ES2142910T5

ES2142910T5 - Procedimiento para obtener una fibra de piel-nucleo con alta resistencia a la union termica en un sistema de hilado en estado fundido.

Info

Publication number: ES2142910T5
Application number: ES94304570T
Authority: ES
Inventors: Richard J. Coffin; Shiv Sibal; Rakesh Kumar Gupta; Kunihiko Takeuchi; Walter Jack Freeman
Original assignee: Fibervisions Lp; FiberVisions Inc
Current assignee: Fibervisions Lp; FiberVisions Inc
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2008-11-01
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: IL109839A; KR100382441B1; EP0630996A3; DE69423264T2; CN1065293C; EP0630996A2; EP0630996B1; KR950000500A; DE69423264D1; DK0630996T3; SG50447A1; FI943072A; ZA944566B; TW252159B; DK0630996T4; US5705119A; CO4410263A1; DE69423264T3; BR9402520A; CA2125016C

Abstract

PROCESO Y APARATO PARA EL HILADO DE FILAMENTOS POLIMEROS PERMITE LA OBTENCION DE ESTRUCTURAS DE FILAMENTOS DE NUCLEO DE PIEL POR ALIMENTAR UNA COMPOSICION POLIMERA A UN HILADOR A UNA PROPORCION DE FLUJO SUFICIENTE PARA OBTENER UNA VELOCIDAD DE HILADO DE SOBRE 10 A 200 METROS POR MINUTO A TRAVES DEL HILADOR; CALENTAR LA COMPOSICION POLIMERA A UN LUGAR EN O ADYACENTE AL HILADOR PARA CALENTAR LA COMPOSICION POLIMERA A UNA TEMPERATURA SUFICIENTE PARA OBTENER LA ESTRUCTURA DE FILAMENTO DE NUCLEO DE PIEL EN EL ENFRIAMIENTO EN UNA ATMOSFERA OXIDATIVA; EXPULSANDO LA COMPOSICION POLIMERA CALENTADA A TRAVES DEL HILADOR A UNA VELOCIDAD DE HILADO DE SOBRE 10 A 200 METROS POR MINUTO PARA FORMAR LOS FILAMENTOS FUNDIDOS; Y ENFRIAR LOS FILAMENTOS FUNDIDOS EN UNA ATMOSFERA OXIDATIVA PARA EFECTUAR LA DEGRADACION DE LA ESCISION DE LA CADENA OXIDATIVA DE AL MENOS UNA SUPERFICIE DE LOS FILAMENTOS FUNDIDOS PARA OBTENER LOS FILAMENTOS QUE TIENEN UNA ESTRUCTURA DE NUCLEO DE PIEL.

Description

Procedimiento para obtener una fibra de piel-núcleo con alta resistencia a la unión térmica en un sistema de hilado en estado fundido.

Fundamento de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a procedimientos y a un aparato para la producción de fibras y filamentos de polímeros.

2. Información fundamental

La producción de fibras y filamentos de polímeros lleva consigo habitualmente el uso de una mezcla de un polímero único con cantidades nominales de estabilizantes y pigmentos. La mezcla se somete a extrusión en estado fundido obteniéndose fibras y productos fibrosos empleando procedimientos comerciales convencionales. Se fabrican típicamente telas no tejidas haciendo una lámina de las fibras, y uniendo térmicamente luego las fibras donde ellas se encuentran. Más específicamente, fibras cortadas se convierten en telas no tejidas usando, por ejemplo, una máquina de cardar, y la tela cardada se une por calor. La unión por calor puede conseguirse usando diversas técnicas de calentamiento, que incluyen calentamiento con rodillos calentados y calentamiento mediante el uso de soldadura por ultrasonidos.

Las telas no tejidas unidas por calor, convencionales, ponen de manifiesto buenas propiedades de esponjado (loft) y suavidad, pero una resistencia en dirección transversal menor que la óptima, y una resistencia en dirección transversal menor que la óptima en combinación con un alargamiento alto. La resistencia de las telas no tejidas unidas por calor, depende de la orientación de las fibras y de las resistencia intrínseca de los puntos de unión.

A lo largo de los años, se han llevado a cabo mejoras en fibras que proporcionan resistencias de unión más fuertes. Sin embargo, se necesitan mejoras adicionales para proporcionar resistencias de telas todavía más altas que permitan el uso de estas telas en procesos de conversión de alta velocidad de hoy en día para productos higiénicos, tales como pañales y otros tipos de productos de incontinencia. En particular, existe la necesidad de una fibra que pueda unirse por calor y una tela no tejida resultante que posea alta resistencia en dirección transversal y alargamiento alto.

Además, existe la necesidad de producir fibras capaces de unirse por calor que puedan conseguir propiedades superiores de resistencia en dirección transversal, alargamiento y rigidez combinadas con uniformidad y esponjado. En particular, existe la necesidad de obtener fibras que puedan dar lugar a telas calandradas, cardadas, con propiedades en dirección transversal de al menos 12,5 N/5 cm, con un alargamiento de 140-180%, y una rigidez de 9-13,5 N/5 cm para una tela de 24 g/m^{2} unida a velocidades tal altas como 152 m/min, o más.

Muchas solicitudes de patente han sido presentadas por el cesionario presente que están dirigidas a mejoras en lo referente a degradación de polímeros y fases de hilado y enfriamiento, y a composiciones de extrusión que permitan la producción de fibras con una aptitud mejorada para unirse por calor, acompañadas por la aptitud de producir telas no tejidas que posean resistencia, alargamiento, tenacidad e integridad mejoradas. Por ejemplo, Kozulla, patentes de EE.UU. No. 5.281.378, otorgada el 25 de Enero de 1994, No. 5.318.735, otorgada el 7 de Junio de 1994 y No. 5.431.994, otorgada el 11 de Julio de 1995, y el documento EP-A-445.536, hacen referencia a procedimientos de preparación de fibras que contienen polipropileno, por extrusión de un material que contiene polipropileno con una distribución del peso molecular de al menos 5,5 para formar piezas extruídas calientes que poseen una superficie, regulándose el enfriamiento de la pieza extruída caliente en una atmósfera que contiene oxígeno para llevar a cabo degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de la superficie. Por ejemplo, el enfriamiento de la pieza extruída caliente en una atmósfera que contiene oxígeno puede regularse de modo que se mantenga la temperatura de la pieza extruída caliente por encima de 250ºC aproximadamente durante un período de tiempo suficiente para obtener degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de la superficie.

Regulando el enfriamiento para obtener degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de la superficie, la fibra que resulta contiene esencialmente una pluralidad de zonas, definidas por características diferentes que incluyen diferencias en el caudal en estado fundido, peso molecular, punto de fusión, birrefringencia, orientación y cristalinidad. En particular, como se ha descrito en estas solicitudes de patente, la fibra producida por el proceso de enfriamiento retrasado incluye una zona interna identificada por la ausencia sustancial de degradación del polímero por oxidación, una zona externa de una alta concentración de material polímero degradado por escisión de cadenas, por oxidación, y una zona intermedia identificada por un aumento desde el interior al exterior de la magnitud de degradación del polímero por escisión de cadenas, por oxidación. En otras palabras, el enfriamiento de la pieza extruída caliente en una atmósfera que contiene oxígeno puede regularse para obtener una fibra que posea una disminución del peso molecular medio ponderal hacia la superficie de la fibra, y un aumento del caudal en estado fundido hacia la superficie de la fibra. Por ejemplo, la fibra comprende una zona interna que tiene un peso molecular medio ponderal de aproximadamente 100.000 a 450.000 gramos/mol, una zona externa que incluye la superficie de la fibra, que tiene un peso molecular medio ponderal menor que 10.000 gramos/mol aproximadamente, y una zona intermedia situada entre la zona interna y la zona externa que tiene un peso molecular medio ponderal y un caudal en estado fundido, intermedios entre la zona interna y la zona externa. Además la zona interna, zona de núcleo, posee un punto de fusión y una orientación superiores a los de la zona superficial externa.

Además, la patente de EE.UU. No. 5.629.080, otorgada el 13 de Mayo de 1997 a Gupta et al., y el documento EP-A-552.013, se refieren a procedimientos para hilar fibras de polipropileno, y a las fibras y productos resultantes fabricados a partir de tales fibras. Los procedimientos de estas memorias descriptivas de patentes de Gupta et al., incluyen el hilado en estado fundido de una composición de polipropileno que posee una distribución amplia del peso molecular, a través de una hilera, para formar fibras fundidas, y enfriar las fibras fundidas para obtener fibras de polipropileno capaces de unirse por calor. Los procedimientos de las solicitudes de patente de Gupta et al., pueden ser utilizados tanto en un procedimiento de "hilado largo" de dos fases como en un procedimiento de "hilado corto" de una fase. Según ciertos aspectos de la invención descritos en las memorias descriptivas de Gupta et al., se mantienen características sustancialmente constantes dentro del material que forma la fibra, tales como índice reológico de polidispersión y caudal en estado fundido, a medida que el material es sometido a extrusión, enfriado y estirado, y se obtiene una fibra sustancialmente uniforme.

Más específicamente, con respecto a procedimientos conocidos de fabricación de fibras cortadas, estos procedimientos incluyen el procedimiento de "hilado largo" de dos fases, más antiguo, y el procedimiento de "hilado corto" de una fase, más nuevo. El procedimiento de hilado largo implica en primer lugar someter a extrusión en estado fundido fibras a velocidades de hilado típicas de 500 a 3000 metros por minuto, y más habitualmente, dependiendo del polímero que ha de hilarse, desde 500 a 1500 metros por minuto. Adicionalmente, en una segunda fase realizada habitualmente a 100-250 metros por minuto, estas fibras son estiradas, rizadas y cortadas, dando la fibra cortada. El procedimiento de hilado corto de una fase implica la conversión de polímero en fibras cortadas en una sola fase, en la que las velocidades de hilado típicas están en el intervalo de 50 a 200 metros por minuto. La productividad del procedimiento de una fase se incrementa con el uso de aproximadamente 5 a 20 veces el número de capilares de la hilera en comparación con el utilizado típicamente en el procedimiento de hilado largo. Por ejemplo, las hileras para un procedimiento comercial típico de "hilado largo" podrían incluir aproximadamente 50-4.000, de preferencia aproximadamente 3.000-3.500 capilares, y las hileras para un procedimiento comercial típico de "hilado corto" podrían incluir aproximadamente 500 a 100.000 capilares, de preferencia 30.000-70.000 capilares, aproximadamente. Las temperaturas típicas de extrusión de la masa fundida que se somete a hilado en estos procedimientos son, aproximadamente, 250-325ºC. Además, para procedimientos en los que se producen filamentos de dos componentes, los números de capilares hacen referencia al número de filamentos que están siendo extruídos, y habitualmente no al número de capilares de la hilera.

