, el componente de aglutinante comprende de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 25 por ciento en peso del filamento, y preferentemente de aproximadamente el 5 a al 15 por ciento en peso del filamento.

La FIG. 3 ilustra una sección transversal de un filamento de múltiples lóbulos sólido en donde el filamento tiene cuatro lóbulos. El componente de matriz 40 (primer componente polimérico) ocupa la porción central de la sección transversal del filamento y el componente de aglutinante 42 ocupa la porción de punta de cada lóbulo. En una realización alternativa, el componente de aglutinante puede ocupar la porción de punta solamente de un lóbulo único, o las puntas de dos o tres de los lóbulos. La FIG. 4 ilustra una sección transversal de un filamento de tres lóbulos sólido en donde el componente de aglutinante 42 ocupa la porción de punta de cada lóbulo. En una forma alternativa, el componente de aglutinante 42 puede ocupar sólo uno o dos de los tres lóbulos.

La forma principal y más preferida para conseguir las cristalinidades y temperaturas de reblandecimiento diferentes en los filamentos es alterando ligeramente la viscosidad intrínseca del polímero de los dos componentes poliméricos. Esto puede conseguirse, por ejemplo, seleccionando dos grados diferentes de la misma composición polimérica, que difieren sólo en la viscosidad intrínseca del polímero. También es posible reducir la viscosidad intrínseca de la composición polimérica de manera que pueda usarse como componente formador de aglutinante de VI inferior. Por ejemplo, pueden usarse aditivos para romper algunas de las cadenas poliméricas para reducir la VI y/o puede usarse polímero reciclado como parte o la totalidad del componente de VI inferior. Por ejemplo, puede usarse PET reciclado como el componente polimérico formador de aglutinante VI inferior. La VI del PET reciclado puede ajustarse a 0,62 dl/g o menos con el fin de permitir su uso como componente de aglutinante. También es posible conseguir una cristalinidad diferente en los dos componentes poliméricos a través del uso de aditivos que alteran la tensión de la línea de hilado. Pueden obtenerse diferencias en la cristalinidad incorporando cantidades menores de aditivos o polímeros que reduzcan la tensión de la línea de hilado, retrasando de este modo la cristalización. Por ejemplo, puede añadirse un PTT de VI muy baja al PET en pequeñas cantidades para reducir la tensión de la línea de hilado y retrasar la cristalización. Como alternativa, pueden añadirse etilenglicol, ácidos grasos u otros aditivos compatibles al PET para lubricar o plastificar la resina a medida que se extruye y reducir, por lo tanto, la tensión de la línea de hilado.

También debe reconocerse que los componentes primero y/o segundo también pueden incluir aditivos del tipo que se encuentran convencionalmente en las fibras poliméricas hiladas en estado fundido, tales como tintes, pigmentos, plastificantes, abrillantadores ópticos, cargas, etc. Los tejidos no tejidos de acuerdo con la invención pueden usarse en una amplia diversidad de aplicaciones diferentes, tales como prendas, toallitas para la secadora, toallas y similares.

Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar diversas realizaciones de la invención y no deben interpretarse como limitantes de la invención de ninguna manera.

Ejemplos

Ejemplo 1 (Comparativo): Fibras de matriz homopoliméricas y de aglutinante copoliméricas separadas

Se produjo un material no tejido unido por áreas usando filamentos separados de homopolímero de PET y de copolímero de PET modificado con ácido isoftálico (IPA). El paquete de hilado consistía en 120 orificios de tres lóbulos para el homopolímero y 12 orificios redondos para el copolímero. Tanto el copolímero como el homopolímero se secaron a 140 °C durante 5 horas antes de la extrusión. El rendimiento de polímero fue de 1,8 gramos/orificio/minuto tanto para el homopolímero como para el copolímero. Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 4 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación:

Homopolímero: Homopolímero de PET DuPont 1941 (VI 0,67 dl/g, punto de fusión 260 °C);

Copolímero: Copolímero de PET modificado con IPA DuPont 3946R (VI 0,65 dl/g, punto de fusión 215 °C);

Rendimiento del homopolímero: 1,8 gramos/orificio/minuto;

Rendimiento del copolímero: 1,8 gramos/orificio/minuto;

% de Copolímero: 9 %;

Velocidad de hilado: 2.743,2 m (3.000 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 4 dpf.

