MXPA05003033A

MXPA05003033A - Telas industriales no tejidas con propiedades mejoradas de barrera.

Info

Publication number: MXPA05003033A
Application number: MXPA05003033A
Authority: MX
Inventors: Mayhorn Jennifer
Original assignee: Polymer Group Inc
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-05-27
Also published as: AU2003270877A1; EP1549790A2; WO2004027135A3; CN1705558A; US20040116019A1; WO2004027135A2; EP1549790A4; JP2006500247A

Abstract

La presente invencion esta dirigida a una tela compuesta no tejida, industrial, que comprende una o mas capas de filamentos continuos de nano-denier y al menos una capa de un substrato fuerte y durable, en donde dicha tela compuesta no tejida tiene una eficiencia de barrera mejorada cuando se mide mediante la proporcion de las cabeza hidrostatica respecto al peso de la capa de barrera.

Description

TELAS INDUSTRIALES NO TEJIDAS CON PROPIEDADES MEJORADAS DE BARRERA CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere generalmente a telas industriales, y específicamente, a telas industriales, protectoras, con barrera mejorada para un desempeño de peso base, por medio de la cual las telas industriales, protectoras, mejoradas, se preparan continuamente extrudando filamentos de denier fino, de polímero termoplástico, esencialmente continuos . La incorporación de al menos una capa de filamento soplada por fusión, convencional, depositado en o entre una o más capas del material de filamento de denier fino, ha dado como resultado telas, las cuales han exhibido un desempeño de barrera en comparación con las estructuras protectoras , convencionales . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las telas no tejidas se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones en donde las calidades diseñadas de los tejidos se pueden emplear ventajosamente. El uso de polímeros termoplásticos seleccionados en la construcción del componente de tela fibrosa, tratamiento seleccionado del componente fibroso (ya sea al mismo tiempo en la forma fibrosa o en una estructura integrada) , y uso seleccionado de varios mecanismos mediante los cuales el componente fibroso se integra en una tela útil, son variables típicas mediante las cuales se ajusta y altera el desempeño de la tela no tejida, resultante. Las telas industriales, que incluyen tales aplicaciones como cubiertas para carro, separadores de batería, y medios de filtración se utilizan para proteger un objeto o un ambiente cerrado de los efectos nocivos del ambiente dañino. La exposición a ambientes húmedos, energía ultravioleta intensa, y detritos sintéticos o naturales, por ejemplo, comprometerán rápidamente el desempeño tanto práctico como estético de una superficie automotriz pintada. Las telas de barrera, que comprenden filamentos continuos, preferiblemente se utilizan para estructuras protectoras. Las telas de filamentos continuos en y por sí mismas, son relativamente muy porosas, y ordinariamente requieren un componente adicional con el fin de lograr el desempeño de barrera requerido. Típicamente, el desempeño de barrera se ha mejorado mediante el uso de una capa de barrera "soplada por fusión" de filamentos muy finos, los cuales se estiran y fragmentan mediante un vapor de aire a alta velocidad, y se depositan en una masa de auto-recocido. Típicamente, tal capa soplada por fusión exhibe porosidad muy baja, mejorando las propiedades de barrera de telas compuestas formadas con unión por hilado y capas sopladas por fusión. Tales estructuras no tejidas se han utilizado como telas de barrera como se describe en la Patente Norteamericana No. 4,041,203 de Brock et al . , la descripción de la cual se incorpora aquí como referencia. La presente invención contempla que la provisión de una o más capas de filamentos de nano-denier mejora significativamente el desempeño de barrera total de telas industriales compuestas (las cuales incluyen estructuras tanto laminadas como compuestas) mientras que, opcionalmente, reduce el peso de la estructura total, y se pueden utilizar como una alternativa para varios revestimientos mej oradores del desempeño y tratamientos costosos y complicados. La capa unida por hilado de nano-denier también proporciona una interfaz más uniforme entre las capas durante la fabricación de una tela no-tejida, compuesta, que da como resultado un desempeño de barrera aún más mejorado en el artículo fabricado. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a una tela compuesta, no tejida, industrial, que comprende una o más capas de filamentos continuos de nano-denier y al menos una capa de un substrato fuerte y durable, en donde dicha tela compuesta, no tejida, tiene un desempeño de barrera mejorado cuando se mide mediante la relación de la altura o cabeza t hidrostática con respecto al peso base de la capa de barrera.

