ES2269733T3

ES2269733T3 - Fibras elasticas bicomponentes y biconstituyentes y metodos de obtenc ion de estructuras celulosicas a partir de las mismas.

Info

Publication number: ES2269733T3
Application number: ES02749997T
Authority: ES
Inventors: Ashish Sen; John Klier; Rexford A. Maugans; Kenneth B. Stewart
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2007-04-01
Anticipated expiration: 2022-07-15
Also published as: DE60215015T2; BR0211432A; WO2003008680A1; MXPA04000504A; DE60215015D1; JP4288157B2; US20030039833A1; BR0211432B1; DK1412566T3; US20040170831A1; US20050061456A1; KR20040017318A; CN1555431A; US6811871B2; JP2005515305A; EP1412566B1; CN100344807C; ATE340885T1; AU2002320479B2; US6773810B2

Abstract

Una fibra elástica con una construcción núcleo/envoltura, comprendiendo la fibra al menos dos polímeros, comprendiendo el núcleo un elastómero termoplástico y comprendiendo la envoltura un polímero de etileno ramificado de forma homogénea que tiene un contenido en gel menor del 30% en peso.

Description

Fibras elásticas bicomponentes y biconstituyentes y métodos de obtención de estructuras celulósicas a partir de las mismas.

La presente invención se refiere a fibras elásticas. En un aspecto, la invención se refiere a fibras bicomponentes elásticas mientras que en otro aspecto, la invención se refiere a fibras biconstituyentes elásticas. En otro aspecto, la invención se refiere a fibras elásticas bicomponentes y biconstituyentes que presentan una construcción núcleo/envoltura. En otro aspecto incluso, la invención se refiere a dichas fibras en las que el polímero que forma la envoltura tiene un punto de fusión menor que el polímero que forma el núcleo. En otra realización incluso, la invención se refiere a métodos de formación de estructuras celulósicas elásticas a partir de una combinación de fibras celulósicas y fibras bicomponentes y/o biconstituyentes elásticas que presentan una construcción núcleo/envoltura.

Las estructuras celulósicas son conocidas por su absorbancia, y esta propiedad hace a estas estructuras útiles en una amplia variedad de aplicaciones. Ejemplos típicos de dichas aplicaciones son pañales, vendas, productos para la higiene femenina, almohadones, baberos, pañuelos y similares. El objeto de estos productos, desde luego, es absorber y retener líquidos, y la eficacia de estos productos al realizar estas tareas viene determinada, en gran parte, por su estructura. Las patentes US nº 4.816.094, nº 4.880.682, nº 5.429.856 y 5.797.895 describen varios de dichos productos, su construcción y los materiales a partir de los cuales se preparan.

Las estructuras celulósicas absorbentes, de manera típica, se fabrican de materiales que no se estiran fácilmente. Por ejemplo, las fibras de celulosa son, para cualquier idea y objetivo, rígidas y en muchas estructuras celulósicas, p. ej. un pañal, están unidas unas a otras de manera relativamente rígida, p. ej., mediante la utilización de látex. Desgraciadamente, muchas de estas estructuras requieren algún grado de elasticidad por razones de comodidad y utilización, p. ej., un pañal que se adapta a los contornos del cuerpo humano o un pañuelo con el tacto y pliegues de la tela, y si la estructura no es suficientemente elástica, se formarán grietas en ella. Las grietas reducen la absorbancia de la estructura impidiendo la migración del líquido a todas las partes de la estructura.

Existe demanda de mejores productos absorbentes ajustables. Esto normalmente significa que los productos no solamente deben haber mejorado la elasticidad, sino que además deben ser finos y ligeros. Se ha buscado elasticidad hasta la fecha añadiendo a las fibras de celulosa una fibra elástica o sustituyendo alguna de ellas. Por ejemplo, la patente US nº 5.645.542 de Anjur et al., describe productos absorbentes fabricados de una fibra textil humectable (p. ej., fibra de celulosa) y de una fibra termoplástica elástica, p. ej., una goma de poliolefina. Sin embargo, la mera mezcla de fibras textiles con fibras elásticas a menudo no basta para obtener todas las cualidades de la fibra elástica sin afectar la absorbancia de la fibra textil. Las fibras de celulosa (las fibras textiles más frecuentes) tienden a adherirse entre si en forma opuesta para adherirse a una fibra elástica. Como resultado, a menos que se forme una mezcla muy uniforme de las dos fibras durante la construcción de la estructura absorbente, los dos tipos de fibras tienden a segregarse y se reducen o pierden las cualidades de las fibras elastómericas.

Por consiguiente, la industria de los productos absorbentes tiene un interés continuo en el diseño y construcción de productos absorbentes con mejor elasticidad sin alteración de la absorbencia. Este interés se extiende tanto a la naturaleza de las fibras de las que están fabricados los productos absorbentes, como a los métodos mediante los cuales se construyen estos productos absorbentes.

Compendio de la invención

En una realización, la invención es una fibra bicomponente de una construcción con núcleo/envoltura en la que el núcleo comprende el elastómero termoplástico, preferentemente un poliuretano termoplástico (TPU), y la envoltura comprende el polímero de etileno ramificado de forma homogénea con un contenido en gel inferior al 30 por ciento. Preferentemente, el polímero de la envoltura tiene un punto de fusión inferior al del polímero del núcleo.

En otra realización, la invención es una fibra biconstituyente en la que un constituyente comprende el elastómero termoplástico, preferentemente una TPU, y el otro constituyente comprende el polímero de etileno ramificado de manera homogénea. Preferentemente, el constituyente que forma la mayoría de la superficie externa de la fibra tiene un punto de fusión menor que el otro constituyente, y tiene un contenido en gel inferior al 30 por ciento.