Condiciones de la extrusora de homopolímero:

Zona 1: 293 °C

Zona 2: 296 °C

Zona 3: 299 °C

Zona 4: 302 °C

Temperatura del bloque: 304 °C.

Condiciones de la extrusora de copolímero:

Zona 1:265 °C

Zona 2: 288 °C

Zona 3: 293 °C

Temperatura del bloque: 304 °C

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento que se movía a una velocidad de 18,9 m (62 pies)/minuto y se trataron con vapor a 115 °C para mantener unida la banda, para que pueda ser transferida al aparato de unión. Después, la banda se sometió a unión a 220 °C en un aparato de unión de paso de aire para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (0,8 osy).

Ejemplo 2: Filamentos de matriz homopoliméricos y de aglutinante copoliméricos separados

Se formó un material no tejido unido por áreas a partir de los componentes poliméricos primero y segundo que se produjeron usando filamentos homopoliméricos de PET separados que tenían diferentes V<i>de polímero. El paquete de hilado consistía en 120 orificios de tres lóbulos para el homopolímero de VI superior (fibras resistentes) y 12 orificios redondos para el homopolímero de VI inferior (fibras de aglutinante). Ambos homopolímeros se secaron a 140 °C durante 5 horas antes de la extrusión. El rendimiento de polímero fue de 1,8 gramos/orificio/minuto para ambas resinas de PET. Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 4 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación:

Filamentos homopoliméricos (primer componente polimérico): Homopolímero de PET DuPont 1941 (VI 0,67 dl/g, temperatura de fusión 260 °C);

Homopolímero (segundo componente polimérico): Homopolímero de PET Eastman F61HC (VI 0,61 dl/g, temperatura de fusión 260 °C);

Rendimiento del primer componente polimérico: 1,8 gramos/orificio/minuto;

Rendimiento del segundo componente polimérico: 1,8 gramos/orificio/minuto;

Segundo componente polimérico: 9 %;

Velocidad de hilado: 2.743,2 m (3.000 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 4 dpf.

Condiciones de la extrusora del primer componente polimérico:

Zona 1: 293 °C

Zona 2: 296 °C

Zona 3: 299 °C

Zona 4: 302 °C

Temperatura del bloque: 304 °C.

Condiciones de la extrusora del segundo componente polimérico:

Zona 1: 296 °C

Zona 2: 299 °C

Zona 3: 302 °C

Temperatura del bloque: 304 °C

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento que se movía a una velocidad de 18,9 m (62 pies)/minuto y se trataron con vapor a 115 °C para mantener unida la banda, para que pueda ser transferida al aparato de unión. Después, los filamentos se unieron entre sí a 220 °C para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (0,8 osy). La Tabla 1 a continuación compara las propiedades de los tejidos no tejidos preparados en los Ejemplos 1 y 2. Las bandas no tejidas se sometieron a ensayo de acuerdo con el método general para textiles de la norma ASTM D-1117.

T l 1: Pr i fí i l E m l 1 2

Como se deduce de la Tabla 1, puede observarse que muchas de las propiedades del Ejemplo 1 (comparativo) y del Ejemplo 2 son similares. La tracción por separación fue ligeramente superior para el Ejemplo 1, sin embargo, los desgarros por atrapamiento del Ejemplo 2 fueron casi el doble que los del Ejemplo 1.