En la presente invención, se forman una o más capas de substrato fuertes y durables, comprendiendo cada capa unida por hilado de filamentos termoplásticos , continuos. Una capa de barrera que comprende preferentemente nano-fibras de longitud finita, en donde el diámetro de fibra promedio de la nano-fibra está en el rango de menos de o igual a 1000 nanómetros, y preferiblemente menos de o igual a 500 nanómetros, se aplica al menos a una capa de substrato. Dicha capa o capas de substrato y dicha capa o capas de nano-fibras, y opcionalmente uno o más materiales de barrera secundarios, se consolidan en una sola tela industrial, compuesta. Los polímeros termoplásticos de barrera de filamentos continuos de nano-denier, se eligen del grupo que consiste de poliolefinas, poliamidas, y poliésteres, en donde las poliolefinas se eligen del grupo que consiste de polipropileno, polietileno, y combinaciones de los mismos. Está dentro del alcance de la presente invención que la capa o capas de barrera de filamentos continuos de nano-denier puede comprender ya sea los mismos o diferentes polímeros termoplásticos. Además, los filamentos continuos de nano-denier de la capa o capas de barrera pueden comprender perfiles de bi-componentes y/o componentes múltiples, homogéneos, así como, aditivos modificadores del desempeño, y las combinaciones de los mismos.

La capa de substrato fuerte y durable comprende un material seleccionado de medios adecuados, tales medios que se representan mediante, pero no limitados a: telas no tejidas de filamentos continuos, telas no tejidas de fibras discontinuas, textiles tejidos de fibras discontinuas o filamentos continuos. La composición de la capa de substrato se puede seleccionar de materiales sintéticos y naturales y combinaciones de los mismos. En una tela formada de conformidad con la presente invención, la incorporación de una o más capas de barrera de nano-denier proporciona una mejora sustancial en la función de barrera, que permite la reducción en la cantidad total de la capa de substrato y/o barrera requerida para cumplir el criterio del desempeño de la barrera. Un aspecto adicional de la presente invención está dirigido a la capa de barrera de nano-denier que proporciona una capa de soporte más uniforme para capas de barrera o substratos de barrera aplicados subsecuentemente durante el proceso de fabricación, proporcionando asi una mejora en la función de barrera de los artículos de uso final resultantes.

