MXPA02003513A - Material fibroso que comprende fibras elaboradas de polimeros isotacticos lineales. - Google Patents
Material fibroso que comprende fibras elaboradas de polimeros isotacticos lineales.Info
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Abstract
La presente invencion se refiere a materiales en red fibrosos en los cuales la estructura del material polimerico contiene areas anorfas elasticas de tamano de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales.
Description
MATERIAL FIBROSO QUE COMPRENDE FIBRAS ELABORADAS DE POLÍMEROS ISOTACTICOS LINEALES
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente ¡nvención se refiere a materiales en red fibrosos tales como materiales no tejidos que se utilizan por ejemplo en artículos higiénicos. Específicamente, la presente ¡nvención se refiere a materiales en red fibrosos elásticos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los materiales fibrosos y en particular los materiales en red no tejidos que comprenden polímeros olefínicos son bien conocidos en la técnica y disfrutan de uso extendido a través de la industria. Las áreas típicas de aplicación de tal material en red fibroso incluyen por ejemplo artículos higiénicos y en particular artículos absorbentes desechables. Los materiales de red fibrosos elaborados a partir de poliolefinas de uso común tales como PP, PE, PS, PIB, tienen un número de propiedades útiles. Son materiales bio- compatibles y compatibles con alimentos, estables químicamente, inertes, no tóxicos. Sin embargo, la mayoría de ellos tienen propiedades mecánicas deficientes, incluyendo fuerza/resistencia al desgarre insuficiente, capacidad de estiramiento/elasticidad insuficiente, y similares.
Se han propuesto varios métodos en la técnica anterior para proveer propiedades elásticas a tales materiales de red fibrosos. El método utilizado más comúnmente - aparte de proveer laminados de material en red fibroso con por ejemplo películas elásticas - se basa en cambiar la estructura química del polímero Introduciendo porciones/uniones articuladas en la cadena principal del polímero. Estas articulaciones proveen más flexibilidad a la estructura de base polimérica evitando la cristalización del polímero, disminuyendo la temperatura de transición de vidrio (Tg) y mejorando la elasticidad del material resultante. Normalmente, los grupos articulados contienen heteroátomos que proveen flexibilidad tales como oxígeno, nitrógeno o cloro colocados en la cadena principal o en grupos laterales voluminosos. Otro método es la masticación del polímero combinando con agentes de plastificación especiales. Sin embargo, ambos métodos requieren que se introduzcan heteroátomos en la molécula o en el volumen del material de recubrimiento. El tercer método propuesto en la técnica anterior para proveer propiedades elásticas a tales materiales en red fibrosos, el cual se acerca más a la presente ¡nvención, es explotar la formación de hetero-fases que refuerzan el material volumétrico formando una red física. Para hacer esto se ha utilizado la co-polimerización de bloque de dos o más monómeros diferentes lo que conduce a estructuras de base poliméricas que comprenden bloques con diferentes Tg. Esto resulta en separación de micro-fase en el volumen con formación de dominios cristalinos de refuerzo de un co-polímero
mHuLfai<*ftifii>fa . .** - -«-i ..,i,»...LÍ?.j,»ááaJLÍ¿J M - enlazado con cada uno de los otros mediante cadenas flexibles del segundo co-polímero. En esencia, los materiales de red poliméricos convencionales llevan una amplia variedad de desventajas inherentes incluyendo pero no 5 están limitadas a fuerza/resistencia al desgarre insuficiente, capacidad de estiramiento/elasticidad insuficiente, no ser biocompatibles, no ser compatibles con alimentos, que comprenden heteroátomos tales como cloro y por consiguiente conducen a residuos tóxicos cuando se queman, y similares. Es un objeto de la presente ¡nvención proveer materiales en red 10 fibrosos que superan las desventajas de los materiales en red fibrosos de la técnica anterior. Es un objeto adicional de la presente ¡nvención proveer artículos que comprenden materiales en red fibrosos. Es un objeto adicional de la presente ¡nvención proveer un 15 método para fabricar el material en red fibroso de la presente ¡nvención. Es un objeto adicional de la presente invención proveer un método para procesar un material en red fibroso de la presente invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 20 La presente invención provee un material en red fibroso que comprende una pluralidad de fibras. El material en red fibroso se caracteriza