Las FIG. 5 y 6 son fotomicrografías de MEB del tejido no tejido del Ejemplo 1. Como puede observarse en las FIG. 5 y 6, los filamentos copoliméricos del tejido se han fundido y han fluido junto con los filamentos de matriz de temperatura de fusión superior para unir de ese modo los filamentos de matriz entre sí. Como resultado, en algunas áreas de el tejido, los filamentos de aglutinante copoliméricos se habían ablandado y fluido hasta el punto de que ya no tenían ninguna estructura discernible real o forma similar a un filamento. Los únicos filamentos que se pueden ver fácilmente son los filamentos homopoliméricos con temperatura de fusión superior. Las FIG. 7 y 8 son fotomicrografías de MEB del tejido no tejido del Ejemplo 2. A diferencia del tejido no tejido del Ejemplo 1, tanto los filamentos de aglutinante como los filamentos de matriz son claramente visibles en las FIG. 7 y 8. En particular, los filamentos de aglutinante tienen una estructura de filamento discernible que permanece intacta. Las fotomicrografías también revelan que los filamentos de aglutinante han tenido cierta deformación alrededor de los filamentos de matriz para unir los filamentos de aglutinante a los filamentos de matriz en los puntos de contacto sin fundirse ni perder la estructura de filamento de aglutinante. En una realización, el tejido no tejido se caracteriza por la falta de zonas en las que los filamentos de aglutinante se hayan fundido y hayan fluido juntos y alrededor de los filamentos de matriz. Como se muestra en las FIG. 7 y 8, el tejido se caracteriza además por tener una pluralidad de filamentos continuos interconectados en los que algunos de los filamentos (filamentos de aglutinante) se han fusionado con otros filamentos en puntos de contacto y en donde algunos de los filamentos (filamentos de matriz) no se han fusionado entre sí en los puntos de contacto, tal como cuando dos filamentos de matriz entran en contacto entre sí. Además, los filamentos de aglutinante no parecen formar gotitas, que se forman habitualmente en relación con el Ejemplo 1. Estas gotitas pueden desprenderse durante la manipulación posterior, lo que puede conducir a contaminación por partículas.

La FIG. 9 es un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB) del tejido no tejido del Ejemplo 1. El trazo de CDB muestra claramente dos puntos de inflexión distintos que representan dos temperaturas de fusión diferentes para el tejido no tejido del Ejemplo 1 (por ejemplo, aproximadamente 214 °C y aproximadamente 260 °C). Las dos temperaturas de fusión se deben a los filamentos de aglutinante con una temperatura de fusión inferior y a los filamentos de matriz con una temperatura de fusión superior. Por ejemplo, el copolímero que comprende los filamentos de aglutinante se funde a aproximadamente 215 °C, mientras que los filamentos de matriz (homopolímero) se funden a aproximadamente 260 °C. Por el contrario, el trazo de CDB del tejido no tejido del Ejemplo 2 solo presenta una temperatura de fusión única a 260 °C, que es el resultado de que los filamentos de aglutinante y los filamentos de matriz se forman ambos sustancialmente a partir de la misma composición polimérica, tal como PET. Además, puesto que no es necesario incluir un copolímero que tenga una temperatura de fusión inferior, como en el Ejemplo 1, los tejidos no tejidos de acuerdo con la invención pueden usarse a temperaturas superiores. Específicamente, el tejido no tejido del Ejemplo 2 puede usarse a temperaturas que son aproximadamente 40 °C superiores a las del tejido no tejido del Ejemplo 1. La c Db se midió de acuerdo con la norma ASTM E-794 usando un Universal V2.4F de TA Instruments.

Habitualmente se usan tintes para investigar la morfología de las fibras. El grado de cristalinidad, el tamaño de los cristalitos y el nivel de orientación molecular amorfa influyen en la captación del tinte. Generalmente, las muestras que son menos cristalinas y tienen una fase amorfa menos orientada aceptan el tinte más fácilmente. Los dos filamentos diferentes utilizados para producir el Ejemplo n.° 2 pueden diferenciarse por la captación de tinte. Generalmente, los filamentos que tienen un color más oscuro tienen una orientación menos amorfa, mientras que los filamentos de colores más claros indican un mayor grado de orientación, lo que es indicativo de filamentos de matriz. Haciendo referencia a las FIG. 13A y 13B, puede observarse que el teñido da como resultado que los filamentos de matriz tienen un color relativamente más claro en comparación con los filamentos de aglutinante. Como se ha analizado previamente, los filamentos que tienen niveles de orientación más elevados (es decir, filamentos de matriz) no captan el tinte tan fácilmente como los filamentos de aglutinante y, como resultado, tienen un color relativamente más claro. Las FIG. 13A y 13B son fotomicrografías del Ejemplo 2 tomadas con un microscopio óptico Bausch and Lomb equipado con una cámara óptica. El aumento de la microfotografía es de 200 X.

