ES2234128T3

ES2234128T3 - Fibras de polimero humectables.

Info

Publication number: ES2234128T3
Application number: ES98931742T
Authority: ES
Inventors: Ebrahim Mor; Vasanthakumar Narayanan
Original assignee: Techmer PM LLC
Current assignee: Techmer PM LLC
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: KR20000068333A; EP0918812B1; DK0918812T3; EP0918812A1; EP0918812A4; DE69827910D1; JP2001505968A; JP2008150770A; KR100563744B1; US5969026A; WO1999000447A1; AU8178398A; JP4118346B2; DE69827910T2

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A FIBRAS O FILAMENTOS SUSCEPTIBLES DE SER MOJADOS QUE SON PREPARADOS A PARTIR DE UNA COMPOSICION QUE TIENE UN POLIMERO CON UN AGENTE HUMECTANTE INCORPORADO EN EL MISMO. DICHO POLIMERO SE SELECCIONA A PARTIR DEL GRUPO FORMADO POR POLIMEROS OLEFINICOS, POLIESTERES Y POLIAMIDAS. DICHO AGENTE HUMECTANTE CONSISTE ESENCIALMENTE EN UN GLICERIDO SELECCIONADO A PARTIR DE UN GRUPO FORMADO POR UN MONOGLICERIDO, UNA COMBINACION DE MONO-GLICERIDOS Y UN GLICERIDO MEZCLADO CON UN CONTENIDO DE MONO GLICERIDO DE AL MENOS UN 85 % EN PESO. LOS GRUPOS DEL ESTER DE ACIDO GRASO EN EL GLICERIDO TIENEN CADA UNO DESDE APROX. 22 A 24 ATOMOS DE CARBONO. DICHO POLIMERO OLEFINICO ES PREFERIBLEMENTE POLIPROPILENO, LLDPE, LDPE Y HDPE, CON MAYOR PREFERENCIA EL POLIPROPILENO. DICHA POLIAMIDA ES PREFERIBLEMENTE UN NAILON 6 Y UN NAILON 6,6. EL POLIESTER ES PREFERIBLEMENTE UN TERAFTALATO DE POLIETILENO Y UN TERAFTALATO DE POLIBUTILENO.

Description

Fibras de polímero humectables.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a fibras y filamentos humectables de polímeros sintéticos.

Antecedentes

Existen muchos polímeros de olefina que pueden fabricarse como fibras y filamentos. Esto incluye polietileno, polipropileno, polibuteno, polipenteno y etileno y propileno compolimerizados con otros monómeros olefínicos tales como olefinas superiores y dienos conjugados. Los polímeros de olefina se conocen por sus propiedades hidrófobas. Por tanto, la humectabilidad de tales polímeros, incluidos aquellos en forma fibrosa o filamentosa, se logra por medio de agentes humectantes proporcionados en, o sobre, las fibras o filamentos de polímero.

Tales fibras o filamentos son útiles en la producción de separadores de baterías (por ejemplo, el documento U.S. 3.847.676), pañales desechables (por ejemplo, el documento U.S. 4.073.852); materiales para escobillas (por ejemplo, U.S. 4.307.143); papeles (por ejemplo, documento U.S. 4.273.892) y adyuvantes de filtración (por ejemplo, el documento U.S. 4.274.971).

La patente de los EE.UU. número 4.189.420 describe, entre otras cosas, ciertos polímeros de etileno combinados con un polibuteno y un glicérido mixto que tiene al menos un grupo acilo de 2 a 6 átomos de carbono y al menos un grupo acilo que contiene de 8 a 22 átomos de carbono.

La patente de los EE.UU. número 3.048.266 describe, entre otras cosas, una película de poliolefina que contiene un agente antiniebla de un derivado de poli(óxido de etileno).

La patente de los EE.UU. número 3.048.263 describe, entre otras cosas, una película de poliolefina que contiene un agente antiniebla que comprende un monoglicérido de un ácido graso y opcionalmente un diglicérido de un ácido graso. Un ejemplo de monoglicérido descrito en ese documento es el monoestearato de glicerilo.

La patente de los EE.UU. número 2.462.331 describe, entre otras cosas, la incorporación de ésteres de alcohol polihidroxilado de sales metálicas de ácidos grasos monocarboxílicos saturados o insaturados.

La patente de los EE.UU. número 4.578.414 describe un polímero de olefina, preferiblemente un copolímero de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), que tiene combinado con él un agente humectante, que se utiliza en la formación de fibras y/o filamentos humectables. El agente humectante tiene al menos uno de los siguientes: (1) un alquilfenol alcoxilado junto con un mono, di y/o triglicérido mixtos, o (2) un éster de polioxialquileno de ácido graso, o (3) una combinación de (2) y cualquier parte de (1).

Aunque se sabe que casi cualquier polímero termoplástico puede extruirse como una hebra gruesa o monofilamento, muchos de éstos, tales como polietileno y algunos copolímeros de etileno, no se ha encontrado generalmente que sean adecuados para la preparación de fibras de denier fino o multifilamentos. Una fibra o filamento de denier fino se refiere a una hebra extruida de denier inferior a aproximadamente 15. También se reconoce que las condiciones mecánicas y térmicas experimentadas por un haz de filamentos, ya sea en el hilado de fibras cortadas o en hilos de multifilamentos, son muy diferentes a las del hilado de monofilamentos. El hecho de que un polímero sintético dado pueda extruirse como un monofilamento, no anuncia necesariamente su uso en mezclas extruidas de denier fino o de multifilamentos.

Las fibras sintéticas se producen como filamentos continuos mediante un proceso conocido como hilado por fusión. Los gránulos de plástico se alimentan a una tolva y se funden en una prensa extrusora de husillo único. El polímero fundido se filtra y luego se mide antes de forzarlo a través de una tobera para hilar que contiene miles de pequeños orificios. Las fibras se solidifican entonces utilizando aire y según se estiran las fibras por la acción de rodillos aumentando secuencialmente sus velocidades. Los filamentos estirados se enrollan entonces en las bobinas. Las bobinas se transforman en haces denominados cintas de filamentos continuos ("tows") y se cortan para dar fibras cortadas según los requisitos del fabricante.

Las fibras son los constituyentes principales de los materiales textiles tejidos y los materiales no tejidos. Los materiales no tejidos son unidades textiles poco convencionales que se obtienen mediante procesos distintos al tejido o tejido de punto. En los últimos años, ha habido un crecimiento espectacular del uso de materiales no tejidos en aplicaciones de higiene personal, pañales, incontinencia en adultos, médicas, de construcción, geotextiles y del automóvil. Los materiales no tejidos pueden prepararse tanto a partir de fibras naturales como sintéticas y una combinación de ambas. Normalmente, las fibras se obtienen o extruyen y se unen para dar láminas delgadas mediante calor o medios mecánicos o químicos. Los principales tipos de materiales no tejidos utilizados en el mercado incluyen los tipos no tejido hilado y soplado-fundido ("melt blown"). Los detalles de estos tipos de materiales y su fabricante se explicarán en los siguientes párrafos. Muy a menudo, se utiliza más de un tipo de material no tejido para preparar materiales laminados y estructuras compuestas. Los materiales no tejidos se unen adicionalmente a veces para proporcionarles una resistencia adecuada para otras operaciones.

En la fabricación de un material no tejido hilado, normalmente se alimentan pastillas de polímero a través de una tolva y se funden en la prensa extrusora de husillo único. Algunas máquinas tienen también capacidad para un alimentador lateral para alimentar aditivos, tales como pigmentos. El polímero fundido se mide y luego se fuerza a través de varios miles de orificios de una tobera para hilar, para formar finos filamentos continuos. Los filamentos se estiran y se enmarañan mediante la acción de un tubo venturi y se depositan sobre una cinta de recogida. Las fibras enmarañadas no unidas se hacen pasar entonces a través de dos rodillos de calandria calentados para la unión térmica de las fibras entre sí en los puntos de contacto. El material textil no tejido se enrolla después y se envía a aplicaciones de conversión en las que el material textil se convierte en los productos finales. Alternativamente o además, las fibras también se unen mediante punzonado y unión química. Los polímeros utilizados normalmente en la obtención de materiales no tejidos hilados son poliolefinas, tales como polietileno y polipropileno, poliamidas y poliésteres. El polipropileno es el utilizado más comúnmente con una velocidad de flujo del fundido en el intervalo entre 30 - 40. El polipropileno es fácil de procesar y rentable en comparación con otros polímeros. Los materiales no tejidos de polipropileno no tejido hilado se utilizan en pañales para bebés, compresas, productos de higiene femenina, materiales laminados, para la inconveniencia en adultos, prendas médicas, cubiertas para la agricultura, etc.