En otra realización, la invención es una mezcla de fibras (o simplemente una "mezcla de fibra") que comprende (i) una fibra elástica que comprende un núcleo elástico y una envoltura elástica, y (ii) al menos otra fibra aparte de la fibra elástica de (i). El núcleo de la fibra elástica preferentemente comprende un elastómero termoplástico, preferentemente un TPU, y la envoltura de la fibra elástica comprende preferentemente un polímero de etileno ramificado de forma homogénea, más preferentemente un polímero de etileno sustancialmente lineal, ramificado de forma homogénea. El polímero de la envoltura tiene un punto de fusión inferior al punto de fusión del polímero del núcleo, y el polímero de la envoltura tiene un contenido en gel menor del 30 por ciento en peso. La fibra de (ii) es esencialmente cualquier fibra distinta de la fibra de (i), preferentemente una fibra de celulosa, lana, seda, un termoplástico polímero, sílice o una combinación de dos o más de éstas. En otra realización de la invención, las fibras de (i) se funden unidas a las fibras de (ii), preferentemente por exposición a una temperatura que está a la temperatura de fusión o ligeramente por debajo de ella, tanto de la fibra de (ii) como del polímero del núcleo de la fibra (i) pero por encima de la temperatura de fusión del polímero de la envoltura de la fibra (i). Incluso en otra realización de la presente invención, la mezcla de fibra unida por fusión está sustancialmente exenta de cualquiera de los adhesivos añadidos, p. ej., cola.

En otra realización de la presente invención, las mezclas descritas en el párrafo anterior se utilizan para construir estructuras elásticas absorbentes. Dichas estructuras comprenden papel con elasticidad, p. ej., etiquetas ajustables, y la capa absorbente de un pañal desechable.

En otra realización, la invención es un artículo fabricado que comprende fibra elástica y un sustrato no tejido, comprendiendo la fibra al menos dos polímeros elásticos, un polímero preferentemente un elastómero termoplástico, más preferentemente un TPU, y el otro polímero una poliolefina ramificada de forma homogénea, preferentemente un polímero de etileno sustancialmente lineal, ramificado de forma homogénea, en el que la fibra se funde unida al sustrato no tejido en ausencia de adhesivo. Ejemplos de estructuras fabricadas de esta realización comprenden las perneras, los fruncidos de las piernas, las pretinas y los paños laterales de un pañal desechable.

En otra realización de las invención, la relación de fibras textiles no elásticas, p. ej., fibras de celulosa, unidas a fibras elásticas frente a fibras textiles no elásticas unidas a otras fibras textiles no elásticas, se aumenta por un método en el que la fibra elástica es una fibra hidrófoba injertada con un agente hidrófilo, p. ej., una fibra de polietileno injertada con anhídrido maleico. En una ampliación de esta realización, y en la que el agente hidrófilo es un ácido o un anhídrido, p. ej., anhídrido maleico, una vez el agente se injerta en la fibra se hace reaccionar a continuación con una amina.

En otra realización de la invención, para aquellas fibras textiles no elásticas que se unen entre sí debido al enlace de hidrógeno, p. ej., fibras de celulosa, la proporción de fibras textiles no elásticas unidas a las fibras elásticas frente a las fibras textiles no elásticas unidas a otras fibras textiles no elásticas aumenta al tratar las fibras textiles no elásticas, antes de la mezcla de estas fibras con las fibras elásticas o simultáneamente con éstas, con un agente de desacoplamiento, p. ej., un compuesto de amonio cuaternario que contiene uno o más grupos ácido. El agente de desacoplamiento desactiva al menos una parte del enlace de hidrógeno entre las fibras textiles no elásticas.

En otra realización de la invención, la mezcla de fibras textiles no elásticas con fibras elásticas aumenta mezclando las fibras en medio acuoso, preferentemente en presencia de un tensioactivo y con agitación intensa. Este procedimiento aumenta la separación de unas fibras elásticas de otras, y de este modo hace cada fibra más accesible para la unión con una fibra textil no elástica. Este método puede utilizarse solo o en combinación con una u otras más realizaciones de separación de fibras de la presente invención.

Se utiliza mezclado con aire a alta intensidad para separar unas fibras elásticas de otras antes de la mezcla con fibras textiles. Esta técnica también favorece la separación de unas fibras elásticas de otras, y esto, a su vez, mejora su accesibilidad para la unión con las fibras textiles.

Las tres separaciones de la fibra y las realizaciones de injerto descritas anteriormente son particularmente útiles en la construcción de estructuras absorbentes elásticas tales como pañales, vendas y similares.

Fibras bicomponentes y biconstituyentes elásticas

Como se utiliza aquí, "fibra" o "fibroso" significa un material en partículas en el que la relación longitud a diámetro de dicho material es mayor de aproximadamente 10. Por el contrario, "sin fibra" o "no fibroso" significa un material en partículas en el que la relación longitud a diámetro es aproximadamente 10 o menos.

Como se utiliza aquí, "elástica" o "elastomérica" describe una fibra u otra estructura, p. ej., una película, que recubra al menos aproximadamente el 50 por ciento de su longitud estirada tanto después de la primera tracción como después de la cuarta tracción para una deformación del 100 por cien (doble de la longitud). La elasticidad puede asimismo describirse mediante la "deformación permanente" de la fibra. La deformación permanente se mide estirando una fibra hasta un determinado punto y posteriormente soltándola hasta su posición original, y a continuación estirándola de nuevo. El punto en el que la fibra comienza a tirar de una carga se denomina deformación permanente por ciento.

Como se utiliza en la presente memoria, "fibra bicomponente" significa una fibra que comprende al menos dos componentes, es decir, que tiene al menos dos regímenes poliméricos distintos. El primer componente, es decir, el "componente A", sirve generalmente para conservar la forma de la fibra durante las temperaturas de unión térmica. El segundo componente, es decir, el "componente B", hace la función de adhesivo. El componente A tiene, típicamente, un punto de fusión mayor que el componente B, preferentemente el componente A fundirá a una temperatura al menos de aproximadamente 20ºC, preferentemente al menos 40ºC, superior a la temperatura a la que funda el
componente B.