El tejido de las FIG. 13A y 13B comprende una pluralidad de homofilamentos que comprenden PET que se forman a partir de filamentos de matriz que son al menos parcialmente cristalinos y filamentos de aglutinante que estaban en un estado sustancialmente amorfo durante la unión térmica.

Ejemplo 3 (Comparativo): Fibras de dos componentes de tres lóbulos copoliméricas/homopoliméricas de cubierta/núcleo

En el Ejemplo 3, se produjo un material no tejido unido por áreas en una configuración de fibra de dos componentes. El homopolímero de PET se usó en el núcleo mientras que el copolímero de PET modificado con IPA estaba en la cubierta. El paquete de hilado consistía en 200 orificios de tres lóbulos. Tanto el copolímero como el homopolímero se secaron a 140 °C durante 5 horas antes de la extrusión. El rendimiento de polímero fue de 1,2 gramos/orificio/minuto para el núcleo de homopolímero y de 0,14 gramos/orificio/minuto para la cubierta de copolímero de manera que la fibra resultante estaba compuesta por un 10 % de cubierta y un 90 % de núcleo. Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 3 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación:

Núcleo: Homopolímero de PET DuPont 1941 (VI 0,67 dl/g, punto de fusión 260 °C);

Cubierta: Copolímero de PET modificado con IPA DuPont 3946R (VI 0,65 dl/g, punto de fusión 215 °C);

Rendimiento de polímero del núcleo: 1,2 gramos/orificio/minuto;

Rendimiento de polímero de la cubierta: 0,14 gramos/orificio/minuto;

% de Cubierta: 10 %;

Velocidad de hilado: 2.743,2 m (3.000 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 3 dpf.

Condiciones de la extrusora de núcleo (homopolímero):

Zona 1: 293 °C

Zona 2: 296 °C

Zona 3: 299 °C

Zona 4: 302 °C

Temperatura del bloque: 304 °C.

Condiciones de la extrusora de cubierta (copolímero):

Zona 1: 265 °C

Zona 2: 288 °C

Zona 3: 293 °C

Temperatura del bloque: 304 °C.

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento que se movía a una velocidad de 6,71 m (22 pies)/minuto y se trataron con calor y vapor a 115 °C para mantener unida la banda, de manera que pudiera transferirse al aparato de unión a 220 °C para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (2,8 osy).

Ejemplo 4 (inventivo): Fibras de dos componentes de tres lóbulos de homopoliméricas/homopoliméricas de cubierta/núcleo

Se produjo un material no tejido unido por áreas en una configuración de fibra de dos componentes. Se usó un homopolímero de PET con VI superior en el núcleo mientras que el homopolímero de PET con V<i>inferior estaba en la cubierta. El paquete de hilado consistía en 200 orificios de tres lóbulos. Ambos homopolímeros se secaron a 140 °C durante 5 horas antes de la extrusión. El rendimiento de polímero fue de 1,2 gramos/orificio/minuto para el polímero del núcleo y de 0,14 gramos/orificio/minuto para el polímero de la cubierta de manera que la fibra resultante estaba compuesta por un 10 % de cubierta y un 90 % de núcleo. Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 3 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación: Núcleo: Homopolímero de PET DuPont 1941 (VI 0,67 dl/g, punto de fusión 260 °C);

Cubierta: Homopolímero de PET Eastman F61HC (VI 0,61 dl/g, punto de fusión 260 °C);

Rendimiento de polímero del núcleo: 1,2 gramos/orificio/minuto;

Rendimiento de polímero de la cubierta: 0,14 gramos/orificio/minuto;

% de Cubierta: 10 %;

Velocidad de hilado: 2.743,2 m (3.000 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 3 dpf.

Condiciones de la extrusora de núcleo (homopolímero):

Zona 1: 293 °C

Zona 2: 296 °C

Zona 3: 299 °C

Zona 4: 302 °C

Temperatura del bloque: 304 °C.

