ES2295212T3 - Fibras sinteticas a base de poliolefina y proceso para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para hacer fibras e hilados teniendo un peso en gramos de 9000 m de filamento (tamaño denier por filamento (dpf)) oscilando de alrededor de 1 a alrededor de 30 y propiedades mecánicas mejoradas comprendiendo: mezcla de alrededor de 55 a alrededor de 95 wt. % de polímero de poliolefina y de alrededor de 5 a alrededor de 45 wt. % de polímero formador de fibrillas para proveer una mezcla de polímeros de poliolefina y formadores de fibrillas, dicho polímero formador de fibrillas siendo inmiscible con dicho polímero de poliolefina; conduciendo la mezcla a una extrusora de fusión en caliente para proveer una mezcla derretida sustancialmente homogénea de polímeros de poliolefina y formadores de fibrillas; forzando la mezcla derretida a través de una hilera teniendo una relación de longitud a diámetro (L/D) oscilando de alrededor de 3 a alrededor de 30 a una velocidad de cizallamiento que oscila de alrededor de 1000 a alrededor de 5000 segundos recíprocos para proveer una fibra teniendo una matriz poliolefínica y alargada, fibrillas sustancialmente discontinuas del polímero formador de fibrillas dispersadas en la matriz poliolefínica, por lo que una superficie exterior de las fibras está sustancialmente libre de fibrillas.
Description
Fibras sintéticas a base de poliolefina y
proceso para su fabricación.
La invención hace referencia a un hilado
sintético basado en una poliolefina caracterizado por propiedades
mecánicas mejoradas, tintabilidad mejorada y a un método para hacer
el hilado para uso como hilados de la parte superior de alfombras,
tejidos y tapicerías.
Los hilados basados en poliolefinas están
caracterizados por un bajo coste y por una resistencia química hacia
muchos líquidos y por lo tanto son de interés en la fabricación de
alfombras y tejidos incluyendo hilados de tapicerías donde las
manchas son un problema. Los hilados basados en poliolefinas son
también adecuados para aplicaciones técnicas, tales como en
filtros. Sin embargo, los hilados y fibras basados en poliolefinas
convencionales tienen varias desventajas. Para empezar, la
temperatura de transición vítrea (Tg) es inferior a la temperatura
ambiente (es decir, entre -5 y -15ºC). Debido a la Tg baja de los
hilados basados en poliolefinas, la retención de forma del hilado
bajo una fuerza externa a temperatura ambiente es limitada. Los
hilados basados en poliolefinas tienden a adoptar una nueva forma a
través del movimiento molecular en el polímero. Como resultado, la
resiliencia de las alfombras hechas con un hilado basado en
poliolefinas es indeseablemente baja para su uso como fibra de
alfombras. A temperaturas superiores a la temperatura ambiente, la
resiliencia y otras propiedades mecánicas del hilado son incluso
inferiores. La termofijación del hilado basado en poliolefinas
permite la relajación de las tensiones internas en las fibras del
hilado y ayuda a retener la forma del hilado después de la torsión,
pero la termofijación no puede llevar a una forma permanente de
hilado si se aplica una fuerza externa suficiente.
Otra desventaja de los hilados basados en
poliolefinas es que los hilados son solamente ligeramente tintables
con tintes dispersos y no son tintables en absoluto con tintes
reactivos. La solidez del tinte de tales hilados es a menudo
insatisfactoria incluso cuando se lavan los hilados a bajas
temperaturas.
De las otras fibras sintéticas, el nylon ha sido
la principal elección para alfombras, donde se requiere una elevada
calidad y resiliencia. Sin embargo, el nylon no está libre de
inconvenientes. Notablemente, una alfombra hecha con hilado de
nylon es susceptible de desarrollar cargas estáticas eléctricas y
por lo tanto debe ser tratada química o físicamente para reducir el
aumento de las cargas estáticas. Otras desventajas de las alfombras
de nylon son que se manchan con facilidad. De modo acorde, las
alfombras de nylon normalmente contienen tratamientos que reducen
sus tendencias al manchado. Estos tratamientos, sin embargo, no
impiden todas las manchas, ni los tratamientos serán efectivos
durante la vida de la alfombra.
Por otra parte, las alfombras hechas de
materiales poliolefínicos, tales como polipropileno, son muy
resistentes al manchado y son naturalmente antiestáticas. Sin
embargo, tal y como se ha establecido anteriormente, el
polipropileno es una fibra menos resistente y no mantendrá su
apariencia o forma bajo un uso prolongado o intensivo o después de
repetidas deformaciones.
Consideraciones similares respecto de los
hilados basados en poliolefinas pueden tratarse para el sector
textil, incluyendo los hilados de tapicerías, donde la eliminación
de manchas es extremadamente difícil. El uso de hilados basados en
poliolefinas podría incluso ser más beneficioso debido a los bajos
costes del polímero y a su excelente hidrorepelencia, solidez del
tinte y resistencia al manchado. Desafortunadamente, el uso de
hilados basados en poliolefinas está limitado por sus bajas
propiedades mecánicas y limitada retención de forma debido a la
baja resiliencia de tales hilados y al hecho de que las propiedades
mecánicas de tales hilados a temperaturas mayores que la
temperatura ambiente tienden a decrecer rápidamente.
Las técnicas de tinte estándar utilizando un
baño de tinte no son posibles con hilados basados en poliolefinas
como es el caso del poliéster o las fibras de nylon. De modo acorde,
los polímeros o copolímeros de poliolefina, tales como copolímeros
etileno/acrílicos, han sido utilizados en conjunción con los hilados
basados en poliolefinas. Otros aditivos con propiedades similares
se desarrollaron para introducir grupos amino en el polímero de
poliolefina durante la fase de polimerización. Para obtener la
tintabilidad de los hilados basados en poliolefinas con tintes
dispersos, se utilizaron aditivos basados en poliéster y copolímeros
polares. El tinte de hilados basados en poliolefinas con tintes
formadores de ligandos fue hecho posible a través de la adición de
compuestos de níquel. El tinte con tintes solubles en hidrocarburos
con cadenas alkil largas también se propuso para los polímeros
poliolefínicos estándar. Un polímero de polipropileno tintable se
proveyó mediante el uso de dendrímeros y polímeros hiperramificados
especiales. Se han propuesto tratamientos de plasma en una escala de
laboratorio para introducir grupos reactivos en la superficie del
hilado.
Mientras que los desarrollos anteriores han
tenido un éxito limitado, todas las técnicas anteriores sufren de
un aumento en el coste, lo cual reduce la competitividad del
polímero, las propiedades mecánicas del hilado resultante, la
hilabilidad de los hilados y puede afectar adversamente a la
estabilidad térmica del hilado. Las propiedades de resistencia al
manchado de tales hilados y la solidez del color de las fibras
tintadas también son inaceptables o están reducidas debajo de
valores deseados.
Continúa la necesidad de hilados y fibras
basados en poliolefinas mejorados para el uso en alfombras, tejidos,
tapicerías y otras aplicaciones donde las propiedades de los
materiales poliolefínicos pueden ser beneficiosos.
Con relación a lo anterior y otros objetos, la
invención provee un método para hacer fibras e hilados teniendo un
peso en gramos de 9000 m de filamento (tamaño denier por filamento
(dpf)) oscilando entre alrededor de 1 hasta alrededor de 30 dpf y
propiedades mecánicas mejoradas. El método incluye la mezcla de
alrededor de 55 a alrededor de 95 wt. % polímero poliolefínico y de
alrededor de 5 a alrededor de 45 wt. % polímero formador de
fibrillas para proveer una mezcla de polímeros formadores de
fibrillas y de poliolefina, el polímero formador de fibrillas
siendo inmiscible con el polímero poliolefínico. Una extrusora de
fusión en caliente a la que la mezcla es alimentada es utilizada
para proveer una mezcla derretida sustancialmente homogénea de
polímeros formadores de fibrillas y poliolefina. La mezcla
derretida es entonces forzada a través de una hilera teniendo una
relación entre la longitud y el diámetro (L/D) de alrededor de 3 a
alrededor de 30 a una velocidad de cizallamiento que oscila entre
alrededor de 1000 y alrededor de 5000 segundos recíprocos para
proveer una fibra teniendo una matriz poliolefínica y alargada,
fibrillas substancialmente discontinuas del polímero formador de
fibrillas dispersadas en la matriz poliolefínica, por lo que una
superficie exterior de las fibras está sustancialmente libre de
fibrillas.