En la fabricación de material no tejido soplado-fundido, se alimentan pastillas de polímero a través de una tolva y se funden en la prensa extrusora de husillo único. Algunas máquinas tienen también capacidad de alimentación lateral adicional para aditivos, incluyendo pigmentos o mezclas madre de color. El polímero fundido se fuerza a través de orificios de hilera muy finos que se sitúan en vertical u horizontal. Las fibras se someten entonces a la acción de aire muy caliente, a velocidades muy altas, para alargar las fibras dando como resultados fibras de diámetro submicrométricos. Las fibras se unen entre sí en los puntos de contacto según se enfrían. Normalmente, no existe un proceso separado de unión. Los productos soplados-fundidos se utilizan normalmente en filtros, escobillas, separadores de baterías y materiales aislantes.

Uso de tensioactivos en fibras textiles

Se conoce el uso de tensioactivos en las fibras textiles. Por ejemplo, se han utilizado los tensioactivos como acabado de hilado para proporcionar cohesión entre las fibras sintéticas antes de estirarlas y texturizarlas. Esto también reduce la fricción entre los rodillos y las fibras, evitando la abrasión de los rodillos y la rotura de las fibras. Los tensioactivos también se añaden a los productos de fibras terminados para conferirles un acabado deseado, por ejemplo, hidrófilo, hidrófobo o impermeable al aceite. El tensioactivo podría ser catiónico (compuesto de amonio cuaternario), aniónico (fosfatos, sulfatos) o no iónico (ésteres, alcoholes, etoxilatos, etc.).

Sin embargo, su uso ha sido principalmente mediante tratamientos tópicos tales como pulverización, recubrimiento, impregnación con almohadilla ("padding"), etc. Se ha utilizado un enfoque similar de manera convencional en materiales textiles tejidos o tejidos de punto y no tejidos. Los tensioactivos también se han combinado con el plástico en la fase de fusión a concentraciones superiores que en el artículo final. Este material se enfrió entonces y se vendió en forma de gránulos conocidos como concentrados o mezclas madre de aditivos. El uso de una mezcla madre en el hilado de fibras, la fabricación de materiales no tejidos y otros procesos relacionados para modificar la superficie, depende de la aplicación final, la migración del material a la superficie, las características del polímero y el aditivo, el entorno del proceso y el coste. Los tensioactivos a base de siloxano o flúor tienen grupos funcionales hechos a la medida que podrían ser hidrófilos o hidrófobos. Los materiales de siloxano o flúor demuestran ser activos sobre la superficie. Sin embargo, se sabe que estos materiales son muy caros y sumamente migratorios y, por tanto, pueden filtrarse. La industria de los materiales no tejidos que abastece los mercados de la higiene y los pañales siempre ha andado en búsqueda de una formulación de aditivo rentable que sea duradera y con características de alta rehumectación.

Las aplicaciones de recubrimiento superficial tienen las siguientes desventajas: 1) el rendimiento es reducido y se requiere más espacio; 2) cuando está implicada la pulverización, la neblina de pulverización y los derrames son problemas medioambientales, 3) el recubrimiento normalmente no se une bien a la fibra y puede perderse parcialmente durante el almacenamiento o en posteriores operaciones o uso y 4) siempre existen algunos temas de control de calidad referentes a la uniformidad del recubrimiento.

Los avances recientes en esta área han sido incorporar los aditivos en estado fundido, en intentos de formar una formulación estable en estado fundido. El punto de fusión o el peso molecular del aditivo determina su procesabilidad durante su incorporación a polímeros y la procesabilidad en el estado de soplado o hilado. Cuanto menor sea el peso molecular, menos es la viscosidad y esto determina la cantidad de aditivo líquido que puede incorporarse. Deben tenerse en cuenta dos cosas durante la combinación en estado fundido y el uso del concentrado combinado en estado fundido para la fabricación de productos finales, que son las características de la migración y la incorporación: 1) la incorporación en el estado fundido depende de la solubilidad del aditivo en el polímero, el tipo, la química, polaridad, peso molecular, punto de fusión, etc., del aditivo y el polímero; y (2) la migración de los aditivos a la superficie depende de las características de difusión del aditivo en estado sólido, peso molecular, estructura, pureza, etc.

Siempre que los parámetros mencionados anteriormente se seleccionan cuidadosamente para una aplicación particular, se podrá conseguir el tipo correcto de modificación superficial e incorporación del aditivo. En las técnicas anteriores, se han proporcionado diversos tipos de aditivos y su mezclado con diferentes tipos de polímeros en fase fundida. El matiz sutil que falta es la identificación de una formulación rentable de los concentrados o mezclas madre y la manera para producirlos comercialmente. Tal como se mencionó previamente, existe un límite crítico en la cantidad de aditivo que puede incorporarse, que depende del tipo de aditivo, tipo de polímero y del tipo de equipo empleado para producir un concentrado comercialmente viable que pueda dirigirse al mercado de productos básicos.

Que se sepa, la técnica anterior ha utilizado una mezcla de mono, di o triglicéridos que está en forma de un líquido, que tiene tendencia a la "eflorescencia" o migrar a la superficie. Esto da como resultado que parte o la mayoría del tensioactivo se transfiera a otras superficies en contacto con el material hidrófilo. El tensioactivo también puede perderse durante el almacenamiento y tiene escasa estabilidad frente a la temperatura, patente de los EE.UU. número 4.578.414. Por tanto, existe la necesidad de agentes humectantes que resistan la migración y la transferencia, se incorporen fácilmente y sean comercialmente viables.

Sumario de la invención

En consecuencia, se proporcionan fibras o filamentos humectables preparados a partir de una composición que comprende un polímero que tiene incorporado en él un agente humectante, en los que dicho polímero se selecciona del grupo que consiste en polímeros de olefina, poliésteres y poliamidas, y en los que dicho agente humectante consiste esencialmente en un glicérido seleccionado del grupo que consiste en un monoglicérido, una combinación de monoglicéridos y un glicérido mixto que tiene un contenido de monoglicérido de al menos el 85 por ciento en peso. Estas limitaciones proporcionan un glicérido que es sólido a temperatura ambiente y tiene un punto de fusión definido, preferiblemente inferior al del polímero. En una realización, el glicérido es un monoglicérido que tiene la fórmula empírica:

H_{2}

\melm{\delm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{3} }}{C}{\uelm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{1} }}

---OR_{2}

en la que ---OR_{1},---OR_{2} y ---OR_{3} representan, independientemente, hidroxilo o un grupo éster de ácido graso, pero en la que sólo uno de ellos es un grupo éster de ácido graso que tiene desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 22 átomos de carbono. Preferiblemente, el grupo ---OR_{2} es un grupo hidroxilo. Más preferiblemente, el monoglicérido es monoestearato de glicerilo. También pueden utilizarse combinaciones de monoglicéridos.

En otra realización, el glicérido es un glicérido mixto, en el que el glicérido mixto es una combinación de al menos un monoglicérido y al menos otro monoglicérido seleccionado del grupo que consiste en diglicéridos y triglicéridos, en el que cada glicérido en la combinación tiene la fórmula empírica:

H_{2}

\melm{\delm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{6} }}{C}{\uelm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{4} }}

---OR_{5}

en la que ---OR_{4}, ---OR_{5} y ---OR_{6} representan, independientemente, un grupo hidroxilo o un grupo éster de ácido graso y un monoglicérido tiene sólo un grupo éster de ácido graso, un diglicérido tiene dos grupos éster de ácido graso y el triglicérido tiene tres grupos éster de ácido graso. Cada grupo éster de ácido graso es el mismo o diferente y tiene desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 22 átomos de carbono. De nuevo, el contenido de glicérido en el glicérido mixto es de al menos el 85% en peso.

El polímero de olefina es preferiblemente polipropileno, LLDPE, LDPE y HDPE, más preferiblemente polipropileno. La poliamida es preferiblemente un nylon y nylon 6,6. El poliéster es preferiblemente un poli(tereftalato de etileno) y poli(tereftalato de butileno).

El agente humectante está presente en una cantidad de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 20 por ciento en peso, preferiblemente de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 10 por ciento en peso.

Las fibras o filamentos humectables de la presente invención son útiles para formar parte, o comprender la parte mayoritaria, de productos finales tales como revestimientos internos de pañales, separadores de celdas de baterías, filtros, matriz de refuerzo de papel, membranas de separación, diafragmas permeables a la humedad y matriz de refuerzo de materiales de construcción. Las presentes fibras son también útiles como componente de combinación para otras fibras, mediante las cuales se encuentran que son ventajosas las propiedades termoplásticas, así como la humectabilidad, suavizado y lubricidad de las fibras. Las fibras o filamentos pueden estar en la forma de un material textil tejido, un material textil no tejido o tejido de punto. Las fibras o filamentos también pueden estar en la forma de una dispersión en un medio acuoso. Las fibras o filamentos pueden prepararse con un tamaño de denier fino.