Condiciones de la extrusora de cubierta (copolímero):

Zona 1: 296 °C

Zona 2: 299 °C

Zona 3: 302 °C

Temperatura del bloque: 304 °C.

T l 2: Pr i fí i l E m l 4

continuación

La Tabla 2 muestra que los materiales no tejidos producidos en los Ejemplos 3 y 4 tienen propiedades físicas similares. La FIG. 11, que es un trazo CDB del Ejemplo 3 (comparativo), muestra dos temperaturas de fusión distintas para el tejido no tejido del Ejemplo 3. En el Ejemplo 3, los filamentos de aglutinante se funden a aproximadamente 215 °C mientras que los filamentos de matriz se funden a aproximadamente 260 °C. La FIG. 12 es un trazo de CDB del tejido no tejido del Ejemplo 4 (inventivo). El trazo de CDB del Ejemplo 4 muestra sólo un único punto de fusión a 260 °C. Como en los Ejemplos 1 y 2, el tejido no tejido inventivo del Ejemplo 4 también puede usarse a temperaturas más elevadas que el tejido del Ejemplo 3.

En los siguientes ejemplos, se exploraron diversas velocidades de hilado y viscosidades intrínsecas para preparar filamentos tanto de aglutinante como de matriz que comprenden PET. Los filamentos se prepararon extruyendo filamentos a través de un paquete de hilado de fibras, enfriando las fibras, estirando los filamentos mediante rodillos de tracción y depositando las fibras sobre una cinta recolectora. Después, se recogieron muestras de fibra para realizar ensayos. El tipo de fibra se determinó alimentando haces de fibras a través de un laminador de laboratorio a 130 °C. Las fibras de aglutinante se fusionaron entre sí a 130 °C, mientras que las fibras de matriz no se unirían a esta temperatura.

Los filamentos de la Tabla 3 se prepararon a partir de las siguientes composiciones poliméricas:

Muestras 1 - 6: Homopolímero de PET DuPont 1941 (VI 0,67 dl/g, temperatura de fusión 260 °C);

Muestras 7 -12: Homopolímero de PET Eastman F61HC (VI 0,61 dl/g, temperatura de fusión 260 °C);

Muestras 13 -18: Homopolímero de PET Eastman F53HC (VI 0,53 dl/g, temperatura de fusión 260 °C).

El grado relativo de cristalinidad de un polímero que experimenta cristalización inducida por tensión puede estimarse experimentalmente usando técnicas de CDB. En este ejemplo, los grados de cristalinidad se estimaron usando un CDB Modelo 2920 de TA Instruments para cada una de las muestras y este valor se muestra en la Tabla 3. Para determinar el calor de cristalización de una muestra de ensayo del polímero en su estado amorfo, se calentaron muestras del polímero de PET a una temperatura al menos 20 °C por encima del punto de fusión y después la muestra se retiró y se enfrió rápidamente usando una pulverización de congelación criogénico (Chemtronics Freeze-It). Después se dejó que la muestra se equilibrara a temperatura ambiente antes de calentarla a 10 °C/minuto. Se supone que la muestra es amorfa al 100 % y, a partir del área de la curva de CDB, se determinó que el calor de cristalización del PET amorfo era 31,9 julios/gramo. A continuación, los grados de cristalinidad de las fibras hiladas se estimaron calentando las fibras a 10 °C/minuto y midiendo el calor de cristalización a partir del área de la curva de CDB. El porcentaje de cristalinidad máxima alcanzable (grado de cristalinidad) se calcula mediante la fórmula [1 - (calor de cristalización para fibra/calor de cristalización para amorfo)] x 100 %.

Tabla 3: Datos de calor de fusión y cristalinidad para fibras de PET de viscosidad intrínseca variable y preparadas a velocidades de hilado variables.

continuación

Generalmente, los datos de la Tabla 3 indicaron que los filamentos que tenían un grado de cristalinidad de aproximadamente el 35 % o más presentaban propiedades indicativas de filamentos de matriz, mientras que los filamentos con un grado de cristalinidad inferior a este valor normalmente presentaban propiedades de filamentos de aglutinante. Uno de los propósitos de estos ejemplos es ilustrar cómo las variaciones en la velocidad de hilado influyen en la tensión de la línea de hilado y, a su vez, el grado de cristalización de los filamentos. Estos ejemplos fueron para filamentos que no estaban sujetos a condiciones de unión. También puede observarse a partir de los datos de la Tabla 3 que a medida que aumenta la velocidad de hilado de cada polímero, la temperatura para el inicio de la cristalización disminuye.