Por sencillez, la estructura de las fibras bicomponentes se denomina típicamente estructura de núcleo/envoltura. Sin embargo, la estructura de la fibra puede presentar una cualquiera de las numerosas configuraciones multicomponentes, p. ej., núcleo-envoltura simétrica, núcleo-envoltura asimétrica, uno al lado de la otra, secciones de pastel, luna creciente y similares para las fibras bicomponentes. La característica esencial en cada de estas configuraciones es que al menos parte, preferentemente al menos una mayor parte, de la superficie externa de la fibra comprende la parte de la envoltura de la fibra, es decir, el adhesivo, o punto de fusión inferior, o menos del 30% en peso de gel, o el componente B, de la fibra. Las Figuras 1A a 1F de la patente USP nº 6.225.243, ilustran varias construcciones núcleo/envoltura.

Como se utiliza en la presente memoria, "fibra biconstituyente" significa una fibra que comprende la mezcla íntima de al menos dos constituyentes del polímero. La estructura de la fibra biconstituyente es una construcción islas en el mar.

Las fibras bicomponentes utilizadas en la práctica de esta invención son elásticas y, cada componente de la fibra bicomponente es elástica. Se conocen fibras elásticas bicomponentes y biconstituyentes, p. ej., patente USP 6.140.442 cuya descripción se incorpora en la presente memoria como referencia.

En la presente invención, el núcleo (componente A) es un polímero termoplástico elastomérico ilustrativo del cual son los copolímeros elastoméricos bibloque, tribloque o multibloque tales como los copolímeros olefínicos tales como estireno-isopreno-estireno, estireno-butadieno-estireno, estireno-etileno/butileno-estireno o estireno-etileno/propileno-estireno, tales como los disponibles en la Shell Chemical Company bajo la denominación comercial resina elastomérica Kraton; poliuretanos, tales como los disponibles en The Dow Chemical Company bajo la denominación comercial poliuretanos PELLATHANE o spandex disponibles en E. I. Du Pont de Nemours Co. bajo la denominación comercial Lycra; poliamidas, tales como las amidas del bloque poliéter disponibles en Elf AtoChem Company bajo la denominación comercial amida del bloque poliéter Pebax; y poliésteres, tales como los disponibles en E. I. Du Pont de Nemours Co. bajo la denominación comercial poliéster Hytrel. Los uretanos termoplásticos (es decir, los poliuretanos) son un polímero de núcleo preferido, particularmente poliuretanos Pellethane.

La envoltura (el adhesivo o componente B) es asimismo elastomérica, y es un polímero de etileno ramificado de manera homogénea y más preferentemente un polímero de etileno sustancialmente lineal, ramificado de manera homogénea. Estos materiales son bien conocidos. Por ejemplo, la patente USP 6.140.442 proporciona una descripción excelente de los polímeros de etileno preferidos, sustancialmente lineales, ramificados de manera homogénea, e incluye muchas referencias a otras patentes y a la bibliografía no de patentes que describen otras poliolefinas ramificadas de manera homogénea.

La poliolefina homogéneamente ramificada tiene una densidad (medida por ASTM/D792) de aproximadamente 0,91 g/cm^{3} o menor con un punto de fusión a 110ºC o inferior (medido por DSC). Más preferentemente, la densidad de la poliolefina está comprendida entre aproximadamente 0,85 y aproximadamente 0,89 g/cm^{3} con un punto de fusión entre aproximadamente 50 y aproximadamente 70ºC. Preferentemente, la poliolefina tiene una viscosidad en el punto de fusión que permite una fluidez fácil para la unión a las fibras textiles o a una de estructura de tela no tejida. El índice de fusión (MI medido por ASTM D1238 a 190ºC) para la poliolefina es al menos de aproximadamente 30, y preferentemente al menos de aproximadamente 100. Aditivos tales como antioxidantes (p. ej., fenolicos impedidos (p. ej., Irganox.RTM. 1010 fabricado por Ciba-Geigy Corp.) y fosfitos (p. ej., Irgafos.RTM. 169 fabricado por Ciba-Geigy Corp.)), aditivos adhesivos (p. ej., poliisobutileno (PIB)), aditivos antibloque, pigmentos y similares pueden asimismo estar incluidos en los polímeros de etileno ramificados de manera homogénea utilizados para fabricar las fibras elásticas en la medida que no interfieran con la mejora de la fibra y las propiedades del tejido características de la presente invención.

El contenido en gel de la poliolefina es inferior a 30, preferentemente inferior a 20 y más preferentemente inferior a 10, por ciento en peso. El contenido en gel es una medida del grado de reticulación de la poliolefina y debido a que una función principal de la poliolefina es proporcionar un componente exterior fusible a la fibra para una unión térmica fácil a las fibras textiles y/o las estructuras no tejidas se prefiere, poca, si acaso alguna, reticulación de la poliolefina. Además, normalmente cuanto menos reticulada está una poliolefina, menor es su punto de fusión.

"Estructura no tejida" significa un grupo de fibras conectadas de tal modo que el grupo forma una estructura consistente e integrada. Dichas estructuras pueden formarse por técnicas conocidas en la materia, tales como la eólica, unión por giro, cardado de la fibra textil, unión térmica y soplado con fusión y acordonado por giro. Los polímeros útiles para fabricar dichas fibras comprenden PET, PBT, nilón, poliolefinas, sílices, poliuretanos, poli(p-fenilen-tereftalamida), Lycra® (un poliuretano fabricado a partir de la reacción de polietilenglicol y tolueno-2,4-diisocianato por E. I. Du Pont de Nemours & Co.), fibras de carbono y polímeros naturales tales como celulosa y poliamida.