También se proporciona un concentrado que tiene un polímero, por ejemplo, homopolímero de polipropileno (PP), que contiene un agente humectante. El concentrado se utiliza en la formación de fibras hidrófilas, lisas y materiales no tejidos con tacto "tipo textil" y alargamiento mejorados. Preferiblemente, el agente humectante utilizado en la presente invención es un monoestearato de glicérido (GMS) sólido con al menos un 85% de monoglicérido en peso. Este material tiene una característica de fusión definida y se encuentra que no se transfiere a otros sustratos en contacto con las fibras o filamentos en condiciones de almacenamiento (40-50ºC y 1 kg de presión) y en otros entornos. Los tipos de olefina utilizados incluyen copolímeros olefínicos y homopolímeros de LDPE, LLDPE, HDPE y PP.

Descripción detallada de los dibujos

La figura 1 es una curva de DSC de la formulación nº 1 (calentamiento).

La figura 2 representa curvas de FTIR para las formulaciones nº 1, nº 2 y nº 3.

La figura 3 es una curva de DSC de la formulación nº 1 (enfriamiento).

Descripción detallada de la invención

H_{2}

\melm{\delm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{3} }}{C}{\uelm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{1} }}

---OR_{2}

en la que ---OR_{1},---OR_{2} y ---OR_{3} representan, independientemente, hidroxilo o un grupo éster de ácido graso, pero en la que sólo uno de ellos es un grupo éster de ácido graso que tiene desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 22 átomos de carbono. Preferiblemente, el grupo ---OR_{2}, es un grupo hidroxilo. Más preferiblemente, el monoglicérido es monoestearato de glicerilo. También pueden utilizarse combinaciones de monoglicéridos.

H_{2}

\melm{\delm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{6} }}{C}{\uelm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{4} }}

---OR_{5}

en la que ---OR_{4}, ---OR_{5} y ---OR_{6} representan, independientemente, un grupo hidroxilo o un grupo éster de ácido graso y un monoglicérido tiene sólo un grupo éster de ácido graso, un diglicérido tiene dos grupos éster de ácido graso y el triglicérido tiene tres grupos éster de ácido graso. Cada grupo éster de ácido graso es el mismo o diferente y tiene desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 22 átomos de carbono. De nuevo, el contenido de glicérido en el glicérido mixto es de al menos el 85% en peso. La limitación de al menos el 85% puede conseguirse combinando glicéridos que tienen diferentes purezas con respecto a un monoglicérido dado.

Polímeros de olefina

Los materiales poliméricos orgánicos habituales contemplados incluyen polímeros y copolímeros orgánicos sintéticos, incluyendo especialmente polietileno, polipropileno, poli(1-buteno), poli(4-metil-1-penteno), copolímeros de etileno-propileno, copolímeros de etileno-1-buteno y copolímeros de etileno-1-hexeno, y homopolímeros y copolímeros de monómeros de dienos conjugados, copolímeros de dos o más dienos conjugados y copolímeros de un dieno conjugado y otro monómero vinílico, en los que los dienos conjugados son preferiblemente los que contienen desde 4 hasta 8 átomos de carbono, por ejemplo, butadieno, isopreno y similares.

Poliamidas

También pueden utilizarse poliamidas. Las poliamidas pueden ser \alpha-poliamidas, \alpha,\omega-poliamidas y mezclas y/o copolímeros de éstas. Un ejemplo de una \alpha-poliamida es la policaprolactama (nylon 6) y un ejemplo de una \alpha,\omega-poliamida es la polihexametilenadipamida (nylon 6:6). Véase el documento U.S. 4.906.687, concedido a Modic, que se incorpora como referencia al presente documento. Los polímeros preferidos incluyen polímeros de hidrocarburo orgánicos tales como polietileno, polipropileno, poli(4-metil-1-penteno) y poliestireno.

Poliéster

Otro grupo útil de poliésteres son los poliésteres termoplásticos que tienen una estructura formada por la policondensación de un ácido dicarboxílico con un glicol. Estos poliésteres pueden prepararse según métodos bien conocidos en la técnica, tales como esterificación directa o la reacción de intercambio de éster de un ácido dicarboxílico, o los derivados de éster de alquilo inferior, haluro de ácido o anhídrido del mismo, con un glicol.

Entre los ácidos dicarboxílicos adecuados para preparar poliésteres útiles en la presente invención están los que tienen desde 2 hasta aproximadamente 25 átomos de carbono inclusive, preferiblemente hasta 15 átomos de carbono inclusive. Los ácidos dicarboxílicos pueden ser alifáticos que contienen grupos hidrocarbonados tales como alquileno, alquilideno, cicloalquileno y cicloalquilideno. Los grupos hidrocarbonados pueden contener insaturación, como en enlaces múltiples carbono-carbono, y pueden estar sustituidos tal como una molécula aralifática que contiene un sustituyente arilo en una molécula que si no es alifática. Ejemplos de ácidos dicarboxílicos alifáticos adecuados son ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido subérico, ácido azelaico y ácido sebácico. Los ácidos dicarboxílicos también pueden ser aromáticos que tienen al menos un anillo aromático, preferiblemente hasta dos anillos aromáticos, y los anillos aromáticos pueden contener sustituyentes hidrocarbonados. Cuando el ácido dicarboxílico aromático contiene más de un anillo aromático, los anillos puede estar conectados por enlaces carbono-carbono, por grupos puente hidrocarbonados, tales como grupos alquileno o alquilideno, o por otros grupos puente tales como oxo, tio y sulfona. Ejemplos de ácidos dicarboxílicos aromáticos adecuados son ácido tereftálico, ácido isoftálico, ácido ortoftálico, ácido 1,5-naftalenodicarboxílico, ácido 2,5-naftalenodicarboxílico, ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2,7-naftalenodicarboxílico, ácido 4,4'-bifenilodicarboxílico, 4,4'-dicarboxidifenilsulfona, 4,4'-dicarboxidifenilmetano, 4,4'-dicarboxidifenilpropano y 4,4'-dicarboxidifeniloctano. También son adecuados para su uso en la invención los ácidos dicarboxílicos que tienen tanto un resto de ácido dicarboxílico alifático como un resto de ácido dicarboxílico aromático, en los que los restos de ácido están conectados por enlaces carbono-carbono, por grupos puente hidrocarbonados, tales como grupos alquileno o alquilideno, o por otros grupos puente tales como un grupo oxo. Ejemplos de tales ácidos dicarboxílicos adecuados son ácido 4-carboxifenilacético, ácido 4-carboxifenoxiacético, ácido 4-carboxifenoxipropiónico, ácido 4-carboxifenoxibutírico, ácido 4-carboxifenoxivalérico, ácido 4-carboxifenoxihexanoico y ácidos \beta-(2-alquil-4-carboxifenoxi)propiónico. También pueden emplearse mezclas de ácidos dicarboxílicos. Se refiere particularmente el ácido
tereftálico.

Los glicoles adecuados para preparar los poliésteres útiles en la presente invención incluyen alcoholes polihidroxilados de 2 a aproximadamente 12 átomos de carbono, preferiblemente alcoholes dihidroxilados (dioles) tales como alquilenglicoles y glicoles aromáticos y dihidroxiéteres. Ejemplos de alquilenglicoles adecuados incluyen etilenglicol, 1,3-propilenglicol, 1,4-butilenglicol, 1,6-hexilenglicol, 2-metil-1,3-propanodiol, 1,10-decametilenglicol y 1,12-dodecametilenglicol. Otros alquilenglicoles adecuados son dioles alicíclicos tales como 1,4-ciclohexanodimetanol. Los glicoles aromáticos pueden estar sustituidos en su totalidad o en parte. Los glicoles aromáticos adecuados incluyen dihidroxicompuestos aromáticos tales como p-xililenglicol, pirocatecol, resorcinol, hidroquinona y derivados alquilsustituidos de estos compuestos. Los dihidroxiéteres adecuados incluyen dietilenglicol y trietilenglicol. Los glicoles preferidos son los alquilenglicoles de cadena lineal, más preferidos son los alquilenglicoles de cadena lineal que tienen de 2 a 4 átomos de carbono.