El método de la presente invención puede
comprender además el secado del polímero poliolefínico, polímero
formador de fibrillas y compatibilizador para proveer una mezcla que
contenga menos de alrededor de 500 ppm humedad.
El método de la presente invención puede además
comprender el secado del polímero poliolefínico y polímero formador
de fibrillas para proveer una mezcla que contenga menos de alrededor
de 500 ppm humedad.
El método de la presente invención puede
comprender además tintar las fibras con un tinte disperso, un tinte
reactivo o una mezcla de ambos para proveer fibras tintadas, el
tinte siendo realizado preferiblemente a una presión que oscila
entre alrededor de 1 y alrededor de 4 bares y a una presión que
oscila entre alrededor de 1,5 y alrededor de 2 bares.
La presente invención provee además el uso de un
hilado de la presente invención comprendiendo un hilado BCF como un
hilado de la parte superior de alfombras, el uso del hilado de la
presente invención comprendiendo un hilado POY, FDY, o LDY como un
hilado textil, el uso del hilado de la presente invención como un
hilado de tapicería y el uso del hilado de la presente invención
como un hilado básico.
En otro aspecto la invención provee un hilado
teniendo propiedades mecánicas mejoradas y tintabilidad potenciada.
El hilado incluye desde alrededor de 55 a alrededor de 95 wt. % fase
continua poliolefínica y de alrededor de 5 a alrededor de 45 wt. %
fase discontinua de fibrillas dispersadas en la fase continua
poliolefínica, las fibrillas siendo derivadas de un polímero
formador de fibrillas seleccionado del grupo consistente en
polímeros de poliamida y polímeros de poliéster. La fase continua
poliolefínica está sustancialmente libre de fibrillas en una
superficie expuesta suya, el hilado es tintable, particularmente con
tintes reactivos tales como tintes ácidos o catiónicos, y el hilado
muestra una deformación irreversible a alrededor de 25ºC de menos de
3%.
La presente invención es una mejora de la
invención descrita en las patentes de Estados Unidos relacionadas
Números 5,587,118; 5,597,650; 5,620,797; y 5,811,040 para Mallonee,
que provee un método para mezclar polímeros inmiscibles y proveer
un hilado de la parte superior de alfombras mejorado. Se ha
descubierto que los filamentos hechos según la invención tienen una
fase poliolefínica sustancialmente continua y una fase de fibrillas
sustancialmente discontinua intercalada en la fase poliolefínica.
La fase de fibrillas discontinua provee a un hilado de alfombra
basado en poliolefinas propiedades de tipo poliamida y/o poliéster
en términos de resiliencia y solidez de color, pero sin los
inconvenientes característicos aparentes del material formador de
fibrillas. Es decir, el hilado exhibe las excelentes propiedades
antimanchas de la poliolefina y su favorable retardancia de llama y
propiedades antiestáticas, pero no exhibe los puntos débiles de las
fibras poliolefínicas convencionales. El hilado también es menos
costoso de producir que muchos filamentos de poliamida y poliéster,
puesto que el polipropileno es en la actualidad hasta un 60% más
barato por libra que la poliamida y hasta un 40% más barato que el
poliéster.
USP 5 811 040 muestra un método para hacer
fibras para un hilado de la parte superior de alfombras. El método
comprende realizar una mezcla comprendiendo desde alrededor de 5
hasta alrededor de 40% por peso de polímero formador de fibrillas
seleccionado del grupo consistente en poliamida y poliéster con
desde alrededor de 60 hasta alrededor de 95% por peso de
poliolefina a través de una extrusora de fusión en caliente para
producir una mezcla derretida sustancialmente homogénea que es
forzada a una velocidad de cizallamiento dentro del ámbito desde
alrededor de 1000 hasta alrededor de 5000 segundos recíprocos a
través de una hilera conteniendo una pluralidad de aberturas
capilares para producir filamentos individuales, estirando y
texturizando con aire caliente los filamentos a una temperatura que
oscila entre alrededor de 120ºC hasta alrededor de 130ºC para
proveer filamentos estirados y texturizados teniendo un denier que
oscila entre alrededor de 12 y alrededor de 25 y combinando los
filamentos estirados y texturizados para proveer un hilado de la
parte superior de alfombras sintético.
Además de las propiedades anteriores, el hilado
de la invención comprendiendo una matriz poliolefínica y fibrillas
de poliéster tiene un acabado mate, de esta forma reduciendo la
necesidad de adición de rellenos tales como dióxido de titanio para
disminuir el lustre del hilado tal y como se requiere con los
hilados de alfombra de poliamida convencionales.
Otras ventajas de la invención son aparentes por
referencia a la descripción detallada cuando se considera en
conjunción con las figuras, en las que números de referencia iguales
indican elementos iguales a través de las diferentes vistas y en
las que:
La Figura 1 es una ilustración, no a escala, de
una configuración de orificio de hilera preferida para producir
fibras sintéticas según la invención;
Las Figuras 2 y 3 son ilustraciones de sección
transversal, no a escala, de fibras sintéticas trilobales o con
forma delta hechas según la invención;
La Figura 4 es una comparación gráfica de
valores de tenacidad para fibras hechas de polímeros únicos y
mezclas de polímeros.
La Figura 5 es una fotomicrografía de una fibra
poliolefínica después del atacado químico hecho por un proceso en
el que una relación L/D de una hilera utilizada para hacer la fibra
es menor de 3;
La Figura 6 es una fotomicrografía de una fibra
poliolefínica después del atacado químico hecha mediante un proceso
según la invención en el que una relación L/D de una hilera
utilizada para hacer la fibra es 3;
La Figura 7 es una fotomicrografía de una fibra
poliolefínica después del atacado químico hecha por un proceso
según la invención en el que una relación L/D de una hilera
utilizada para hacer la fibra es 6;
La Figura 8 es una fotomicrografía de una fibra
poliolefínica después del atacado químico hecha por un proceso
según la invención en el que una relación L/D de una hilera
utilizada para hacer la fibra es 15;
La Figura 9a es una imagen digital de una
muestra de tela tejida hecha con un hilado de poliéster convencional
después de 2500 ciclos de cepillado;
La Figura 9b es una imagen digital de una
muestra de tela tejida hecha con una fibra según la invención
después de 10.000 ciclos; y
La Figura 10 es una comparación gráfica de las
propiedades mecánicas de las fibras hechas según la invención
(parcelas A y B) y de fibras poliolefínicas puras (parcelas C y D)
con tratamiento térmico (parcelas B y D) y sin tratamiento térmico
(parcelas A y C).
Las fibras e hilados sintéticos hechos según la
invención utilizando una mezcla de polímeros inmiscibles, tienen un
peso en gramos de 9000 m de filamento (tamaño de denier por
filamento (dpf)), que oscila entre alrededor de 1 y alrededor de
30. Debido a que al polímero formador de poliolefinas y fibrillas
inmiscible con la poliolefina es mezclado por fusión y forzado a
través de aberturas capilares de una hilera como una mezcla
derretida, cada uno de los filamentos resultantes contiene
esencialmente la misma cantidad de polímero formador de poliolefinas
y fibrillas como la mezcla derretida.
Las fibras resultantes están caracterizadas por
una matriz de fase continua poliolefínica teniendo intercaladas
allí fibrillas alargadas discontinuas sustancialmente colineales a
través de la matriz. Una característica importante del hilado con
base de poliolefina sintético de la invención es que tiene una
resiliencia similar a los hilados de poliamida tales como nylon 6 y
nylon 66, aunque tiene la resistencia a las manchas de los hilados
poliolefínicos tales como polipropileno. Además, el hilado sintético
de la invención tiene una tintabilidad mucho más elevada,
retardancia de llama y resistencia mecánica a temperaturas
superiores a la temperatura ambiente que el polímero poliolefínico
puro o virgen. Finalmente, el hilado sintético de la invención es
resistente a la formación de cargas eléctricas estáticas comunes a
los hilados de alfombra con base de poliamida.