El procedimiento de hilado corto para fabricar fibras de polipropileno es significativamente diferente del procedimiento convencional de hilado largo en términos de las condiciones de enfriamiento necesarias para la continuidad del hilado. En los procedimientos de hilado corto, con hileras de alta densidad de orificios, que realizan el hilado en torno a los 100 metros/minuto, se requiere una velocidad del aire de enfriamiento en el intervalo de aproximadamente 900-2500 m/min para completar el enfriamiento de la fibra dentro de 25,4 mm, por debajo de la cara de la hilera. Por el contrario, en el procedimiento de hilado largo, con velocidades de hilado de aproximadamente 1000-1500 metros/minuto, se usa una velocidad más baja del aire de enfriamiento, en el intervalo de 90-160 m/min. Por consiguiente, la consecución de un fibra del tipo de piel-núcleo, tal como la descrita en las solicitudes de patente de Kozulla antes identificadas (que regula el enfriamiento para conseguir un enfriamiento retardado), es difícil en un procedimiento de hilado corto debido a la alta velocidad del aire de enfriamiento necesaria para el procedimiento de hilado corto.

También se conocen aparatos y métodos para el hilado de polímeros en estado fundido, para obtener determinadas ventajas en el proceso de hilado. Por ejemplo, la patente de EE.UU. No. 3.354.250 a Killoran et al., (Killoran) se refiere a métodos de extrusión y aparato en que evita el contacto de materiales fundidos o plásticos con partes móviles, y se mantiene el mínimo el tiempo de permanencia del polímero en el estado fundido. Específicamente, en el sistema de extrusión de Killoran, el tambor giratorio estriado se enfría, en vez de calentarlo, mediante una camisa circundante de enfriamiento por agua, que disipa el calor, manteniendo de este modo el tornillo, el tambor giratorio y el polvo en una temperatura inferior a la del punto de fusión del aditivo de punto de fusión más bajo.

En la descripción del tratamiento de polipropileno, Killoran enseña que la temperatura de reblandecimiento del polipropileno se encuentra dentro del intervalo desde 168 a 170ºC, y en esta temperatura el material se hace semi-plástico o pegajoso. Killoran enseña, además, que la temperatura requerida para la filtración y la extrusión del polipropileno puede ser tal alta como 280ºC, por lo que la temperatura del polipropileno se incrementa durante el paso a través de las perforaciones existentes en el bloque, desde aproximadamente 170ºC a 270ºC, o 280ºC, es decir, hay una elevación de 100ºC aproximadamente desde el reblandecimiento inicial en la entrada al bloque hasta el estado fundido a la salida del bloque. Por consiguiente, las enseñanzas de Killoran se limitan al calentamiento del polímero desde el estado sólido al estado fundido consiguiendo un espacio de tiempo reducido en el que el polímero se encuentra en estado fundido, así como evitando que el polímero en estado fundido se ponga en contacto con elementos móviles.

Adicionalmente, la patente de EE.UU. No. 3.437.725 a Pierce, se refiere al hilado en estado fundido de polímeros sintéticos, con inclusión del polipropileno. Según la invención de Pierce, la hilera esta diseñada para permitir el uso de polímeros que tienen viscosidades más altas en estado fundido, o bien de polímeros de peso molecular alto o de polímeros con estructuras de cadenas rígidas. Específicamente, la hilera de Pierce está diseñada para permitir el hilado de polímeros que poseen una alta viscosidad en estado fundido, sin degradar al polímero. Para conseguir esta ausencia de degradación del polímero, Pierce hace pasar el polímero fundido a través del soporte del filtro a una temperatura inicial situada dentro de un intervalo de temperatura por debajo de aquel en que ocurre una degradación importante del polímero, hace pasar el polímero a una pluralidad de pasadizos, cada uno de los cuales conduce a un capilar de hilado diferente en la placa de la hilera y tiene una temperatura de entrada dentro del intervalo inicial de temperaturas, calienta la placa de la hilera para aumentar la temperatura a lo largo de los pasadizos, desde la temperatura a la entrada hasta una temperatura de al menos 60ºC superior en el capilar de hilado, y somete a extrusión el polímero desde el capilar de hilado al cabo de un máximo de 4 segundos de recorrido a través del pasadizo calentado. El enfriamiento de Pierce se lleva a cabo usando un gas inerte y el procedimiento se realiza usando un procedimiento de hilado largo, de dos fases, en el que los filamentos son hilados inicialmente y seguidamente, estirados.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención obtener filamentos o fibras de piel-núcleo utilizando procedimientos de hilado en estado fundido. También es un objeto de la presente invención permitir la regulación de la estructura de piel-núcleo de las fibras o filamentos, mediante lo que puede obtenerse una estructura de piel-núcleo que posee o un gradiente o una fase diferente entre el núcleo y la superficie de la fibra.

La presente invención proporciona un procedimiento para hilar filamentos de polímero, siendo un procedimiento según la reivindicación 1.

La presente invención también proporciona un procedimiento para hilar filamentos de polímero, siendo un procedimiento según la reivindicación 2.

La presente invención además proporciona un aparato para hilar filamentos de polímero, siendo un aparato según la reivindicación 34.

La presente invención además proporciona un aparato para hilar filamentos de polímero, siendo un aparato según la reivindicación 35.

El material polímero en las fibras o filamentos puede comprender varias poliolefinas. Por ejemplo, las poliolefinas pueden comprender polietilenos, tales como polietilenos de baja densidad, polietilenos de alta densidad, y polietilenos de baja densidad lineales, incluyendo polietilenos preparados por copolimerización de etileno con al menos una alfa-olefina de C_{3}-C_{12}; polipropilenos, tales como polipropileno atáctico, sindiotáctico e isotáctico, incluyendo polipropilenos parcial y totalmente isotácticos, o al menos sustancialmente, totalmente isotácticos; polibutenos; tales como poli-1-butenos, poli-2-butenos y poliisobutilenos, y poli-4-metil-1-pentenos. Preferiblemente, el material polímero comprende polipropileno, y, preferiblemente, el núcleo interior de la fibra o el filamento tiene un caudal en estado fundido de aproximadamente 10, y el caudal medio en estado fundido de la fibra o filamento es aproximadamente 11 ó aproximadamente 12.

En el procedimiento y el aparato de la presente invención, el calentamiento de la composición en un lugar en, o adyacente, a la al menos una hilera, comprende calentar la composición de polímero a una temperatura de al menos aproximadamente 200ºC, preferiblemente al menos aproximadamente 220ºC, y más preferiblemente al menos aproximadamente 250ºC. Además, la extrusión de la composición de polímero calentada comprende someter a extrusión a una temperatura de al menos aproximadamente 200ºC, preferiblemente al menos aproximadamente 220ºC, y más preferiblemente al menos aproximadamente 250ºC.

En el procedimiento y aparato de la presente invención, la hilera puede calentarse directamente y/o puede ser calentada con un elemento asociado con la hilera, tal como una placa con aberturas. Preferiblemente, la hilera o el elemento asociado se calienta de modo sustancialmente uniforme para asegurar que sustancialmente todos, y preferiblemente todos, los filamentos extruídos a través de la hilera, son capaces de conseguir condiciones suficientes para obtener una estructura de piel-núcleo.

El calentamiento de la hilera puede realizarse a una temperatura de al menos aproximadamente 230ºC, preferiblemente al menos aproximadamente 250ºC, y puede estar en el intervalo de aproximadamente 250ºC a 370ºC, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 290ºC a 360ºC, y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 330ºC a 360ºC.

La hilera según la presente invención contiene preferiblemente 500 a 150.000 capilares, aproximadamente, siendo los intervalos preferidos de aproximadamente 30.000 a 120.000 capilares, aproximadamente 30.000 a 70.000 capilares, y aproximadamente 30.000 a 45.000 capilares, Estos capilares pueden tener una superficie en corte transversal de aproximadamente 0,02 a 0,2 mm^{2}, de preferencia aproximadamente 0,07 mm^{2}, y una longitud de aproximadamente 1 a 20 mm, preferiblemente una longitud de aproximadamente 1 a 5 mm, y más preferiblemente una longitud de aproximadamente 1,5 mm. Los capilares pueden tener un entrante (recess) en la parte inferior, y el entrante puede tener una superficie en corte transversal de aproximadamente 0,05 a 0,4 mm^{2}, preferiblemente de aproximadamente 0,3 mm^{2}, y una longitud de aproximadamente 0,25 mm a 2,5 mm, preferiblemente una longitud de aproximadamente 0,5 mm.

Adicionalmente, los capilares pueden tener una parte superior ahusada. Estos capilares ahusados pueden comprender capilares avellanados que tienen una longitud total de aproximadamente 3 a 20 mm, de preferencia aproximadamente 7-10 mm; una primera superficie en corte transversal de aproximadamente 0,03 mm^{2} a 0,2 mm^{2} en la parte inferior; una superficie máxima en corte transversal en la superficie de la al menos una hilera de aproximadamente 0,07 mm^{2} a 0,5 mm^{2}, de preferencia aproximadamente 0,2 mm^{2}; y los capilares avellanados se achaflanan desde la superficie máxima en corte transversal hasta la primera superficie en corte transversal en un ángulo de aproximadamente 20º a 60º, preferiblemente 35º a 45º aproximadamente, y más preferiblemente 45º aproximadamente. Los capilares avellanados pueden incluir una distancia entre la superficie máxima en corte transversal y la primera en corte transversal, de aproximadamente 0,15 a 0,4 mm.

Los capilares ahusados pueden comprender capilares abocardados, avellanados. Estos capilares abocardados, avellanados pueden comprender una parte superior ahusada de un diámetro de aproximadamente 0,6 mm y una longitud de aproximadamente 0,5 mm; un capilar superior de un diámetro de aproximadamente 0,5 mm y una longitud de aproximadamente 3,5 mm; una parte media ahusada de una longitud de aproximadamente 0,1 mm; y un capilar inferior que tiene un diámetro de aproximadamente 0,35 mm y una longitud de aproximadamente 1,5 mm.

Además, los capilares ahusados pueden comprender capilares abocardados. Estos capilares abocardados pueden comprender un capilar superior de un diámetro de aproximadamente 0,5 mm y una longitud de aproximadamente 4 mm; una parte media ahusada de una longitud de aproximadamente 0,1 mm; y un capilar inferior de un diámetro de aproximadamente 0,35 mm y una longitud de aproximadamente 2 mm.

Cuando el calentamiento comprende calentar con un elemento dotado de aberturas, preferiblemente una placa con aberturas, la placa con aberturas está colocada aguas arriba de la hilera, de preferencia aproximadamente 1 a 4 mm, preferiblemente 2 a 3 mm aproximadamente, y más preferiblemente 2,5 mm aproximadamente. La hilera y la placa con aberturas pueden comprender un número correspondiente de capilares y tener la distribución correspondiente, o puede haber un número de capilares diferente y/o una distribución diferente. Los capilares situados en la placa con aberturas pueden tener una superficie en corte transversal hasta aproximadamente 30% mayor que la superficie en corte transversal de los capilares situados en la hilera.

La placa con aberturas contiene preferiblemente 500 a 150.000 capilares aproximadamente, siendo los intervalos preferidos 30.000 a 120.000 capilares aproximadamente, 30.000 a 70.000 capilares aproximadamente y 30.000 a 45.000 capilares aproximadamente. Estos capilares tienen preferiblemente una superficie en corte transversal de aproximadamente 0,03 mm^{2} a 0,3 mm^{2}, más preferiblemente de aproximadamente 0,1 mm^{2}, y una longitud de 1 a 5 mm aproximadamente, más preferiblemente 1,5 mm aproximadamente.

El calentamiento de la placa con aberturas puede tener lugar a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC, y puede estar en el intervalo de aproximadamente 250ºC a 370ºC, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 280ºC a 350ºC, y más preferiblemente, en el intervalo de aproximadamente 300ºC a 360ºC.