Como se utiliza aquí, "fibra textil" significa una fibra natural o un corte largo procedente de, por ejemplo, un filamento fabricado. Estas fibras actúan en la estructura absorbente de la presente invención como depósito temporal de líquido y también como conducto para la distribución de líquido. Las fibras textiles comprenden materiales naturales y sintéticos. Los materiales naturales comprenden fibras celulósicas y fibras textiles tales como algodón y rayón. Los materiales sintéticos comprenden fibras poliméricas sintéticas no absorbentes, p. ej. poliolefinas, poliésteres, poliacrílicos, poliamidas y poliestireno. Las fibras textiles sintéticas no absorbentes están preferentemente rizadas, es decir, fibras que tienen un carácter continuo ondulado, curvilíneo o dentado en toda su longitud. Las fibras celulósicas son las fibras textiles preferidas por razones de disponibilidad, coste y capacidad de absorción.

A fin de favorecer un buen mezclado de las fibras textiles y elásticas, las fibras bicomponentes están preferentemente "humectadas". Tal como se utiliza aquí, "humectada" o "humectable" significa una fibra que presenta un ángulo de contacto del líquido en el aire menor de 90 grados. Estos términos y la medición de esta propiedad se describen con más detalle en la patente USP 5.645.542.

Las fibras textiles y elásticas humectables están presentes en la estructura elastomérica absorbente de la presente invención en una cantidad suficiente para impartir las propiedades absorbentes y elásticas deseadas. Típicamente, la fibra textil está presente en una cantidad entre aproximadamente el 20 y aproximadamente el 80 por ciento en peso, preferentemente entre aproximadamente el 25 y aproximadamente el 75 y más preferentemente entre aproximadamente el 30 y aproximadamente el 70 por ciento, en peso referido al peso total de la fibra textil y la fibra elástica.

Aunque las fibras bicomponentes y/o biconstituyentes se utilizan de la misma manera que otras fibras elastoméricas para la construcción de estructuras elásticas y absorbentes, preferentemente estas fibras se utilizan en combinación con una o más de las realizaciones de esta invención como se describe a continuación. En cualquier caso, sin embargo, la utilización de una fibra bicomponente o biconstituyente como componente de la fibra elástica de las estructuras elásticas y absorbentes proporciona una estructura elástica y absorbente con mejor elasticidad sin afectar la capacidad absorbente de las estructura. Esto da como resultado estructuras más ligeras, más finas y/o mejor
ajustadas.

Fibras elásticas modificadas por injerto

En esta realización de la invención, la adherencia de las fibras elastoméricas a las fibras textiles se aumenta injertando a la fibra elastomérica un compuesto que contiene un grupo polar, tal como un grupo carbonilo, hidroxilo o ácido. Esta realización de la invención es aplicable tanto a homofil como a las fibras elastoméricas bicomponentes o biconstituyentes. Las fibras "Homofil" son las fibras que comprenden un solo componente o, en otras palabras, son esencialmente homogéneas en toda su longitud. Con respecto a las fibras bicomponentes y biconstituyentes, el grupo polar que contiene el compuesto se injerta en componente de la envoltura (es decir, el componente que forma al menos una parte de la superficie exterior) de la fibra.

El compuesto orgánico que contiene el grupo polar puede injertarse a la fibra elastomérica por cualquier técnica conocida, p. ej., las dadas a conocer en las patentes USP nº 3.236.917 y nº 5.194.509. Por ejemplo, en la patente USP nº 3.236.917 el polímero (es decir, el polímero de la fibra elastomérica) se introduce en un mezclador de dos rodillos y se mezcla a una temperatura de 60ºC. Se añade a continuación un compuesto orgánico insaturado que contiene carbonilo junto con un iniciador de radicales libres, tal como, por ejemplo, peróxido de benzoílo, y los componentes se mezclan a 30ºC hasta que se completa el injerto. En la patente USP nº 5.194.509, el procedimiento es similar, excepto que la temperatura de reacción es superior, p. ej. de 210 a 300ºC, y no se utiliza un iniciador de radicales libres.

En la patente USP 4.950.541 se da a conocer un método alternativo y preferido de injerto. Este procedimiento utiliza un extrusor con desvolatilización con dos tornillos como aparato de mezclado. La fibra elastomérica, p. ej., una poliolefina, y un compuesto que contiene carbonilo insaturado se mezclan y se hacen reaccionar dentro del extrusor a temperaturas a las que los reactivos se muelen y en presencia de un iniciador de radicales libres. En este procedimiento, preferentemente el compuesto orgánico que contiene carbonilo insaturado se inyecta en una zona mantenida a presión dentro del extrusor.

El polímero a partir del cual se fabrica la fibra se injerta normalmente con el grupo polar que contiene el compuesto antes de la formación de la fibra (por cualquier método que se utilice para construir la fibra).

El grupo polar que contiene compuestos orgánicos que están injertados con la fibra elastomérica son insaturados, es decir, contienen al menos un doble enlace. Compuestos orgánicos insaturados representativos y preferidos que contienen al menos un polar grupo son los ácidos carboxílicos, anhídridos, ésteres con insaturación etilénica y sus sales, tanto metálicos como no metálicos. Preferiblemente, el compuesto orgánico contiene insaturación etilénica conjugada con un grupo carbonilo. Compuestos representativos incluyen los ácidos maleico, fumárico, acrílico, metacrílico, itacónico, crotónico, alfa metilcrotónico, cinnámico y similares, y sus derivados de anhídridos, ésteres y sales, si los hay. El anhídrido maleico es el compuesto orgánico insaturado preferido que contiene al menos una insaturación etilénica y al menos un grupo carbonilo.

El compuesto orgánico insaturado componente de la fibra elastomérica injertada está presente en una cantidad de al menos aproximadamente el 0,01 por ciento, preferentemente al menos aproximadamente el 0,1 y más preferentemente al menos aproximadamente el 0,5 por ciento, en peso referido al peso combinado de la fibra elastomérica y el compuesto orgánico. La cantidad máxima de compuesto orgánico insaturado puede variar a conveniencia, pero típicamente no excede aproximadamente de 10, preferentemente no excede aproximadamente de 5, y más preferentemente no excede aproximadamente del 2 por ciento en peso.