en que las fibras comprenden un homopolímero poliolefínlco que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada. La presente ¡nvención provee además un método para fabricar fibras a partir del material polimérico mencionado anteriormente que comprende un paso de procesar el material polimérico seleccionado del grupo consistente de hilado en húmedo, hilado en seco, hilado de fundición, hilado semi seco (evaporación de solvente o sedimentación), y combinaciones de los mismos. La presente invención provee además un método para fabricar un material en red fibroso que comprende los pasos de proveer fibras del material polimérico mencionado anteriormente y de combinar las fibras en un material en red. La presente invención provee además un método para estabilizar un material en red fibroso de acuerdo con la presente invención que comprende los pasos de proveer un material en red fibroso y el paso de estabilizar el material en red fibroso.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención provee materiales en red fibrosos que comprenden homopolímeros poliolefínicos. El término "homopolímero poliolefínico" como se utiliza en la presente, se refiere a aquellas pollolefinas que comprenden únicamente una
tA-Míiiatate^fcAfa», fase de moléculas todas las cuales exhiben una configuración estereoquímica similar. Por ejemplo, las combinaciones de polímeros atácticos e isotácticos en donde las dos fases se han pollmerlzado simultáneamente se excluyen cuando se utiliza este término. El término homopolímero incluye copolímeros en donde todas las moléculas exhiben una configuración estereoquímica similar. El homopolímero pollolefínico de la presente invención puede comprender polímeros isotácticos lineales que tienen una estructura de uno o varios monómeros olefínicos de C3 a C20, que tienen una isotacticidad de menos de 60%, preferiblemente menos de 55%, más preferiblemente menos de 50%, y más preferiblemente menos de 45% de [mmmm] concentración de pentada, y que tienen una isotacticldad de más de 15%, preferiblemente más de 20%, más preferiblemente más de 25%, y más preferiblemente más de [mmmm] concentración de pentada. Preferiblemente, el homopolímero poliolefínico es polipropileno. La isotacticidad de los homopolímeros se puede reducir comparada con los polipropilenos isotácticos de la técnica anterior debido a distribución estadística de errores estereoscópicos en la cadena de polímero. El término "error estereoscópico" se refiere a una secuencia estereoscópica caracterizada por una pentada [mrrm]. En este caso, el monómero central tiene una configuración estéreo opuesta a los otros cuatro monómeros en esta pentada. La concentración de pentada [mrrm] de este polímero por lo tanto está por arriba de la probabilidad estadística de p2 (1-p)2 en donde p = [m] y
por consiguiente 1-p = [r] y p4 = [mmmm]. Preferiblemente, la concentración de pentada es de al menos [p(1-p)]q p (1-p) con q siendo 0.8, más preferiblemente q siendo 0.6, aún más preferiblemente q siendo 0.4, más preferiblemente q siendo 0.2, más preferiblemente q siendo 0.1. En algunas modalidades del homopolímero y en particular en aquellas modalidades en donde la cristalinidad se reduce por medio de errores estéreo sencillos, se ha probado que es benéfico un bajo contenido de secuencias atácticas para las propiedades de la fibra de la presente invención. Preferiblemente, la concentración de pentada [rmrm] está por debajo de 6%, más preferiblemente por debajo de 5%, aún más preferiblemente por debajo de 4%, más preferiblemente por debajo de 3%, más preferiblemente por debajo de 2.5%. En algunas modalidades del homopolímero y en particular en aquellas modalidades en donde la cristalinidad se reduce por medio de errores estéreo sencillos, se ha probado que es benéfico un bajo contenido de secuencias sindiotácticas para las propiedades de la fibra de la presente invención. Preferiblemente, la concentración de pentada [rrrr] está por debajo de 6%, más preferiblemente por debajo de 5%, aún más preferiblemente por debajo de 4%, más preferiblemente por debajo de 3%, más preferiblemente por debajo de 2.5%. De manera alternativa, el homopolímero de la presente invención puede incluir secuencias de bloques de polímero atácticas e isotácticas.