El enfriamiento comprende cualquier enfriamiento radial rápido con un gas oxidante que circule a alta velocidad, específicamente 900-3.600 m/min, más preferiblemente 1200-2800 m/min aproximadamente y aún más preferiblemente 1500-2100 m/min. Los filamentos fundidos se enfrían inmediatamente después de haber sido extruídos.

El calentamiento puede llevarse a cabo empleando calentamiento por conducción, convección, inducción, magnético y/o radiación, y puede realizarse utilizando calentamiento por resistencia o impedancia, calentamiento por inductancia y/o calentamiento magnético.

La composición del polímero puede comprender diversas poliolefinas que pueden hilarse, tales como polietileno y polipropileno. El polímero puede tener las temperaturas de hilado habituales, es decir, la temperatura de fusión del polímero, y una distribución estrecha o amplia del peso molecular. Para el polipropileno, la temperatura de la composición fundida para hilar es aproximadamente 200ºC a 300ºC, preferiblemente 220ºC a 260ºC y más preferiblemente 230ºC a 240ºC, el caudal en estado fundido es preferiblemente 0,5 a 40 dg/min, aproximadamente, siendo los intervalos preferidos 5-25 dg/min, 10-20 dg/min, 9-20 dg/min y 9-15 dg/min. Preferiblemente, la composición de polipropileno tiene una distribución amplia del peso molecular de al menos 4,5 aproximadamente. Además, las composiciones de polímeros tales como las descritas en las memorias descriptivas de las patentes de Kozulla o de Gupta et al., a que se ha aludido anteriormente en esta memoria, pueden ser utilizadas en la presente invención. Por ejemplo, la distribución del peso molecular de la composición de polímero puede ser al menos 5,5 aproximadamente, como ha sido descrito por Kozulla.

Al menos un carboxilato metálico puede ser añadido a la composición de polímero. El carboxilato metálico puede comprender al menos un miembro seleccionado entre el grupo que consta de sales de níquel de los ácidos 2-etilhexanoico, caprílico, decanoico y dodecanoico, y 2-etilhexanoatos de Fe, Co, Ca y Ba, tales como el octoato de níquel.

Preferiblemente, en todas las realizaciones de la invención, la composición de polímero puede ser alimentada a la al menos una hilera con un caudal de aproximadamente 10 a 200 metros por minuto, y más preferiblemente con un caudal de aproximadamente 80 a 100 metros por minuto. Además, preferiblemente, la composición de polímero calentada, extruída y/o parcialmente degradada puede tener un caudal de aproximadamente 10 a 200 metros por minuto, y más preferiblemente un caudal de aproximadamente 80 a 100 metros por minuto. En otras palabras, la velocidad preferida de hilado es aproximadamente 10 a 200 metros por minuto y más preferiblemente, 80 a 100 metros por minuto aproximadamente.

Adicionalmente, el procedimiento y aparato de la presente invención están dispuestos también, preferiblemente, para llevar a cabo la degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos una superficie de los filamentos fundidos para obtener filamentos que tienen una estructura de piel-núcleo capaz de formar materiales no tejidos que poseen una resistencia en dirección transversal de al menos 12,5 N/5 cm para una tela de 24 g/m^{2} unida a velocidades de al menos 76 m/min.

La hilera puede tener dimensiones diversas, siendo las dimensiones preferidas una anchura de aproximadamente 30-150 mm y una longitud de aproximadamente 300 a 700 mm, tales como una anchura de aproximadamente 40 mm y una longitud de aproximadamente 450 mm, o una anchura de aproximadamente 100 mm y una longitud de aproximadamente 510 mm. La hilera puede ser circular teniendo un diámetro preferido de aproximadamente 100 a 600 mm, más preferiblemente 400 mm aproximadamente, en especial cuando se utiliza un enfriamiento radial.

Descripción breve de los dibujos

La invención será mejor entendida y sus características se ilustran en los dibujos que se acompañan que muestran realizaciones no limitativas de la invención, en los que:

La Fig. 1 ilustra una microfotografía de una fibra de polipropileno teñida con RuO_{4}, obtenida utilizando el procedimiento de Kozulla.

La Fig. 2 ilustra una microfotografía de una fibra de polipropileno teñida con RuO_{4}, obtenida utilizando el procedimiento de la presente invención.

La Fig. 3 ilustra una placa calentada eléctricamente, asociada con una hilera, para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención.

La Fig. 4 ilustra otra realización de una placa calentada eléctricamente, asociada con una hilera, para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención.

La Fig. 5 ilustra una hilera para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención, calentada por calentamiento por inducción.

La Fig. 6 ilustra una hilera para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención, que incluye capilares ahusados, avellanados.

La Fig. 7 ilustra una hilera para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención, que incluye capilares abocardados, avellanados.

La Fig. 8 ilustra una hilera para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención, que incluye capilares abocardados.

La Fig. 9 ilustra un conjunto compacto de hilado que incluye una hilera calentada eléctricamente para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención.

La Fig. 10 ilustra un conjunto compacto de hilado que incluye una hilera calentada, calentada mediante calentamiento por inducción, para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención.

La Fig. 11 ilustra un aparato de enfriamiento radial que opera con una hilera calentada eléctricamente, para proporcionar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención.

La Fig. 12 ilustra un aparato de boquilla movible para enfriar la estructura filamentosa de piel-núcleo obtenible según la presente invención.

Las Figs. 13a, 13b, 13c y 13d ilustran la hilera calentada empleada en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I.

La Fig. 14 ilustra el conjunto compacto de hilado que usa la hilera calentada en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I.

La Fig. 15 ilustra el distribuidor de alimentación de polímero utilizado en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I.

Las Figs. 16a y 16b ilustran el distribuidor usado en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I.

La Fig. 17 ilustra el espaciador usado en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I; y

las Figs. 18a y 18b ilustran el elemento de fijación inferior usado en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I.

La Fig. 19 ilustra el conjunto compacto de hilado que utiliza la placa calentada en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I; y

las Figs. 20a y 20b ilustran la placa calentada usada en los ensayos de desarrollo a pequeña escala, en los ejemplos tabulados en la Tabla I.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Para satisfacer los objetivos de obtención de fibras y filamentos que poseen una morfología de piel-núcleo, y en especial la obtención de fibras y filamentos que poseen una morfología de piel-núcleo, en un procedimiento de hilado corto, la presente invención proporciona un medio ambiente suficiente al material polímero en las proximidades de su extrusión a partir de la hilera. Por ejemplo, debido a que este medio ambiente no es conseguible en un procedimiento de hilado corto solamente mediante el uso de un enfriamiento regulado, tal como un enfriamiento retardado, como en el procedimiento de hilado largo, y el procedimiento de hilado largo necesita un enfriamiento retardado, el medio ambiente para obtener una fibra de piel-núcleo se obtiene según la presente invención usando aparatos y procedimientos operatorios que favorecen la degradación superficial, al menos parcial, de los filamentos fundidos cuando son extruídos a través de la hilera. En particular, en realizaciones preferidas de la presente invención, varios elementos están asociados con la hilera proporcionando de este modo un medio ambiente con la temperatura suficiente, por lo menos en la superficie del material polímero extruído, para conseguir una estructura filamentosa de piel-núcleo.

La presente invención está dirigida a producir varias formas de fibras, incluyendo filamentos y fibras cortadas. Estos términos y expresiones se usan en sus significados comerciales ordinarios. Típicamente, en esta memoria, se usa filamento haciendo referencia a la fibra continua en la máquina de hilar; no obstante, por conveniencia, los términos fibra y filamento se usan también indistintamente en esta memoria, Se usa "fibra cortada" aludiendo a fibras o filamentos cortados. Preferiblemente, por ejemplo, las fibras cortadas para telas no tejidas útiles en pañales, tienen longitudes de aproximadamente 2,5-7,5 cm, más preferiblemente 3,0 a 5 cm.

La estructura morfológica sustancialmente no uniforme de las fibras de piel-núcleo según la presente invención, puede caracterizarse mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) de secciones delgadas de fibras teñidas con tetróxido de rutenio (RuO_{4}). A este respecto, según las enseñanzas de Trent et al., en Macromolecules, Vol. 16, No. 4, 1983, "Ruthenium Tetroxide Staining of Polymers for Electron Microscopy", es bien sabido que la estructura de materiales polímeros depende de su tratamiento térmico, su composición y procesamiento, y que, a su vez, propiedades mecánicas de estos materiales tales como tenacidad, resistencia al impacto, elasticidad, fatiga y resistencia a la fractura, pueden ser muy sensibles a la morfología. Además, este artículo enseña que la microscopía electrónica de transmisión es una técnica establecida para la caracterización de la estructura de sistemas polímeros heterogéneos con un alto nivel de resolución; sin embargo, es necesario con frecuencia mejorar el contraste de las imágenes obtenidas de polímeros mediante el uso de un agente de tinción. Se enseña que los agentes de tinción útiles para polímeros incluyen el tetróxido de osmio y el tetróxido de rutenio. Para la tinción de los filamentos y fibras, el tetróxido de rutenio en el agente de tinción preferido.

En la caracterización morfológica, muestras de filamentos o fibras se tiñen con una solución acuosa de RuO_{4}, tal como una solución acuosa de tetróxido de rutenio al 0,5% (en peso), (que puede obtenerse de Polysciences Inc.), durante la noche, a temperatura ambiente. (Aun cuando se utiliza en este procedimiento operatorio un tinte líquido, es posible también la tinción de las muestras con un tinte gaseoso). Las fibras teñidas se incrustan en resina epoxídica Spurr y se cura durante la noche a 60ºC. Las fibras teñidas incrustadas se cortan luego en secciones delgadas en un ultramicrotomo usando una cuchilla de diamante, a temperatura ambiente, obteniendo secciones cortadas con microtomo de un grosor de aproximadamente 80 nm, que pueden ser examinadas en aparatos convencionales, tales como un Zeiss EM 10 TEM, a 100 kV. Se utilizó análisis de rayos X dispersor de energía (energy dispersive X-ray analysis) (EDX) para confirmar que el RuO_{4} había penetrado completamente hasta el centro de la fibra.

Las fibras producidas utilizando los métodos según la presente invención muestran un enriquecimiento del rutenio (resto de Ru) en la región superficial externa del corte transversal de la fibra hasta una profundidad de al menos aproximadamente 0,5 \mum y, preferiblemente, hasta una profundidad de al menos aproximadamente 1 \mum, mostrando los núcleos de las fibras un contenido de rutenio muy inferior.