Con respecto a las fibras bicomponentes y biconstituyentes, el injerto puede producirse haciendo reaccionar con injerto el grupo polar que contiene el compuesto con todos los componentes de la envoltura (componente B1), o utilizando un concentrado del injerto o mezcla concentrada (B2), es decir, el grupo polar que contiene el compuesto mezclado con el componente de la envoltura. Si se utiliza dicha mezcla de componentes, entonces preferentemente el componente B2 está comprendido entre aproximadamente el 5 y el 50, y más preferentemente entre aproximadamente el 5 y el 15, por ciento en peso de la combinación de B1 y B2. La concentración preferida del grupo polar que contiene el compuesto en la mezcla es tal que después de la mezcla con el componente de la envoltura, la mezcla final tiene un grupo final polar que contiene una concentración de al menos el 0,01 por ciento en peso, y preferentemente al menos aproximadamente el 0,1 por ciento en peso.

En aquellas situaciones en las que se utiliza un concentrado de injerto con respecto a una fibra bicomponente, preferentemente el concentrado de injerto (B2), es de una viscosidad menor que la del material adhesivo a la matriz (B1). Esto aumentará la migración del componente del injerto a la superficie de la fibra durante el paso del material a través de un molde formador de la fibra. El objeto, desde luego, es aumentar la adherencia de la fibra de unión a la fibra textil aumentando la concentración del compuesto del injerto en la fibra de la superficie. Preferentemente, el índice de fusión del componente B2 es de 2 a 10 veces el índice de fusión del componente B1.

Desactivación de los enlaces de hidrógeno de la celulosa

En otra realización de la invención (una realización en la que las fibras textiles son fibras de celulosa), el rendimiento elástico de la estructura elástica absorbente aumenta mediante el aumento de más enlaces de la fibra celulósica-elástica a expensas de enlaces de la fibra celulósica-celulósica. En esta realización, las fibras textiles celulósicas se tratan antes de su mezclado o simultáneamente a éste con las fibras elastoméricas con un agente de desacoplamiento. Estos enlaces y su rotura fueron descritos en una presentación dada por Craig Poffenberger titulada "Bulk and Performance, But Soft and Safe" en la Conferencia Percepción 2000 sobre No tejidos/Absorbentes mantenida en Toronto del 30 de Octubre al 2 de Noviembre de 2000. Con el desacoplamiento de estos enlaces de hidrógeno, cuantas más fibras de celulosa están disponibles para unirse con las fibras elásticas y más enlaces de celulosa-fibra elástica se forman, más elástica es la estructura absorbente resultante.

Los compuestos que sirven para desacoplar los enlaces de hidrógeno entre fibras de las fibras de celulosa incluyen compuestos de amonio cuaternario que contienen uno o más grupos ácido o anhídrido. Compuestos típicos son digrasadimetilo, imidazolino, N-alquildimetilbencilo y alquildimetilo dialcoxilado. El agente de desacoplamiento se utiliza en una cantidad de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 10 por ciento en peso referida al peso de fibra de celulosa que ha de tratarse. Otro compuesto que sirve para desacoplar el enlace de hidrógeno celulosa-celulosa es AROSURF PA-777, un tensioactivo fabricado por Goldschmidt Corp.

Esta realización de la invención puede utilizarse sola o en combinación con uno o más de las demás realizaciones de la invención.

Agitación en un medio acuoso para separar fibras elásticas (no reivindicado)

Las fibras elásticas se separan unas de otras por agitación en un medio acuoso. Las fibras elásticas, típicamente las fibras elásticas de denier fino, son difíciles de separar una de otra y como tales, son difíciles de mezclar uniformemente con fibras textiles durante la construcción de una estructura elástica absorbente. Tal como se utiliza aquí, "fibra elástica de denier fino" significa una fibra elástica que tiene un diámetro menor de aproximadamente 15 denier por filamento. Las fibras se clasifican típicamente según su diámetro, y la fibra monofilamento se define generalmente como la que tiene una sola fibra de diámetro mayor de aproximadamente 15 denier, normalmente mayor de aproximadamente 30 denier. Las fibras microdenier se definen generalmente como las fibras que tienen un diámetro menor de aproximadamente 100 micrones.

En esta realización, las fibras elásticas la colocan en un medio acuoso, y a continuación se someten a una agitación intensa por cualquier medio convencional, p. ej. agitador mecánico, eyector, etc. Pueden emplearse agentes tensioactivos y/o humectantes y una vez las fibras elásticas se han separado suficientemente una de otra, pueden añadirse las fibras textiles. En una realización preferida de esta invención, las fibras textiles se añaden en combinación con un agente de desacoplamiento. Una vez se ha formado una mezcla homogénea de las fibras elásticas y textiles, se elimina el agua, típicamente por filtración seguido de exposición al calor, p. ej. tiempo en una estufa. Una vez suficientemente seca, la pulpa blanda resultante está lista para el tratamiento en una estructura absorbente elástica. En este punto pueden añadirse a la pulpa varios aditivos, p. ej. polvo hiperabsorbente. Durante la etapa de estirado, se requiere cuidado para evitar el calentamiento de las fibras a una temperatura que activaría/fundiría prematuramente las fibras aglutinantes.

Este método específico es asimismo útil con cualquier fibra elastomérica de cualquier composición y estructura (incluyendo las fibras homofil) y es asimismo útil con cualquier fibra textil.

Mezclado con aire a alta intensidad (no reivindicado)

Las fibras elastoméricas se separan unas de otras utilizando una técnica de mezclado con aire a alta intensidad. Esta técnica es similar a la agitación en una técnica en medio acuoso descrita anteriormente, excepto que no emplea un medio acuoso (o para este material, ningún medio líquido). La fibra elastomérica, ya sea homofil o bicomponente, se somete a intensa agitación, ya sea mecánicamente o mediante equipos neumáticos, y una vez suficientemente separadas, y en una realización adicional de esta invención, se mezclan con las fibras textiles. Aunque esta técnica evita la necesidad de secar las mezcla de fibras resultante, no se presta bien a la utilización en combinación con un agente de desacoplamiento para las fibras celulósicas, o los tensioactivos y/o agentes humectantes para su utilización con las fibras elastoméricas. También, sin embargo, esta realización puede combinarse con una u otras realizaciones más de la invención, p. ej., utilización de fibras elastoméricas bicomponentes o biconstituyentes, fibras elastoméricas modificadas por injerto y fibras celulósicas en las que el enlace de hidrógeno entre las fibras se ha desactivado previamente.

