ES2340464T3 - Revestimiento protector contra agentes quimicos. - Google Patents

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ES2340464T3 ES00991695T ES00991695T ES2340464T3 ES 2340464 T3 ES2340464 T3 ES 2340464T3 ES 00991695 T ES00991695 T ES 00991695T ES 00991695 T ES00991695 T ES 00991695T ES 2340464 T3 ES2340464 T3 ES 2340464T3
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Abstract

Un revestimiento protector contra agentes químicos que comprende una lámina selectivamente permeable compuesta por un polímero de poliamina en el que al menos un 10% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido en los que las especies ácidas de dichos restos de aminoácido tienen una pKa inferior a 6,4; en la que el revestimiento protector contra agentes químicos tiene un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 2.000 g/(m2*día) y una permeabilidad al sulfuro de bis-2-cloroetilo de 0,02 cm/s o inferior al 80% de humedad relativa.

Description

Revestimiento protector contra agentes químicos.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a revestimientos protectores contra agentes químicos. Más específicamente, la invención se refiere a materiales y artículos que se pueden usar para dar protección a personas o contenidos frente a agentes químicos nocivos o dañinos en forma de vapores, aerosoles o partículas. Los revestimientos protectores contra agentes químicos proporcionados de acuerdo con la invención son particularmente adecuados para aplicaciones tales como artículos de ropajes, tiendas, sacos de dormir y similares.
Antecedentes de la invención
Los revestimientos protectores contra agentes químicos están destinados para prevenir niveles dañinos de productos químicos existentes en un ambiente externo de alcanzar al usuario o portador o los contenidos de dichos
materiales.
Las ropas protectoras contra agentes químicos se llevan cuando el entorno de alrededor puede suponer un riesgo potencial de exponer a un individuo a productos químicos dañinos o nocivos. Históricamente, los materiales usados en las ropas protectoras han tenido que cambiar protección por comodidad. Es decir, los que ofrecen más protección eran inaceptablemente incómodos y los que eran de comodidad satisfactoria, no ofrecían una protección
aceptable.
Por ejemplo, un enfoque conocido en la técnica es interponer lo que generalmente se denomina un material "impermeable" entre el portador y el ambiente peligroso. Un material de este tipo adecuado exhibirá una permeabilidad baja a los productos químicos dañinos y seguirá siendo lo suficientemente flexible como para emplearse en una prenda u otro artículo de aplicación en ropa. Un ejemplo de este enfoque sería un guante que utiliza goma de butilo como barrera para productos químicos dañinos.
Aunque dichos materiales pueden proporcionar una protección adecuada frente a productos químicos dañinos mediante la restricción significativa del paso de dichos agentes, estos materiales también previenen característicamente el paso de vapor de agua. Un material que previene en gran medida la transmisión de vapor de agua se denomina no transpirable.
Cuando se usan para revestimientos protectores para personas, los materiales no transpirables retrasan el proceso del cuerpo humano de disipación del calor que normalmente se alcanza a través de la evaporación de la perspiración. Sin una transmisión significativa de vapor de agua, o transpirabilidad, el uso prolongado de dichos materiales puede tener como resultado molestias intolerables e incluso la muerte del portador. Inicialmente, las molestias serán el resultado de niveles elevados de humedad generada por el portador y acumulada dentro del revestimiento protector, seguido por las tensiones térmicas impuestas sobre el portador debido a la ausencia de enfriamiento por evaporación. Esto puede progresar a ataque cardíaco y, en última instancia, a la muerte. Por tanto, estos tipos de materiales pueden ofrecer una protección satisfactoria, pero molestias no satisfactorias. Esta problemática característica de materiales de revestimiento protectores no transpirables los convierte en inadecuados para nada más que para un uso de duración corta o áreas limitadas de cubrimiento.
Por el contrario, muchos materiales de cubrimiento que poseen índices significativos de transmisión de vapor de agua, por ejemplo muchas telas tejidas o materiales de poliolefina no tejidos, no proporcionarán los niveles deseados de protección frente a productos químicos dañinos o nocivos. Por tanto, estos tipos de materiales pueden ofrecer una comodidad satisfactoria, pero una protección insatisfactoria.
Se han realizado varios esfuerzos para abordar el intercambio entre protección y comodidad en términos más favorables.