Con el fin de proveer una mezcla adecuada de
polímeros inmiscibles para hacer las fibras y los hilados
sintéticos, una mezcla conteniendo desde alrededor de 55% a
alrededor de 95% por peso de poliolefina es mezclada con alrededor
de 5 a alrededor de 45% por peso de polímero formador de fibrillas.
Se prefiere que la mezcla de polímero formador de poliolefina y
fibrillas utilizada para hacer las fibras e hilados de la invención
contenga desde alrededor de 60 a alrededor de 95 wt. %, más
preferiblemente de alrededor de 70 a alrededor de 85 wt. %, y lo
más preferiblemente 75 wt. % poliolefina. El polímero formador de
fibrillas está preferiblemente presente en la mezcla en una
cantidad que oscila entre alrededor de 5 y alrededor de 40 wt. %,
más preferiblemente de alrededor de 15 a alrededor de 30 wt. %, y
lo más preferiblemente 25 wt. % polímero formador de fibrillas.
\newpage
Las poliolefinas que pueden utilizarse para
producir el hilado y las fibras de la invención incluyen, pero no
están limitados a, polietileno, polipropileno, ambos homopolímeros y
copolímeros, poli(1-buteno),
poli(3-metil-1-buteno),
poli(4-metil-1-penteno)
y similares, así como combinaciones o mezclas de dos o más de los
anteriores. De los polímeros poliolefínicos mencionados
anteriormente, el homopolímero de polipropileno es particularmente
preferido. Polipropileno a granel adecuado para hacer el hilado de
la invención está disponible de, pero no limitado a, Shell Chemical
Company of Houston, Texas, bajo los nombres comerciales
NRDS-126-3, 5E40 y 5E70, Basell
Polyolefins Company N.V. de Bruselas, Bélgica bajo las marcas
comerciales MOPLEN X69S, ADSTIF 855 ADXP, X50251, ADFLEX X102S y
Aristech Chemical Company of Pittsburg, PA, bajo la marca comercial
D-115-F y
D-080-A.
El polímero formador de fibrillas mezclado con
la poliolefina para hacer los filamentos puede ser seleccionado del
grupo consistente en poliamida y/o poliéster. Los polímeros de
poliamida que pueden utilizarse incluyen el producto de
condensación de un ácido dibásico y una diamina tal como ácido
adípico y diamina de hexametileno (nylon 66), y la adición de
productos de reacción de monómeros conteniendo tanto un grupo ácido
como un grupo amino en la molécula, tal como el producto de
polimerización de e-caprolactama para formar
policaproamida (nylon 6). Análogos superiores o mezclas de nylon 6
y 66 también pueden utilizarse. De lo anterior, el nylon 6 es la
poliamida más preferida para su uso en formar el hilado de la parte
superior de la alfombra de la invención. Fuentes adecuadas de
polímeros de poliamida incluyen, pero no están limitados a, los
polímeros de nylon 6 disponibles de AQUAFIL, S.P.A. de Arco,
Italia, bajo la marca comercial AQ2700 y de BASF Corporation de
Asheville, N.C. bajo la marca comercial Type 403. Otras fuentes de
polímero de poliamida pueden ser adecuadas también.
Los polímeros de poliéster que pueden utilizarse
para hacer el hilado de la invención incluyen, pero no están
limitados a, los productos de policondensación de ácidos
dicarboxílicos o anhídridos con alcoholes dihídricos y mezclas de
los productos de policondensación. Los ácidos dicarboxílicos y
anhídridos que pueden ser reaccionados con los alcoholes dihídricos
incluyen los ácidos grasos saturados e insaturados y anhídridos
tales como ácidos maleicos, fumáricos, ftálicos y adípicos y
anhídridos. Un ácido dicarboxílico o anhídrido particularmente
preferido es ácido ftálico o anhídrido.
Los alcoholes dihídricos que fueron reaccionados
con los ácidos dicarboxílicos o anhídridos para proveer los
polímeros de poliéster incluyen, pero no están limitados a, los
alquilenglicoles teniendo de alrededor de 2 a alrededor de 10
átomos de carbono. Los alcoholes dihídricos preferidos incluyen
etilenglicol, propilenglicoles, dietilenglicol y dipropilenglicol.
Los productos de policondensación particularmente preferidos de
ácidos dicarboxílicos o anhídridos y alcoholes dihídricos incluyen
tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno y
tereftalato de politrimetileno.
Una fuente adecuada de polímero de poliéster es
el polímero de tereftalato de polietileno disponible de Wellman
Corporation, de Johnsonville. S.C. bajo la marca comercial
PERMACLEAR PET. Otras fuentes de polímero de poliéster que pueden
utilizarse incluyen el polímero de tereftalato de polibutileno
disponible de Montefibre de Milano, Italia bajo la marca comercial
TQ9/04/N y de BASF Corporation de Portsmouth, Virginia bajo la marca
comercial ULTRADUR B 4500. Otra fuente es tereftalato de
politrimetileno disponible de Du Pont Company of Wilmington,
Delaware bajo la marca comercial 3GT o SONORA y la de Shell Chemical
Company bajo la marca comercial CORTERRA así como otras fuentes
adecuadas.
Además de los polímeros formadores de
poliolefinas y fibrillas, la mezcla puede contener de alrededor de 0
wt. % a 20 wt. % modificador de interfase. Los modificadores de
interfase que pueden utilizarse, pueden seleccionarse de diversos
polímeros de poliolefinas reaccionados con ácidos o anhídridos
incluyendo ácido fumárico, ácido acrílico o ácido metacrílico así
como poliolefinas maleadas. Ejemplos de poliolefinas maleadas
incluyen polipropileno maleado, etileno-propileno
maleado, estireno-butadieno-estireno
maleado,
estireno-etileno-butadieno-estireno
maleado, caucho de etileno-propileno maleado (EPR),
etileno-propileno-dieno monómero
maleado (EPDM) y mezclas suyas. Las fuentes de poliolefinas
maleadas incluyen, pero no están limitadas a, POLYBOND 3200
disponible de Uniroyal Chemicals of Middelburg, Connecticut y
EPOLENE E-43 disponible de Eastman Chemical Company
of Kingsport, Tennessee.
El hilado sintético de la invención puede
contener también cualquiera uno o más de los aditivos seleccionados
de retardantes de llama, tintes, pigmentos, antioxidantes, rellenos,
agentes antiestáticos, ayudas de procesamiento de fusión,
estabilizadores UV y térmicos, plastificantes y similares. Una
ventaja particular de la invención es la retardancia de llama
sinergística del hilado y las fibras. Aunque los filamentos del
hilado pueden contener un polímero formador de fibrillas no
halogenado y ningún retardante de llama, los hilados según la
invención pueden mostrar alrededor de 45 a alrededor de 75% aumento
en la retardancia de llama relativa a la retardancia de llama del
hilado de poliolefina puro. Con el fin de mejorar más la retardancia
de llama del hilado sintético de la invención, el polímero formador
de fibrillas puede ser halogenado. Por ejemplo, uno o ambos de ácido
dicarboxílico o anhídrido y alcoholes dihídricos utilizados para
hacer el polímero de poliéster pueden ser halogenados. Los
halógenos que pueden utilizarse incluyen cloro, bromo y flúor. Los
compuestos de poliéster halogenados preparados a partir de los
ácidos halogenados o alcoholes pueden también ser mezclados con
otros retardantes de llama halogenados y no halogenados bien
conocidos si se desea aumentar más la retardancia de llama de las
fibras e hilado de la invención.
