BRPI1011663B1

BRPI1011663B1 - Tecidos de proteção ultravioleta à base de fibras celulósicas, e uso das referidas fibras

Info

Publication number: BRPI1011663B1
Application number: BRPI1011663-0A
Authority: BR
Inventors: Clemens Bisjak; Andreas Gürtler; Peter Dobson; Karin Kämpf; Christian Schuster; Gert Kroner
Original assignee: Lenzing Aktiengesellschaft
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2019-10-08
Also published as: BRPI1011663A8; JP2012530192A; EP2443275B1; JP2015158037A; PT2443275T; TW201107550A; ES2592211T3; TWI507580B; CN102459721A; AT508497A1; AU2010262770A1; BRPI1011663A2; AU2010262770B2; EP2443275A1; WO2010144925A1; US20120156462A1; NZ596474A; CN102459721B

Abstract

tecidos de proteção ultravioleta à base de fibras celulósicas, e uso das referidas fibras. a presente invenção se refere aos tecidos de proteção uv, em que estes tecidos são feitos de fibras celulósicas de proteção uv, especificamente fabricados por processo modal ou liocel. além da proteção permanente e inerente contra os raios uv dos chamados materiais de fibra e, desta maneira, tecidos, a proteção uv ainda é garantida, quando os tecidos estão molhados e esticados. como resultado do inchaço da fibra, a estrutura de tecido se torna mais densa e, como resultado direto, a transmissão uv é significativamente reduzida em relação ao estado seco e esticado.

Description

[001] A presente invenção se refere aos tecidos de proteção UV, em que estes tecidos são feitos de fibras celulósicas de proteção UV de alta tenacidade feitas pelo homem. Além da proteção permanente e inerente contra os raios UV dos chamados materiais de fibra e, desta maneira, tecidos, a proteção UV é ainda garantida, quando os tecidos estão molhados e esticados. Como resultado do inchaço da fibra, a estrutura de tecido torna-se mais densa e, como resultado direto, a transmissão UV é significativamente reduzida comparada ao estado seco e esticado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] A consciência dos efeitos e consequências da exposição excessiva à radiação UV têm levado a um interesse maior na investigação em matéria de proteção contra os raios UV. A exposição aos raios UV, especialmente a radiação UVA (380-315 nm) e UVB (315280 nm), é conhecida por causar danos à pele, como queimaduras solares, envelhecimento da pele, alergias e até câncer de pele. Dermatologistas alertam que, em particular, as crianças devem ser protegidas de longos períodos de radiação solar incidente, por exemplo, com têxteis de proteção solar. Também para os desportistas e as pessoas, que profissionalmente têm de permanecer ao ar livre, a proteção solar é vital.

[003] Em comparação com o creme protetor solar, materiais têxteis permitem proteção permanente contra os raios UV. No entanto, dificilmente é possível quantificar a blindagem UV de materiais têxteis por rigorosa avaliação. Métodos padronizados bem definidos, com base na determinação do Fator de Proteção Ultravioleta (FPU) são usados a fim de classificar os têxteis de acordo com sua capacidade de

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2/12 proteção UV. Os padrões incluem os denominados Padrões UV 801, AS/NZS 4399:1996 e EN 13758-1. De um modo geral, as roupas protetoras contra o sol devem apresentar valores de FPU de 15 (bom) a 50 + (excelente) a fim de fornecer propriedades de proteção satisfatórias. Isto significa que o vestuário de proteção solar tem que apresentar um FPU mínimo de 15, a fim de ser classificado como de proteção solar. Para efeitos da presente invenção o Padrão de Avaliação e Classificação de Vestuário de Proteção Solar AS/NZS 4399:1996 é usado como o padrão.

[004] O FPU de tecidos varia significativamente, dependendo de vários parâmetros, especificamente o tipo de fibra, cor da fibra, e desta maneira, o material do fio, os parâmetros estruturais (espessura, densidade, textura e tipo de fio, massa por unidade de área), presença de aditivos (pigmentos, agentes de brilho óptico), bem como parâmetros mecânicos (elasticidade), tratamentos posteriores, lavagem, clareamento e teor de umidade. No entanto, a porosidade do tecido é conhecida por ser o parâmetro que influencia mais na proteção UV, uma vez que ela determina a transmissão UV. Portanto, este é o ponto chave para focar no desenvolvimento de tecidos leves de verão para a praia ou roupas esportivas.