Otro procedimiento operatorio de ensayo para ilustrar la estructura de piel-núcleo de las fibras obtenibles mediante la presente invención, especialmente útil para evaluar la aptitud de una fibra para unirse por calor, consiste en el análisis de microfusión de residuo usando un ensayo de platina caliente. Este procedimiento operatorio se usa para detectar la presencia de un residuo después de la contracción axial de un fibra durante el calentamiento, correlacionándose directamente la presencia de una cantidad mayor de residuo con la aptitud de una fibra para proporcionar una buena unión por calor. En este procedimiento operatorio de platina caliente, una platina caliente adecuada, tal como una platina caliente de masa baja Mettler FP52, regulada por medio de un procesador de control Mettler FP5, se fija en 145ºC, Se coloca una gota de silicona sobre un portaobjetos de microscopio limpio. Se cortan las fibras en longitudes de 1/2 mm desde tres zonas tomadas al azar de la muestra filamentosa, y se agita en el aceite de silicona con una sonda. La muestra aleatoriamente dispersada, se tapa con un cubreobjetos y se coloca sobre la platina caliente, de modo que ambos extremos de la fibra cortada estén, en su mayor parte, en el campo de visión. La temperatura de la platina caliente se eleva luego a una velocidad de 3ºC/minuto hasta 164ºC. A aproximadamente 163ºC, las fibras se contraen axialmente, y se observa la presencia o ausencia de residuos rastreros. Cuando la temperatura alcanza 164ºC, se detiene el calentamiento y se reduce rápidamente la temperatura a 145ºC. La muestra se examina entonces por medio de un microscopio adecuado, tal como un microscopio de polarización trinocular Nikon SK-E, y se toma una fotografía de una zona representativa para obtener una reproducción fotográfica para usar en televisión utilizando, por ejemplo, una videocámara MTI-NC70 provista de un videotubo Pasecon y una impresora videográfica Sony Up-850 B/W. Se usa una calificación de "bueno" cuando la mayoría de las fibras dejan residuos. Se usa una calificación de "malo" cuando sólo un pequeño tanto por ciento de las fibras dejan residuos. También son posibles otras calificaciones comparativas e incluyen una calificación de "regular" que cae dentro de "bueno" y "malo", una calificación de "muy bueno" que
está situada por encima de "bueno", y una calificación de "nada" que, naturalmente, está por debajo de "malo".

El material polímero extruído en una estructura filamentosa de piel-núcleo puede comprender cualquier poliolefina que pueda ser extruída en un procedimiento de hilado largo o de hilado corto produciendo directamente la estructura de piel-núcleo en los filamentos a medida que se van formando, a la salida de la hilera. Por ejemplo, las poliolefinas pueden comprender polietilenos, tales como polietilenos de baja densidad, polietilenos de alta densidad, y polietilenos de baja densidad lineales, con inclusión de polietilenos preparados por copolimerización de etileno con al menos una alfa-olefina de C_{3}-C_{12}; polipropilenos, tales como polipropileno atáctico, sindiotáctico e isotáctico - con inclusión de polipropilenos parcial y totalmente isotácticos, o al menos isotáctico sustancialmente total; polibutenos, tales como poli-1-butenos, poli-2-butenos, y poliisobutilenos, y poli-4-metil-1-pentenos.

El material polímero que ha de ser extruído es un material polímero para la producción de fibras poliolefínicas, preferiblemente fibras de polipropileno. Por tanto, la composición que ha de ser extruída en filamentos comprende un polímero olefínico y, preferiblemente, polipropileno.

Las composiciones de polímero que han de ser extruídas pueden comprender polímeros que poseen una distribución estrecha del peso molecular o una distribución amplia del peso molecular, prefiriéndose para el polipropileno una distribución amplia del peso molecular.

Además, tal como se emplea en esta memoria, el término polímero incluye homopolímeros, polímeros diversos, tales como copolímeros y terpolímeros, y mezclas (con inclusión de mezclas y aleaciones producidas mezclando lotes separados o formando una mezcla in situ). Por ejemplo, el polímero puede comprender copolímeros de olefinas, tales como propileno, y estos copolímeros pueden contener componentes diversos. Preferiblemente, en el caso de polipropileno, tales copolímeros incluyen hasta aproximadamente el 10% en peso de al menos uno de etileno y buteno, pero pueden contener cantidades variables de los mismos, dependiendo de la fibra o filamento deseados.

El caudal en estado fundido (MFR) tal como se describe en esta memoria, se determina según la norma ASTM D-1238 (condición L;230/2.16).

Poniendo en práctica el procedimiento de la presente invención, e hilando composiciones de polímeros empleando un procedimiento de hilado corto, según la presente invención, pueden obtenerse fibras o filamentos que poseen características excelentes de unión por calor en combinación con tenacidad, resistencia a la tracción y rigidez excelentes. Además, las fibras y filamentos son capaces de proporcionar materiales no tejidos de excepcional resistencia en dirección transversal, tenacidad, alargamiento, uniformidad, esponjado y suavidad usando un procedimiento de hilado corto.

Con respecto a lo anteriormente indicado, aun cuando no se desea quedar obligados a ninguna teoría particular, por calentamiento del polímero en la proximidad de la hilera, o bien calentando directamente la hilera o bien por calentamiento de una zona adyacente a la hilera, se obtienen filamentos que tienen zonas de polímero de características diferentes. En otras palabras, el calentamiento de la presente invención calienta la composición de polímero en un lugar en, o adyacente a, la al menos a una hilera, por calentamiento directo de la hilera o de un elemento tal como una placa calentada situada aproximadamente 1 a 4 mm por encima de la hilera, calentando de este modo la composición de polímero a una temperatura suficiente para obtener una estructura filamentosa de piel-núcleo al enfriar en una atmósfera oxidante. Por ejemplo, para un procedimiento típico de hilado corto para la extrusión de polipropileno, la temperatura de extrusión del polímero es aproximadamente 230ºC a 250ºC, y la hilera tiene una temperatura en su superficie inferior de aproximadamente 200ºC. Esta temperatura de aproximadamente 200ºC no permite la degradación de escisión de cadenas, por oxidación, en la salida de la hilera. A este respecto, se necesita una temperatura mayor que aproximadamente 200ºC, de preferencia al menos aproximadamente 220ºC e incluso más preferiblemente al menos aproximadamente 250ºC, a través de la salida de la hilera con objeto de obtener la degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de los filamentos fundidos y obtener con ello filamentos que posean una estructura de piel-núcleo. Por consiguiente, aun cuando el material polímero se caliente a una temperatura suficiente para hilar en estado fundido en sistemas de hilado en estado fundido conocidos, tal como en la extrusora o en otro lugar antes de ser extruído a través de la hilera, el material polímero no puede mantener una temperatura suficientemente elevada por extrusión a través de la hilera, bajo condiciones de enfriamiento con oxidación, sin el calentamiento aportado en la hilera o en un lugar adyacente a ella. A este respecto, en los procedimientos de hilado en estado fundido enseñados por las solicitudes de patentes otorgadas a Kozulla a que se ha aludido antes, el enfriamiento se retrasa para que el filamento tenga tiempo suficiente para permanecer a una temperatura lo suficientemente elevada que permita la escisión por oxidación en la superficie para obtener una estructura de piel-núcleo.

Además, la degradación térmica y mecánica del polímero justamente antes de su extrusión, puede ayudar a obtener la estructura de piel-núcleo. En otras palabras, la regulación del medio ambiente de extrusión en los procedimientos de hilado en estado fundido, permite que el material extruído tenga una zona interna de moléculas de mayor peso molecular, y una zona externa de moléculas de peso molecular más bajo. Las moléculas de mayor peso molecular de la zona interna proporcionan a las fibras y filamentos una alta tenacidad, resistencia a la tracción y rigidez, mientras que las moléculas de peso molecular más bajo de la zona externa proporcionan a las fibras o filamentos suficientes características de flujo para conseguir características superiores de unión por calor.

El enfriamiento con oxidación de este procedimiento proporciona degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de las cadenas moleculares del polímero en la zona externa, que, en comparación con las solicitudes de patentes de Kozulla a que se ha aludido anteriormente, es capaz de regular la interfase existente entre el interior, zona de núcleo, y el exterior, zona de superficie. En particular, el calentamiento del polímero y el enfriamiento con oxidación contribuyen a proporcionar el producto filamentoso superior obtenido con el procedimiento y aparato presentes. Así, las condiciones de calentamiento y las condiciones de enfriamiento con oxidación pueden ajustarse, unas respecto de las otras, para obtener la estructura obtenible filamentosa de piel-núcleo de la presente invención. Por tanto, la presente invención es capaz de proporcionar condiciones adecuadas, incluso en un procedimiento de hilado corto, que permiten la creación de una "piel", sobreponiéndose a los estabilizantes intrínsecos de la composición de polímero, cuando están presentes.

Más específicamente, utilizando el procedimiento y el aparato según la presente invención, puede obtenerse un mayor grado de regulación con respecto a la estructura de la fibra de piel-núcleo que cuando se pone en práctica el procedimiento de Kozulla. A este respecto, puede regularse la interfase entre el núcleo y la piel de la estructura de piel-núcleo obtenible mediante la presente invención, para proporcionar regiones distintas de núcleo y "piel". En otras palabras, puede obtenerse una fase distinta entre el núcleo y la "piel" de la presente invención, formando dos porciones discretas, adyacentes, del filamento o la fibra, mientras que en el procedimiento de Kozulla se obtiene un gradiente entre el núcleo y la "piel".

En particular, las Figuras 1 y 2 son microfotografías, a 5.000x, que ilustran esta diferencia para fibras de polipropileno teñidas con RuO_{4}, obtenidas utilizando el procedimiento de Kozulla y el procedimiento según la presente invención, respectivamente. Como puede apreciarse de estas microfotografías, la estructura de piel-núcleo de la fibra de Kozulla ilustrada en la Figura 1, no está muy diferenciada, y hay una zona de gradiente entre la piel y el núcleo. Sin embargo, la estructura de piel-núcleo ilustrada en la Figura 2, obtenida utilizando el procedimiento de la presente invención, tiene una línea clara de demarcación entre la piel y el núcleo, mediante lo cual se proporcionan dos porciones discretas adyacentes.

Como resultado de la diferencia de estructura descrita entre la fibra de Kozulla y la fibra obtenible según la presente invención, las características físicas de las fibras son asimismo diferentes. Por ejemplo, el caudal medio en estado fundido de las fibras obtenidas según la presente invención es sólo ligeramente mayor que el caudal en estado fundido de la composición de polímero, mientras que, en la fibra de Kozulla, el caudal en estado fundido de la fibra es significativamente mayor que el caudal en estado fundido de la composición de polímero. Más específicamente, para un caudal en estado fundido de la composición de polímero de aproximadamente 10 dg/min, el caudal medio en estado fundido de la fibra según la invención puede regularse a aproximadamente 11 a 12 dg/min, lo que indica que la degradación de escisión de cadenas ha estado limitada a sustancialmente la parte de "piel" de la fibra de piel-núcleo. Por el contrario, el caudal medio en estado fundido para la fibra de Kozulla es aproximadamente 20 a 30 dg/min, lo que indica que la degradación de escisión de cadenas ha tenido lugar tanto en el núcleo como en la "piel" de la fibra de Kozulla.