Debe entenderse que cuando el tejido no tejido se calienta posteriormente para provocar que los filamentos de aglutinante se ablanden y fusionen, se producirá una cristalización adicional, tanto en los filamentos de matriz como en los filamentos de aglutinante. Como resultado, en el tejido final unido, el polímero tendrá un grado de cristalización mucho mayor. En el producto final, el grado de cristalinidad será de al menos el 50 %, más deseablemente al menos el 60 %, incluso más deseablemente al menos el 80% de la cristalinidad máxima alcanzable del polímero. Efectivamente, el grado de cristalinidad puede ser del 95 % o superior de la cristalinidad máxima alcanzable del polímero.

Los datos de la Tabla 3 también sugieren que los filamentos que tenían un calor de fusión superior a aproximadamente 20 julios/gramo eran normalmente útiles como fibras de aglutinante y los que tenían calores de fusión inferiores a 20 julios/gramo eran normalmente fibras de matriz.

En las Muestras 19 - 32, se exploraron las características de aglutinante/matriz de los filamentos que comprendían PLA y PTT. Los resultados se resumen en la Tabla 4 a continuación. Los filamentos de la Tabla 3 se prepararon a partir de las siguientes composiciones poliméricas:

Muestras 19 - 24: Ácido poliláctico(PlA)Nature Works 6202D

Muestras 25 - 32: Tereftalato de politrimetileno (PTT) Shell Corterra 509201

Tabla 4: Datos de calor de fusión y cristalinidad para fibras de PLA y PTT

Los filamentos que comprenden PLA y que tienen temperaturas de cristalización superiores a aproximadamente 82 °C generalmente presentan propiedades indicativas de fibras de aglutinante. Para el PTT, parecía que los puntos de cristalización superiores a 61 °C eran indicativos de fibras de aglutinante.

Ejemplo 5 (Comparativo): Fibras de matriz homopoliméricas y de aglutinante copoliméricas separadas

Se produjo un material no tejido unido por áreas usando filamentos separados de homopolímero de PET y de copolímero de PET modificado con ácido isoftálico (IPA). Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 4 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación:

Copolímero: Copolímero de PET modificado con IPA DuPont 3946R (VI 0,65 dl/g, punto de fusión 215 °C); % de Copolímero: 9 %;

Velocidad de hilado: 2.286 m (2.500 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 4 dpf.

Condiciones de la extrusora de homopolímero:

Zona 1 250 °C

Zona 2 : 260 °C

Zona 3: 270 °C

Zona 4 : 270 °C

Zona 5: 270 °C

Zona 6 : 270 °C

Temperatura del bloque: 270 °C

Condiciones de la extrusora de copolímero:

Zona 1: 250 °C

Zona 2 : 260 °C

Zona 3: 265 °C

Zona 4 : 265 °C

Zona 5: 265 °C

Zona 6 : 265 °C

Temperatura del bloque: 265 °C

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento y se trataron con vapor para mantener unida la banda, para que pueda ser transferida al aparato de unión. Después, la banda se sometió a unión a 230 °C en un aparato de unión de paso de aire para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (0,55 osy).

Ejemplo 6: Filamentos de matriz homopoliméricos y de aglutinante copoliméricos separados

Se formó un material no tejido unido por áreas a partir del primer y segundo componentes poliméricos que se produjeron usando filamentos homopoliméricos de PET separados que tenían diferentes VI de polímero. Ambos homopolímeros se secaron a 140 °C durante 5 horas antes de la extrusión. Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 4 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación.

Homopolímero (segundo componente polimérico): Homopolímero de PET DuPont 3948 (VI 0,59 dl/g, temperatura de fusión 260 °C);

Segundo componente polimérico: 9 %;

Velocidad de hilado: 2.286 m (2.500 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 4 dpf.