Cuando se desee, la mezcla de polímero formador
de poliolefina/fibrillas de la invención puede contener también
otros retardantes de llama. Los retardantes de llama adecuados para
su uso con uno o ambos componentes de la mezcla incluyen, pero no
están limitados a, poliestireno bromado, exabromociclododecano,
óxido de decabromodifenil,
etileno-bis(tetrabromoftalimida),
etileno-bis(dibromonorborano dicarboximida),
óxido de pentabromodifenil, óxido de octabromodifenil,
decabromodifenoxietano, óxido de
poli-dibromofenileno, éster de fosfato halogenado,
tetrabromoftálico anhídrido, bis(tribromoftálico anhídrido),
tetrabromobisfenol-A
bis(2-hidroxietil-éter),
tetrabromobisfenol-A
bis(2,3-dibromopropil éter),
dibromo-neopentil glicol,
tetradecabromodifenoxibenceno, óxido de aluminio trihidratado,
óxido de antimonio, antimonato de sodio, borato de zinc, ester
di-acrilato de tetrabromobisfenol-A
y similares y mezclas suyas.
Un sistema retardante de llama preferido
generalmente contendrá un compuesto orgánico halogenado y un
sinergista retardante de llama tal como óxido de antimonio. La
cantidad total de retardante de llama en el hilado puede oscilar de
alrededor de 5 a alrededor de 15 wt. % del peso total de las fibras.
A alrededor de 10 wt. % retardante de llama, a menudo hay un
aumento del 50% en la retardancia de llama tal y como se determina
por el test de retardancia de llama de panel radiante.
Los estabilizadores térmicos útiles con los
componentes utilizados para producir las fibras de la invención
incluyen, pero no están limitados a, polvos de calcio, estearato de
calcio, fenoles y fenoles impedidos, óxido de zinc, aril ésteres,
hidroxibenzofenona, hidroxibenzotriazola y similares.
Los aditivos antioxidantes pueden ser
seleccionados de los fenoles y bisfenoles alquilatados,
alquilideno-bisfenoles,
alquiilideno-trisfenoles, alquiilideno polifenoles,
tiofenoles, ditio-bisfenoles,
ditio-trisfenoles, fenoles
tio-polialquilatados, productos de condensación de
fenol, aminas, dilauril tiodipropionato, distearil tiodripropionato,
dimiristil tiodipropionato, ditridecil tiodipropionato,
pentaeritritol tetraquis(b-lauril
tiopropionato), p-benzoquinona,
2,5-ditert-butilhidroquinona y
similares.
También se pueden utilizar aditivos
antibacterianos y antiácaros del polvo. Entre estos, los aditivos
inorgánicos, de fase vítrea o basados en zeolita pueden ser
seleccionados. Otros tipos de aditivos antibacterianos y antiácaros
de polvo también pueden utilizarse.
El polímero formador de poliolefinas y fibrillas
y los aditivos opcionales pueden ser combinados de varias formas,
sin embargo se prefiere mezclar en seco los componentes antes de
alimentar la mezcla a una extrusora. Alternativamente, cada uno de
los componentes de polímeros formadores de poliolefinas y fibrillas
y los ingredientes opcionales pueden ser alimentados directamente a
la extrusora en cualquier orden con la condición de que haya
suficiente tiempo de residencia en la extrusora para asegurar la
mezcla sustancialmente homogénea de los componentes. Se reconocerá
que una mezcla esencialmente homogénea premezclada de polímero
formador de poliolefinas y fibrillas también puede alimentarse a
una extrusora.
Con respecto a un polímero formador de poliéster
y fibrillas, una vez combinado, la mezcla de poliolefina y
poliéster es mezclada por fusión y extrusionada bajo presión para
proveer una mezcla esencialmente homogénea de los dos componentes.
Las presiones entre alrededor de 700 y alrededor de 2000 psia
(alrededor de 4,8 Mpa y alrededor de 13,8 Mpa) son preferiblemente
utilizadas para obtener una mezcla homogénea de los componentes
antes de la extrusión. La mezcla derretida es forzada desde la
hilera de la extrusora a una temperatura dentro del ámbito de 240º
hasta alrededor de 300ºC a través de las aberturas de la hilera. La
temperatura de extrusora utilizada es una función de la viscosidad
del polímero formador de fibrillas en la mezcla. Cuando el polímero
formador de fibrillas tiene una viscosidad mayor, se deberían
utilizar temperaturas de extrusión mayores. Por ejemplo, al usar
nylon 6 la temperatura de extrusión está preferiblemente en el
ámbito de alrededor de 250º hasta alrededor de 290ºC. Al utilizar
el tereftalato de polietileno la temperatura de extrusión está
preferiblemente en el ámbito de alrededor de 260º hasta alrededor de
300ºC.
Las siguientes figuras pueden utilizarse para
ilustrar otros aspectos de la invención. La Fig. 1 ilustra una
abertura capilar (10) para una hilera para uso en la producción de
filamentos para hacer fibras e hilados según la invención. La
abertura capilar es preferiblemente una configuración capilar
trilobal. La abertura capilar (10) tiene patas (12) de
sustancialmente igual longitud de forma que la mezcla derretida
fluya a través de la abertura capilar (10) en patas (12) de este
modo aumentando la velocidad de cizallamiento en la mezcla
derretida y provocando que el filamento se establezca en una
configuración de sección transversal generalmente trilobal (14) tal
y como se ilustra en la Fig. 2 o en una configuración de sección
transversal delta (16) tal y como se ilustra en la Fig. 3. En las
Figs 2 y 3, la poliolefina (18) provee la mayor parte del filamento
con fibrillas alargadas orientadas longitudinalmente (20) hechas del
polímero formador de fibrillas dispersado en el filamento
generalmente concentrado hacia el centro del filamento.
La velocidad de cizallamiento de la mezcla
derretida durante la extrusión es otro factor importante al
practicar la presente invención para resultados óptimos. Las
velocidades de cizallamiento en el orden de alrededor de 1000 hasta
alrededor de 5000 segundos recíprocos son preferidas.
Particularmente preferida es una velocidad de cizallamiento dentro
del ámbito de alrededor de 2000 a alrededor de 4000 segundos
recíprocos, con una velocidad de cizallamiento de alrededor de 2500
hasta alrededor de 3800 segundos recíprocos siendo especialmente
preferida. Al seleccionar una pluralidad de aberturas capilares de
un tamaño adecuado teniendo una disposición trilobal, se puede
obtener la velocidad de cizallamiento deseada para la extrusión de
la mezcla.
Un parámetro particularmente importante a ser
tenido en cuenta es la relación de profundidad o longitud (L) del
orificio capilar al diámetro hidráulico medio (D) del capilar 10 a
través del cual es forzada la mezcla derretida. Una relación L/D
preferida está en el ámbito de alrededor de 3 hasta alrededor de 30,
dependiendo de la viscosidad de fusión de la poliolefina y del
polímero formador de fibrillas y en la velocidad de cizallamiento
en la abertura capilar 10. Una relación en el ámbito de alrededor de
6 hasta alrededor de 10 se utiliza preferiblemente para minimizar o
sustancialmente eliminar las fibrillas en una superficie exterior de
los filamentos. La tintabilidad reactiva de las fibras utilizando
tintes ácidos o catiónicos puede ser favorecida mediante el uso de
una relación L/D que oscila entre alrededor de 1 y alrededor de 3.
De modo acorde, una relación L/D apropiadamente seleccionada
favorece la concentración del polímero formador de fibrillas dentro
de la matriz poliolefínica y reduce el diámetro medio de las
fibrillas.
A pesar de no desear estar limitados por
consideraciones teóricas, se cree que las propiedades de las fibras
y los hilados de la invención son debidas, al menos en parte, a la
formación in situ de fibrillas alargadas sustancialmente
discontinuas en una fase poliolefínica continua. La formación de
fibrillas in situ se cree que está promovida por la
inmiscibilidad de los componentes de la mezcla entre sí, y las
fuerzas de cizallamiento ejercidas en la mezcla derretida cuando es
forzada a través de las aberturas capilares 10 de la hilera. La
presencia de un compatibilizador ayuda a aumentar la hilabilidad y
la fuerza mecánica de la interfaz entre la matriz poliolefínica y
el polímero inmiscible.