Un grupo preferido de estos poliésteres son los poli(acrilatos de alquileno), en particular los poli(tereftalatos de alquileno) tales como los copolímeros cristalinos poli(tereftalato de etileno), poli(tereftalato de propileno) y poli(tereftalato de butileno).

Los poli(tereftalatos de alquileno), un alquilenglicol, pueden formarse mediante la policondensación de un alquilenglicol y tereftalato de dimetilo o ácido tereftálico. Cuando se utilizan alquilenglicoles de cadena lineal, los poli(tereftalatos de alquileno) tienen la fórmula generalizada:

(-C(O)-Ph-C(O)-O(-(CH_{2})_{m}-O-))_{n}

en la que Ph es un grupo p-fenileno (-C_{6}H_{4}-), m es el número de átomos de carbono en el alquilenglicol de cadena lineal utilizado y n varía desde 70 hasta 280. Por ejemplo, se utiliza etilenglicol (m = 2) en la formación de poli(tereftalato de etileno); se utiliza 1,3-propilenglicol (m = 3) en la formación de poli(tereftalato de propileno) y se utiliza 1,4-butilenglicol (m = 4) en la formación de poli(tereftalato de butileno). El peso molecular de estos poli(tereftalatos de alquileno) normalmente varía desde aproximadamente 20.000 hasta aproximadamente 50.000. Un procedimiento adecuado para la fabricación de estos polímeros se describe en el documento U.S. 2.465.319 y la patente británica número 1.305.130, que se incorporan como referencia al presente documento.

Poli(tereftalato de etileno) y poli(tereftalato de butileno) disponibles comercialmente están disponibles de General Electric (GE) bajo el nombre comercial VALOX®, un poliéster termoplástico. Otros polímeros comerciales incluyen CELANEX® de Celanese, TENITE® de Eastman Kodak y VITUF® (PBT) y CLEARTUF® (PET) de Goodyear Chemical. Otro poliéster adecuado y disponible comercialmente es ARDEL®, un poliacrilato disponible de Amoco. Véase el documento U.S. 4.906.687 para las fórmulas de los mismos.

Desde hace varios años, hay disponibles comercialmente poliésteres lineales y ramificados y copoliésteres de glicoles y ácido tereftálico o isoftálico y se han descrito en los documentos U.S. 2.465.319 y 3.047.539.

La presente invención comprende el uso de una composición de un polímero, por ejemplo, una resina de poliolefina, y aditivos para formar fibras y filamentos humectables, especialmente los de denier fino, con alta permanencia de la humectabilidad. Las poliolefinas puras son materiales hidrófobos y las estructuras fibrosas formadas a partir de resinas de poliolefina no se humedecen rápidamente con agua. En ciertas aplicaciones, tales como las que suponen la dispersión de fibras en un medio acuoso y el transporte en o de un medio acuoso a través de una unidad de estructuras fibrosas, esta naturaleza hidrófoba reduce el rendimiento de las fibras de poliolefina. Conferir una humectabilidad de la superficie de uso variable o duradera a las estructuras fibrosas de poliolefina mejorará y ampliará su uso como estructuras para filtración, membranas de transporte y matrices de refuerzo.

Las formulaciones de polímero de la presente invención contienen preferiblemente una cantidad del agente tensioactivo (humectante) en el intervalo de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 20 por ciento en peso, ya sea sólo uno de los agentes o una combinación de tales agentes; más preferiblemente, se utiliza una cantidad en el intervalo de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 10 por ciento en peso.

El mezclado de los agentes tensioactivos en el polímero se realiza mezclándolo con el polímero fundido mediante técnicas utilizadas comúnmente como molienda con rodillos, mezclado en una mezcladora de tipo Banbury o mezclado en un cilindro de una prensa extrusora y similares. La historia térmica (tiempo en el que se mantiene a temperatura elevada) puede acortarse mezclando el agente tensioactivo con partículas de polímero no calentadas de modo que se obtenga una distribución sustancialmente uniforme del agente en la masa de polímero, reduciéndose así la cantidad de tiempo necesaria para el mezclado intensivo a temperaturas de estado fundido.

De manera conveniente, el agente tensioactivo también puede añadirse de manera sustancialmente simultánea o secuencial con cualquier otro aditivo (colorantes, tintes y similares) que pueden desearse en ciertos casos. Los agentes tensioactivos también pueden combinarse previamente con otros aditivos y la combinación se añade al polímero. Se contempla que, en algunos casos, estos agentes tensioactivos deben tener el beneficio adicional de ayudar a los demás aditivos a dispersarse o disolverse más fácil o uniformemente en el polímero. Para un control de calidad de lote en lote más sencillo, puede preferirse emplear mezclas madre concentradas de combinaciones de polímero / agente que se combinan posteriormente, como porciones, a cantidades adicionales de polímero para obtener la formulación deseada final. La mezcla madre, o los aditivos puros, puede inyectarse en polímero recién preparado mientras que el polímero está todavía fundido y después deja el recipiente o tren de polimerización, y se combina con él antes de que se enfríe el polímero fundido para dar un sólido o se lleva a tratamiento adicional. Está dentro del ámbito de la presente invención emplear combinaciones o aleaciones de polímeros de olefina, ya sean de polipropileno, LDPE, LLDPE, HDPE mencionados anteriormente u otros polímeros o copolímeros de olefina preparados utilizando un iniciador de radicales libres o un catalizador de coordinación. El polipropileno es un ejemplo de un polímero de olefina preparado utilizando un catalizador de coordinación (por ejemplo, los catalizadores bien conocidos de Ziegler o Natta o variaciones de los mismos) que todavía muestra intrínsecamente una baja densidad en comparación con el polietileno.

El uso de fibras de poliolefina es un área creciente en las industrias textil y relacionadas. Se están reconociendo las ventajas del material como consideraciones económicas que conducen a la sustitución de fibras naturales y sintéticas más caras. Un área en la que las fibras de poliolefina están haciendo avances es el mercado de los pañales desechables. Los pañales desechables utilizan actualmente una banda fibrosa, no tejida, como el revestimiento interno en contacto con la piel. Este revestimiento interno debe unirse al refuerzo para mantener el pañal junto, transportar los fluidos lejos de la piel mediante un mecanismo de drenaje y proporciona una superficie confortable de contacto con la piel. Los materiales de elección para los revestimientos internos son actualmente poliéster y celulosa, adquiriendo el polipropileno una cuota de mercado creciente. Los revestimientos internos se componen de fibras muy finas, interconectadas de longitudes variables. Los revestimientos internos de poliéster se humedecen bastante rápidamente y drenan de manera eficaz pero las bandas de poliéster tienen un tacto áspero. El poliéster tratado con el agente humectante según la presente invención proporciona un tacto más suave. La celulosa se humedece pero también absorbe y retiene agua. El polipropileno proporciona una banda mucho más suave que el poliéster pero se humedece escasamente, por tanto, requiere un agente tensioactivo añadido. Esto limita la velocidad y eficacia del transporte de fluidos debido a la dificultad para forzar el fluido en la matriz capilar de los revestimientos internos.

Las fibras de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) muestran propiedades táctiles mejoradas tales como la suavidad en comparación con el polipropileno y el polietileno de alta densidad. El mezclado en estado fundido de resinas bajas lineales con una combinación de agentes tensioactivos y el hilado por fusión de la mezcla produce fibras humectables con propiedades táctiles superiores a las de las fibras de resinas de polietileno lineal de baja densidad desnudo (puro). Las bandas de las fibras humectables de polietileno lineal de baja densidad muestran una rápida humectación y transporte de los medios acuosos a través de la matriz de fibras. Estas estructuras fibrosas demuestran un buen potencial de funcionamiento y ofrecen un medio para la apertura de nuevos mercados de polímeros de olefina. La humectabilidad es un fenómeno superficial que supone la minimización de las energías de la superficie interfacial entre fases sólidas y líquidas adyacentes. En el caso de agua y poliolefinas, la humectabilidad normalmente requiere alterar la superficie del polímero. Esto puede conseguirse mediante una composición de copolímero o mediante la acción de tensioactivos auxiliares. Los copolímeros a menudo le restan valor a las propiedades del material de poliolefina, añaden gastos y hacen el procesado más difícil. Los agentes tensioactivos son generalmente especies móviles que se agregan como una capa de compatibilización interfacial sobre la superficie del polímero. La movilidad de la capa superficial la hace susceptible de solvatación y dispersión mecánica. En otros casos, cuando los agentes tensioactivos poseen una fuerte afinidad por el sustrato de poliolefina, las propiedades de las fibras puede deteriorarse debido a plastificación y/o reorganizaciones estructurales perjudiciales. Los tensioactivos generalmente requieren una etapa de procedimiento adicional para su aplicación o activación y, en la técnica anterior, a menudo se añaden tras formar el producto fibroso o textil.