En todas las realizaciones según la presente invención, tanto si se calienta directamente la hilera como si el calentamiento se efectúa de otro modo, por ejemplo con una placa calentada, la temperatura del polímero, la temperatura de la hilera o placa calentadas, y las condiciones de enfriamiento se regulan para que permitan, incluso en un procedimiento de hilado corto, el hilado de los filamentos con una estructura de piel-núcleo. En caso de que el polímero comprenda polipropileno, las condiciones preferidas para cada una de estas variables incluyen las siguientes. El polímero que ha de ser extruído tiene preferiblemente una temperatura de aproximadamente 200ºC a 325ºC, más preferiblemente 200ºC a 300ºC, aproximadamente, todavía más preferiblemente 220ºC a 260ºC, y lo más preferible, aproximadamente 230ºC a 240ºC, La hilera calentada tiene preferiblemente una temperatura de al menos aproximadamente 230ºC, preferiblemente al menos 250ºC, aproximadamente, y puede estar en el intervalo de aproximadamente 250ºC a 370ºC, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 290ºC a 360ºC, y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 330ºC a 360ºC. La placa con aberturas se calienta preferiblemente a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC, y puede estar en el intervalo de aproximadamente 250ºC a 270ºC, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 280ºC a 350ºC, y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 300ºC a 360ºC. El gas de enfriamiento con oxidación tiene una velocidad de flujo preferida de aproximadamente 900 a 3600 m/min, más preferiblemente una velocidad de flujo preferido de aproximadamente 1200 a 2800 m/min y todavía más preferiblemente, 1500 a 2100 m/min, aproximadamente. Estos valores pueden variarse dependiendo del polímero que se está tratando, y de las dimensiones del conjunto compacto de hilado, con inclusión de la hilera y/o la placa
calentada.

El medio ambiente de oxidación puede comprender aire, ozono, oxígeno u otro medio ambiente de oxidación convencional, en condiciones de calentamiento o de temperatura ambiente, en una parte situada aguas abajo de la hilera. Las condiciones de temperatura y de oxidación en este lugar deben ser mantenidas para asegurar que, incluso en un procedimiento de hilado corto, se consigue una difusión de oxígeno suficiente dentro de la fibra para que tenga lugar la escisión de cadenas, por oxidación, dentro de al menos una zona superficial de la fibra y se obtiene la estructura filamentosa de piel-núcleo.

El medio ambiente de temperatura para obtener la estructura filamentosa de piel-núcleo, puede conseguirse por medio de una diversidad de condiciones de calentamiento, y pueden incluir el empleo de calentamiento por conducción, convección, inductancia, calentamiento magnético y radiación. Por ejemplo, puede emplearse calentamiento por resistencias o impedancia, calentamiento por láser, calentamiento magnético o calentamiento por inducción, para calentar la hilera o una placa asociada con la hilera. De preferencia, el calentamiento calienta de modo sustancialmente uniforme la hilera o la placa asociada con la hilera. Además, la hilera o una placa asociada con la hilera pueden comprender una placa hueca que tenga un fluido de transferencia de calor que fluye a su través o puede estar equipada con un calentador de banda arrollado en torno a su periferia. Por ejemplo, con respecto al calentamiento magnético, puede emplearse un dispositivo de calentamiento mediante un campo magnético según ha sido descrito en la patente de EE.UU. No. 5.025.124 por Alfredeen, para obtener el calentamiento de la hilera o sus elementos asociados. Estos medios para calentar el polímero que puede someterse a extrusión en la hilera o en un lugar adyacente a ella para obtener la estructura filamentosa de piel-núcleo, no son exhaustivos, y se comprenden dentro de la invención otros medios de calentamiento de la hilera o de elementos asociados con la hilera. En otras palabras, diversas fuentes de medios de calentamiento pueden utilizarse con la presente invención para calentar la composición de polímero en estado fundido, que está a una determinada temperatura cuando alcanza un lugar en la hilera o adyacente a la hilera, para asegurar que la composición de polímero en estado fundido se encuentra a una temperatura suficiente cuando se extruye a través de la hilera, para obtener una estructura filamentosa de piel-núcleo por enfriamiento en una atmósfera oxidante.

En los dibujos se ilustran varias realizaciones no limitativas de la invención, en las que están provistas varias estructuras para obtener la estructura filamentosa de piel-núcleo, en especial empleando un procedimiento de hilado corto. Con referencia a la Fig. 3, se ilustra esquemáticamente una hilera 1 que tiene capilares 2 a través de los que es extruído el polímero que ha de ser enfriado por el flujo de gas oxidante Q para formar los filamentos 3. Situada por encima de la hilera está una placa 4 que tiene capilares 5, cuyos capilares 5 se corresponden con los capilares 2 de la hilera 1. Se suministra una corriente eléctrica, tal como a través de las conexiones 6, a la placa 4 para calentar la placa o bien por resistencia o bien por impedancia.

La placa 4 puede calentarse a una temperatura adecuada, tal como a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC, para elevar la temperatura del polímero a medida que se aproxima y atraviesa la placa 4. Más específicamente, a medida que el polímero atraviesa la placa 4, es calentado a una temperatura suficiente para permitir la degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos la superficie del filamento fundido por extrusión desde la hilera al flujo de gas oxidante Q. Aun cuando no se desea quedar obligados por teoría particular alguna, en esta realización, pueden obtenerse moléculas de peso molecular más pequeño en la superficie del polímero (en comparación con el núcleo) cuando se somete a condiciones de enfriamiento con oxidación debido a la diferencia de calor que se obtiene sobre la superficie de la pieza extruída, así como también debido a la tensión adicional sobre la corriente de polímero a medida que el polímero fluye hacia y desde la placa 4, a la hilera 1.

La distancia "c" entre la placa calentada 4 y la hilera 1 puede variarse dependiendo de las características físicas y químicas de la composición, la temperatura de la composición y las dimensiones de los capilares 2. Por ejemplo, para un caudal en estado fundido de un polímero de polipropileno de aproximadamente 0,5 a 40 dg/min, y una temperatura de aproximadamente 200ºC a 325ºC, los capilares 2 y 5 deben tener una superficie en corte transversal "a" de aproximadamente 0,03 a 0,3 mm^{2}, de preferencia aproximadamente 0,1 mm^{2}, y una longitud "b" de aproximadamente 1 a 5 mm, de preferencia aproximadamente 1,5 mm, y la distancia "c" debe ser 1 a 4 mm, aproximadamente, de preferencia aproximadamente 2 a 3 mm, y más preferiblemente, 2,5 mm, aproximadamente.

Los capilares 2 y 5 pueden tener las mismas dimensiones o sustancialmente las mismas dimensiones, como indica la Fig. 3, o pueden tener dimensiones diferentes, tales como que los capilares 2 tengan un diámetro más pequeño o mayor que los capilares 5. Por ejemplo, como ilustra la Fig. 4, aludiendo a partes similares con los mismos números de referencia pero incluyendo primas sobre ellos, los capilares 5' pueden tener un diámetro mayor que los capilares 2'. En este caso, los capilares 5' podrían ser, de preferencia, hasta aproximadamente un 30% más anchos que los capilares 2', y tener preferiblemente una superficie en corte transversal de aproximadamente 0,4 mm^{2}. Un factor de limitación del tamaño de los capilares 5' para realizaciones en las que los capilares 5' se corresponden en número y/o en modelo a los capilares 2', es la aptitud para mantener la resistencia de la placa calentada al tiempo que se acomoda un gran número de capilares en ella.

Además, como ilustran las Figs. 5 y 6, la hilera puede calentarse directamente por diversos medios, por lo que puede omitirse una placa calentada. Por ejemplo, como indica la Fig. 5, puede colocarse una bobina de inducción 7 en torno a la hilera 8 con objeto de calentar la hilera a una temperatura suficiente para obtener la estructura filamentosa de piel-núcleo. La temperatura para calentar la hilera varía, dependiendo de las características químicas y físicas del polímero, la temperatura del polímero y las dimensiones de los capilares 9. Por ejemplo, para un caudal en estado fundido de un polímero tal como polipropileno, de aproximadamente 0,5 a 40 dg/min, y una temperatura de aproximadamente 200ºC a 325ºC, los capilares 9 podrían tener una superficie en corte transversal "d" de aproximadamente 0,02 a 0,2 mm^{2}, de preferencia 0,07 mm^{2} aproximadamente, y una longitud "e" de aproximadamente 1 a 20 mm, preferiblemente 1-5 mm, aproximadamente, y más preferiblemente 1,5 mm, aproximadamente.

La Fig. 6 muestra la estructura de una hilera modificada en la que los capilares 10 de la hilera 11 están avellanados sobre la superficie superior 12 de la hilera 11, por lo que los capilares 10 incluyen una parte superior, ahusada, 13. Los capilares 10 tienen una longitud total de aproximadamente 3 a 20 mm, de preferencia 7-10 mm, aproximadamente; una primera superficie en corte transversal 10a de aproximadamente 0,03 mm^{2} a 0,2 mm^{2} en una parte inferior; una superficie máxima en corte transversal 10b en la superficie 12 de aproximadamente 0,07 mm^{2} a 0,5 mm^{2}, de preferencia aproximadamente 0,2 mm^{2}; y los capilares avellanados toman forma cónica desde la superficie máxima en corte transversal 10b hasta la primera superficie en corte transversal 10a en un ángulo \alpha de aproximadamente 20º a 60º, preferiblemente 35º a 45º, aproximadamente, y más preferiblemente 45º, aproximadamente. Los capilares avellanados pueden incluir una distancia "f" entre la superficie máxima en corte transversal 10b hasta la primera superficie en corte transversal 10a, de aproximadamente 0,15 a 0,4 mm.

Como ilustra la Fig. 7, los capilares pueden comprender capilares 49 abocardados, avellanados. Estos capilares abocardados, avellanados, pueden comprender una parte superior ahusada 49a que posee un diámetro superior 49b de aproximadamente 0,6 mm y una longitud de aproximadamente 0,5 mm. El diámetro superior 49b se hace cónico en un ángulo \beta de aproximadamente 20º a 60º, preferiblemente 35º a 45º, aproximadamente, y más preferiblemente, 45º aproximadamente, hacia un capilar superior 49c que tiene un diámetro de aproximadamente 0,5 mm y una longitud de aproximadamente 3,5 mm. Una parte media ahusada 49d que posee una longitud de aproximadamente 0,1 mm y un ángulo \gamma de aproximadamente 20º a 60º, preferiblemente 35º a 45º aproximadamente, y más preferiblemente 45º aproximadamente, conecta el capilar superior 49c con un capilar inferior 49e que tiene un diámetro de 0,35 mm y una longitud de aproximadamente 1,5 mm.

Como ilustra la Fig. 8, los capilares pueden comprender capilares abocardados 50. Estos capilares abocardados 50 pueden comprender un capilar superior 50a que tiene un diámetro de aproximadamente 0,5 mm y una longitud de aproximadamente 4 mm. Una parte media ahusada 50b que tiene una longitud de aproximadamente 0,1 mm se hace cónica en un ángulo \Theta de aproximadamente 20º a 60º, preferiblemente 35º a 45º, aproximadamente, y más preferiblemente 45º, aproximadamente, hacia un capilar inferior 50c que tiene un diámetro de 0,35 mm y una longitud de aproximadamente 2 mm.

Cualquiera de las hileras descritas puede tener un entrante (recess) en la parte inferior, tal como el entrante 50d ilustrado en la Fig. 8. El entrante puede tener una superficie en corte transversal de aproximadamente 0,05 a 0,4 mm^{2}, preferiblemente 0,3 mm^{2}, aproximadamente, y una longitud de aproximadamente 0,25 mm a 2,5 mm, preferiblemente una longitud de 0,5 mm, aproximadamente.

La Fig. 9 muestra una ilustración ejemplar de un conjunto compacto de hilado, según la presente invención, para el calentamiento por impedancia de la hilera. En el conjunto compacto de hilado, 14, de la Fig. 9, el polímero 15 entra por la parte superior 16 del conjunto compacto de hilado, atraviesa el tamiz filtrante 17, la placa rompedora 18 y pasa a través de la hilera 19 calentada a la que se ha suministrado un voltaje bajo mediante una abrazadera ajustable 21 procedente del transformador 20.