Condiciones de la extrusora de homopolímero:

Zona 1 250 °C

Zona 2 : 260 °C

Zona 3: 270 °C

Zona 4 : 270 °C

Zona 5: 270 °C

Zona 6 : 270 °C

Temperatura del bloque: 270 °C

Condiciones de la extrusora del segundo componente polimérico:

Zona 1: 250 °C

Zona 2: 260 °C

Zona 3: 270 °C

Zona 4: 270 °C

Zona 5: 270 °C

Zona 6: 270 °C

Temperatura del bloque: 270 °C.

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento y se trataron con vapor para mantener unida la banda, para que pueda ser transferida al aparato de unión. Después, los filamentos se unieron entre sí a 230 °C para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (0,55 osy). La Tabla 5 a continuación muestra que se obtuvieron propiedades comparativas en los Ejemplos 5 y 6. Las bandas no tejidas se sometieron a ensayo de acuerdo con el método general para textiles de la norma ASTM D-1117.

T l : Pr i fí i l ^ E m l

Ejemplo 7 (Comparativo): Fibras de matriz homopoliméricas y de aglutinante copoliméricas separadas

Copolímero: Copolímero de PET modificado con IPA DuPont 3946R (VI 0,65 dl/g, punto de fusión 215 °C); % de Copolímero: 8,5 %;

Velocidad de hilado: 2.514,6 m (2.750 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 4 dpf.

Condiciones de la extrusora de homopolímero:

Zona 1: 250 °C

Zona 2: 260 °C

Zona 3: 270 °C

Zona 4: 275 °C

Zona 5: 275 °C

Zona 6: 275 °C

Temperatura del bloque: 275 °C.'

Condiciones de la extrusora de copolímero:

Zona 1: 250 °C

Zona 2: 260 °C

Zona 3: 265 °C

Zona 4: 265 °C

Zona 5: 265 °C

Temperatura del bloque: 265 °C.

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento y se trataron con vapor para mantener unida la banda y poder transferirla al aparato de unión. Después, la banda se sometió a unión a 230 °C en un aparato de unión de paso de aire para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (0,56 osy).

Ejemplo 8: Filamentos de matriz homopoliméricos y de aglutinante copoliméricos separados

Se formó un material no tejido unido por áreas a partir del primer y segundo componentes poliméricos que se produjeron usando filamentos homopoliméricos de PET separados que tenían diferentes VI de polímero. Ambos homopolímeros se secaron a 140 °C durante 5 horas antes de la extrusión. Las fibras hiladas en estado fundido se enfriaron tras salir de la hilera y las fibras se estiraron hasta 4 dpf usando rodillos de tracción. Las condiciones se resumen a continuación:

Segundo componente polimérico: 8,5 %;

Velocidad de hilado: 2.514,6 m (2.750 yardas)/minuto;

Denier de fibra: 4 dpf.

Condiciones de la extrusora de homopolímero:

Zona 1: 250 °C

Zona 2 : 260 °C

Zona 3: 270 °C

Zona 4 : 270 °C

Zona 5: 270 °C

Zona 6 : 270 °C

Temperatura del bloque: 270 °C

Condiciones de la extrusora del segundo componente polimérico:

Zona 1: 250 °C

Zona 2: 260 °C

Zona 3: 270 °C

Zona 4: 270 °C

Zona 5: 270 °C

Zona 6: 270 °C

Temperatura del bloque: 270 °C.

Los filamentos estirados se dispersaron sobre un alambre en movimiento y se trataron con vapor para mantener unida la banda, para que pueda ser transferida al aparato de unión. Después, los filamentos se unieron entre sí a 230 °C para producir un material no tejido unido por áreas. El gramaje de la banda no tejida fue de 27,12 g/m2 (0,56 osy). La Tabla 6 a continuación compara las propiedades de los tejidos no tejidos preparados en los Ejemplos 7 y 8.

Las bandas no tejidas se sometieron a ensayo de acuerdo con el método general para textiles de la norma ASTM D-1117.

T l : Pr i fí i l ^ E m l 7

Como se deduce de la Tabla 6, puede observarse que muchas de las propiedades del Ejemplo 1 (comparativo) y del Ejemplo 2 son similares.