Durante la extrusión, los polímeros formadores
de fibrillas se concentran en una orientación alineada generalmente
longitudinalmente hacia el centro de las aberturas capilares 10 de
la hilera donde las fuerzas de cizallamiento son las menores. Como
resultado, las fibrillas alargadas son intercaladas en una fase
poliolefínica continua que está concentrada cerca de las paredes de
las aberturas capilares de la hilera donde las fuerzas de
cizallamiento son las mayores. Las fibrillas de poliamida y/o
poliéster y/o otras fibrillas de polímeros inmiscibles con la
poliolefina que son producidas por las fuerzas de cizallamiento
asociadas con el paso del material a través de las aberturas
capilares 10 tienen un diámetro en el ámbito de una fracción de un
micrón hasta unos pocos micrones y una longitud de varias decenas
de micrones, mientras que la longitud de sección transversal global
de cada lado de los filamentos trilobales o delta conteniendo las
fibrillas puede oscilar entre alrededor de 1 y alrededor de 3
milímetros. Típicamente, las fibrillas tendrán un diámetro medio de
alrededor de 0,1 a alrededor de 5 micrones y una longitud media que
oscila entre alrededor de 100 y alrededor de 1000 micrones,
dependiendo de la relación de viscosidad y los parámetros de
hilado.
A través de un fenómeno no completamente
entendido, la poliolefina se forma en una fase continua proveyendo
una matriz que encapsula las fibrillas poliméricas. Las fibrillas
poliméricas proveen un refuerzo a la matriz poliolefínica similar
al refuerzo provisto por la fibra de vidrio en una resina
termoplástica o termoendurecible. De modo acorde, las fibrillas
poliméricas que son más resilientes que la poliolefina mejoran la
resiliencia del hilado y las fibras que las fibras y los hilados
poliolefínicos convencionales haciendo un excelente material para
los hilados de la parte superior de alfombras, textiles y
tapicerías.
Otro factor que se cree contribuye a la
formación de las fibrillas en el centro del filamento es la
diferencia entre la viscosidad de fusión entre las fases
poliolefínicas y de polímero formador de fibrillas. La viscosidad
de fusión generalmente inferior de la poliolefina puede provocar que
la poliolefina fluya con mucha más facilidad a través de la
abertura capilar 10 en las paredes de la abertura donde la velocidad
de cizallamiento es la mayor, mientras que el polímero formador de
fibrillas más viscoso se concentra en áreas de la abertura capilar
10 alejadas de las paredes. Por ejemplo, a una velocidad de
cizallamiento de 3800 segundos recíprocos, el polipropileno tiene
una viscosidad de fusión de alrededor de 240 poises a 280ºC, en la
pared capilar. La viscosidad de fusión para la misma temperatura y
velocidad de cizallamiento para el poliéster teniendo una viscosidad
intrínseca de 0,64 es 2600 poises y es 7800 poises para el
poliéster teniendo una viscosidad intrínseca de 0,81 a 280ºC. De
modo acorde, la relación de viscosidad de fusión del polímero de
poliéster a la viscosidad de fusión de la poliolefina está
preferiblemente entre el ámbito de alrededor de 10:1 hasta alrededor
de 40:1 para producir los filamentos de la invención conteniendo
las fibrillas de poliéster en una matriz poliolefínica.
A una velocidad de cizallamiento de 2500
segundos recíprocos, el polipropileno tiene una viscosidad de fusión
de 330 poises a 260ºC, en la pared capilar. La viscosidad de fusión
para la misma temperatura y velocidad de cizallamiento para el
nylon 6 teniendo una viscosidad relativa de 2,4 es 700 poises y es
1160 poises para nylon 6 teniendo una viscosidad relativa de 2,7.
De modo acorde la relación de la viscosidad de fusión del polímero
de poliamida a la viscosidad de fusión de la poliolefina está
preferiblemente dentro del ámbito de alrededor de 2:1 hasta
alrededor de 3:1 para producir filamentos conteniendo fibrillas de
poliamida en una matriz poliolefínica.
Después del hilado, los filamentos son estirados
una o más veces, preferiblemente tres veces, y luego texturizados
bien con un chorro de aire caliente o con un chorro de vapor. El
hilado, estirado y texturizado puede realizarse tanto con el
proceso de un paso o el de dos pasos, dependiendo del tipo de
producto final deseado, como el hilado BCF, hilado CF, hilado POY,
hilado FDY, fibras básicas y con parámetros establecidos como
función de las instalaciones específicas empleadas. Los filamentos
de la invención pueden ser hilados, estirados y texturizados
esencialmente de forma continua sin la necesidad de un periodo
intermedio de curado o de espera. Alternativamente, un periodo de
espera intermedio puede utilizarse entre los pasos de hilado,
estirado y/o texturizado.
Para obtener hilados coloreados de la cara
superior de las alfombras, los componentes que son combinados para
hacer hilados de la invención pueden cada uno contener pigmentos o
tintes químicos, o el hilado o fibras acabados pueden ser tintados.
Los pigmentos inorgánicos útiles incluyen, pero no están limitados
a, mercurio-cadmio, mercurio-cadmio
naranja, sulfuro de cadmio amarillo, sulfoselenida de cadmio,
dióxido de titanio, titanio amarillo, titanio verde, titanio azul,
aluminato de cobalto, manganeso azul, manganeso violeta, ultramarino
rojo, ultramarino azul, ultramarino violeta, y similares. Los
pigmentos orgánicos incluyen, pero no están limitados a, rojo
permanente 2B, rojo perileno, rojo quinacridona, naranja diazóico,
amarillo otiazo, isoindolinona, amarillo hansa, verde ftalocianina,
azul ftalocianina, violeta quinacridona, violeta dopamina y
similares.
Los tintes químicos incluyen, pero no están
limitados a, los tintes ácidos mono- y disulfonados, así como
trifenilmetano, pirazolona, azina, y tintes nitro y quinolina.
Cuando se utilizan, los tintes de pigmentos pueden ser
predispersados en la mezcla madre poliolefínica antes de que el
polímero formador de fibrillas y la poliolefina sean extrusionados,
o pueden introducirse después del proceso de extrusión utilizando un
sistema de extrusora lateral.
Puesto que los filamentos poliolefínicos
generalmente no pueden ser tintados con tintes químicos ácidos o
catiónicos, los tintes de pigmentos son típicamente utilizados
durante la fabricación del hilado para dar a la poliolefina su
color en un proceso conocido como "tinte de solución". El tinte
de solución produce un color permanente que es altamente resistente
a las manchas o la decoloración de la luz UV.
En contraste con las fibras y los hilados
poliolefínicos convencionales, las fibras y los hilados de la
invención pueden ser tintados con tintes dispersos, además del uso
de tintes de pigmentos durante la fabricación, y una vez tintados,
se ha descubierto que las fibras y los hilados de la invención
exhiben propiedades resistentes a las manchas similares a las
fibras y los hilados poliolefínicos puros.
Además, cuando el polímero formador de fibrillas
utilizado con la poliolefina para hacer los filamentos es una
poliamida, es posible también tintar el hilado de la invención
utilizando tintes ácidos o catiónicos. Sin embargo se prefiere
utilizar una mezcla de un tinte ácido y un tinte disperso para
tintar los filamentos. La mezcla de tintes puede contener desde 0
hasta alrededor de 50 por ciento de tinte disperso y desde alrededor
de 50 a alrededor de 100 por ciento de tinte ácido. Un tinte
particularmente preferido es una mezcla de alrededor de 50% por
peso de tinte ácido y alrededor de 50% por peso de tinte
disperso.
Cuando el polímero utilizado es poliéster, se
utiliza preferiblemente un tinte disperso. Los tintes dispersos
generalmente se utilizan con un fluido portador que es compatible
con el tinte particular. Fluidos portadores adecuados son conocidos
a los experimentados en la técnica. La cantidad de tinte en el
fluido portador utilizado para colorear los filamentos puede
oscilar desde alrededor de 0,15 hasta alrededor de 0,7 por ciento
por peso del tinte y fluido portador, preferiblemente desde
alrededor de 0,2 hasta alrededor de 0,5 por ciento por peso del
tinte y fluido portador.