Este tipo de conjunto compacto de hilado es conocido en la técnica, con excepción del calentamiento de la hilera. Por consiguiente el tamiz filtrante y la placa rompedora así como los materiales de construcción pueden ser escogidos usando pautas convencionales para estos conjuntos.

Para el calentamiento por impedancia de la hilera o la placa calentada, la corriente es preferiblemente de 500 a 3.000 amperios, aproximadamente, el voltaje tomado del transformador es, preferiblemente, 1 a 7 voltios, y la potencia total debe ser, preferiblemente, 3 a 21 kilovatios aproximadamente. Estos valores pueden variarse dependiendo del polímero que se está tratando y de las dimensiones del conjunto compacto de hilado, con inclusión de las dimensiones de la hilera y/o la placa calentada.

La Fig. 10 muestra una ilustración ejemplar de un conjunto compacto de hilado según la presente invención, para el calentamiento por inducción de la hilera. En el conjunto compacto de hilado 22 de la Fig. 10, el polímero 29 entra por la parte superior del conjunto compacto de hilado 23, atraviesa el tamiz filtrante, 24, la placa rompedora 25, y pasa a través de la hilera 26 calentada por la bobina de inducción 28 que rodea a la hilera. Rodeando al conjunto compacto de hilado se encuentra el colector Dowtherm, 27.

Para el calentamiento por inducción de la hilera o la placa calentada, la frecuencia de vibración es, aproximadamente, 2 a 15 kilohertz, de preferencia aproximadamente 5 kilohertz, y la potencia es aproximadamente 2-15 kilovatios, de preferencia 5 kilovatios. Sin embargo, como con el calentamiento por impedancia, estos valores pueden variarse dependiendo del polímero de que se trata, y las dimensiones del conjunto compacto de hilado, incluyendo las dimensiones de la hilera y/o la placa calentada.

La Fig. 11 ilustra una vista en corte transversal de un aparato de hilado corto con enfriamiento radial, 30. El aparato de hilado corto con enfriamiento radial, que es una versión modificada de un aparato fabricado por Meccaniche Moderne of Milan, Italia, incluye una bomba de hilado corto de polímeros, 31, a través de la cual el polímero que se calienta a una primera temperatura, tal como 200ºC-300ºC se alimenta mediante una pluralidad de conductos de alimentación de polímero, 32, a los conjuntos compactos de hilado 33 que tienen las placas rompedoras 33a y 33b y los anillos de retención interno y externo 33c y 33d, y las hileras 34. Los filamentos F obtenidos por extrusión del polímero, son estirados hacia abajo, pasado el enfriamiento con oxidación de caudal alto, ilustrado por las flechas 37, circulando entre el revestimiento externo 38 y el conducto de forma cónica 39, y a través de la abertura anular 35. Como puede apreciarse en la Fig. 11, la abertura anular 35 está formada por la extensión superior 38a del revestimiento externo 38, que puede estar fijado por los pernos 38b, y la placa metálica 40. Un tornillo de fijación 41 puede ser apretado para afianzar de modo ajustable el revestimiento externo 38 y proporcionar longitudes diferentes.

Además, un termopar 42a está situado en una región cercana a la bomba de hilado 31, para medir la temperatura de alimentación del polímero, y otro termopar 42b está situado cerca de la parte superior del conjunto de hilera 33 para medir la temperatura del polímero en la cabeza de la hilera. Los pernos 44 se emplean para fijar en su posición correcta, de modo desprendible, cada uno de los conjuntos compactos de hilado 33. Un calentador de banda, 45, puede rodear a los conjuntos compactos de hilado 33, para mantener o ajustar la temperatura de fusión del polímero en estado fundido. Además, para obtener el calentamiento de la hilera calentada eléctricamente en esta realización y obtener el calentamiento de la masa fundida de polímero en la hilera o en un lugar adyacente a la misma, los terminales de cobre 36 están unidos a la hilera para realizar la conexión a una toma de electricidad (no indicada), Asimismo, se proporciona aislamiento en 46, 47 y 48.

El flujo de enfriamiento puede ser efectuado por otro flujo distinto del flujo radial ilustrado en la Fig. 11, y pueden emplearse otras diversas maneras de proporcionar una alta velocidad del gas de enfriamiento oxidante a los filamentos a medida que salen de la hilera. Por ejemplo, puede colocarse una boquilla en relación con cada hilera para dirigir un caudal alto de gas de enfriamiento oxidante a los filamentos a medida que salen de cada hilera. Una de tales boquillas, como ilustra la Fig. 12, es adquirible de Automatik of Germany. Esta boquilla, 51, está montada de modo movible usando los elementos 52 para poder ser dirigida del modo más preferible hacia el centro de la hilera 53 en un ángulo \delta con respecto a un plano longitudinal que atraviesa la hilera, de aproximadamente 0º a 60º, más preferiblemente 10º a 60º, aproximadamente, y también puede ser, preferiblemente, un ángulo de aproximadamente 0º a 45º, más preferiblemente 0º a 25º.

Los diversos elementos del conjunto compacto de hilado de la presente invención pueden ser construidos usando materiales de construcción convencionales, tales como acero inoxidable, con inclusión de acero inoxidable 17-4PH, acero inoxidable 304 y acero inoxidable 416, y níquel-cromo, tal como níquel-cromo-800H.

La fibra hilada obtenida según la presente invención puede ser continua y/o fibra cortada del tipo de monocomponente o bicomponente, y preferiblemente cae dentro de un intervalo de denier por filamento (dpf) de aproximadamente 0,5-30, más preferiblemente es no mayor que aproximadamente 5, y preferiblemente está entre 0,5 y 3,0.

Adicionalmente, para fabricar la fibra según la presente invención, se mezcla con la composición extruíble al menos un agente estabilizante de la masa fundida y/o un antioxidante. El agente estabilizante y/o el antioxidante de la masa fundida se mezcla preferiblemente en una cantidad total con el polipropileno con el que ha de fabricarse la fibra en una cantidad que varía desde aproximadamente 0,005-2,0% del peso de la composición que puede extruirse, de preferencia aproximadamente 0,03-1,0% en peso. Tales agentes estabilizantes son bien conocidos en la fabricación de fibras de polipropileno e incluyen fosfitos de fenilo, tales como IRGAFOS 168 (disponible de Ciba Geigy Corp.), ULTRANOX 626 (disponible de General Electric Co.) y SANDOSTAB PEP-Q (disponible de Sandoz Chemical Co.); y compuestos fenólicos con impedimento estérico, tales como IRGANOX 1976 (disponible de Ciba Geigy Corp,) y CYANOX 1790 (disponible de American Cyanamid Co.); y materiales que contienen N,N'-bis-piperidinildiamina, tales como CHIMASSORB 119 y CHIMASSORB 944 (disponible de Ciba Geigy Corp.). (IRGAFOS, ULTRANOX, SANDOSTAB, IRGANOX y CHIMASSORB son marcas comerciales registradas.).

Los al menos un agente estabilizante de la masa fundida y/o un antioxidante pueden ser mezclados con la composición que puede extruirse, o pueden añadirse por separado a los polipropilenos que se mezclan para formar la composición que puede extruirse.

Opcionalmente, agentes de blanqueo, tales como dióxido de titanio, en cantidades de hasta 2 % en peso, antiácidos tales como estearato de calcio, en cantidades que varían desde aproximadamente 0,05-0,2% en peso, colorantes, en cantidades que varían desde 0,01-2,0% en peso, y otros aditivos bien conocidos, pueden ser incluidos en las fibras de la presente invención. Agentes humectantes, tales como los descritos en la patente de EE.UU. No. 4.578.414, se incorporan también útilmente en las fibras de la presente invención. Otros aditivos útiles de que se dispone en el comercio incluyen LUPERSOL 101 (disponible de Pennwalt Corp.). (LUPERSOL es una marca comercial registrada.)

Adicionalmente, pueden añadirse al material polímero carboxilatos metálicos. Estos carboxilatos metálicos son conocidos para usar en materiales polímeros que han de ser sometidos a unión por calor, y se cree que una pequeña cantidad de carboxilatos metálicos hace disminuir la temperatura de fusión de la superficie de materiales polímeros, tales como fibras de polipropileno. Los carboxilatos metálicos típicos incluyen sales de níquel de los ácidos 2-etilhexanoico, caprílico, decanoico y dodecanoico, y 2-etilhexano-atos de Fe, Co, Ca y Ba. Los carboxilatos metálicos preferidos incluyen octoatos de níquel, tales como una solución al 10% en destilados de petróleo (mineral spirits) de octoato de níquel obtenido de Shepherd Chemical Co., Cincinnati, Ohio. Preferiblemente los carboxilatos metálicos se incluyen en el material polímero que ha de transformarse en fibras o filamentos, en una concentración de aproximadamente 7 ppm a 1000 ppm, lo más preferible 700 ppm, aproximadamente.

Con objeto de describir con mayor claridad la presente invención, se proporcionan los siguientes ejemplos no limitativos. Todas las partes y los tantos por ciento de los ejemplos son en peso, a menos que se indique de otro modo.

Ejemplos

Se obtuvieron fibras usando ensayos de desarrollo a pequeña escala y ensayos a escala de planta piloto, en las condiciones operativas que se indican en la Tabla I. Más específicamente, los diferentes polímeros, sus temperaturas y condiciones de hilado, así como condiciones de diferenciación, se indican en la Tabla I, acompañados de información referente a la estructura de piel-núcleo de las fibras resultantes basada en análisis de microfusión.

Los procedimientos operatorios de los ensayos indicados en la Tabla I incluyen lo siguiente:

Los Ejemplos 1-67 utilizaron una placa con aberturas calentada, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala, con la incorporación en los Ejemplos 22-24 de Ultranox 626 al 0,00019% como agente estabilizante antioxidante.

Los Ejemplos 68-75 y 188-196 utilizaron una hilera calentada que tenía capilares con entrantes, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala.

Los Ejemplos 76-79 utilizaron una placa con aberturas calentada, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala en el que se consiguió el calentamiento mediante un calentador de banda.

Los Ejemplos 80-89 utilizaron una hilera calentada en un ensayo de desarrollo a pequeña escala en el que el calentamiento se consiguió con un calentador de banda.

Los Ejemplos 90-187 utilizaron una hilera calentada que tenía capilares con entrante, en un ensayo a escala de planta piloto, usando los Ejemplos 90-150 una temperatura de la extrusora de 240 a 280ºC y usando los Ejemplos 151-187 una temperatura de la extrusora de 285 a 300ºC.

Los Ejemplos 197-202 utilizaron una hilera calentada sin capilares con entrante, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala.

Los Ejemplos 203-313 utilizaron una hilera calentada sin capilares con entrante, en un ensayo a escala de planta piloto.

Los Ejemplos 314-319 utilizaron una hilera calentada sin capilares con entrante, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala, en el que el polipropileno contenía octoato de níquel.

Los Ejemplos 320-324 utilizaron una hilera calentada sin capilares con entrante, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala, en el que el polímero era polietileno.

Los Ejemplos 325-331 utilizaron una hilera sin capilares con entrante, en un ensayo de desarrollo a pequeña escala, en el que el polímero era un poliéster..