[005] Em geral, os tecidos de peso alto, de cor escura e grossos absorvem uma maior quantidade de raios UV do que tecidos leves, de cores claras e finos. Este fato representa uma limitação severa no que diz respeito à confecção de vestuário de verão, uma vez que as roupas de verão são, por definição, representadas por estruturas de peso leve. Mas, a radiação UV mais intensa é observada na temporada de verão. Assim, o potencial de danos à pele (queimadura solar, câncer de pele), em qualquer forma, portanto, é o mais elevado no verão. O objetivo em matéria de proteção UV, especialmente para praia e roupas esportivas e até mesmo para roupas de trabalho leves de verão,

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3/12 portanto, tem que ser a criação de tecidos leves, de cor clara, que são confortáveis para o uso na estação quente e, adicionalmente, oferecer uma ótima capacidade de blindagem UV em quase todas as condições de uso que ocorram.

[006] A determinação do FPU de uma amostra de tecido não esticado, seco, pode levar a erros de interpretação significativos em relação às suas propriedades de proteção UV, uma vez que o FPU é conhecido por diminuir as condições de uso como resultado de alongamento e umedecimento. Enquanto o alongamento ocorre devido a vários movimentos do usuário durante as atividades, o umedecimento tanto pode ocorrer pelo contato com a água durante a natação, vela, surfe, pesca ou outros esportes aquáticos, mas também simplesmente pela transpiração durante a caminhada, corrida, ciclismo, escalada, e todos os outros esportes ao ar livre, como tênis, vôlei de praia, etc., ou mesmo trabalhando. Por exemplo, um tecido comumente usado em roupas esportivas, por exemplo, para camisetas, é um de jersey simples de 170 g/m², feito de material 100% não tingido, isto é, algodão branco. No estado seco, este tecido apresenta um FPU de 11, medido de acordo com AS/NZS 4399:1996. Se for esticado no estado seco, de acordo com Padrão UV 801, o FPU se reduz a 5.

[007] Geralmente, tecidos conhecidos oferecem proteção significativamente mais baixa de radiação UV quando molhados, devido à maior transparência. A queda nos níveis de proteção depende do tipo de fibra/tecido e da quantidade de umidade que absorve. Por exemplo, o FPU do tecido de algodão descrito acima é 7, se molhado e esticado, de acordo com o Padrão UV 801. O ligeiro aumento do FPU no estado esticado, depois de molhar, pode ser o efeito de um inchaço da fibra.

[008] Existem várias outras abordagens para criar materiais têxteis anti-UV além de variação de parâmetros típicos de estruturação.

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Uma forma possível é tratar as fibras ou tecidos com acabamento antiUV, que normalmente contém, por exemplo, substâncias orgânicas ou partículas inorgânicas anti-UV. Mas, tais acabamentos são conhecidos pela falta de durabilidade. Eles serão removidos dos tecidos, pelo menos em parte, durante o uso e lavagem, devido à abrasão, branqueamento e assim por diante, resultando em uma perda de suas propriedades anti-UV.

[009] Um método comumente conhecido na indústria de polímeros, para superar essa desvantagem, é a incorporação de substâncias funcionais para os corpos moldados durante o processo de moldagem, acrescentando as substâncias à massa antes da moldagem, por exemplo, para a fusão do polímero ou solução. É claro que este método não pode ser aplicado à fibra de algodão cultivada naturalmente.