Con el fin de tintar los filamentos, los
filamentos son preferiblemente lavados en primer lugar con agua
caliente normalmente conteniendo alrededor del 0,5 % por peso de
una base tal como NAOH, KOH o NH_{3}OH. La temperatura del lavado
de agua caliente oscila entre alrededor de 60º y alrededor de 80ºC y
debería estar lo suficientemente caliente como para eliminar
cualquier aceite residual final que pueda encontrarse en los
filamentos.
Después del lavado, los filamentos
preferiblemente son tintados en un baño de tinte a alrededor de 90º
hasta alrededor de 100ºC, durante al menos 15 minutos o más. Una
fibra o hilado hecho de una mezcla de poliolefina/poliéster puede
tintarse utilizando desde alrededor de 0,2 hasta alrededor de 0,6
por ciento por peso tinte disperso a la misma temperatura y presión
o a una temperatura que oscila desde alrededor de 115ºC hasta
alrededor de 120ºC, manteniendo al mismo tiempo el tinte bajo una
ligera presión.
Cuando un polímero formador de fibrillas de base
de poliamida es utilizado, o cualquier otro polímero conteniendo
grupos reactivos, como el grupo amina -NH_{2} o el grupo -COOH, el
hilado sintético basado en poliolefina de la invención puede
tintarse con tintes reactivos ácidos o catiónicos, con o sin tintes
dispersos, utilizando sistemas de alta presión con presiones que
oscilan entre alrededor de 1 y alrededor de 5 bares. En este caso
se puede obtener una solidez de color estable muy elevada hacia el
lavado, champú, luz UV, ozono puede obtenerse para fibras e hilados
expuestos a temperaturas de hasta 100ºC.
Varias características y aspectos de la
invención serán ilustradas ahora con referencia a los siguientes
ejemplos no limitadores.
Ejemplo
1
Dos tipos de polímero de polipropileno fueron
evaluados en una mezcla seca conteniendo 15 wt. % de pastillas de
nylon 6 teniendo una viscosidad relativa de 2,7 (tipo
BS-700 de BASF Corporation) y 85 wt. % de pastillas
de polipropileno teniendo un índice de fusión de 20
(5-1466 de Union Carbide Corporation) y pastillas de
polipropileno teniendo un índice de fusión de 9 (5E40 de Union
Carbide Corporation). Las pastillas 5E40 tenían una relación de
cristalinidad de 50 a 55%. La mezcla seca se alimentó desde una
tolva de alimentación directamente en una extrusora de fusión
caliente de 3,81 cm (1^{1/2} pulgada) en la que se obtuvo una
mezcla derretida homogénea. La porción de polipropileno 85 wt. %
consistió en 4 wt. % concentrado de color beige
(SCC-13524 de Standridge Color Corporation) y 2 wt.
% anhídrido maleico injertado (POLYBOND 3200 de Uniroyal Chemical
Company). La mezcla derretida fue entonces bombeada a través de un
conjunto de cribas para eliminar cualquier partícula mayor de 20
micrones. La mezcla cribada fue bombeada a una hilera teniendo 67
aberturas capilares trilobales con el fin de formar filamentos.
Cada capilar trilobal tenía longitudes de pata de 0,05207 cm (0,0205
pulgadas) y anchuras de pata de 0,02032 cm (0,008 pulgadas). La
relación de extrusión fue de 0,11325 kg/h (0,25 libras por hora)
por abertura capilar a 260ºC por lo tanto produciendo una velocidad
de cizallamiento de 3,245 segundos recíprocos. El hilado de la
alfombra se hiló a partir de los filamentos formados de esta forma
en un proceso de un paso. El spin-draw se realizó
utilizando condiciones de extrusión de nylon 6 a 1200m/min. Los
filamentos con forma trilobal fueron hilados a un peso en gramos de
9000 m de filamento (denier) de 3900 por 67 filamentos a una
temperatura de 256ºC. Los hilados se estiraron tres veces a 125ºC y
fueron texturizados por un chorro de aire caliente a 150ºC. El
estirado rindió un hilado texturizado teniendo un peso en gramos de
9000 m de filamento (denier) de 1150 por 67 filamentos. La relación
de relajación fue de 0,71:1 y el estirado peso en gramos de 9000 m
de filamentos (denier) fue fijado para 1150 con 67 filamentos. Las
propiedades físicas de los hilados hechos según este proceso y los
hilados comparativos se dan en la siguiente Tabla 1.
Tal y como se muestra en los ejemplos
anteriores, mezclas de polipropileno y nylon exhibieron un
alargamiento sustancialmente inferior que los polímeros puros de
polipropileno o nylon mientras que las otras propiedades de las
fibras eran sustancialmente las mismas. La fibra hecha con nylon 6 y
polipropileno con un índice de fusión de 9 exhibió la mayor
tenacidad y alargamiento en la rotura de los polímeros
mezclados.
Ejemplo
2
Hilados de la parte superior de alfombras fueron
hechos de fibras formadas en el Ejemplo 1. Con el fin de formar un
hilado de la parte superior de alfombras adecuado, los filamentos de
poliolefina/nylon (PP/PA) 1150 g/9000 m de filamento (denier)
fueron torcidos y termofijados. El torcido de los filamentos fue a
4,25 X 4,25 tpi y el hilado fue termofijado en una caja de urdimbre
de relleno SUPERBA a una temperatura de túnel de 132ºC para la
muestra de control de polipropileno y 121ºC para la muestra de
control de nylon.
Una vez torcido y termofijado, el hilado de la
invención fue anudado en 793,786 g (28 onzas) hilo cortado teniendo
24 puntadas y 1,6669 cm (21/32 pulgadas) altura de hilo. Los valores
de suelo de los hilados se dan en la siguiente Tabla 2. Los valores
de suelo fueron hechos después de 20.000 tráficos.
Tal y como se muestra mediante las anteriores
comparaciones, la alfombra formada a partir de las fibras PP/PA
exhibió un valor de suelo Carpet Research Institute (CRI) de
29-62% mejor que el hilado de polipropileno puro y
el Ciclo 4 exhibió un valor de suelo de 18% mejor que el hilado de
nylon puro.
Ejemplo
3
Se realizaron pruebas de hilado utilizando
varios tipo de polipropileno (PP), a saber UC 1465 y UC 5E40 de
Union Carbide y XA16 de Amoco. El polipropileno seleccionado y el
nylon 6 con una viscosidad relativa de 2,7 (AQ 27000 de Aquafil),
se alimentaron por separado desde dos tolvas a la extrusora de la
planta de hilado para la producción de hilado de la parte superior
de alfombras BCF. Un compatibilizador basado en polipropileno,
conteniendo anhídrido maleíco preinjertado con una molécula de
polipropileno (PP-AM) se introdujo mediante una
tercera tolva en un sistema de extrusión. Un tornillo de medición
Barmag estándar se utilizó durante las pruebas.
Se utilizó una hilera con 64 orificios, teniendo
una relación L/D de 3, con una velocidad de cizallamiento en el
capilar de alrededor de 2900 segundos recíprocos. Mezclas de los
polímeros se dan en la Tabla 3. Antes de alimentar a la extrusora,
tanto el nylon 6 (PA6) y el PP-AM se secaron. El
contenido de humedad en el PA6 fue de 300
ppm.
ppm.
La extrusión se realizó en un tornillo de
medición 6,35 cm (2 ½ pulgadas). La mezcla derretida se bombeó en
un conjunto de cribas para eliminar cualquier partícula mayor de 30
micrones. La mezcla cribada fue bombeada en una hilera con 64
orificios trilobales. El hilado fue entonces estirado con una
relación de estirado de 4 y texturizado con aire caliente a 130ºC.
El procesamiento se realizó a una velocidad de estirado de 2200
m/min. El conteo de hilado final fue de 1330 dtex. Las propiedades
de los hilados se dan en la siguiente Tabla 3 y la tenacidad de los
hilados está ilustrada en la Figura 4.
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\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una prueba comparativa en la misma
hilera utilizando un polímero PA 6 puro. Los resultados indicaron
que independientemente del polipropileno elegido, se consiguieron
mayores valores de tenacidad fabricando el hilado según la
invención, tal y como se evidencia en la Fig. 4. Además se produjo
un hilado con una mayor estabilidad dimensional después del
tratamiento por calor a 130ºC en aire.