La presente invención incluye realizaciones de una especie tensioactiva, combinada directamente con la resina, en contraposición a los agentes añadidos posteriormente. La resina combinada se fabrica mediante procesos convencionales y la propiedad de humectación está presente en el producto tal como se fabrica. La resina en la presente invención se procesa fácilmente y no muestra un cambio perjudicial de las propiedades. Puede obtenerse una amplia gama de características de humectación tales como el grado y la permanencia de la humectación variando las concentraciones y la composición del aditivo. La resistencia a la solvatación y la dispersión mecánica se controlan proporcionando al menos una especie tensioactiva que permanece parcialmente incluida en la matriz del sustrato, mientras participa simultáneamente en la zona interfacial.

La invención se diferencia de la técnica anterior incorporando agentes tensioactivos directamente en la masa de resina de polímero en vez de introducir un copolímero o aplicar un tratamiento superficial a las estructuras fibrosas fabricadas. Los agentes tensioactivos se enmarañan con el polímero, estando expuesta la parte hidrófila a las superficies de fibras fabricadas y permaneciendo la parte hidrófoba de los agentes tensioactivos parcialmente incluida en la matriz del polímero. La permanencia de la humectación puede controlarse a través de la composición y la concentración del aditivo.

Las combinaciones preferidas de la presente invención comprenden aproximadamente del 80% a aproximadamente el 90% del polímero de olefina, siendo el resto el agente humectante (o una mezcla de agentes humectantes tal como se describe en esta descripción), excluyendo cualquier consideración del peso de otros aditivos (por ejemplo, pigmentos, colorantes, cargas, etc.) que pueda comprender una parte de la composición final total. Los siguientes ejemplos ilustran realizaciones particulares de la presente invención, pero la invención no está limitada a las realizaciones particulares mostradas.

Las composiciones plásticas novedosas que realizan la presente invención se preparan mediante varios métodos. Las composiciones plásticas novedosas pueden combinarse según una cualquiera de las diversas técnicas conocidas tales como la adición directa de todos los componentes, obtención de mezclas madre en las que cualquier mezcla madre individual contiene e agente humectante en una proporción mayor con respecto a la composición final o cualquier otro procedimiento de combinación.

La obtención de mezclas madre supone la preparación de uno o más "paquetes" o composiciones que se combinan posteriormente en una única mezcla homogénea con el material de polímero orgánico. En el procedimiento de obtención de mezclas madre, el agente humectante está presente inicialmente a una concentración superior que en la composición final. La composición de mezcla madre separada se combina o mezcla entonces, en proporciones apropiadas, para producir una composición polimérica que realiza la presente invención. Esta técnica de obtención de mezclas madre es un método preferido porque debe mejorar las dispersabilidad del agente humectante en toda la composición polimérica final y, en última instancia, fibras y filamentos.

Otro método preferido consiste esencialmente en calentar el polímero a una temperatura inferior a su temperatura de descomposición, incorporar los componentes iniciales de los agentes humectantes y mezclar de modo que se obtenga una composición plástica sustancialmente uniforme. La composición puede entonces procesarse hasta la forma de fibras y filamentos. Como alternativa, la composición plástica puede extruirse y enfriarse para formar una mezcla extruida sólida. Puede utilizarse equipo de procesamiento de plástico convencional para fundir el polímero, mezclar el polímero con el agente humectante y extruir la composición plástica resultante. Las condiciones de procesamiento, tales como temperatura, tiempo y presión, serán evidentes para el experto en la técnica.

Las composiciones poliméricas novedosas de la presente invención también pueden contener aditivos no reactivos. Mediante el término "aditivos no reactivos" se quiere decir un aditivo de modificación, carga o refuerzo utilizados comúnmente en la formulación de composiciones poliméricas que no interfieren materialmente en las propiedades del agente humectante en la composición. Por ejemplo, las composiciones de la invención pueden contener, además del agente humectante y el polímero, aditivos tales como tintes, pigmentos y cargas de material particulado. En particular, se contempla el uso de tales cargas de material particulado como dióxido de titanio, carbonato de calcio, talco, arcillas, vidrio y mica.

También pueden utilizarse antioxidantes y estabilizantes en las composiciones poliméricas que realizan la presente invención. En algunos casos, puede ser necesario añadir un antioxidante o estabilizante para permitir el procesamiento a alta temperatura, aun cuando tal aditivo puede tener algunos efectos adversos sobre la humectabilidad de la composición polimérica.

El antioxidante preferido para este fin es tetrakis[metilen(3,5-di-terc-butil-4-hidroxi-hidrocinamato)]-metano. Esta composición se vende como IRGANOX 1010 por Ciba-Geigy y se describe en las patentes de los EE.UU. números 3.285.855 y 3.644.482, que se incorporan como referencia al presente documento. Otros antioxidantes adecuados se describen en la patente de los EE.UU. número 3.867.324, que se incorpora como referencia al presente documento. El (los) antioxidante(s) se utiliza(n) en una cantidad total de aproximadamente el 0,001 a aproximadamente el 0,05 por ciento en peso de la composición plástica.

Esta invención es el resultado de la aplicación cuidadosa de los conocimientos en el área de la química de los tensioactivos y la ingeniería de aplicaciones. La técnica anterior incluye el uso de tensioactivos que pueden combinarse en estado fundido, en la formación de fibras o materiales no tejidos hidrófilos. Sin embargo, la eficacia de estos tensioactivos está gravemente limitada debido a una escasa procesabilidad, problemas de humectabilidad, migración, toxicidad, irritabilidad cutánea, problemas de manipulación, etc. El glicérido con alto contenido de monoglicérido es el más eficaz en cuanto a la humectabilidad debido al mayor número de grupos hidroxilo, en comparación con productos similares con menor contenido de monoglicérido. Este matiz sutil le falta a la técnica anterior, lo que conduce a los inventores a estudiar propiedades de humectación muy retrasadas. Los grupos hidroxilo son electroatractores mucho mejores que los grupos éster.

El monoestearato de glicerilo (GMS) utilizado en la presente invención es una forma sólida con un punto de fusión entre 65 - 75ºC. Esto ayuda mucho durante el procesamiento, especialmente en las preparaciones de mezcla madre y el hilado de fibras o fabricación de material no tejido. Los aditivos líquidos son difíciles de procesar debido a que cambian drásticamente la viscosidad del polímero y reducen la temperatura del polímero en la inyección durante el procesamiento. Esto conduce a "puntos fríos" a menos que el líquido se caliente, lo que conduce a la descomposición de los aditivos y al desperdicio de energía térmica. La incorporación de un aditivo sólido en la invención, monoestearato de glicerilo (GMS) es más sencillo y produce una combinación más uniforme que el líquido.

En la técnica anterior sobre fibras, la mezcla de glicéridos se ha utilizado sólo junto con otros aditivos para mejorar la propiedad de humectación. Sin embargo, en la presente invención el aditivo se ha utilizado por sí mismo y se consiguen una migración controlada y la propiedad de humectación deseada en un plazo de 72 horas, y esto depende de la cantidad de aditivo, orientación y cristalización de las fibras.

Los aditivos líquidos no muestran ninguna transición de fase y, por tanto, permanecen en el mismo estado durante la alimentación, extrusión y enfriamiento. Los aditivos se separarán en fases durante el enfriamiento y migrarán a la superficie de los productos terminados. La migración depende de la difusividad de los aditivos que, a su vez, depende de la estructura química, peso molecular de los aditivos, etc. Los tensioactivos aditivos contienen dos partes: la parte hidrófoba de cadena alquílica que es miscible con las poliolefinas y el grupo hidrófilo polar que es completamente inmiscible con el polímero. De nuevo, la humectabilidad está determinada por la presencia del número de grupos hidroxilo y carbonilo presentes en la superficie del polímero. El aditivo en la presente invención es sólido y tiene características de fusión y cristalización bien definidas. Esto significa que con el enfriamiento, el aditivo recristalizará y formará un sólido que podría ser una unidad cristalina independiente o podría cristalizar conjuntamente con el polipropileno. Esto se vuelve interesante porque tanto la masa como la superficie pueden modificarse dependiendo del mecanismo. Se cree que parte del motivo por el que se observa una mejora en la no transferibilidad a otras superficies en contacto se debe a una capa fina de GMS sólido que se deposita sobre la superficie del polímero. El GMS parece estar formando su propia estructura cristalina y no cristaliza conjuntamente con el polipropileno y este efecto se muestra en la figura 3. En términos generales, los aditivos que no son parte del polímero residen en las regiones amorfas desordenadas del polímero. Durante la cristalización e incluso bastante después de que se fabriquen las fibras en el caso del polipropileno (PP), el GMS sólido se excluye de la región cristalina de PP, generalmente el núcleo central de la fibra. En consecuencia, se cree que la parte hidrófoba del glicérido se enmaraña con el PP en la región amorfa de la fibra con la parte hidrófila del glicérido expuesta a la superficie de la fibra. En este punto, influye mucho si se tienen predominantemente grupos hidroxilo o grupos carbonilo en la superficie. Un glicérido con un contenido alto de monoéster funcionará mucho mejor que uno con un contenido inferior de monoéster, puesto que el contenido de hidroxilo es superior. Los tensioactivos líquidos normalmente se eliminan o se quitan y realmente no importa si el tensioactivo se recubre sobre la superficie o se combina en estado fundido. La incorporación de un tensioactivo solidificado en el plástico según la presente invención proporciona dos fases homogéneas en una configuración
estable.