Preferiblemente, el peso molecular PMp medio del polímero está por arriba de 100000 g/mol, más preferiblemente por arriba de 200000 g/mol, aún más preferiblemente por arriba de 250000 g/mol, aún más preferiblemente por arriba de 300000 g/mol, más preferiblemente por arriba de 350000 g/mol. La temperatura de vidrio Tg es de entre -50 y +30°C. Preferiblemente la temperatura de vidrio está por debajo de 10°C, más preferiblemente por debajo de 5°C, aún más preferiblemente por debajo de 0°C, más preferiblemente por debajo de -6°C. La temperatura de fusión del polímero se obtiene después de calentar la muestra a 150°C y enfriando de manera subsecuente el polímero a -50°C. Sin desear estar limitados por esta teoría, los polímeros poliolefínicos exhiben una estructura semi cristalina. La estructura contiene áreas amorfas elásticas de tamaño de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales. La formación de material macro- cristalino quebradizo a partir del polímero se logra introduciendo los defectos en la estructura de base polimérica. Las unidades de monómero aisladas con configuración estéreo opuesta se han utilizado como los defectos, es decir, errores estéreo sencillos. Los polímeros adecuados y un procedimiento para fabricar dichos polímeros se describen en la solicitud de patente PCT EP99/02379, incorporada a la presente por referencia. Una combinación de catalizador adecuada para la preparación de tales polímeros se describe en la solicitud de
patente PCT EP99/02378, incorporada a la presente por referencia. Preferiblemente, el procedimiento de la solicitud de patente PCT EP99/02378 se lleva a cabo por temperaturas de menos de 30°C, más preferiblemente menos de 25°C, aún más preferiblemente menos de 20°C, más preferiblemente menos de 15°C, para incrementar el peso molecular del polímero resultante. Con el fin de incrementar el peso molecular, la polimerización se lleva a cabo preferiblemente en monómero líquido tal como en propeno líquido. Con el fin de incrementar el peso molecular, el catalizador se utiliza preferiblemente en combinación con los activadores de boro mencionados en la solicitud de patente PCT EP99/02378. Otros polímeros adecuados y un procedimiento para fabricar dichos polímeros se describe en WO99/20664, incorporada a la presente por referencia. Se prefiere utilizar homopolímeros para las fibras de la presente invención debido a que durante la fabricación de homopolímeros la variabilidad de lote a lote se reduce enormemente en comparación a polímeros de fase múltiple en donde las fases se polimerizan en una sola reacción. Preferiblemente, los polímeros que se utilizan en la fabricación de los materiales en fibra de la presente invención tienen un plano goma-elástico distintivo en sus curvas de tensión fuerza. Los polímeros que se utilizan para la fibra de la presente invención son bio-compatlbles, se pueden quemar sin residuos tóxicos debido a que no contienen heteroátomos tales como cloro. Adicionalmente no contienen residuos de monómero tóxicos. Se ha descubierto que los materiales en fibra de la presente invención pueden exhibir suavidad superior. Preferiblemente, el material en fibra tiene una dureza Shore sobre la escala A de menos de 30, más preferiblemente, de menos de 25, aún más preferiblemente de menos de 20, más preferiblemente de menos de 15, y más preferiblemente de menos de 10. La suavidad del material en fibra de la presente invención se puede incrementar fabricando la fibra reduciendo la ¡sotacticidad (concentración de pentada [mmmm]). Se ha encontrado que el material en fibra exhibe estabilidad de temperatura incrementada comparado con materiales en fibra de la técnica anterior. Esto es debido en parte al hecho de que para las fibras de la presente invención se utiliza un homopolímero y es parcialmente debido al alto peso molecular del homopolímero. Preferiblemente, el material en fibra de la presente invención tiene un punto de fusión de al menos 100°C, más preferiblemente de al menos 110°C, más preferiblemente de al menos 120°C, más preferiblemente de al menos 130°C. La temperatura de fusión del polímero se obtiene después de calentar la muestra a 150°C y enfriando después el polímero a -50°C. Se puede lograr un punto de fusión mas alto combinando el homopolímero por ejemplo con polímero isotáctlco convencional tal como polipropileno.