\newpage
Ejemplo
4
Hilados mezclados fueron hechos utilizando
polipropileno (PP) (UC 5E40 de Union Carbide) y nylon 6 (PA) (AQ
27000 de Aquafil) utilizando cantidades variables de PA y PP y
diferentes conteos de hilado. Los resultados se muestran en la
siguiente Tabla 4.
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\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados anteriores demostraron que las
propiedades físicas de los hilados hechos según la invención no
variaron significativamente con la concentración de los componentes.
Las mezclas mostradas en la Tabla 4 demostraron la aplicabilidad
del hilado hecho según la invención en una amplía gama de
compuestos.
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Ejemplo
5
Con el fin de evaluar el rendimiento del hilado
sintético como un hilado de la parte superior de alfombras se
fabricó un hilado entrelazado por aire 1330/64 x 2. El hilado fue
insertado en una máquina de insertar de 0,254 cm (1/10 de pulgada),
con una altura de hilo de 5 mm y dos diferentes construcciones, con
el fin de alcanzar una densidad de hilo de 450 y 550 g/m^{2}. La
alfombra se tintó en baño utilizando tintes dispersos (tintes
dispersos Dystar) y se probó con el test de castor chair y Vetterman
Drum. El test de Vetterman Drum simuló un desgaste según ASTM
D5417. El grado de desgaste exhibido por las muestras se determinó
por una relación visual relativa a estándar fotográficos de
desgaste del The Carpet and Rug Institute (CRI escala de referencia
disponible de CRI, P.O. Box 2048, Dalton, Ga., USA). Cada uno de los
tipos comunes de construcción de alfombra tiene un juego
correspondiente de ejemplos fotográficos de muestras no desgastadas
y desgastadas. Los niveles de desgaste oscilan de 5 a 1, donde 5
representa ningún desgaste visible y 1 representa desgaste
considerable.
Los resultados de un test castor chair y test
Vetterman Drum se determinaron en alfombras de 450 y 550 g/m^{2}
hechas con hilado hecho según la invención comparado con la alfombra
hecha utilizando 100 wt. % nylon 6 (PA) y 100 wt. % PP hilados
teniendo las mismas características. Los resultados se presentan en
la Tabla 5 como una función de densidad de alfombra y de tipo de
polímero.
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Tal y como muestran las comparaciones
anteriores, el hilado hecho según la invención exhibió un
comportamiento de desgaste que es mejor que el del hilado PP puro y
comparable al de la alfombra de nylon 6 puro.
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Ejemplo
6
El hilado de una mezcla conteniendo 20 wt. %
nylon 6 y 3 wt. % de compatibilizador se realizó utilizando
diferentes hileras caracterizadas por relaciones L/D oscilando
entre 2 y 15. Las hileras fueron fabricadas con diferentes tamaños,
con el fin de mantener una velocidad de cizallamiento constante de
alrededor de 2900 segundos recíprocos. Las características de
hilado del hilado BCF filamento 1330 dtex/64 fueron similares a las
del Ejemplo 3.
Después del hilado se realizó un análisis
metalográfico para evaluar la distribución del nylon 6 en los
filamentos. La superficie de los filamentos fue analizada utilizando
un microscopio Jeol Scanning Electron (SEM) en los laboratorios de
la Universidad de Trento en Italia antes y después de su inmersión
en ácido acético con el fin de eliminar el nylon 6 en la superficie
externa del hilado. Las fotomicrografías etiquetadas Figs.
5-8 muestran la cantidad de nylon 6 presente en la
superficie externa de los filamentos disponible para manchar o
ensuciar como un espacio oscuro u orificios donde el nylon 6 fue
disuelto por el ácido de la superficie de los filamentos para cada
relación L/D utilizada.
Los resultados de los análisis realizados en el
hilado BCF producidos respectivamente utilizando relaciones L/D de
2, 3, 6, 15 mostraron que una cantidad sustancial de polímero nylon
6 estaba presente en la superficie externa de los filamentos para
una relación L/D de menos de 3. A una relación L/D de 3 o más, la
superficie de los filamentos estaba sustancialmente libre de nylon
6.
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Ejemplo
7
Se realizó el hilado de la mezcla según el
Ejemplo 3, pero el hilado tenía una sección transversal delta más
bien que una sección transversal trilobal. Una mezcla madre con base
de polipropileno se utilizó para producir un hilado tintado por
solución. Se utilizaron tanto concentrados de color beige como de
color negro. La mezcla tenía la siguiente composición: 72 wt. %
polipropileno (PP), 20 wt. % nylon 6 (PA 6), 6 wt. % de
polipropileno injertado por anhídrido maleico
(PP-AM), 2 wt. % concentrado de color. El hilado BCF
fue extrusionado a través de una hilera con orificios de sección
transversal delta. La velocidad de cizallamiento dentro de la hilera
fue de 2900 segundos recíprocos y la relación L/D de la hilera fue
3. La velocidad de estirado de hilado fue de 2500 m/min. Se realizó
el texturizado por aire caliente a 130ºC. La relación de estirado
fue de 4,5. Después del hilado, el hilado resultante tenía un
conteo de hilado de 650 dtex con 30 filamentos. El hilado tenía una
tenacidad de 3,35 g/dtex (3,7 g/den), con un alargamiento en rotura
del 45% y un aumento de tenacidad del 15% respecto del PP 100 wt.
%.
El hilado fue tintado utilizando una máquina
Ahiba utilizando un tinte disperso a 95ºC durante 30 minutos. La
solidez del color después del lavado fue entonces determinada. El
lavado se realizó durante 30 minutos utilizando una solución de
agua con un champú comercial de un pH de 7. La temperatura a la que
el color empezó a cambiar fue anotada. Los resultados indicaron que
solamente ligeros cambios de color tuvieron lugar cuando se lavó a
temperaturas de hasta 85ºC.
\newpage
Ejemplo
8
El hilado de la mezcla se realizó siguiendo la
especificación del Ejemplo 7 para producir un hilado tintado por
solución. Se utilizaron tanto concentrados de color beige como de
color negro. La mezcla tuvo la siguiente composición: 72 wt. % PP,
20 wt. % PA6, 6 wt. % PP-AM, 2 wt. % concentrado de
color. El hilado BCF se extrusionó a través de una hilera con
orificios de sección transversal delta. La velocidad de
cizallamiento dentro de la hilera fue de 2900 segundos recíprocos y
la relación L/D de la hilera fue 3. La velocidad de estirado de
hilado fue de 2500 m/min. Se realizó el texturizado por aire
caliente a 130ºC. La relación de estirado fue de 4,5. Después del
hilado, el hilado resultante tenía un conteo de hilado de 650 dtex
con 30 filamentos.
El hilado tenía una tenacidad de 3,05 g/dtex
(3,4 g/den), con un alargamiento en rotura del 45% y un aumento de
la tenacidad del 15% respecto del 100 wt. % PP.
El hilado fue tejido para su uso como tapicería,
cubresuelos, asiento, tapicerías, paneles. Varias densidades de
tela fueron fabricadas como una función de la aplicación final.
Una caracterización de resistencia al desgaste
se realizó en la tela con densidad de 11,6 hilados/cm, con una
densidad total de 454 g/m^{2}; el contenido de urdimbre fue de
46,6%, con una densidad de trama restante de 53,3%. La resistencia
a la abrasión de la tela se comprobó utilizando un cepillo de nylon,
con una fuerza de 0,8 kg/cm^{2} y comparada con la resistencia de
una tela basada en poliéster estándar fabricada utilizando la misma
densidad después del mismo tipo de test. La comprobación de la tela
de poliéster se detuvo después de 2.500 ciclos, y después de 10.000
ciclos para el hilado reivindicado. Los resultados son presentados
en la Figura 9a (tela de poliéster después de 2.500 ciclos de
cepillado) y en la Figura 9b (tela hecha con fibras según el
Ejemplo 8 hecho después de 10.000 ciclos de cepillado).