Uno de tales esfuerzos, bien conocido en la técnica, implica el uso de materiales de absorción que se interponen entre el portador y el ambiente contaminado, tal como se describe en la patente de EE.UU. 4.510.193 de Blucher, Blucher y de Ruiter.
Los sistemas de absorción protectores químicos funcionan absorbiendo líquidos y vapores peligrosos a sorbentes, de modo que se inhibe que alcancen lo que los sistemas están destinados a proteger. Una característica limitante de los sorbentes es que poseen una capacidad finita de absorber productos químicos. Una segunda característica limitante de los sorbentes es que absorberán de forma indiscriminada las especies químicas para las que la protección es innecesaria, de modo que se reduce la capacidad disponible para la absorción de los productos químicos frente a los que están destinados a proporcionar protección.
Las características de capacidad finita y de absorción indiscriminada de los sistemas de absorción limitan su duración de uso y la duración en almacenamiento. Los sistemas de absorción comenzarán a absorber varios contaminantes de vapor químico presentes en la atmósfera tras la exposición, de modo que reducen de forma progresiva su capacidad disponible en el tiempo. Esto limita su duración de uso. Este proceso puede producirse incluso cuando los sistemas de absorción se mantienen dentro de paquetes sellados durante largos espacios de tiempo. Esto limita la duración en el almacenamiento de dichos materiales.
Además, las características de capacidad finita y de absorción indiscriminada necesitan la incorporación de cantidades relativamente grandes de elementos de absorción dentro de un revestimiento protector contra agentes químicos con el fin de alcanzar y sostener niveles adecuados de protección. Esto puede tener como resultado gruesos y pesados sistemas de barrera que pueden proporcionar resistencias elevadas a la transferencia de calor y de humedad y pueden imponer tensiones fisiológicas indeseables sobre el portador. Por tanto, los sistemas de absorción también están restringidos por un intercambio entre protección y comodidad.
Además, el incremento de la masa y el peso son también características indeseadas para el embalaje, almacenamiento, manipulación y transporte de estos materiales.
Un enfoque más preferido para crear revestimientos protectores contra agentes químicos que proporcionan una comodidad y protección satisfactorias depende del uso de materiales selectivamente permeables. Los materiales que son selectivamente permeables exhiben una permeabilidad preferencial significativa a especies químicas específicas. Este enfoque puede permitir la creación de revestimientos protectores que facilitan la transmisión de especies químicas deseadas al tiempo que restringen el paso de especies químicas indeseadas. Particularmente, para artículos de ropas protectoras contra agentes químicos, sería deseable que un material selectivamente permeable tenga una permeabilidad preferencial hacia el vapor de agua respecto a los vapores nocivos o dañinos. Es decir, la permeabilidad al vapor de agua debe ser sustancialmente mayor que la permeabilidad a vapores nocivos o dañinos. Esto puede proporcionar la base para que los revestimientos protectores sean cómodos al mismo tiempo que altamente protectores.
Dado que la función protectora de los materiales selectivamente permeables no depende de la absorción de productos químicos, no están ligados por las limitaciones intrínsecas de los sistemas de absorción. Al contrario que los sistemas de absorción, que dependen de una masa y grosor significativos de los materiales adecuados para proporcionar una protección adecuada y sostenida, los materiales selectivamente permeables, libres de estas limitaciones, pueden fabricarse extremadamente finos y ligeros. Esto facilita la creación de prendas y accesorios protectores mucho menos voluminosos y más ligeros.
Con independencia del tipo de material de revestimiento protector empleado, es probable que se expongan en uso a condiciones diferentes y con frecuencia variables de humedad y temperatura. Por ejemplo, un portador de un artículo de ropa protector generará cantidades variables de calor y humedad dentro del revestimiento protector en función de las tensiones fisiológicas impuestas sobre el portador. Fuera del revestimiento protector, las condiciones variarán debido a las motivaciones naturales, tales como condiciones climáticas, o condiciones influidas por el ser humano tales como las que se pueden encontrar dentro de una estructura vehículo o hecha por el hombre. Por tanto, cabe esperar que un revestimiento protector se exponga a una amplia gama de condiciones durante su uso, que deben considerarse en el diseño y aplicación de cualquier material de revestimiento protector.