La formación de telas de materiales de barrera de nano-denier, particularmente cuando una barrera de nano-denier de peso base ya sea se reviste o "espolvorea" en una capa de substrato o se combina con una o más capas de barrera convencionales, puede proporcionar propiedades de barrera mejoradas. La presente invención permite la producción de una tela del mismo peso con propiedades de barrera mejoradas o una tela de peso más ligero que es adecuada para su uso como una tela de barrera, particularmente para telas exteriores, separadores de batería, y otras aplicaciones industriales. También está contemplado el uso de la presente tela como un componente de filtración. Otros aspectos y ventajas de la presente invención aparentemente se volverán fácilmente aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, los dibujos acompañantes, y las reivindicaciones anexas . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Aunque la presente invención es susceptible de una modalidad en varias formas, a partir de este momento serán descritas, modalidades actualmente preferidas, con el entendimiento de que la presente descripción se considerara como una ej emplificación de la invención, y no se pretende que limite la invención a las modalidades especificas descritas aquí . La presente invención está dirigida a una tela industrial, compuesta, no tejida, la cual implica la formación de una capa de filamentos continuos de nano-denier y al menos una capa de substrato de material fuerte y durable. Con el fin de lograr relaciones deseadas de propiedades de barrera con respecto al peso para la estructura de la tela, los filamentos continuos de nano-denier preferiblemente tienen un denier de menos de o igual a 1000 nanómetros, y preferiblemente tienen un denier menor de o igual a aproximadamente 500 nanómetros. Se pueden formar capas de barrera adecuadas de filamentos continuos de nano-denier ya sea mediante el hilado directo de filamentos de nano-denier o mediante la formación de un filamento de componentes múltiples que se divide en filamentos de nano-denier antes de su deposición en una capa de substrato. La Patente Norteamericana No. 5,678,379 y No. 6,114,017, ambas incorporadas aquí como referencia, ejemplifican procesos de hilado directo practicables en apoyo de la presente invención. El hilado de filamentos de componentes múltiples con división integrada en los filamentos de nano-denier, se puede practicar de conformidad con las enseñanzas de la Patente Norteamericana · No . 5,225,018 y No. 5,783,503, ambas incorporadas aquí como referencia. Las tecnologías capaces de formar una capa de substrato fuerte y durable incluyen aquéllas que forman telas no tejidas de filamentos continuos, telas no tejidas de fibras cortadas o discontinuas, textiles tejidos de filamentos continuos o fibras discontinuas (que incluyen prendas tejidas) , y películas . Se determina que un substrato sea fuerte y durable en base al substrato que tiene suficientes propiedades físicas para resistir los procesos de fabricación y manufactura. Las fibras y/o filamentos que comprenden la capa de substrato fuerte y durable, se seleccionan de una composición natural o sintética, de longitud de fibra homogénea o mezclada. Las fibras naturales adecuadas incluyen, pero no están limitadas a, algodón, pulpa de madera y rayón viscoso. Las fibras sintéticas las cuales se pueden combinar en su totalidad o en parte, incluyen polímeros termoplasticos y termofijos. Los polímeros termoplásticos adecuados para combinarse con resinas termoplásticos incluyen poliolefinas , poliamidas y poliésteres. Los polímeros termoplásticos se pueden seleccionar adicionalmente de homopolímeros; copolímeros, conjugados y otros derivados que incluyen aquellos polímeros termoplásticos que tienen aditivos de fundición o agentes de superficie activa incorporados . En general, la formación de una tela no tejida de filamentos continuos involucra la práctica del proceso de unido por hilado. Un proceso de unido por hilado involucra suministrar un polímero fundido, el cual se extrude entonces bajo presión a través de un gran número de orificios en una placa conocida como una hilera' o boquilla extrusora. Los filamentos continuos resultantes son apagados y extraídos mediante cualquier número de métodos, tales como sistemas de extracción por ranuras, pistolas atenuadoras, o cilindros de tracción Godet . Los filamentos continuos se recolectan como una red holgada en una superficie foraminosa en movimiento, tal como una cinta transportadora de malla metálica. Cuando más de una continua de hilera se utiliza en línea con el propósito de formar una tela de capas múltiples, las subsecuentes redes se recolectan en la superficie más superior de la red previamente formada. La red se consolidada entonces al menos temporalmente, por lo regular por medios que involucran calor y presión, tales como el fusionado térmico por puntos. Utilizando este medio, la red o capas de redes se hacen pasar entre dos o más rodillos metálicos, calientes, uno de los cuales tiene un patrón grabado en relieve para impartir y lograr el grado deseado de unión o fusionado por puntos, usualmente en el orden de 10 a 40 por ciento del área de superficie total que se une de este modo. Las fibras cortadas o discontinuas utilizadas para formar telas no tejidas empiezan en una forma empacada como un manojo de fibras comprimidas. Con el fin de descomprimir las fibras, y dar las fibras adecuadas para su integración en una tela no tejida, el manojo se alimenta a granel en cierto número de abridores de fibras, tales como un granate, luego en una carda. La carda además libera las fibras mediante el uso de peines de alambre co-rotacionales y contra-rotacionales, luego depositando las fibras en un soporte elevado. El soporte elevado de fibras discontinuas entonces se puede someter opcionalmente a la reorientación de fibras, tal como mediante ordenación aleatoria con aire y/o sobreposición o