[0010] É conhecido que as fibras de poliéster melhoram as propriedades anti-UV de forma duradoura pela incorporação de pigmentos durante o processo de fiação, que possui a capacidade de reduzir a transmissão em toda a faixa de UV. Os pigmentos utilizados podem ser de origem orgânica ou inorgânica. Uma vez que pigmentos orgânicos são conhecidos por afetar negativamente as propriedades físicas das fibras, em uma maior extensão do que seus correspondentes inorgânicos, pigmentos inorgânicos, tais como dióxido de titânio ou óxido de zinco, são mais frequentemente utilizados para afetar a absorção de UV e propriedades de reflexão de materiais de fibra. Em comparação com o tecido de algodão descrito acima, um tecido apresentando a mesma estrutura (jersey simples de 170 g/m²), mas composto de 100% de fibras de poliéster anti-UV mostra um quase dobrado valor de FPU 20, no estado seco e sem estar esticado. Mas, após o alongamento no estado seco o UPF diminui para 8. Um ligeiro aumento no FPU em até 12 pode ser reconhecido se o tecido é esticado no estado molhado. Como o poliéster não incha com a água, a água será apenas

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5/12 absorvida na superfície da fibra e o ligeiro aumento no PFU, portanto, pode ser causado por reflexo do UV ou efeitos semelhantes. Mas, em resumo, mesmo tal tecido não vai atender os requisitos de um FPU de pelo menos 15 sob condições reais de uso. Além disso, tecidos feitos de fibras sintéticas como poliéster ou náilon proporcionam um conforto de utilização muito baixo e clima ruim do corpo devido à sua baixa capacidade de absorção de umidade.

[0011] A incorporação de partículas em fibras celulósicas feitas pelo homem já é conhecido. Por exemplo, DE 195 42 533 descreve a incorporação de partículas de cerâmica em liocel para a fabricação de fibras de sensor. Nenhuma composição certa para essas partículas é mencionada. WO 2003/024891 descreve a incorporação de grandes quantidades de TiO2 em liocel para a fabricação de precursores para fibras de cerâmica, mas esses precursores apresentam propriedades completamente diferentes do que as fibras para uso em tecidos leves. WO 96/27638 descreve o uso de um masterbatch contendo até 50% (p / p) de TiO2 em um processo de liocel para fibras para diversas aplicações, mas é completamente silenciosa sobre o tamanho de partícula e distribuição das partículas, bem como o teor de partículas nas fibras finais necessário para tecidos leves de proteção UV.

[0012] Em vista disso, o estado da arte é um objetivo da presente invenção para fornecer um tecido de melhor proteção UV, particularmente para uso têxtil como roupas de praia ou esportivas ou roupas de trabalho de verão que mostrem um FPU melhorado o suficiente para proteger o usuário em condições de uso real, bem como um bom conforto de utilização e clima de corpo e uma resistência ao rasgo suficiente para resistir às condições adversas que normalmente ocorrem durante atividades de esportes ao ar livre, bem como durante o trabalho.

[0013] Em particular, é um objetivo da presente invenção fornecer

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6/12 um tecido de proteção UV durável, melhorada, que mantêm a sua capacidade de proteção UV quando molhado e estando em estado esticado para que ele possa ser usado como moda praia, roupas esportivas e até mesmo o uso em trabalho ao ar livre para o verão ou outras condições quentes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0014] A solução para este problema é um tecido protetor contra

UV, contendo fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade e que contêm pigmentos inorgânicos de escala nano-métrica incorporados. Para efeitos da presente invenção um pigmento de nano-escala deve ser caracterizado por um valor de X50 inferior a 1000 nm. Pigmentos incorporados devem ser pigmentos que são adicionados à solução de celulose antes da fiação. Essa incorporação regularmente resulta em uma distribuição muito uniforme dos pigmentos nas fibras. Isto pode ser avaliado facilmente, por exemplo, por microscopia de luz simples da seção transversal das fibras.

[0015] Fibras no contexto da presente invenção são, principalmente, fibras naturais. Mas também tecidos que contém filamentos intermináveis, estarão dentro do escopo da invenção, enquanto as propriedades relevantes, conforme descrito abaixo, forem cumpridas, porque os filamentos geralmente mostram o mesmo comportamento em termos de efeito do pigmento, o inchaço, a gestão da umidade, força mecânica, etc.

[0016] Fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade de acordo com a presente invenção devem ser de fibras feitas pelo homem de celulose com uma tenacidade na ruptura de pelo menos 30 cN/tex no estado condicionado e pelo menos 18 cN/tex no estado molhado, ambos os parâmetros avaliados de acordo com BISFA.