Muchas modificaciones y otras realizaciones de la invención expuesta en el presente documento se le ocurrirán a un experto en la materia a la que pertenece la invención que tenga el beneficio de las enseñanzas presentadas en las descripciones anteriores y los dibujos asociados. Por lo tanto, se debe entender que la invención no debe limitarse a las realizaciones específicas desveladas y que las modificaciones y otras realizaciones están destinadas a incluirse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque en el presente documento se emplean términos específicos, se usan únicamente en un sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un filamento de dos componentes continuo formado a partir de un sistema polimérico único que comprende un primer y segundo componentes poliméricos presentes en porciones distintas de una sección transversal del filamento de dos componentes continuo, en donde el primer componente polimérico del filamento de dos componentes continuo es parcialmente cristalino y sirve como componente de matriz del filamento de dos componentes continuo y el segundo componente polimérico del filamento de dos componentes continuo es amorfo y sirve como componente de aglutinante del filamento de dos componentes continuo, y en donde un material no tejido unido por áreas térmicamente que comprende el filamento de dos componentes continuo presenta un único pico de fusión como se demuestra mediante un trazo de calorimetría diferencial de barrido (CDB), en donde el componente de aglutinante del filamento de dos componentes continuo ha cristalizado durante una etapa de unión térmica; y

en donde

(i) el filamento de dos componentes continuo comprende una sección transversal de múltiples lóbulos que incluye una pluralidad de lóbulos, cada uno de los cuales tiene una sección de punta, y el segundo componente polimérico está ubicado en la sección de punta de al menos uno de la pluralidad de lóbulos; y en donde el filamento de dos componentes continuo comprende del 2 % al 25 % del segundo componente polimérico, en peso del filamento de dos componentes continuo^

o

(ii) el filamento de dos componentes continuo comprende una disposición de cubierta/núcleo que incluye un componente de cubierta que rodea un componente de núcleo, en donde el componente de núcleo comprende el primer componente polimérico que tiene una primera viscosidad intrínseca y el componente de cubierta comprende el segundo componente polimérico que tiene una segunda viscosidad intrínseca que es inferior a la primera viscosidad intrínseca, en donde el filamento de dos componentes continuo comprende del 80 % al 95 % del primer componente polimérico y del 5 % al 20 % del segundo componente polimérico, en peso del filamento de dos componentes continuo.

2. El filamento de fibra de dos componentes continuo de la reivindicación 1, en donde el filamento de dos componentes continuo tiene una sección transversal de múltiples lóbulos y comprende del 80 % al 95 % del primer componente polimérico y del 5 % al 20 % del segundo componente polimérico, en peso del filamento de dos componentes continuo.

3. El filamento de dos componentes continuo de las reivindicaciones 1-2, en donde el primer y segundo componentes poliméricos se seleccionan del grupo que consiste en tereftalato de polietileno, tereftalato de politrimetileno, tereftalato de polibutileno y ácido poliláctico, y copolímeros y combinaciones de los mismos.

4. El filamento de dos componentes continuo de las reivindicaciones 1-3, en donde el segundo componente polimérico tiene una temperatura de reblandecimiento que es al menos 5 °C inferior a la temperatura de reblandecimiento del primer componente polimérico.

5. El filamento de dos componentes continuo de las reivindicaciones 1-4, en donde el filamento de dos componentes continuo comprende del 5 % al 15 % del segundo componente polimérico, en peso del filamento de dos componentes continuo.

6. El filamento de dos componentes continuo de las reivindicaciones 1-5, en donde la sección transversal del filamento de dos componentes continuo comprende una disposición de cubierta/núcleo.

7. El filamento de dos componentes continuo de la reivindicación 1, en donde el filamento de dos componentes continuo comprende una disposición de cubierta/núcleo en donde el componente de núcleo comprende el primer componente homopolimérico de PET que tiene una primera viscosidad intrínseca y el componente de cubierta comprende el segundo componente homopolimérico de PET que tiene una segunda viscosidad intrínseca que es inferior a la primera viscosidad intrínseca.