Ejemplos Formulaciones Formulación nº 1

El agente humectante sólido (nombre comercial Eastman 18-06K, monoglicérido destilado que es al menos un 90% en peso de monoestearato de glicerilo (GMS) de Eastman Chemical Company) puede utilizarse en un nivel de concentración de desde el 1 hasta el 60 por ciento en peso en las poliolefinas. El concentrado o mezcla madre ideal es el que contenga la carga máxima del agente humectante. En esta formulación, se utilizó una concentración de agente humectante en polipropileno (velocidad de flujo del fundido - 12; Montel 6301 disponible de Montel U.S.A.) al 30 por ciento en peso. En consecuencia, puede utilizarse cualquier otro aditivo o pigmento en la formulación. Este concentrado se diluyó en fibras de polipropileno para dar un nivel final del 1,0%, 3% y 5% de agente humectante en peso. Las concentraciones superiores son poco económicas y pueden plantear problemas de procesamiento tales como deslizamiento del husillo durante el hilado.

Formulación nº 2

Se utilizó un agente humectante líquido (nombre comercial ATMER 685 de ICI Surfactants; un glicérido mixto con un aducto de ácido graso C_{12} - C_{16}, véase el documento U.S. 4.578.414) al 30 por ciento en peso en polipropileno (velocidad de flujo del fundido - 12; Montel 6301). El concentrado se utilizó para fabricar fibras que contenían un nivel final del 5% en peso de agente humectante.

Formulación nº 3

Se utilizó una combinación de tensioactivos líquidos (etoxilato de nonilfenol con 30 moles de etoxilación a un 20% en peso con ATMER 685 al 10% en peso) al 30 por ciento en peso en polipropileno (MFR - 12; Montel 6301; MFR representa la velocidad de flujo del fundido). El concentrado se utilizó para fabricar niveles finales del 5% de aditivo en fibras.

Las formulaciones nº 4 y nº 5 utilizadas en ensayos de hilado por fusión se alteraron ligeramente con respecto al (a los) polipropileno(s) utilizado(s) para albergar resinas de alto flujo del fundido. Se prepararon dos formulaciones diferentes para los ensayos de soplado-fundido.

Formulación nº 4

Esta formulación contiene Myverol, aditivo de GMS sólido al 10% en peso, un homopolímero de propileno de MFR 35 (resina de homopolímero de propileno de Amoco de categoría 7956) al 20% y un polipropileno de MFR 1000 (Escorene® PP3456G) al 70%. Este concentrado se diluyó al 20% en peso para obtener un nivel final de GMS al 2% en los materiales no tejidos de polipropileno soplados-fundidos.

Formulación nº 5

Esta contiene un aditivo líquido (nombre comercial ATMER 688 disponible de ICI America, Inc.) al 20% en peso, un homopolímero de propileno de MFR 35 (resina de homopolímero de propileno de Amoco de categoría 7956 disponible de Amoco Chemical Company) al 20% en peso y un polipropileno de MFR 1000 (Escorene® PP3456G, polipropileno disponible de Exxon) al 60% en peso. Este concentrado se diluyó al 15% en peso para obtener un nivel final de GMS al 3% en los materiales no tejidos de polipropileno soplados-fundidos.

Formulación nº 6

La formulación nº 6 era la misma que la formulación nº 1, excepto en la cantidad de agente humectante, Eastman 18-06K disponible de Eastman Chemical Company; un monoglicérido destilado que tiene al menos un 90% en peso de monoglicérido, específicamente monoestearato de glicerilo. La formulación contenía un 25% en peso del agente humectante.

Procedimientos

Se utilizó una prensa extrusora de doble husillo que giran conjuntamente a escala de laboratorio, fabricada por Leistriz Corporation, Numberg, Alemania (husillos de 34 mm de diámetro, que tienen una L/D de 32:1 y ocho zonas) para preparar las formulaciones nº 1 a nº 6. La temperatura de la hilera se mantuvo en 175ºC y se apagaron los elementos calefactores para las dos primeras zonas de la prensa extrusora, para evitar la acumulación del aditivo de humectación de bajo punto de fusión en el orificio de alimentación de la prensa extrusora. Las seis (6) zonas restantes se mantuvieron a 165ºC (zona 3), 165ºC (zona 4), 170ºC (zona 4), 160ºC (zona 5) y 150ºC (zona 6). La velocidad del husillo se fijó entre 150 - 200 rpm. El agente de humectación sólido se mezcló previamente con polipropileno y se agitó mecánicamente para proporcionar una mezcla uniforme. Entonces, se alimentó esta mezcla directamente a la tolva, evitando así la inyección de líquido en la presente invención. La temperatura se eligió de manera que no se degradara ni el agente humectante ni el polímero. Utilizando un tensioactivo sólido, el procesamiento fue más sencillo y las tasas de producción fueron superiores en comparación con los tensioactivos líquidos. Esto es debido al hecho de que está disponible más tiempo dentro del cilindro de la prensa extrusora para la incorporación del agente humectante en el polímero. Por tanto, las formulaciones nº 1 y nº 4 se prepararon mediante la combinación en seco, en primer lugar, del agente humectante con polipropileno, antes de alimentarse a la prensa extrusora.

Sin embargo, la preparación de las formulaciones nº 2, nº 3 y nº 5 supuso la inyección del agente humectante líquido y combinaciones de agentes humectantes líquidos en la prensa extrusora en puntos en los que el polímero estaba fundido. Existen cuatro orificios para la entrada del aditivo líquido en la prensa extrusora. Se utilizó el primer orificio de entrada en la zona 3 para permitir más tiempo para la incorporación del agente humectante que se requería para la preparación de las formulaciones nº 2, nº 3 y nº 5. La bomba de inyección de líquido estaba dotada con un dispositivo de desplazamiento positivo también conocido como bomba de engranajes, un control para regular la velocidad de los engranajes y, por tanto, la cantidad de líquido por tiempo unitario, un monitor de la temperatura y regulador del líquido y un manguito aislado que conecta el depósito que contiene el aditivo líquido (es decir, el agente humectante líquido) con el orificio de la prensa extrusora. Dependiendo de la estabilidad a la temperatura y la viscosidad del aditivo líquido, la tasa de producción final se escogió para obtener una combinación óptima del aditivo líquido y el polímero.

Se probaron los concentrados preparados de esta manera para determinar el contenido de aditivo utilizando calorimetría diferencial de barrido (DSC) y FTIR (espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier), para determinar el nivel de aditivo en los concentrados. Se utilizó un calorímetro DSC 25 de Mettler junto con un controlador de temperatura TA 4000 para el análisis. Los estudios de calentamiento se realizaron programando la DSC para calentar desde 30ºC hasta 200ºC a una velocidad de 10ºC/min. Los estudios de enfriamiento se realizaron enfriando bruscamente las muestras desde 200ºC hasta 30ºC a una velocidad de 10ºC/min. La curva de calentamiento de DSC para la formulación nº 1 se muestra en la figura 1, que muestra que el agente humectante se funde antes que el polímero. Se realizó una determinación cuantitativa dividiendo la energía requerida para fundir el agente humectante, en julios por gramo, entre la energía total requerida para fundir el concentrado (en julios por gramo de polipropileno + el aditivo). Para la formulación nº 1, se encontró que esto era de aproximadamente el 40%, lo que indica que hubo una pérdida mínima o no hubo pérdida del agente humectante durante la combinación por extrusión. Sin embargo, la determinación cuantitativa de los aditivos líquidos no puede realizarse mediante DSC y, por tanto, requiere el uso de otras técnicas tales como FTIR o medición de la densidad. La determinación cuantitativa del agente humectante utilizando FTIR se muestra en la figura 2. Se utilizó un FTIR de Nicolet modelo 5DXC para el estudio. Se utilizo el modo de absorbancia para la determinación cuantitativa de los aditivos. La presencia de grupos -OH puede observarse a una longitud de onda de aproximadamente 3400 cm^{-1} y los grupos -C=O a 1740 cm^{-1}. Cuando se normalizó con respecto al pico de polipropileno, que no se altera significativamente por el procesado (a aproximadamente 2700 cm^{-1}), se encontró que el agente humectante en la formulación nº 1 tenía caso 4 veces más grupos -OH en comparación con los aditivos en la formulaciones nº 2 y nº 3. En algunas situaciones, pueden utilizarse conjuntamente la DSC y FTIR para determinar el nivel del aditivo en una formulación. La ausencia completa de di y triglicéridos en la formulación nº 1 es muy evidente a partir de las curvas de FTIR (aproximadamente a 1600 y 1500 cm^{-1} en las formulaciones nº 2 y nº 3). Los resultados de la determinación cuantitativa de los aditivos se muestran en la figura 3.