[0017] De preferência nesse tipo de tecido as fibras de celulose contém entre 0,1 e 1,5% (p/p) de um pigmento TiO2 em escala nanoPetição 870190045111, de 14/05/2019, pág. 10/131

7/12 métrica incorporado com uma distribuição de partículas caracterizada por um X50 menor que 1000 nm e X99 inferior a 2000 nm. Mais de preferência, o pigmento é TiO2 como está comercialmente disponível em quantidades e de qualidade suficientes. Todos os valores de distribuição de partículas descritos no contexto da presente invenção foram medidos com um analisador de tamanho de partículas Helos/BF com difração a laser e software instalado.

[0018] Em uma modalidade particular da invenção, o tecido adicionalmente contém pelo menos um tipo de fibra sintética e / ou fibra de celulose natural. A fibra sintética pode ser feita de poliéster, poliamida, poliimida, aramida ou qualquer outro material sintético adequado e pode ter qualquer negador apropriado para os tipos de tecido aqui mencionados. Um tipo especial de fibra sintética a ser mencionado aqui, adicionalmente, é o Elastano que é muitas vezes misturado com outras fibras para uso em roupas de praia, roupas esportivas e similares. A fibra de celulose natural será principalmente o algodão, mas também pode ser qualquer outra fibra de celulose natural, como linho ou cânhamo. A mistura de diferentes tipos de fibra é comum na indústria têxtil, por diferentes razões. Mas, para os objetivos da presente invenção, há certos requisitos a serem alcançados: por exemplo, mistura de fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade contendo pigmentos inorgânicos de escala nanométrica incorporados com poliéster resulta em estruturas leves com tecido de alta resistência a um preço econômico. A quantidade de poliéster presente no tecido também pode ser usada para regular a absorção de umidade do tecido, que pode ser diferente para diferentes aplicações. Mistura de fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade contendo pigmentos inorgânicos de escala nanométrica, incorporados com fibras de algodão irá resultar em tecido econômico com alto conforto de uso. Tais misturas podem ser feitas através da mistura das fibras antes de fazer o fio ou elas po

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8/12 dem ser feitas através da mistura de fios puros em urdidura e trama. Por exemplo, uma mistura de 50% de fibras celulósicas de acordo com a invenção com 50% de fibra de poliéster Coolmax® pode ser usada para muitas aplicações no campo das roupas de praia e roupas esportivas.

[0019] Pela incorporação de partículas de proteção UV nas fibras celulósicas a força das fibras diminui significativamente. Portanto, processos especiais de fabricação têm que ser usados para obter fibras com as propriedades mecânicas necessárias. Uma modalidade especialmente preferida da invenção, portanto, é um tecido, em que as fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade são fibras liocel. Fibras liocel acordo com a definição BISFA são fibras celulósicas obtidas por um processo de fiação em solvente orgânico, em que se entende que um solvente orgânico significa essencialmente uma mistura de produtos químicos orgânicos e água, e fiação em solvente significa dissolução e fiação sem a formação de um derivado. Tais processos são bem conhecidos da literatura dos últimos 20 anos. Estas fibras não apenas mostram uma tenacidade notavelmente elevada no estado condicionado, mas também no estado molhado apesar do seu conteúdo de pigmentos incorporados. Outra vantagem surpreendente do uso de fibras liocel é que essas fibras tendem a fibrilação e que a fibrilação dá um aumento adicional no FPU. Um tecido liocel feito de fibras com pigmentos inorgânicos de escala nanométrica incorporados que foi fibrilado depois da tecelagem mostrou um FPU quase duplicado em relação a um tecido semelhante, que foi tratado com resina e desfibrilado após a tecelagem. Esta é uma vantagem importante, especialmente em comparação às fibras com um acabamento de proteção UV, onde não ocorre fibrilação de material de proteção UV.