Se ha encontrado que la fibra de la presente invención es estirable así como elástica. La capacidad de estiramiento de la fibra contra su comportamiento elástico se puede ajustar por medio de la tacticidad del homopolímero de la presente invención. Se ha encontrado que el material en fibra de la presente invención es estirable sin desgarramiento a al menos 500% de su longitud original, más preferiblemente 1000% de su longitud original, aún más preferiblemente a al menos 1500% de su longitud original, más preferiblemente a al menos 2000% de su longitud original. Además, el material en fibra de la presente invención se recupera preferiblemente dentro de 10 minutos después de estirarse y sostenerse durante 1 minuto a 500% de su longitud original de regreso a menos de 300% de su longitud original, preferiblemente menos de 200% de su longitud original, más preferiblemente menos de 150% de su longitud original. Adlcionalmente, se ha encontrado que la fibra de la presente invención exhibe una baja fijación compresiva. La fibra de la presente invención se recupera dentro de 10 minutos después de una compresión a 50% de su grosor original durante 1 minuto a al menos 60% de su grosor original, más preferiblemente al menos 70% de su grosor original, aún más preferiblemente a al menos 80% de su grosor original, aún más preferiblemente a al menos 90% de su grosor original, más preferiblemente a al menos 95% de su grosor original. La capacidad de compresión de la fibra de la presente invención se puede ajustar incrementando la tacticidad del homopolímero o combinando el homopolímero de baja tacticidad con polímero isotáctico convencional tal como polipropileno.
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Se ha encontrado que la fibra de la presente invención exhibe una pegajosidad relativamente baja a temperatura ambiente debido al alto peso molecular del polímero. Se pueden añadir varios aditivos al homopolímero de la presente invención para cambiar las propiedades del polímero tal como es bien sabido en la técnica. En la técnica anterior, se conoce una amplia variedad de métodos adecuados para fabricar y/o procesar fibras a partir del polímero de la presente invención Incluyendo pero no estando limitados a hilado en húmedo, hilado en seco, hilado por fundición, hilado semi seco (evaporación de solvente o sedimentación), acanalado, y combinaciones de los mismos. Las fibras adecuadas para los materiales en red de la presente invención pueden ser mono fibras o pueden comprender filamentos. Durante al menos algo del procedimiento de hilación, se ha descubierto que la cantidad del homopolímero de baja isotacticidad de la presente invención presente en la fibra de la presente ¡nvención necesita reducirse con el fin de acelerar la cristalización de las fibras después del hilado. Preferiblemente, la fibra de la presente ¡nvención comprende menos de 80% del homopolímero de baja isotacticidad, más preferiblemente menos de 60%, aún más preferiblemente menos de 40%, más preferido menos de 30%. De manera alternativa, se puede utilizar un polímero de alta isotacticidad que tiene una distribución de peso molecular más amplia con el fin de acelerar los tiempos de cristalización.
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Comparado con la hilación de polipropileno isotáctico convencional, la adición del homopolímero de baja isotacticidad de la presente invención reduce las fuerzas, presiones, y pares de torsión requeridos respectivamente para procesar el polímero. En la técnica se conoce una amplia variedad de métodos adecuados para fabricar material en red fibroso de acuerdo con la presente invención a partir de fibras incluyendo pero no estando limitados a soplado de fundición, hilado por unión, cardado, tendido al aire, tendido en húmedo, tejido, bordado, baldeo y similares. Se conoce adicionalmente en la técnica anterior una amplia variedad de métodos adecuados para estabilización opcional del material en red fibroso de la presente invención incluyendo pero no están limitados a hidroenmarañado, unión térmica, unión mediante presión, unión a través del aire, mediante agujas, unión mediante resina, y combinaciones de los mismos y similares. Es un aspecto adicional de la presente invención proveer un artículo que comprende un material en red fibroso de acuerdo con la presente ¡nvención. El artículo de acuerdo con la presente ¡nvención puede ser un artículo higiénico. El término "artículo higiénico" como se utiliza en la presente se refiere a artículos que están diseñados para utilizarse en contacto con o en proximidad al cuerpo de un ser viviente. Tales artículos higiénicos pueden ser absorbentes o no absorbentes. Tales artículos higiénicos pueden ser desechables o diseñados para uso múltiple o prolongado. Tales artículos higiénicos incluyen pero no están limitados a un artículo absorbente desechable(pañales, toallas sanitarias, dispositivos de incontinencia para adultos tales como calzoncillos, esteras de cama, plastas para heridas, almohadillas para sudor en la parte interior del brazo, y similares) artículos de suministro médico (cubiertas, batas, cortinas, máscaras faciales, vendajes, implantes corporales, y similares) y otros artículos higiénicos tales como juguetes, cubiertas de cama, y similares. Teniendo en consideración las ventajas específicas de los polímeros que se utilizan para los artículos de la presente invención, será fácilmente evidente para el experto en la técnica aplicar los materiales de red fibrosa de acuerdo con la presente ¡nvención en los artículos higiénicos anteriores y similares. El artículo de la presente ¡nvención también puede ser un artículo de vestir o un artículo doméstico incluyendo pero no limitados a cubiertas para cama, ropa interior, tirantes, calcetines, guantes, ropa deportiva, ropa para exteriores, ropa para baja temperatura, zapatos y cubiertas de mostradores, ropa de protección tal como para motociclistas, sábanas, cubiertas, bolsas, artículos de mobiliario, y similares. Teniendo en consideración las ventajas específicas de los polímeros que se utilizan para los artículos de la presente invención, será fácilmente evidente para el experto en la técnica aplicar y opcionalmente modificar los materiales en red fibrosa de acuerdo con la presente invención en los artículos anteriores y similares. El material en red fibroso de acuerdo con la presente invención también se puede utilizar como un elemento de construcción en un artículo.