plegado transversal, dependiendo de las últimas propiedades de tensión de la tela no tejida resultante, deseada. El soporte de fibras se integra en una tela no tejida mediante la aplicación de medios adecuados de unión, que incluyen, pero no están limitados a, el uso de aglutinantes adhesivos, termo-unión mediante una calandria u horno de secado por medio de aire, e hidro-enmarañamiento . La producción de telas de textiles convencionales conocidas por ser un proceso complejo, de pasos múltiples. La producción de hilos de fibra discontinua involucra el cardado de las fibras para proporcionar materia prima para una máquina de mechado, la cual retuerce las fibras empacadas en una hilaza de mechado. Alternativamente, los filamentos continuos se forman en un manojo conocido como sirga, la sirga sirve entonces como un componente de la hilaza de mechado. Las máquinas de hilar combinan múltiples hilazas de mechado en hilazas que son adecuadas para la tejeduría de ropa. Un primer subconjunto de hilazas para tejeduría se transfiere a un plegador de urdimbre, el cual, a su vez, contiene las hilazas de dirección de la máquina, las cuales se alimentarán entonces en un telar. Un segundo subconjunto de hilazas para tejeduría suministra las hilazas para tramado o relleno, las cuales son las hebras en dirección transversal en una gasa de tela. Actualmente, los telares comerciales de alta velocidad operan a una velocidad de 1000 - 1500 golpes de lanzadera por minuto, por medio de lo cual cada golpe de lanzadera es una hilaza individual. El proceso de tejedura produce la tela final a velocidades de manufactura de 152.4 era a 508 cm (60 pulgadas a 200 pulgadas) por minuto. La formación de películas de grosor finito de polímeros termoplásticos, adecuados como una capa de substrato fuerte y durable, es una práctica bien conocida. Las películas de polímero termoplástico se puede formar ya sea mediante la dispersión de una cantidad de polímero fundido en un molde que tenga las dimensiones del producto final, deseado, conocido como lámina fundida, o forzando continuamente el polímero fundido a través de una boquilla extrusora, conocida como una película extrudida. Las películas del polímero termoplástico extrudido se pueden formar ya sea tal que la película se enfríe luego de enrollarla como un material completado, o dispersar directamente en un material de substrato secundario para formar un material compuesto que tenga un desempeño de tanto del substrato como de las capas de película. Los ejemplos de materiales adecuados de substrato secundarios incluyen otras películas, material de hoja polimérica o metálica, y telas tejidas o no tejidas. Las películas extrudidas utilizando la composición de la presente invención se pueden formar de conformidad con el siguiente proceso representativo de película de extrusión directa. El almacenamiento de combinación y dosificación que comprende al menos una tolva de carga para virutas de polímero termoplástico y, opcionalmente, uno para el aditivo granulado en una resina portadora, termoplástica, alimentada en hélices de velocidad variable. Las hélices de velocidad variable transfieren cantidades predeterminadas de virutas de polímeros y de granulos- aditivos en una tolva mezcladora. La tolva mezcladora contiene una hélice de mezclado para llevar más allá la homogeneidad de la mezcla. Los sistemas olumétricos, básicos, tales como aquéllos descritos son un requerimiento mínimo para combinar con precisión el aditivo en el polímero termoplástico. Las virutas de polímero y la combinación de gránulos aditivos se alimenta en una máquina de extrusión de zonas múltiples. Durante el mezclado y la extrusión de la máquina de extrusión de zonas múltiples, el compuesto polimérico se transporta a través de un conducto de polímeros calentados a través de un intercambiador de tamices, en donde se emplean placas rompedoras que tienen diferentes mallas de tamiz para retener pedacitos o virutas de polímero sólido o 3 semi-sólido y otros desechos macroscópicos. El polímero mezclado se alimenta entonces en una bomba de fusión, y luego a un bloque de combinación. El bloque de combinación permite que se extrudan las capas de películas múltiples, las capas de película que son ya sea de la misma composición o de la alimentación de diferentes sistemas, como se describe anteriormente . El bloque de combinación se conecta a una boquilla de extrusión, la cual se coloca en una orientación superior tal que la extrusión de película fundida se deposita en una línea de contacto o estrechamiento entre un cilindro estirador posterior y un. rodillo de vaciado. Cuando un material de substrato secundario es para recibir una extrusión de capa de película, se proporciona una fuente de material de substrato secundario en forma enrollada a una desbobinadora de tensión controlada. El material de substrato secundario se desenrolla y se desplaza del rodillo estirador posterior. La extrusión de película fundida de la boquilla de extrusión se deposita en .el material de substrato secundario en el punto de línea de contacto entre el rodillo estirador posterior y el rodillo de vaciado para formar una capa de substrato f erte y durable . La capa de substrato recientemente formada se remueve entonces del rodillo de vaciado mediante un rodillo desmontador o de extracción y se enrolla en un nuevo rodillo. 