[0020] Outra modalidade preferida é um tecido em que as fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade são fibras Modais,

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9/12 isto é, fibras fabricadas de acordo com um processo de viscose modificado, por exemplo, descrito na publicação de patentes austríaca AT 287905. Estas fibras também mostram uma tenacidade notavelmente elevada no condicionado, bem como no estado molhado apesar de seu desempenho em alguns aspectos ser menor do que o de uma fibra liocel de proteção UV. Fibras fabricadas de acordo com um processo de viscose padrão com incorporação de partículas de proteção UV nunca alcançarão as propriedades mecânicas necessárias, especialmente no estado molhado.

[0021] De acordo com o campo da invenção de fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade nesse tipo de tecido mostra uma finura de 0,8 a 3,3 dtex, de preferência 0,9 a 1,7 dtex. Fibras com maior finura não mostrarão propriedades mecânicas suficientes devido à influência das partículas de proteção UV. Fibras com menor finura, isto, diâmetro maior, não serão adequados para os tecidos macios, leves. Principalmente, os tecidos são de malha ou trama. Tais tecidos, de preferência, têm uma massa por unidade de área de 120 a 270 g/m². Tecidos mais leves não irão mostrar um FPU suficiente, mesmo quando feitos de 100% de fibras incorporadas de acordo com a invenção. Para tecidos mais pesados um FPU aceitável pode ser alcançado por fibras padrão sem pigmentos inorgânicos de nano-escala incorporados.

[0022] Outro objetivo da presente invenção é o uso de fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade contendo pigmentos inorgânicos de escala nanométrica incorporados para a fabricação de um tecido de proteção UV para roupas de praia leves, esportivas ou uso no trabalho. As fibras podem ser usadas de acordo com as descrições conforme descrito acima.

[0023] Outro objetivo ainda da presente invenção é um método para melhorar a proteção UV de roupas de praia leves, esportivas ou

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10/12 de uso no trabalho, usando um tecido contendo uma mistura de fibras celulósicas feitas pelo homem de alta tenacidade que contêm pigmentos inorgânicos de escala nanométrica incorporados com fibras não pigmentadas em uma proporção de acordo com as seguintes regras gerais: Quanto maior a massa por unidade de área do tecido, menor o teor de TiO2 pode ser. Mas, em uma massa por unidade de área de mais de 270 g/m² o uso de fibras com 1% ou mais de TiO2 não vai mais ser razoável. Em relação a misturas de fibras, a quantidade de fibra de proteção UV deve ser aumentada com a diminuição da massa por unidade de área. Para manter uma alta resistência ao rasgo de tal tecido fino, especialmente no estado molhado, a fibra celulósica de proteção UV tem que mostrar uma alta tenacidade. Para tecidos com uma estrutura muito aberta a quantidade de fibra de proteção UV deve ser aumentada, também para manter um valor elevado do FPU.

[0024] A invenção será agora ilustrada por exemplos. Esses exemplos não estão limitando o escopo da invenção de forma alguma. EXEMPLO 1 [0025] Fibras liocel de proteção UV, de 1,3 dtex, com um comprimento de fio de 38 mm foram fabricados de acordo com o processo liocel, incorporando 1% (peso/peso) de TiO2 (disponível comercialmente Kronos 2064), utilizando um agente de dispersão adequado. A dispersão de TiO2 foi filtrada antes de adicioná-lo ao lubrificante liocel. Na dispersão filtrada, o TiO2 mostrou uma distribuição de tamanho de partículas caracterizada por um X50 de 570 nm e um X99 de 1160 nm. As fibras mostram uma tenacidade (cond.) de 33,0 cN/tex e uma tenacidade (molhado) de 25,5 cN/tex. O alongamento à ruptura (molhado) foi de 14,5%. Para demonstrar o efeito da umidade sobre o FPU de tecido entrelaçado de peso leve ao usar tecidos de jersey simples feitos dessas fibras, uma série de misturas dessas fibras com algodão foram fiados em fios de Nm50 e daí tecidos de jersey simples, tendo uma mas

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11/12 sa por unidade de área de 140 g/m², foram fabricados. Os tecidos foram feitos e esticados, utilizando um quadro biaxial de alongamento de acordo com Padrão UV 801. Posteriormente, o FPU foi determinado de acordo com o Padrão de Avaliação e Classificação de Roupas de Proteção Solar AS/NZS 4399:1996. Os resultados obtidos estão resumidos na Figura 1. Pode claramente deduzir-se que quanto maior a quantidade de liocel de proteção UV na mistura de fibras, maior será o FPU no estado molhado e esticado. Para tecidos compostos de 70% (ou até mais) liocel de proteção UV, o FPU foi considerado ser mais do que o dobro quando se compara com as amostras secas e molhadas esticadas.