En el ensayo de desarrollo a pequeña escala usando una hilera calentada, se construyó una hilera 60 calentada directamente, con níquel cromo -800H que tenía las dimensiones, ilustradas en la Fig. 13a, de 7,6 mm (dimensión "g") x 6,35 mm (dimensión "h") con inclusión de 59 capilares 61 situados en filas alternativas de 6 y 7 capilares que tenían un diámetro de 0,3 mm y una longitud de 3 mm, teniendo la hilera un grosor correspondiente de 3 mm.. En partícula había 5 filas que tenían 7 capilares alternando con 4 filas que tenían 6 capilares, estando separados los capilares 0,75 mm (dimensión "i") unos de otros, y 0,90 mm (dimensión "j") de los bordes 62 de la hilera.

Como ilustran las Figs. 13b, 13c y 13d, la hilera 60 está insertada en un entrante 64 del alojamiento de hilera 63, teniendo el entrante 64 las dimensiones correspondientes de 7,6 mm (dimensión "g'") por 6,35 mm (dimensión "h'") para la hilera 60, y una profundidad de 2,5 mm (dimensión "o"). El alojamiento de la hilera tiene una parte superior 65 de un diámetro de 19,0 mm (dimensión "n") y un grosor de 1,5 mm (dimensión "l"), y una parte inferior 66 de un diámetro de 16,0 mm (dimensión "m") y un grosor para proporcionar un grosor global de 5,5 mm (dimensión "k") para el alojamiento de la hilera, 63. Además, los terminales de cobre 68 están conectados a la superficie superior 67 del alojamiento de hilera 63, para conectar a un toma de energía (no se indica).

Como ilustra esquemáticamente la Fig. 14, esta hilera estaba montada en un conjunto compacto de hilado, 69. El conjunto compacto de hilado 69 incluía, en orden sucesivo, un distribuidor de alimentación de polímero, 70, un filtro, 71, un distribuidor, 72, un espaciador, 73, la hilera 60, y un elemento inferior de fijación, 74. El conjunto compacto de hilado estaba unido al tubo de polímero 108 para dirigir el polímero a través de la entrada 109 hacia el conjunto compacto de hilado 69. Además, un calentador de banda 110 y el aislamiento 111 rodeaban al conjunto.

Como ilustra la Fig. 15, el distribuidor de alimentación de polímero 70, que había sido construido con acero inoxidable 17-4PH, incluía una parte inferior 75 de un diámetro de 19,0 mm (dimensión "p") y un grosor de 15 mm (dimensión "q"), y una parte superior 76 de un diámetro de 16,4 mm (dimensión "r") y un grosor capaz de proporcionar un grosor global al distribuidor de alimentación de polímero 70, de 4,6 mm (dimensión "s"). Situado centralmente en el distribuidor de alimentación de polímero 70 estaba una abertura espaciada cónicamente, 77, que tenía, sobre la superficie 78, un diámetro inferior de 16,0 mm (dimensión "t"), que se ahusaba hacia dentro y hacia arriba hasta la superficie 79, en un ángulo "u" de 72º.

El tamiz filtrante, 71, incluía una combinación de tres tamices de acero inoxidable 304 rodeados por una atadura de aluminio (0,5 mm de ancho) de calibre 24. Los tamices filtrantes incluían un primer tamiz de 250 mallas, un segundo tamiz de 60 mallas y un tercer tamiz de 20 mallas. La atadura de aluminio tenía un diámetro interior (formando una abertura para el tamiz filtrante) de 15.0 mm, un diámetro exterior de 18,5 mm y un grosor de 2,4 mm.

Como ilustran las Figs. 16a y 16b, el distribuidor 72, que había sido construido con acero inoxidable 17-4PH, incluía un elemento 85 de sección transversal redondeada que tenía un diámetro de 19,0 mm (dimensión "v") y un grosor de 3,5 mm (dimensión "w"). Un entrante 83 de forma cuadrada estaba situado centralmente en la superficie superior 62 del elemento 85, teniendo bordes 86 de 11,4 mm (dimensión "x") y una profundidad hasta la superficie de un entrante inferior 83, de 0,5 mm (dimensión "y"). El elemento incluía, además, 46 capilares que permitían la circulación de polímero desde la superficie de entrante inferior 83 a través de la superficie inferior 84 del elemento 85. Los capilares tenían un diámetro de 1,2 mm, estaban separados uniformemente, e incluían 4 filas de siete capilares alternando con 3 filas de seis capilares. Los capilares estaban separados de los bordes 86 del entrante 80 aproximadamente 1,5 mm.

Como ilustra la Fig. 17, el espaciador 73, que había sido construido con acero inoxidable 416, incluía un elemento superior 87 que tenía un diámetro exterior de 19,0 mm (dimensión "z") y un grosor de 2,8 mm (dimensión "aa") y un elemento 88 que tenía un diámetro exterior de 11,4 mm (dimensión "bb") y un grosor de 1,8 mm (dimensión "cc"), proporcionando un grosor global de 4,6 mm (dimensión "dd"). Además, el espaciador 73 incluía un abertura 89 que tenía un diámetro máximo en la superficie 91 del elemento superior 87 y que se ahusaba hacia dentro y hacia abajo a lo largo del ahusamiento de forma cónica 90, hasta el punto 92 donde comienza el elemento inferior 88, manteniendo luego un diámetro constante de 9,5 mm (dimensión "ff") hasta la superficie inferior 93.

Como ilustran las Figs. 18a y 18b, el elemento de fijación inferior, 74, que había sido construido con acero inoxidable 416, incluía un elemento 94 que tenía un diámetro exterior de 50 mm (dimensión "gg") y un grosor de 10 mm (dimensión "kk"). Una abertura 95, comunicaba la superficie superior 96 del elemento 94 con la superficie inferior 97. La abertura 95 incluía un diámetro máximo de 19 mm (dimensión "hh") en la superficie superior 96, y mantenía este diámetro máximo durante 8,6 mm (dimensión "ii") donde el diámetro se reducía a 16,2 mm (dimensión "jj") y mantenía este diámetro reducido hasta la superficie inferior 97, obteniendo con ello una superficie con entrante 98 contra la que se apretaba el alojamiento de hilera, 63, al apretar los pernos los pernos (no se indica) situados en las aberturas 99. Por facilidad en la observación de las figuras se han omitido de la Fig. 18b las aberturas 99. La ranura 100 de una anchura de 6,4 mm (dimensión "11") estaba situada en el elemento 94 a una profundidad de 7,0 mm (dimensión "mm") para recibir y permitir que los terminales de cobre 68 sobresalieran del conjunto compacto de hilado 69.

En el ensayo de desarrollo a pequeña escala realizado empleando una placa calentada, la estructura del conjunto compacto de hilado era similar a la del conjunto de hilera calentada anteriormente descrito; sin embargo, la placa calentada se había añadido al conjunto y la hilera tenía un número de capilares diferente. En particular, como puede apreciarse en la Fig. 19, el conjunto del ensayo de desarrollo a pequeña escala 101, incluía un conjunto compacto de hilado 102 que tenía un distribuidor de alimentación de polímero 103, un tamiz filtrante 104, un distribuidor 105, una placa calentada 106, una hilera 60, el terminal de cobre 68 y un elemento inferior de fijación 107. Adicionalmente, de un modo similar al de la realización de hilera calentada, que se ha descrito antes, el conjunto compacto de hilado estaba unido a un tubo de polímero 108 para dirigir el polímero a través de la entrada 109 al conjunto compacto de hilado 102. Además, un calentador de banda 110 y el aislamiento 111 rodeaban al conjunto.

Como ilustran las figs. 20a y 20b, la placa calentada 112, que había sido construida con acero inoxidable, es similar en construcción al distribuidor 72, como ilustran las Figs. 16a y 16b. Sin embargo, al contrario que el distribuidor, la placa calentada 112 incluía los terminales de cobre 113 para realizar la conexión a una toma de electricidad (que no se indica), e incluía 186 capilares 115, situados por debajo de un entrante 116 de 2,5 mm de profundidad para hacer circular el polímero en la dirección indicada por la flecha 114. La disposición de los capilares está ilustrada en la Fig. 20a, en la que se muestran parcialmente 186 capilares 115 situados en filas alternativas de 15 y 16 capilares de un diámetro de 0,3 mm y una longitud de 2 mm. En particular, en una zona que tenía una longitud a lo largo del borde 116 de 11,8 mm (dimensión "nn") y una anchura a lo largo del borde 117 de 11,2 mm (dimensión "oo"), estaban situadas 6 filas que tenían 16 capilares alternando con 6 filas que tenían 15 capilares, siendo la distancia entre capilares, en el centro, 0,7 mm a lo largo del borde 116 y 0,86 mm a lo largo del borde 117, con capilares terminales sobre las filas de 16 capilares separados del borde 117 0,76 mm y capilares terminales sobre las filas que tenían 15 capilares separados del borde 117 1,0 mm. Además, en el ensayo de desarrollo a pequeña escala de placa calentada, la hilera tenía 186 capilares del mismo modelo que la placa calentada, pero tenían un diámetro de 0,2 mm y una longitud de 1,5 mm.

Para los ejemplos en que se usó en los ensayos de desarrollo a pequeña escala una hilera que tenía capilares con entrantes, los capilares tenían un diámetro de 0,3 mm y una longitud total 4,0 mm, y las partes de entrante tenían un diámetro de 0,5 mm y una longitud de 1,0 mm.

Para los ejemplos en que se usó una hilera calentada en un ensayo a escala de planta piloto, la hilera incluía 30.500 capilares de un diámetro de 0,3 mm y una longitud de 1,5 mm. Para calentar la hilera se utilizó un transformador de 20 kilovatios que tenía un voltaje máximo de 7,5 voltios, y un voltaje nominal de 2 a 3 voltios, siendo la corriente secundaria 14 veces mayor que la corriente primaria.

Para los ejemplos en que se usó un calentador de banda, el calentador de banda era un calentador de banda aislado por mica CHROMALOX de 150 vatios y 120 voltios. (CHROMALOX es una marca comercial registrada).

Además, se consiguió el enfriamiento en los diversos ejemplos usando una boquilla para insuflar aire a temperatura ambiente a aproximadamente 1200-1800 m/min. Adicionalmente, en la Tabla I, Polímero A denota aglomerados de polipropileno isotáctico lineal que tenía un caudal en estado fundido de 18 \pm 2 dg/min, obtenido de Himont, Inc.; Polímero B denota aglomerados de polipropileno isotáctico lineal que tenía un caudal en estado fundido de 9,5 \pm 2 dg/min, obtenido de Himont, Inc.; Estabilizante denota el estabilizante antioxidante Ultranox 626, obtenido de la General Electric Co.; PE denota polietileno DOW 6811A, y el poliéster era fragmentos de botellas reciclados, de Barnette Southern.