Migración y transferibilidad

Los concentrados se prensaron para dar películas delgadas (aproximadamente de 3 mil (milésima de pulgada) de espesor) utilizando una prensa Carver y se sometieron a barrido utilizando la FTIR para cuantificar la presencia de grupos -OH. La temperatura de la prensa se mantuvo en 200ºC y se aplicó una presión constante de 4.000 psi durante 1 minuto. Entonces, se enfrió el material prensado bajo la misma presión durante aproximadamente el mismo tiempo. El área de pico de los grupos -OH se dividió entre el área de pico de la resina de polipropileno para normalizar cualquier variación en espesor de las películas. Se obtuvo una película compacta, menos aceitosa con la formulación nº 1. Las películas se limpiaron luego con un paño de algodón durante aproximadamente 1 minuto a mano. Se analizó la misma área sometida a barrido antes de la limpieza, utilizando FTIR tras la limpieza para detectar el cambio en el nivel de grupos -OH y los resultados se muestran en la tabla 1. La pérdida considerablemente superior (casi 10 veces) para los aditivos líquidos indicó su escasa resistencia al frotado. El producto final podría experimentar tal pérdida durante el almacenamiento, manipulación y operaciones posteriores al hilado. La razón de hidroxilo se determinó utilizando las curvas de FTIR tal como sigue:

\text{Razón de hidroxilo (RH) = área de pico de -OH } (3700-3000 \ cm^{-1}) / \text{área de pico de PP } (2752-2693 \ cm^{-1})

TABLA 1

ID de la muestra	RH antes de la limpieza	RH después de la limpieza	Pérdida en porcentaje
Formulación nº 1	86,04	85,77	0,31
Formulación nº 2	19,27	18,57	3,6
Formulación nº 3	21,62	20,86	3,5

Estos resultados indicaron que la formulación nº 1 fue la mejor en la categoría no migratoria. Sin embargo, también obsérvese que el nivel de agente humectante en la formulación nº 1 estuvo casi un 30% por encima del de las otras dos formulaciones consideradas. Por tanto, aun cuando la carga de aditivo fue mayor en la formulación nº 1, fue sorprendente tener también mejores propiedades no migratorias. Se cree que el motivo de esta no transferibilidad se debe al hecho de que el tensioactivo solidifica o cristaliza durante el enfriamiento y los resultados se muestran en la figura 3. Esta curva de DSC indica que en el enfriamiento de los concentrados de la formulación nº 1, dependiendo de la velocidad de enfriamiento durante el proceso, existirá competencia entre el polipropileno y el agente humectante en cuanto a cuál cristalizará primero. En consecuencia, formarán dos entidades de unidad cristalina diferente (el agente humectante a aproximadamente 50ºC y el PP a aproximadamente 115ºC).

Hilado por fusión para dar filamentos / fibras

La razón de dilución (%RDL) se refiere al porcentaje en peso de los concentrados que contienen los aditivos añadidos al polímero para fabricar fibras, películas, etc., para producir un cierto nivel final de los aditivos en el artículo terminado. Los concentrados preparados mediante combinación por extrusión utilizando diferentes formulaciones se combinaron en seco de manera homogénea con una resina de polipropileno (MFR - 35; resina de homopolímero de polipropileno de Amoco de categoría 7956) para el hilado de las fibras. El hilado de las fibras se realizó en una línea de Hills Research utilizando los concentrados, es decir, las formulaciones nº 1, nº 2 y nº 3, para producir multifilamentos con denier por filamento (dpf) 4. Se utilizó una hilera con sección transversal circular durante el hilado. La temperatura del fundido se mantuvo en 220ºC. Los filamentos se enfriaron bruscamente utilizando aire ambiental. Una vez que el fundido salió de la tobera para hilar, se estiraron los filamentos mediante tres conjuntos de rodillos a velocidad variable, para alcanzar un denier final de 4 de dpf. No se realizó la aplicación del acabado de hilado durante el hilado ya que esto puede cambiar las características superficiales. Se fabricó una fibra control con los mismos parámetros antes de fabricar las fibras con aditivos. Los diferentes conjuntos de filamentos fabricados mediante el hilado de las fibras se muestran en la tabla 2. Todas las muestras pertenecientes a la formulación nº 1, es decir F11, F12 y F13, no plantearon ningún problema de hilado, tal como caída de la presión, deslizamiento del husillo, rotura de los filamentos, dificultad en el enrollado, etc. Sin embargo, durante el hilado de las muestras F23 (utilizando la formulación nº 2) y F33 (utilizando la formulación 3), se observó que la presión de salida era fluctuante, indicativo de deslizamiento del husillo, y había muchos filamentos rotos.

TABLA 2

ID de la muestra	Descripción
F11	2,5% de RDL de la formulación nº 1 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 12
F12	7,5% de RDL de la formulación nº 1 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 12
F13	12,5% de RDL de la formulación nº 1 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 12
F23	17,0% de RDL de la formulación nº 2 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 12
F33	17,0% de RDL de la formulación nº 3 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 12

Humectabilidad

Los multifilamentos se enrollaron después sobre una envoltura de cartón, de una forma conveniente, para las pruebas adicionales. Esto proporcionó una superficie plana para las pruebas de humectabilidad. Se probaron partes de los filamentos para determinar la cantidad de aditivo, utilizando FTIR. Las pruebas de humectabilidad se determinaron poniendo una gota de agua coloreada (colorante alimentario rojo) sobre la superficie de las fibras y midiendo el tiempo que lleva la absorción del agua por los filamentos. En el caso de aditivos de agente humectante, dependiendo de la cantidad de nivel final en la fibra, la migración fue muy dependiente del tiempo. Los resultados de la prueba con los filamentos se muestran en la tabla 3.

TABLA 3

ID de la muestra	Comportamiento de	Comportamiento de	Tiempo para la humectación
	extensión	humectación	completa
F11	Ninguno	Ninguno	Ninguno
F12	Instantáneo	Parcial	5 minutos
F13	Instantáneo	Instantáneo	1 minuto
F23	Ninguno	Ninguno	Ninguno
F33	Instantáneo	Instantáneo	5 minutos

Estos resultados indicaron que el agente humectante con el mayor contenido de monoglicérido (el aditivo en la formulación nº 1) fue el mejor entre los aditivos investigados en esta prueba, en cuanto a la extensión (drenaje si la prueba se realizó en vertical) y humectación. La eficacia para las fibras con baja orientación y cristalinidad se consiguió con un nivel final de entre el 3% y el 5% en peso de agente humectante en las fibras. La deficiencia en el procedimiento de prueba anterior incluye la suposición de una superficie plana en los filamentos enrollados sobre un cartón. Puesto que todas las fibras enrolladas sobre el cartón no pueden encontrarse en el mismo plano y, por tanto, muy rara vez se presenta una superficie plana, esta prueba es más bien una prueba de selección cuantitativa para clasificar tensioactivos para su uso en la presente invención, para modificar las superficies de las fibras.

La prueba de suavidad es subjetiva y varía de persona en persona. Las bobinas de filamentos las tocaron muchas personas y se alcanzó una conclusión subjetiva. Se encontró que las bobinas de las muestras F12 y F13 eran mucho más lisas y suaves de tacto, en comparación con las demás muestras.