Estas condiciones pueden influir sobre el rendimiento de los materiales selectivamente permeables. Los materiales selectivamente permeables que poseen la calidad deseable de elevada transmisión de vapor de agua son, generalmente, polímeros hidrófilos. Como tales, el contenido en humedad se verá influido por la humedad relativa de sus alrededores. A medida que la humedad relativa de los alrededores de tal material selectivamente permeable cambia, también cambiará el nivel de humedad dentro del material selectivamente permeable. En general, se observa que estos materiales son más permeables a muchos vapores químicos a una humedad relativa elevada y, por el contrario, son menos permeables a muchos vapores químicos a una humedad relativa baja. Por tanto, cuando dichos materiales se empelan en aplicaciones de revestimiento protector contra agentes químicos, es importante considerar las características protectoras de estos materiales sobre la gama de humedades relativas que cabe esperar durante el uso. Particularmente, es importante considerar la permeación de productos químicos nocivos o dañinos en condiciones de humidificación elevada. La alta resistencia a la permeación de vapores químicos en condiciones de humedad relativa ligera puede no ser representativa del rendimiento en condiciones de humedad relativa alta.
Para las aplicaciones en consideración, sería deseable reducir la permeabilidad a vapores químicos nocivos o dañinos, particularmente a una humedad relativa alta, sin una reducción indeseada de la permeación de vapor de agua. De igual modo, sería deseable incrementar la permeación del vapor de agua, sin producir un incremento indeseado de la permeabilidad a vapores químicos nocivos o dañinos, particularmente a una humedad relativa elevada.
Por tanto, para ser de la mayor utilidad en los revestimientos protectores, los materiales selectivamente permeables deben proporcionar una buena transpirabilidad y deben proporcionar baja permeabilidad a productos químicos peligrosos, particularmente en la difícil condición de humedad relativa elevada. Adicionalmente, es deseable mejorar la transpirabilidad de dichos materiales sin disminuir significativamente su rendimiento protector y mejorar su rendimiento protector sin disminuir de forma significativa su transpirabilidad.
Se ha investigado una serie de materiales selectivamente permeables para uso general en estas aplicaciones. Éstas incluyen una variedad de películas que usan polímeros con base de celulosa, tales como los descritos en la patente de EE.UU. 5.743.775 de Ulrich Baurmeister y transferida a Akzo Nobel NV, así como películas porosas de poliamida tal como se detalla en la patente de EE.UU. 5.824.405 de Lloyd Steven White y transferida a W.R. Grace & Co. También se ha enseñado que la buena transpirabilidad y la buena resistencia a productos químicos peligrosos se pueden conseguir en algunas condiciones usando un material protector de polialquilenimina tal como se ha descrito en la patente de EE.UU. 5.391.426 de Huey S. Wu. No obstante, las características de permeación química de cada uno de estos materiales se evalúan bajo humedades relativas relativamente bajas que no representan la gama de condiciones que se encontrarían en el uso. El rendimiento de estos materiales estará limitado por su compromiso entre protección y comodidad, en particular a una humedad relativa elevada.
Sumario de la invención
Sorprendentemente, como se enseña en la presente memoria descriptiva, se ha descubierto que el rendimiento de un revestimiento protector contra agentes químicos selectivamente permeable basado en un polímero de poliamina puede reforzarse considerable e inesperadamente mediante la incorporación de restos de aminoácidos dentro del polímero de poliamina. Inesperadamente, se ha descubierto que el índice de transmisión de vapor de agua puede convertirse en sustancialmente mejor sin un intercambio comparable en las calidades protectoras, particularmente a una humedad relativa elevada. Además, se ha descubierto que la resistencia a los productos químicos nocivos o dañinos, particularmente en condiciones de humedad relativa elevada, puede ser sustancialmente mejor sin un intercambio comparable en la transmisión de vapor de agua. Y más sorprendentemente, se ha descubierto que se puede alcanzar ideal en el que tanto el índice de transmisión del vapor de agua y la resistencia a los productos químicos nocivos o dañinos incluso en condiciones de humedad relativa elevada se pueden mejorar simultáneamente, lo que tiene como resultado materiales selectivamente permeables capaces de proporcionar de forma concurrente mejor comodidad con mejor
protección.