Construcción de la estructura elástica absorbente

La estructura elástica absorbente de esta invención puede construirse a partir de un mezcla de fibras textiles y fibras bicomponentes y/o biconstituyentes elásticas de una construcción con núcleo/envoltura en la que el núcleo es un uretano termoplástico y la envoltura es una de forma poliolefina ramificada homogénea. Según esta realización, la mezcla de fibras textiles y elásticas se prepara de cualquier manera convencional y/o utilizando una cualquiera de las técnicas de la invención descritas anteriormente y, opcionalmente, se mezcla posteriormente con uno o más polímeros hiperabsorbentes. Esta mezcla se lleva a cabo también utilizando tecnología convencional pero debido a la presencia del componente adhesivo de bajo punto de fusión en la fibra bicomponente o biconstituyente (es decir, la poliolefina ramificada de forma homogénea), la pulpa blanda puede unirse mediante calor tan bajo como aproximadamente 70ºC para formar una estructura elástica absorbente, p. ej. un pañal. El punto de fusión inferior del componente adhesivo de las fibras con enlace elástico permite la utilización del equipo comercial actualmente en uso pero a una temperatura inferior que, a su vez, significa velocidades de producción más rápidas se consiguen tanto sobre fibras monofil elastoméricas como fibras elastoméricas bicomponentes en las que el componente adhesivo tiene un punto de fusión inferior. Sin embargo, el punto de fusión inferior y/o la velocidad de enlace más rápida reduce o alivia los problemas de activación de la fibra aglutinante en las máquinas que elaboran la estructura, o en línea con ellas, p. ej., una máquina de fabricar pañales.

En los núcleos o estructuras absorbentes convencionales, las fibras celulósicas se unen típicamente unas a otras utilizando látex. El látex a menudo se acumula en las interfases de las fibras celulósicas y, en el curado, mantiene unidas las fibras celulósicas. La utilización de una fibra aglutinante bicomponente o biconstituyente con dos regímenes distintos, p. ej., un núcleo y envoltura, contribuye a un sistema aglutinante mejor. El núcleo tiene un punto de fusión superior a la temperatura de la estufa y la envoltura tiene un punto de fusión inferior a la temperatura de la estufa. Las fibras bicomponentes y biconstituyentes se funden eficazmente con las fibras celulósicas dondequiera que se toquen. Las conexiones entre las fibras celulósicas son así más largas que el tamaño mismo de los empalmes por fusión. Esto, a su vez, produce una estructura más flexible.

Los polímeros de etileno ramificados de manera homogénea, especialmente los polímeros de etileno sustancialmente lineales, ramificados de manera homogénea, forman excelentes materiales de la envoltura porque su punto de fusión es menor que el de muchos otros materiales poliméricos elásticos. Preferentemente, el material de la envoltura fundirá al menos aproximadamente a 20ºC, más preferentemente al menos aproximadamente a 40ºC, por debajo del punto de fusión del material del núcleo.

Elaboración de papel elástico

Las fibras aglutinantes bicomponentes y biconstituyentes elásticas son útiles para la producción de papel elástico, es decir, papel con algún grado de elasticidad. Como se describió anteriormente, estas fibras aglutinantes elásticas para papel elástico comprenden un núcleo elástico de poliuretano con una poliofelina elástica ramificada de manera homogénea, más preferentemente una poliofelina ramificada de manera homogénea injertada con anhídrido maleico o un compuesto similar. Si estas fibras elásticas bicomponentes se mezclan con fibras de celulosa sin interrumpir los enlaces de hidrógeno celulosa-celulosa, entonces la adición de estas fibras elásticas bicomponentes o biconstituyentes reducirá la tensión y proporcionará alguna medida de elasticidad, excepto que el papel se desgarre a la tensión del cinco por ciento. En otras palabras, la utilidad de la adición de la fibra elástica bicomponente y/o biconstituyente se minimiza si no se interrumpen los enlaces de hidrógeno celulosa-celulosa.

Sin embargo, si se interrumpen los enlaces de hidrógeno celulosa-celulosa con fibra elástica bicomponente o biconstituyente, entonces el papel resultante presenta un descenso notable en la tensión, recuperación elástica significativa y resistencia al desgarro a una tensión del cinco por ciento. Los enlaces de hidrógeno celulosa-celulosa pueden interrumpirse como se indicó anteriormente.

Para maximizar la utilidad de los enlaces de hidrógeno celulosa-celulosa interrumpidos, es deseable una buena dispersión de la fibra elástica bicomponente con la fibra celulósica. La dispersión de la fibra elástica bicomponente dentro de la matriz de la fibra de celulosa aumenta separando los haces de fibra elástica antes de mezclarse con las fibras de celulosa. Asimismo, la separación de los haces de fibras se facilita por los métodos de separación en seco (es decir, agitación con aire a alta intensidad) o en húmedo indicados anteriormente, prefiriéndose el método de separación en seco sobre el método de separación en húmedo.

La elasticidad del papel está influida también por la estructura de las fibras. Las fibras elásticas de módulo bajo proporcionan buen rendimiento del tejido, pero son difíciles de procesar. Las fibras aglutinantes alargadas (es decir, fibras elásticas bicomponentes y biconstituyentes) mezcladas con fibras de la matriz cortas (es decir, fibras de celulosa) producen un papel con mejor elasticidad (es decir, menos entre enlace las secciones) pero la dispersión completa es más difícil porque las fibras elásticas flexibles alargadas se retuercen fácilmente lo que les hace difíciles de desenredar. Sin embargo, si las fibras aglutinantes elásticas son gruesas, desarrollan una dispersión mejor aunque tengan un impacto desfavorable sobre la economía. En suma, de la utilización de una mezcla de fibras de módulo bajo, de las cuales las fibras aglutinantes son largas y gruesas y las fibras de la matriz son cortas, procede un equilibrio preferido de elasticidad y dispersión.