EXEMPLO 2 [0026] Fibras liocel de proteção UV Modal, de 1,3 dtex, com um comprimento de fio de 39 mm de comprimento foram fabricados de acordo com o processo descrito na publicação de patentes austríaca AT 287905, incorporando 1% (peso/peso) de TiO2 (disponível comercialmente Kronos 2064), utilizando um agente dispersante adequado. A dispersão de TiO2 foi filtrada antes de adicioná-lo ao lubrificante de fiação. Na dispersão filtrada o TiO2 mostrou uma distribuição de tamanho de partículas caracterizada por um x50 de 570 nm e um X99 de 1160 nm. As fibras mostram uma tenacidade (cond.) de 34,0 cN/tex e uma tenacidade (molhado) de 19,0 cN/tex: O alongamento à ruptura (molhado) foi de 15,0%. Para demonstração adicional de como o inchaço da fibra afeta positivamente a proteção UV, estas fibras de proteção UV Modal, bem como as fibras de proteção UV liocel do exemplo 1, foram fiados em fios Nm50 e daí tecidos de jersey simples com uma massa por unidade área de 170 g/m², foram fabricados. Antes da avaliação de sua capacidade de proteção UV, os tecidos foram molhados e esticados de acordo com o Padrão UV 801. Posteriormente, o FPU foi determinado de acordo com o Padrão de Avaliação e Classifi

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12/12 cação de Roupas de Proteção Solar AS/NZS 4399:1996. Um resumo dos resultados obtidos é apresentado na Figura 2. Como esperado, molhar os tecidos tiveram um efeito significativo nos valores de FPU, muito dependendo da natureza da fibra. Os valores do FPU de tecidos de proteção UV Modal, e tecidos de proteção UV liocel aumentaram no estado molhado, o que está de acordo com as descobertas anteriores descritas no Exemplo 1. Está claramente demonstrado que a proteção UV Modal ou proteção UV liocel mantêm a sua capacidade de proteção UV também no estado molhado, o que é confirmado pelos valores de FPU 20 e superior. A Figura 2 também mostra os resultados com menor rendimento de tecidos de jersey simples de 170 g/m² feitos de algodão comum e de produtos comercialmente disponíveis de fibras de tereftalato de polietileno 1,3 dtex contendo 1% (p / p) de TiO2.

[0027] Resumindo estes resultados pode-se concluir que o potencial inchaço das fibras de proteção UV Modal ou fibras de proteção UV liocel representa um benefício extraordinário ao projetar roupas de proteção UV para moda de praia, roupas esportivas e até mesmo para uso no trabalho.

Claims

1. Tecido de proteção UV, contendo 50% ou mais de fibras celulósicas de alta tenacidade, que contêm entre 0,1 e 1,5% (p/p) de um pigmento de TO2 de nano-escala incorporado com uma distribuição de tamanho de partícula caracterizada por um x50 inferior a 1000 nm e X99 inferior a 2000 nm, sendo que as ditas fibras celulósicas de alta tenacidade são fibras liocel com uma tenacidade na ruptura de pelo menos 30 cN/tex no estado condicionado, e pelo menos 18 cN/tex no estado molhado, e sendo que o dito tecido apresenta uma massa por unidade de área de 120 a 270 g/m².

2. Tecido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que contém ainda pelo menos um tipo de fibra de celulose e/ou sintética.

3. Tecido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras celulósicas de alta tenacidade apresentam uma finura de 0,8 a 3,3 dtex.

4. Tecido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um tecido em urdidura ou trama.

5. Uso de fibras celulósicas, de alta tenacidade, contendo pigmentos de nano-escala inorgânicos, como definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que é para fabricação de um tecido de proteção UV para moda de praia, roupas esportivas e de uso no trabalho.