4 Está dentro del alcance de la presente invención que un material de barrera secundario se pueda combinar con la capa de barrera de nano-denier. Los materiales adecuados de barrera secundarios se pueden seleccionar de tales materiales representa ivos como: soplado por fundido, películas microporosas y películas monolíticas. Un medio relacionado al proceso de unido por hilado para formar una capa de una tela no tej ida es el proceso de soplado por fusión. De nuevo, un polímero fundido se extrude bajo presión a través de orificios en una continua de hilar o boquilla extrusora. El aire a alta velocidad choca en y arrastra los filamentos conforme los mismos salen de la boquilla extrusora. La energía de este paso es tal que los filamentos formados son de diámetro muy reducido y se rompen de modo que se produzcan microfibras de longitud finita. Esto difiere del proceso de unido por hilado mediante el cual se preserva la continuidad de los filamentos . El proceso para formar una tela ya sea de una sola capa o una tela de capas múltiples, es continuo, es decir, los pasos del proceso son ininterrumpidos desde la extrusión de los filamentos para formar la primera capa hasta que la red unida se enrolla en un rodillo. Los métodos para producir estos tipos de telas se describen en la Patente Norteamericana No. 4,041,203 El proceso de fusión por soplado, asi como el perfil transversal 5 del filamento de unido por hilado o microfibra fundida por soplado, no es una limitación crítica para la práctica de la presente invención. Las películas de barrera respirables se pueden combinar con el desempeño de barrera mejorado impartido combinando la película de barrera respirable con filamentos continuos de nano-denier. Las películas monolíticas, como se enseña en la Patente Norteamericana No. 6,191,211, y las películas microporosas, como se enseña en la Patente Norteamericana No. 5,264,864, ambas patentes se incorporan aquí como referencia, representan los mecanismos para la formación de tales películas de barrera respirables . Se cree que proporcionando una capa continua de nano-denier en la cual se puede depositar una subsecuente capa de barrera secundaria, se pueden realizar varias mejoras de la tela. Para un peso base dado de la capa unida por hilado, una tela de denier más fino dará un gran número de filamentos y un tamaño de poro promedio más pequeño por unidad de superficie. El tamaño de poro promedio más pequeño dará como resultado una deposición más uniforme del material de barrera secundario en la capa de barrera de nano-denier. Una capa de barrera secundaria más uniforme también tendrá menos puntos débiles en la red en la cual puede ocurrir una ruptura en el desempeño de barrera. La capa de barrera de nano-denier también sirve para soportar la capa de barrera secundaria estructuralmente en el material no tejido, compuesto. Una capa de barrera de nano-denier proporciona un tamaño de poro promedio más pequeño y un gran número de puntos de soporte para la capa de barrera secundaria, esto da como resultado tramos más cortos de material de barrera secundario sin soporte. Este mecanismo incorpora el concepto bien conocido de que la reducción en la longitud promedio del tramo da como resultado una integridad estructural, mejorada. La fabricación de telas compuestas, no-tejidas, que incorporan los principios de la presente invención, incluye el uso de fibras y/o filamentos que tengan una composición diferente. Los diferentes polímeros termoplásticos pueden estar compuestos de los mismos o diferentes aditivos de mejora de desempeño. Además, las fibras y/o filamentos se pueden combinar con fibras y/o filamentos que no se hayan modificado mediante la composición de aditivos . Utilizando tecnologías para la elaboración de la capa de barrera y de substrato mencionada, se pueden combinar combinaciones de diferentes estructuras con una capa de barrera de nano-denier para dar materiales no tejidos, compuestos , de desempeño de barrera mej orado adicionalmente . Un cierto número de artículos de uso final se puede beneficiar de la inclusión o sustitución de una capa de barrera pre- 7 existente con la capa de barrera de nano-fibras de la presente invención, que incluyen telas industriales, tales como telas protectoras externas, separadores de baterías, y medios de filtración industriales. Las telas para aplicaciones externas, que incluyen aplicaciones tales como cubiertas para carros, telas asfálticas, carpas, y ropa deportiva durable, se utilizan para proteger un objeto de los efectos nocivos de la exposición repetida y prolongada al medio ambiente. La exposición a ambientes húmedos, energía ultravioleta intensa, y los detritos sintéticos o naturales, por ejemplo, comprometerán rápidamente tanto el desempeño práctico como estético de una superficie automotriz pintada. La presente invención permite la producción de una tela del mismo peso con propiedades de barrera mejoradas o una tela de peso más ligero es adecuada para su uso como una tela de barrera, particularmente aplicaciones para batería. Las funciones primarias del separador de baterías son para prevenir contacto físico entre las placas y para retener la solución electrolítica. En una celda de batería carente de electrolitos, el separador ocupa completamente el espacio entre las placas, y la solución electrolítica está completamente contenida dentro del separador de baterías. El separador de batería por consiguiente funciona como el depósito para la solución electrolítica en tales células. La formación de telas de materiales unidos por hilado de nano-denier, particularmente cuando se combina con una o más capas de soplado por fusión, se ha encontrado que proporciona propiedades de barrera mejoradas. También contempla que la presente invención se podría utilizar en la filtración de fluidos tales como gases para remover las impurezas en forma de partículas de la corriente de gas con el fin de limitar la introducción de las impurezas en el medio ambiente, o la circulación de regreso en el proceso asociado. El desempeño de barrera de la capa de nano-fibras dentro de la tela de la invención, actúa para atrapar tales impurezas en forma de partículas con una barrera mejorada con respecto al desempeño de peso base. A partir de lo anterior, se pueden efectuar numerosas modificaciones y variaciones sin apartarse del espíritu verdadero y alcance del nuevo concepto de la presente invención. Se sobreentiende que no se pretende o se debe deducir que existen limitaciones con respecto a las modalidades específicas descritas aquí.