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Además, la cantidad de fibras elásticas en el papel también tiene un impacto sobre la resistencia y elasticidad del papel. Las fibras aglutinantes bicomponentes o biconstituyentes muy poco elásticas producen un enlace escaso de las demás fibras en el tejido lo que da como resultado un papel con escasa resistencia y elasticidad. Dichas demasiadas fibras elásticas aglutinantes dan como resultado demasiados enlaces entre las secciones y aunque la resistencia del papel es buena, su elasticidad es escasa. El efecto negativo de demasiadas fibras aglutinantes bicomponentes elásticas puede reducirse, sin embargo, utilizando una zona superior en la construcción del papel.

Los siguientes ejemplos son ilustrativos de determinadas realizaciones de esta invención descritas anteriormente. A menos que se indique lo contrario, todas las partes y los porcentajes se expresan en peso.

Realizaciones especificas

Ejemplo 1

Modificación por injerto de polietileno

Un polímero de etileno/1-octeno sustancialmente lineal (MI - 73, densidad - 0,87 g/cm^{3}) se injerta con anhídrido maleico para producir un material con un MI de 34,6 y un contenido de unidades derivadas del anhídrido maleico del 0,35 en peso por ciento. Se sigue el procedimiento de injerto dado a conocer en la patente USP nº 4.950.541. El polietileno injertado se utiliza como un concentrado de injerto, y se diluye 2:1 con una poliolefina de etileno/1-octeno con un MI de 30 y una densidad de 0,87 g/cm^{3}. El material diluido resultante se utiliza para formar la envoltura (componente adhesivo) de la fibra elástica bicomponente utilizada en los siguientes ejemplos.

Ejemplo 2A

Separación de fibras utilizando un mezclado intenso en un medio acuoso

Una fibra elástica bicomponente, de 11,2 denier que comprende 50 por ciento de Pellathane™ 2103-80PF (un poliuretano termoplástico elastomérico fabricado por The Dow Chemical Company) y poliolefina etileno/1-octeno al 50 por ciento ramificada de forma homogénea, sustancialmente lineal se prepara como se describió en el Ejemplo 1 anteriormente. El poliuretano termoplástico forma el núcleo y el polímero de etileno injertado con MAH forma la envoltura de la fibra bicomponente. Una mezcla del 30 por ciento de esta fibra aglutinante elastomérica y 70 por ciento de fibras de celulosa Hi Bright (no batida, de madera blanda kraft blanqueada, macerada y agitada durante la noche al 1,1 por ciento en agua) en 5 litros de agua con 5 gramos de tensioactivo (Rhodameer, Katapol VP-532) y 110 gramos de modificador de viscosidad poliacrilamida aniónica Magnafloc 1885 sólido al 0,5 por ciento se añaden a un mezclador Waring. La mezcla se agita para producir una mezcla sustancialmente uniforme de fibras elásticas y de celulosa que se forman posteriormente en un papel elástico y absorbente.

Ejemplo 2B

Separación de fibras utilizando mezclado intenso en un medio acuoso y desactivación del enlace de hidrógeno

Denominación de la muestra	Composición de núcleo/envoltura*	Denier
1.2	TPU/enlace (30 MI)	6,78
1.3	TPU/MAH-g-enlace (30 MI)	11,32
2.2	TPU/enlace (30 MI)	-
3.2	TPU/enlace (18 MI)	6,4
3.3	TPU/enlace (18 MI)	11,4

Inicialmente, los cinco sistemas de fibra (estopas) listados anteriormente se cortan a 3,17 mm (1/8'') de longitud utilizando unas tijeras. Una almohadilla con aire de 100 g/m^{2} con 12% de carga de fibra aglutinante necesita incorporar 0,43 g de fibra aglutinante en peso. Se corta suficiente cantidad de fibra en todos los casos para producir 3 almohadillas.

Tras el corte de las estopas de fibra (cada estopa tiene 72 filamentos de fibra individuales) a la longitud, la etapa siguiente consiste en separar fibras individuales de las estopas de modo que éstas puedan incorporarse en la pulpa de celulosa y el aire colocado en el interior de la almohadilla. El o los polímero(s) de la envoltura en todos los casos son muy "adherentes" incluso a temperatura ambiente densidad de (0,870 g/cc) y las fibras individuales se "fusionan" completamente en todos los casos a lo largo del tiempo.

Para separar las estopas de fibra en filamentos individuales, se pesan 0,43 g de fibra aglutinante y se añaden a un mezclador Waring™. A esto se añaden 2,00 g de pulpa de celulosa (se utiliza un total de 3,195 g de pulpa de celulosa en una almohadilla de 100 g). A continuación, se añade una solución de agua 25:1 con mezcla de tensioactivo AROSURF™ PA-777 de Goldschmidt Corp. a la fibra aglutinante más mezcla de pulpa de celulosa. Se activa el mezclador durante 2 a 3 segundos y durante este tiempo las estopas de fibra aglutinante "se abren" instantáneamente en filamentos individuales de fibra. La pulpa de celulosa se añade a la mezcla anterior para asegurar que los filamentos de fibra aglutinante permanecen separados durante el proceso de secado posterior. El procedimiento anterior no sólo permite la separación de la fibra aglutinante en filamentos individuales, sino que también produce la desactivación del enlace de hidrógeno en la pulpa.

La etapa siguiente conlleva el secado de la fibra aglutinante y la mezcla de la pulpa. Las fibras se separan en primer lugar de la solución agua/tensioactivo utilizando un tamiz. Esta mezcla de fibras se seca a continuación durante la noche en una estufa de vacío a 50°C para asegurar que asimismo se elimina cualquier humedad residual. La mezcla de fibra seca se incorpora a continuación en la cámara con aire (1,195 g adicionales de pulpa de celulosa desactivada'' y seca se añade asimismo en este momento) y se construye la estructura de almohadilla absorbente utilizando un proceso asistido con vacío.