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TABLA I

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

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13

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15

16

17

18

19

20

21

22

23

Claims

1. Un procedimiento para hilar filamentos de polímero, que comprende:

alimentar una composición de polímero a al menos una hilera, comprendiendo dicha composición de polímero una poliolefina;

calentar la composición de polímero en un lugar en, o adyacente a, la al menos una hilera para obtener así calentamiento suficiente de la composición de polímero para degradar parcialmente la composición de polímero en la proximidad de la al menos una hilera;

extruir la composición de polímero parcialmente degradada a través de la al menos una hilera para formar filamentos fundidos, y

enfriar inmediatamente los filamentos fundidos en una atmósfera oxidante, a medida que los filamentos fundidos son extruídos, para llevar a cabo degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos una superficie de los filamentos fundidos para obtener filamentos que poseen una estructura de piel-núcleo (skin-core), donde el enfriamiento comprende un enfriamiento radial, y el enfriamiento radial comprende un gas de oxidación que tiene una velocidad de flujo de 900-3.600 m/min.

2. Un procedimiento para hilar filamentos de polímero, que comprende:

calentar la composición de polímero en un lugar en, o adyacente a, la al menos una hilera, para calentar así la composición de polímero a una temperatura suficiente para obtener una estructura filamentosa de piel-núcleo por enfriamiento en una atmósfera oxidante;

extruir la composición de polímero calentada a través de la al menos una hilera para formar filamentos fundidos; y

enfriar los filamentos fundidos en una atmósfera oxidante, a medida que los filamentos fundidos son extruídos, para llevar a cabo degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos una superficie de los filamentos fundidos para obtener filamentos que poseen una estructura de piel-núcleo, donde el enfriamiento comprende un enfriamiento radial, y el enfriamiento radial comprende un gas de oxidación que tiene una velocidad de flujo de 900-3.600 m/min..

3. El procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el calentamiento de la composición de polímero comprende calentar a una temperatura de al menos aproximadamente 200ºC.

4. El procedimiento según la reivindicación 3, en el que el calentamiento de la composición de polímero comprende calentar a una temperatura de al menos aproximadamente 220ºC.

5. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que el calentamiento de la composición de polímero comprende calentar a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC.

6. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en el que la extrusión comprende extruir una composición de polímero calentada que tiene una temperatura de al menos aproximadamente 200ºC.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que la extrusión comprende extruir una composición de polímero calentada que tiene una temperatura de al menos aproximadamente 220ºC.

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que la extrusión comprende extruir una composición de polímero calentada que tiene una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC.

9. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2-8, en el que los filamentos fundidos se enfrían inmediatamente.

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2-9, en el que el calentamiento comprende calentar la al menos una hilera.

11. El procedimiento según la reivindicación 10, en el que el calentamiento comprende calentar directamente la al menos una hilera.

12. El procedimiento según la reivindicación 11, en el que la al menos una hilera se calienta a una temperatura de al menos aproximadamente 230ºC.

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13. El procedimiento según la reivindicación 12, en el que la al menos una hilera se calienta a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC.

14. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2-9, en el que el calentamiento comprende colocar al menos un elemento con aberturas calentado, aguas arriba de la menos uno hilera.

15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que el al menos un elemento con aberturas comprende al menos una placa con aberturas.

16. El procedimiento según la reivindicación 15, en el que la al menos una placa con aberturas calentada, se calienta a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC.

17. El procedimiento según la reivindicación 16, en el que la al menos una placa con aberturas se coloca aproximadamente 1 a 4 mm aguas arriba de la al menos una hilera.

18. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que el al menos un elemento con aberturas se coloca aproximadamente 2 a 3 mm aguas arriba de la al menos una hilera.

19. El procedimiento según la reivindicación 18, en el que el al menos un elemento con aberturas se coloca aproximadamente 2,5 mm aguas arriba de la al menos una hilera.

20. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 15-19, en el que la al menos una placa con aberturas y la al menos una hilera comprenden un número correspondiente de capilares y de disposición.

21. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 15-19, en el que los capilares en la al menos una placa con aberturas comprenden una superficie en corte transversal que es hasta aproximadamente 30% mayor que una superficie en corte transversal de capilares en la al menos una hilera.

22. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-21, en el que la al menos una hilera comprende 500 a 150.000 capilares teniendo unos capilares avellanados, abocardados o abocardados y avellanados, incluyendo opcionalmente un entrante más bajo.

23. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-22, en el que el calentamiento comprende al menos uno de calentamiento por conducción, por convección, por inducción, magnético y por radiación.

24. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-23, en el que la velocidad de hilado es aproximadamente 10 a 200 metros por minuto.

25. El procedimiento según la reivindicación 24, en el que la velocidad de hilado es aproximadamente 80 a 100 metros por minuto.

26. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-25, en el que la composición de polímero comprende una composición de polipropileno.

27. El procedimiento según la reivindicación 26, en el que la composición de polipropileno tiene un caudal en estado fundido de aproximadamente 0,5 a 40 dg/min.

28. El procedimiento según la reivindicación 26, en el que la composición de polipropileno tiene una distribución amplia del peso molecular.

29. El procedimiento según la reivindicación 28, en el que la distribución del peso molecular de la composición de polipropileno es al menos aproximadamente 4,5.

30. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-29, en el que la composición de polímero incluye al menos un agente que hace descender la temperatura de fusión de la superficie de materiales polímeros.

31. El procedimiento según la reivindicación 30, en el que el al menos un agente que hace descender la temperatura de fusión de la superficie de materiales polímeros comprende al menos un carboxilato metálico.

32. El procedimiento según la reivindicación 31, en el que el al menos un carboxilato metálico comprende al menos un miembro seleccionado entre el grupo que consta de sales de níquel de los ácidos 2-etilhexanoico, caprílico, decanoico y dodecanoico, y 2-etilhexanoatos de Fe, Co, Ca y Ba.

33. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-32. en el que los filamentos fundidos son enfriados en una atmósfera oxidante para llevar a cabo la degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos una superficie de los filamentos fundidos y obtener filamentos que poseen una estructura de piel-núcleo, capaz de formar materiales no tejidos que poseen una resistencia en dirección transversal de al menos 12,5 N/5 cm para una tela de 24 g/m^{2} unida a velocidades de al menos 76 m/min.

34. Un aparato para hilar filamentos de polímero, que comprende:

al menos una hilera;

medios para alimentar una composición de polímero a través de dicha al menos una hilera, para extruir filamentos fundidos;

medios para calentar de modo sustancialmente uniforme la composición de polímero en un lugar en, o adyacente a, dicha al menos una hilera, para obtener así suficiente calentamiento de la composición de polímero para degradar parcialmente la composición de polímero en la proximidad de dicha al menos una hilera; y

medios para enfriar inmediatamente los filamentos fundidos de polímero extruído en una atmósfera oxidante, a medida que los filamentos fundidos salen de dicha al menos una hilera, medios para enfriar los cuales pueden comprender medios para llevar a cabo un enfriamiento radial con un flujo un gas de oxidación a una velocidad de flujo de 900-3.600 m/min, para llevar a cabo degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos una superficie de los filamentos fundidos,

en el que

(i) dichos medios de calentamiento comprenden al menos un elemento con aberturas colocado aguas arriba de dicha al menos una hilera, y/o

(ii) al menos se proporciona una hilera que se calienta de modo sustancialmente uniforme por resistencia directa o impedancia de tal hilera, y/o

(iii) los medios para alimentar el polímero a través de la hilera son capaces de obtener una velocidad de hilado de aproximadamente 10 a 200 metros por minuto.

35. Un aparato para hilar filamentos de polímero, que comprende:

al menos una hilera;

medios para alimentar una composición de polímero a través de dicha al menos una hilera para extruir filamentos fundidos;

medios para calentar la composición de polímero en un lugar situado en, o adyacente a, dicha al menos una hilera, para obtener suficiente calentamiento de la composición de polímero para obtener una estructura filamentosa de piel-núcleo por enfriamiento en una atmósfera oxidante; y

medios para enfriar los filamentos fundidos de polímero extruído en una atmósfera oxidante, a medida que los filamentos fundidos salen de dicha al menos una hilera, medios para enfriar los cuales pueden comprender medios para llevar a cabo un enfriamiento radial con un flujo de un gas de oxidación a una velocidad de flujo de 900-3.600 m/min, para llevar a cabo degradación de escisión de cadenas, por oxidación, de al menos una superficie de los filamentos fundidos y obtener filamentos que poseen una estructura de piel-núcleo.

en el que

36. El aparato según la reivindicación 35, que comprende medios para enfriar inmediatamente los filamentos fundidos a medida que salen de dicha hilera.

37. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 34 a 36, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar de modo sustancialmente uniforme dicha al menos una hilera a una temperatura de al menos aproximadamente 230ºC.

38. El aparato según la reivindicación 37, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar de modo sustancialmente uniforme dicha al menos una hilera, a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC.

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39. El aparato según la reivindicación 37, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar de modo sustancialmente uniforme dicha al menos una hilera, a una temperatura de aproximadamente 230ºC a 370ºC.

40. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 34 a 36, en el que dichos medios de calentamiento comprenden al menos una placa con aberturas calentada, colocada aguas arriba de dicha al menos una hilera.

41. El aparato según la reivindicación 40, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar dicha al menos una placa con aberturas calentada, a una temperatura de al menos aproximadamente 250ºC.

42. El aparato según la reivindicación 41, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar dicha al menos una placa con aberturas calentada, a una temperatura de aproximadamente 250ºC a 370ºC.

43. El aparato según la reivindicación 42, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar dicha al menos una placa con aberturas calentada, a una temperatura de aproximadamente 280ºC a 350ºC.

44. El aparato según la reivindicación 43, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar dicha al menos una placa con aberturas calentada, a una temperatura de aproximadamente 300ºC a 350ºC.

45. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 40 a 44, en el que dicha al menos una placa con aberturas calentada, se coloca aproximadamente 1 a 4 mm aguas arriba de dicha al menos una hilera.

46. El aparato según la reivindicación 45, en el que dicha al menos una placa con aberturas calentada, se coloca aproximadamente 2 a 3 mm aguas arriba de dicha al menos una hilera.

47. El aparato según la reivindicación 46, en el que dicha al menos una placa con aberturas calentada, se coloca aproximadamente 2,5 mm aguas arriba de dicha al menos una hilera.

48. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 40-47, en el que dicha al menos una placa con aberturas calentada y dicha al menos una hilera comprenden un número correspondiente de capilares y disposición.

49. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 40-48, en el que los capilares en dicha al menos una placa con aberturas calentada, comprenden una superficie en corte transversal que es hasta aproximadamente 30% mayor que una superficie en corte transversal de los capilares en dicha al menos una hilera.

50. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 34-49, en el que la al menos una hilera comprende 500 a 150.000 capilares, teniendo unos capilares avellanados, abocardados o abocardados y avellanados, incluyendo opcionalmente un entrante más bajo.

51. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 34-50, que incluye medios adicionales para calentar la composición de polímero a una temperatura de aproximadamente 200ºC a 300ºC antes de que la composición de polímero alcance dichos medios de calentamiento.

52. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 34-51, en el que dichos medios de calentamiento comprenden elementos para calentar mediante al menos uno de calentamiento por conducción, por convección, por inducción, magnético y por radiación.

53. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 34-52, en el que dichos medios para alimentar una composición de polímero a dicha al menos una hilera, son capaces de obtener una velocidad de hilado de aproximadamente 10 a 200 metros por minuto a través de dicha al menos una hilera.

54. El aparato según la reivindicación 53, en el que dichos medios para alimentar una composición de polímero a dicha al menos una hilera, son capaces de obtener una velocidad de hilado de aproximadamente 80 a 100 metros por minuto, a través de dicha al menos una hilera.