Claims

REIVINDICACIONES 1. - Una tela compuesta para aplicación externa, comprendida de una capa de barrera de nano-denier, caracterizada por una pluralidad de filamentos termoplasticos continuos que tienen un denier de menos de aproximadamente 1000 nanómetros y una capa de substrato.
2. - Una tela compuesta para aplicación externa, como en la reivindicación 1, caracterizada porgue dicha capa de substrato se selecciona del grupo que consiste de telas no-tejidas, telas tejidas, películas, y las mezclas de los mismos .
3. - Un separador de batería comprendido de una capa impermeable de nano-denier, caracterizado porque comprende una pluralidad de filamentos termoplasticos continuos que tienen un denier de menos de aproximadamente 1000 nanómetros y una capa de substrato.
4. - Un separador de batería como en la reivindicación 3 , caracterizado porque dicha capa de substrato se selecciona del grupo que consiste de telas no-tejidas, telas tejidas, películas, y las mezclas de los mismos.
5. - Una tela de filtro compuesta comprendida de una capa impermeable nano-denier, caracterizada porque una pluralidad de filamentos termoplásticos continuos que tienen un denier de menos de aproximadamente 100 nanómetros y una capa de substrato.
6. - Una tela de filtro compuesta como en la reivindicación 5, caracterizada porque dicha capa de substrato se selecciona del grupo que consiste de telas no-tejidas, telas tejidas, películas, y las mezclas de los mismos.