Ejemplo 3 Comparación con papel elástico

Se preparan muestras de papel elástico 20,3 cm por 20,3 cm (8'' x 8'') utilizando el procedimiento del Ejemplo 2. Las muestras 3.1 y 3.2 comprenden ambas el 100 por cien de fibra de celulosa Hi Bright. Los Ejemplos 3.3 a 3.8 se preparan a partir de percentajes variables de fibra de celulosa Hi Bright y de fibra elástica bicomponente descrita en el Ejemplo 2 anteriormente. Las muestras 3.9 y 3.10 contienen un tercer componente de fibra, es decir fibra de nilón. Las muestras de papel se preparan utilizando una máquina de fabricación de papel Noble & Wood.

La muestra 3.4 se prepara remojando previamente 0,9 gramos de la fibra bicomponente en 50 cc de agua más 5 gotas de tensioactivo Katapol (VP-532), y a continuación se remoja durante otros cinco minutos antes de la adición de 190 cc de fibras Hi Bright. El fundamento de este procedimiento consiste en utilizar el efecto espesante de las fibras de celulosa para romper los paquetes de la fibra bicomponente. El mezclador Waring se pone en funcionamiento a 1500 r.p.m.. El papel resultante, que se seca sobre un aparato Emerson a 121ºC (250ºF), todavía tiene paquetes visibles de fibras bicomponentes. Sin embargo, cuando se rasga el papel, el rasgado está entre las fibras elásticas.

El papel de la muestra 3.5 se prepara esencialmente de la misma manera que el de la muestra 3.4 excepto que alguno de los paquetes de la fibra bicomponente se rompen en estado seco dentro del mezclador Waring (un ejemplo de agitación con aire a alta intensidad). Una vez se rompen estos paquetes, se añaden 50 cc de agua con cinco gotas de Katapol al mezclador y la mezcla se agita de nuevo a una baja regulación. Posteriormente, se añaden 190 cc de fibra de celulosa Hi Bright con otros 100 cc de agua a la mezcla, y se agita durante otros 5 minutos a 1.000 r.p.m. El papel de esta muestra tiene menos paquetes visibles, y se produce el rasgado entre las fibras elásticas aglutinadas.

El papel de la muestra 3.6 es aproximadamente de calidad 70 libras (31,75 kg) fabricado con el mismo contenido de pulpa de celulosa de las muestra anteriores, es decir, 190 cc. Se añaden dos gramos de fibra bicomponente y a continuación se rompen en un mezclador Waring en seco (es decir, en ausencia de medio acuoso) a baja regulación durante un minuto y medio (este procedimiento se repite tres veces con un rascador mecánico de las paredes del mezclador entre cada agitación). Posteriormente se añaden cien mililitros de agua con cinco gotas de Katapol, la mezcla resultante se agita una vez más a baja regulación durante un minuto, y a continuación se combina con 190 cc de fibras de celulosa Hi Bright más agua suficiente para preparar 600 cc de mezcla total. Esta mezcla total se transfiere a continuación a un vaso de precipitados y se agita a 1.500 r.p.m. durante dos minutos. El papel fabricado a partir de esta mezcla demuestra alguna elasticidad antes del rasgado.

La muestra 3.7 es una repetición de la muestra 3.6 excepto que se utilizan 2,4 gramos de fibra bicomponente en lugar de 2,0 gramos.

La muestra 3.8 es una repetición de la muestra 3.7 excepto que se añade un antiespumante con el Katapol (Foammaster VF fabricado por Diamond Shamrock, 3 gotas).

La muestra 3.9 es un repetición de la muestra 3.8 excepto que se añaden también 5 gramos de fibras de nilón de 0,080 SD de Microfibers of Pawtucket, RI. El nilón se añade con 100 cc de agua, y produce una gran dispersión sin casi agitación. La mezcla nilón-agua se añade a la mezcla de la fibra bicomponente Hi Bright y la mezcla total de 600 cc se agita a 1.500 r.p.m. durante dos minutos. El objeto de la adición de nilón es facilitar la rotura del enlace entre las fibras de celulosa.

La muestra 3.10 es una repetición de la muestra 3.9 excepto que se utilizan 2,4 gramos de fibra bicomponente, 20 gotas de Katapol, 6 gotas de antiespumante, 2 gramos de fibras de nilón y 100 cc de fibras de celulosa Hi Bright (aproximadamente 1,1 gramos).

Las particularidades de las muestras y los resultados de su experimentación en un instrumento Instron se presentan en la Tabla siguiente.

1

Claims

1. Una fibra elástica con una construcción núcleo/envoltura, comprendiendo la fibra al menos dos polímeros, comprendiendo el núcleo un elastómero termoplástico y comprendiendo la envoltura un polímero de etileno ramificado de forma homogénea que tiene un contenido en gel menor del 30% en peso.

2. La fibra de la reivindicación 1 en la que el polímero de la envoltura tiene un punto de fusión inferior al del polímero del núcleo.

3. Una mezcla de fibras que comprende (A) una fibra elástica con una construcción núcleo/envoltura, comprendiendo la fibra elástica al menos dos polímeros, comprendiendo el núcleo un elastómero termoplástico y comprendiendo la envoltura un polímero de etileno ramificado de forma homogénea, teniendo el polímero de la envoltura un contenido en gel inferior al 30% en peso, y (B) al menos una fibra no elástica.

4. La mezcla de fibras de la reivindicación 3 en la que la fibra no elástica es al menos una entre una fibra celulósica, lana, seda y una fibra de silicato.

5. La mezcla de fibras de la reivindicación 3 en la que las fibras de (A) se funden unidas a las fibras de (B).

6. Un artículo fabricado que comprende la mezcla de fibras de la reivindicación 3.