Materiales no tejidos soplados-fundidos

Se extendió la eficacia del tensioactivo de la presente invención a materiales no tejidos soplados-fundidos. Los ensayos se llevaron a cabo en un equipo de investigación de soplado-fundido con hilera de 6'' de ancho en el Centro de Desarrollo de Materiales Textiles y Materiales No Tejidos (TAN-DEC) en la Universidad de Tennessee, Knoxville, TN. El procedimiento de soplado-fundido requirió el uso de un material de polipropileno de alta velocidad de flujo del fundido, normalmente una MFR de aproximadamente 400 - 1200, para producir fibras muy finas. En este ejemplo, el polipropileno fue polipropileno Escorene® PP3546. El diámetro de las fibras fue normalmente de entre 2 - 5 micras en promedio y fue una función del tipo de polímero, viscosidad del polímero, tasa de producción, temperatura del proceso, temperatura del aire y velocidad del aire.

Los diferentes tejidos soplados-fundidos producidos se muestran en la tabla 4.

TABLA 4

ID de la muestra	Descripción
MB4	20% de RDL de la formulación nº 4 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 1000
MB5	15% de RDL de la formulación nº 5 en polipropileno de velocidad de flujo del fundido
	de 1000

Se utilizaron los siguientes parámetros de proceso para producir los materiales no tejidos soplados-fundidos:

Temperatura de la hilera	230ºC
Temperatura del aire	220ºC
Tasa de producción	5,8 kg/hora
Peso base	60 gramos/m^{2}
Distancia hilera-colector	30 cm
Velocidad del colector	10 m/min
Diámetro de las fibras	2 - 5 micras

Humectabilidad

Los materiales textiles soplados-fundidos se probaron entonces para determinar la humectabilidad poniéndoles agua coloreada (colorante alimentario rojo) en la parte superior de los materiales textiles. A diferencia de la envoltura de cartón de las fibras hiladas por fusión, las bandas / materiales textiles soplados-fundidos tienen una superficie plana que hace más fácil la prueba de humectabilidad. Los resultados con las diferentes muestras se presentan en la tabla 5.

TABLA 5

ID de la muestra	Humectación	Extensión
MB4	Instantánea (menos de 1 minuto)	Instantánea (menos de 1 minuto)
MB5	Ninguna (hidrófobo)	Ninguna (hidrófobo)

La mayor orientación y cristalinidad de las fibras sopladas-fundidas ayudó a modificar la superficie de los materiales textiles soplados-fundidos de polipropileno, de lo contrario hidrófobos, incluso con cantidades menores del agente humectante, en comparación con las fibras hiladas por fusión.

Materiales no tejidos

Los materiales no tejidos hilados se utilizan en aplicaciones de lámina superior para pañales. Los filamentos de polipropileno tras la fase de hilado se unen entre sí mediante medios térmicos, utilizando dos rodillos de calandria calentados bajo presión constante. El diámetro de las fibras está normalmente entre 15 y 25 micras en promedio y es una función del tipo de polímero, viscosidad del polímero, condiciones del proceso, tales como la temperatura del polímero, presión y temperatura del aire, orientación, etc. Los ensayos de hilado no tejido se llevaron a cabo en TANDEC utilizando una línea de hilado no tejido Reicofil de investigación de 1 m de ancho.

Los diferentes materiales textiles no tejidos hilados fabricados utilizando el concentrado de la formulación nº 6 se muestran en la tabla 6 y un polipropileno de Exxon PP3445 (MFR - 35; disponible de Exxon) (obsérvese que la MFR se determina según el método de la norma ASTM D1238 y está en unidades de g/10 minutos).

TABLA 6

ID de la muestra	Descripción
SB1	Control de polipropileno
SB2	2% de RDL de la formulación nº 6
SB3	6% de RDL de la formulación nº 6
SB4	10% de RDL de la formulación nº 6
SB5	15% de RDL de la formulación nº 6

Se utilizaron los siguientes parámetros de proceso para producir los materiales no tejidos hilados:

Temperatura de la hilera	230 grados C
Tasa de producción	73 kg/hora
Anchura del material textil	1 metro
Diámetro medio de las fibras	23 micras
Velocidad del colector	55 m/min
Temperatura de la calandria	137 grados C
Presión de la calandria	18 kg/cm^{2}
Área de unión	14%

Humectabilidad

Se probaron los materiales textiles no tejidos hilados para determinar la humectabilidad poniéndoles agua coloreada sobre la parte superior de los materiales textiles y los resultados se muestran en la tabla 7.

TABLA 7

ID de la muestra	Humectación	Extensión
SB1	Ninguna	Ninguna
SB2	Ligera	Ninguna
SB3	Buena	Ligera
SB4	Instantánea	Instantánea
SB5	Instantánea	Instantánea

Claims

1. Fibras o filamentos humectables preparados a partir de una composición que comprende un polímero que tiene incorporado en él un agente humectante, en los que dicho polímero se selecciona del grupo que consiste en polímeros de olefina, poliésteres y poliamidas, y en los que dicho agente humectante consiste esencialmente en un glicérido seleccionado del grupo que consiste en un monoglicérido, una combinación de monoglicéridos y un glicérido mixto que tiene un contenido de monoglicérido de al menos el 85 por ciento en peso.

2. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que el glicérido es un monoglicérido que tiene la fórmula empírica:

H_{2}

\melm{\delm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{3} }}{C}{\uelm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{1} }}

---OR_{2}

en la que ---OR_{1},---OR_{2} y ---OR_{3} representan, independientemente, hidroxilo o un grupo éster de ácido graso, pero en la que sólo uno de ellos es un grupo éster de ácido graso que tiene desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 22 átomos de carbono.

3. Fibra o filamentos según la reivindicación 2, en los que ---OR_{2} es un grupo hidroxilo.

4. Fibra o filamentos según la reivindicación 2, en los que el monoglicérido es monoestearato de glicerilo.

5. Fibra o filamentos según la reivindicación 4, en los que el monoestearato de glicerilo es \alpha-monoestearato de glicerilo.

6. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que el glicérido es un glicérido mixto, en los que el glicérido mixto es una combinación de al menos un monoglicérido y al menos otro glicérido seleccionado del grupo que consiste en diglicéridos y triglicéridos, en los que cada glicérido en la combinación tiene la fórmula empírica

H_{2}

\melm{\delm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{3} }}{C}{\uelm{\para}{\hskip-0.38cm
H _{2} C---OR _{1} }}

---OR_{2}

en la que ---OR_{4}, ---OR_{5} y ---OR_{6} representan, independientemente, un grupo hidroxilo o un grupo éster de ácido graso y un monoglicérido tiene sólo un grupo éster de ácido graso, un diglicérido tiene dos grupos éster de ácido graso y el triglicérido tiene tres grupos éster de ácido graso.

7. Fibras o filamentos según la reivindicación 6, en los que cada grupo éster de ácido graso es el mismo o diferente y tiene desde aproximadamente 12 hasta aproximadamente 22 átomos de carbono.

8. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que el polímero es un polímero de olefina.

9. Fibras o filamentos según la reivindicación 8, en los que el polímero de olefina es polipropileno.

10. Fibras o filamentos según la reivindicación 8, en los que el polímero de olefina es LLDPE.

11. Fibras o filamentos según la reivindicación 8, en los que el polímero de olefina es LDPE.

12. Fibras o filamentos según la reivindicación 8, en los que el polímero de olefina es HDPE.

13. Fibras o filamentos según la reivindicación 8, en los que el polímero de olefina es un copolímero.

14. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que el polímero es una poliamida.

15. Fibras o filamentos según la reivindicación 14, en los que la poliamida se selecciona del grupo que consiste en nylon 6 y nylon 6,6.

16. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que el polímero es un poliéster.

17. Fibras o filamentos según la reivindicación 16, en los que el poliéster se selecciona del grupo que consiste en poli(tereftalato de etileno) y poli(tereftalato de butileno).

\newpage

18. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que el agente humectante está presente en una cantidad de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 20 por ciento en peso.

19. Fibras o filamentos según la reivindicación 18, en los que el agente humectante está presente en una cantidad de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 10 por ciento en peso.

20. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que las fibras o filamentos están en la forma de un material textil tejido.

21. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que las fibras o filamentos están en la forma de un material textil no tejido.

22. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en los que las fibras o filamentos están en la forma de un material textil de tejido de punto.

23. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, cuando se combinan con otras fibras, confiriendo así propiedades de termoplasticidad, suavidad y humectabilidad al conjunto.

24. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, cuando se emplean como una parte humectable de productos seleccionados del grupo que consiste en productos de pañal, separadores de celdas de baterías, filtros, papeles, membranas, diafragmas permeables a la humedad y materiales de construcción.

25. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, en la forma de una dispersión en un medio acuoso.

26. Fibras o filamentos según la reivindicación 1, de un tamaño de denier fino.

27. Fibras o filamentos según la reivindicación 26, que tienen un denier de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10.