Ejemplo
9
El hilado sintético reivindicado fue fabricado
en una planta de hilado POY. Una mezcla 83 wt. % PP, 15 wt. % PA6,
2 wt. % PP-AM fue premezclada y alimentada a la
extrusora después del secado por debajo de 300 ppm de humedad. El
hilado se realizó a tres velocidades (2000, 2500 y 3000 m/min.). Se
produjo un hilado 100/24 POY. Las propiedades mecánicas resultantes
del POY están presentadas en la siguiente Tabla. Después del hilado,
se fabricó un FDY. Una relación de estirado de 1,374 fue aplicado,
utilizando una temperatura godet de 60ºC. Los resultados están
presentados en la Tabla 6.
El rendimiento del hilado sintético reivindicado
en términos de resiliencia y propiedades mecánicas como una función
de la temperatura se caracterizó en elevadas temperaturas y comparó
con los rendimientos del mismo hilado fabricado utilizando 100 wt.
% PP. El efecto del tratamiento por calor también fue comprobado. La
resiliencia del hilado fue evaluada utilizando pruebas de
laboratorio imponiendo una deformación al hilado y evaluando su
capacidad para recobrarlo después de descargar. Se realizaron
pruebas a temperatura ambiente y a temperaturas mayores. En las
pruebas realizadas utilizando el aparato dinámico en la Universidad
de Trento, Departamento de Materiales, una deformación máxima de 16
mm fue impuesta al hilado con una frecuencia de 5 Hz. Para probar
el hilado se aplicó una carga estática de 0,05 N/dtex en un único
filamento. El efecto de la temperatura se consiguió aumentando la
temperatura durante la prueba a una velocidad de 3ºC/min. Los
resultados están presentados en la Fig. 10 para el hilado FDY
fabricado a 3000 m/min. La curva (A) muestra el comportamiento del
hilado según la invención hecho con 83 wt. % PP, 15 w.t % PA
mientras que la curva (B) muestra el comportamiento del mismo
hilado después de un tratamiento de calor a 130ºC durante 5 minutos.
Por comparación, la curva (C) indicó la deformación del hilado PP
puro sin tratamiento por calor y con el mismo tratamiento por calor
a 125ºC durante 5 min (Curva D).
La Fig. 10 demostró que el hilado hecho según la
invención (Curva A) proveyó una retención de forma mucho mayor a
temperatura ambiente, cuando se comparó con el hilado PP 100 wt. %
(Curva C), que comenzó a tener una deformación irreversible por
encima de -20ºC, es decir por encima de su temperatura de transición
vítrea. A 25ºC la deformación del hilado reivindicado fue menor del
3%, indicando una resiliencia excelente, mientras que el hilado PP
100 w.t % ya había alcanzado el 30% de deformación permanente.
Las pruebas demostraron también propiedades
mecánicas mucho mejores del hilado hecho según la invención incluso
a temperatura elevada. De hecho la deformación permanente del hilado
hecho según la invención a 50ºC es de sólo alrededor del 10%, y
sólo 20% (Curva B) si se realizó un tratamiento térmico a 130ºC
durante 5 min. Por el contrario más del 60% de deformación
permanente se observó para el hilado PP puro (Curva C), que excede
el 100% si el hilado ha sido sometido a tratamiento térmico (Curva
D).
Ejemplos de uso de hilado hecho según la
invención incluyen pero no están limitados a: ropa interior, ropa
exterior, ropa deportiva, ocio, calcetines, prendas, hilos, filtros
para la industria química.
Claims (20)
1. Un método para hacer fibras e hilados
teniendo un peso en gramos de 9000 m de filamento (tamaño denier
por filamento (dpf)) oscilando de alrededor de 1 a alrededor de 30 y
propiedades mecánicas mejoradas comprendiendo:
mezcla de alrededor de 55 a alrededor de 95 wt.
% de polímero de poliolefina y de alrededor de 5 a alrededor de 45
wt. % de polímero formador de fibrillas para proveer una mezcla de
polímeros de poliolefina y formadores de fibrillas, dicho polímero
formador de fibrillas siendo inmiscible con dicho polímero de
poliolefina;
conduciendo la mezcla a una extrusora de fusión
en caliente para proveer una mezcla derretida sustancialmente
homogénea de polímeros de poliolefina y formadores de fibrillas;
forzando la mezcla derretida a través de una
hilera teniendo una relación de longitud a diámetro (L/D) oscilando
de alrededor de 3 a alrededor de 30 a una velocidad de cizallamiento
que oscila de alrededor de 1000 a alrededor de 5000 segundos
recíprocos para proveer una fibra teniendo una matriz poliolefínica
y alargada, fibrillas sustancialmente discontinuas del polímero
formador de fibrillas dispersadas en la matriz poliolefínica, por
lo que una superficie exterior de las fibras está sustancialmente
libre de fibrillas.
2. El método de la Reivindicación 1 en el que el
polímero formador de fibrillas es seleccionado del grupo
consistente de polímeros de poliamida y polímeros de poliéster.
3. El método de la Reivindicación 1 en el que el
polímero de poliolefina comprende polipropileno.
4. El método de la Reivindicación 1 en el que la
mezcla comprende de alrededor de 15 a alrededor de 30 wt. % de
polímero formador de fibrillas.
5. El método de la Reivindicación 1 en el que la
relación L/D de la hilera oscila de alrededor de 6 a alrededor de
10.
6. El método de la Reivindicación 1 en el que la
mezcla de polímeros de poliolefina y formadores de fibrillas
comprende de alrededor de 0 a alrededor de 20 wt. % de
compatibilizador de poliolefina seleccionado del grupo consistente
de polipropileno maleado, copolímero maleado de etileno/propileno,
copolímero maleado de estireno/butadieno/estireno, copolímero
maleado de estireno/etileno/butadieno/estireno, copolímero monómero
maleado de etileno/propileno/dieno y caucho maleado de
etileno/propileno.
7. El método de la Reivindicación 6
comprendiendo además el secado del polímero de poliolefina, polímero
formador de fibrillas y compatibilizador para proveer una mezcla
conteniendo menos de alrededor de 500 ppm humedad.
8. El método de la Reivindicación 1
comprendiendo además el secado del polímero de poliolefina y el
polímero formador de fibrillas para proveer una mezcla conteniendo
menos de alrededor de 500 ppm humedad.
9. El método de la Reivindicación 1
comprendiendo además el tintado de las fibras con un tinte disperso,
un tinte reactivo o una mezcla de ambos para proveer fibras
tintadas.
10. El método de la Reivindicación 9 en el que
el tintado es realizado a una presión que oscila entre alrededor de
1 y alrededor de 4 bares.
11. El método de la Reivindicación 9 en el que
el tintado es realizado a una presión que oscila entre alrededor de
1,5 y alrededor de 2 bares.
12. Un hilado teniendo propiedades mecánicas
mejoradas comprendiendo de alrededor de 55 a alrededor de 95 wt. %
de fase continua poliolefínica y de alrededor de 5 a alrededor de 45
wt. % fase discontinua de fibrillas dispersadas en la fase continua
poliolefínica, las fibrillas siendo derivadas de un polímero
formador de fibrillas seleccionado del grupo consistente en
polímeros de poliamida y polímeros de poliéster, en los que la fase
continua poliolefínica está sustancialmente libre de fibrillas en
una superficie expuesta suya y en los que el hilado es tintable y
tiene una deformación irreversible a alrededor de 25ºC de menos de
alrededor del 3%.
13. El hilado de la Reivindicación 12 en el que
la fase continua poliolefínica contiene polipropileno.
14. El hilado de la Reivindicación 13 en el que
las fibrillas comprenden poliéster.
15. El hilado de la Reivindicación 13 en el que
las fibrillas comprenden poliamida.
16. El hilado de la Reivindicación 12 en el que
las fibrillas comprenden poliamida tintable catiónica.
17. El uso del hilado de la Reivindicación 12
comprendiendo un hilado BCF como un hilado de la parte superior de
alfombras.
18. El uso del hilado de la Reivindicación 12
comprendiendo un hilado POY, FDY o LDY como un hilado textil.
19. El uso del hilado de la Reivindicación 12
como un hilado de tapicería.
20. El uso del hilado de la Reivindicación 13,
como un hilado básico.
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