Por lo tanto, las funcionalidades del material en red fibroso incluyen pero no están limitadas a soportar, llevar, fijar, proteger otros elementos del artículo y similares. Tales artículos incluyen pero no están limitados a cintas adhesivas, envolturas de protección, construcciones complejas tales como edificios (cubiertas de pisos, revestimientos de casas, y similares), carros, aparatos domésticos, construcciones hortícolas y agrícolas (geotextiles) y similares. Teniendo en consideración las ventajas específicas de los polímeros que se utilizan para los artículos de la presente invención, será fácilmente evidente para el experto en la técnica aplicar y opclonalmente modificar los materiales en red fibrosos de acuerdo con la presente invención como elementos de construcción en los artículos anteriores y similares. El artículo de la presente ¡nvención puede ser adicionalmente una membrana tal como en filtros, baterías para autos, y similares. Teniendo en consideración las ventajas específicas de los polímeros que se utilizan para los artículos de la presente invención, será fácilmente evidente para el experto en la técnica aplicar y opcionalmente modificar los materiales en red fibrosos de acuerdo con la presente ¡nvención en los artículos anteriores y similares.
Claims (11)
1.- Un material en red fibroso que comprende una pluralidad de fibras caracterizado porque dichas fibras comprenden un homopolímero pollolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.
2.- El material en red fibroso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho homopolímero es polipropileno.
3.- Un artículo que comprende un material en red fibroso de conformidad con la reivindicación 1.
4.- El artículo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicho artículo es un artículo higiénico.
5.- Un artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dicho artículo es un artículo absorbente desechable.
6.- El artículo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicho primer elemento es un elemento de construcción del artículo.
7.- Un método para fabricar fibras a partir de un material en red fibroso que comprende un paso de procesar dicho material polimérico ta-^^^^-rii r~"-ii^t^A*^?tea'a'afela^-^'*»«^''»' *--" — • -- •*-" - *-•*-- seleccionado del grupo consistente de hilado en húmedo, hilado en seco, hilado de fundición, hilado semi seco (evaporación de solvente o sedimentación), y combinaciones de los mismos, caracterizado porque dicho material polimérico comprende un homopolímero poliolefínlco que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.
8.- Un método para fabricar un material en red fibroso que comprende los pasos de proveer fibras de material polimérico, combinar las fibras en el material en red, caracterizado porque el material en red fibroso comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.
9.- El método para fabricar un material en red fibroso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el paso de combinar fibras se selecciona del grupo de soplado de fundición, hilado por unión, cardado, tendido al aire, tejido, hilado, achique, y combinaciones de los mismos.
10.- Un método para estabilizar un material en red fibroso que comprende los pasos de proveer un material en red fibroso, el paso de estabilizar el material en red fibroso, caracterizado además porque el material en red fibroso comprende un homopolímero poliolefínico que tiene una isotacticidad de menos de 60% de [mmmm] concentración de pentada.
11.- El método para estabilizar un material en red fibroso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el paso de estabilizar se selecciona del grupo consistente de hidroenmarañado, unión térmica, unión por presión, unión a través del aire, mediante aguja, unión mediante resina, y combinaciones de los mismos. La presente invención se refiere a materiales en red fibrosos en los cuales la estructura del material polimérico contiene áreas amorfas elásticas de tamaño de nano escala reforzadas con dominios cristalinos auto dispuestos de nano cristales. SR P02/465F
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