De acuerdo con esto, es un objeto de la presente invención proporcionar materiales selectivamente permeables ligeros y flexibles, que exhiben grados altos de transpirabilidad junto con protección en un amplio abanico de condiciones. Es un objeto de la presente invención proporcionar un revestimiento protector selectivamente permeable capaz de transmitir elevadas cantidades de vapor de agua al tiempo que también es capaz de restringir de forma adecuada el paso de vapores químicos nocivos o dañinos, incluso en condiciones de humidificación elevada. El revestimiento protector contra agentes químicos de la presente invención puede usarse para artículos de ropa protectores químicos que son cómodos por su capacidad para permitir la evaporación eficiente de la perspiración a través de la transmisión de vapor de agua y son adecuadas para aplicar en una amplia gama de condiciones que es probable que se encuentren en escenarios de uso real.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un revestimiento protector contra agentes químicos que comprende una lámina selectivamente permeable compuesta por un polímero de poliamina en el que al menos un 10% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido en los que las especies ácidas de dichos restos de aminoácido tienen una pK_{a} inferior a 6,4; en la que el revestimiento protector contra agentes químicos tiene un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 2.000 g/(m^{2}*día) y una permeabilidad al sulfuro de bis-2-cloroetilo de 0,02 cm/s o inferior al 80% de humedad relativa.
En su aspecto más amplio, el revestimiento protector contra agentes químicos y permeable al vapor de agua de la presente invención comprende una lámina selectivamente permeable de un polímero de poliamina en el que al menos un 10% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido en los que las especies ácidas de dichos restos de aminoácido tienen una pK_{a} inferior a 6,4. Los materiales se seleccionan y ajustan mediante experimentación para alcanzar un revestimiento protector contra agentes químicos que tenga un índice de transmisión de vapor de agua superior a 2.000 g/(m^{2}*día) y una permeabilidad al sulfuro de bis-2-cloroetilo de 0,02 cm/s.
En una forma de realización, el polímero de poliamina con restos de aminoácido es parte de una lámina compuesta selectivamente permeable en la que el polímero de poliamina forma una capa sustancialmente continua que reside esencialmente sobre la superficie de un sustrato permeable al vapor de agua que puede ser un sustrato con poros abiertos, un sustrato con poros cerrados o un sustrato sin huecos.
En otras formas de realización de la invención, el polímero de poliamina con restos de aminoácido es parte de una lámina compuesta selectivamente permeable con un sustrato con poros abiertos, en la que al menos una porción del polímero de poliamina reside en el interior del sustrato.
En otra forma de realización de la invención, el revestimiento protector contra agentes químicos está compuesto por dos sustratos de politetrafluoroetileno de poros abiertos permeables al vapor de agua y un polímero de poliamina que contiene polialquilenimina con restos de aminoácido que implican específicamente H_{2}SO_{4} y al menos un 25% de las aminas del polímero de poliamina. Estos materiales están hechos de modo que forman una lámina compuesta selectivamente permeable en la que el polímero de poliamina forma una capa sustancialmente continua que reside entre los sustratos, con al menos una porción del polímero de poliamina que reside dentro de cada sustrato.
La invención es particularmente útil como, o dentro de, artículos de ropaje, tales como prendas, guantes, calzado y similares.
Breve descripción de las figuras
La fig. 1 muestra un ejemplo de un espectro de infrarrojos de una lámina compuesta de polímero de poliamina con sustratos de PTFE expandido de poros abiertos.
La fig. 2 muestra un ejemplo de un espectro en infrarrojos del mismo material de la figura 1 después de la incorporación de restos de aminoácidos mediante la adición de ácido sulfúrico.
La fig. 3 representa una forma de realización de una lámina del polímero de poliamina.
La fig. 4 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina sobre un sustrato sin huecos.
La fig. 5 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina sobre un sustrato con poros cerrados.
La fig. 6 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina sobre un sustrato con poros abiertos.
La fig. 7 representa otra forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina sobre un sustrato con poros abiertos.
La fig. 8 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que una porción del polímero de poliamina reside dentro del sustrato de poros abiertos.
La fig. 9 representa otra forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que una porción del polímero de poliamina reside dentro del sustrato de poros abiertos.
La fig. 10 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que esencialmente todo el polímero de poliamina reside y rellena parcialmente dentro del sustrato de poros abiertos.
La fig. 11 representa otra forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que esencialmente todo el polímero de poliamina reside y rellena parcialmente dentro del sustrato de poros abiertos.
La fig. 12 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que esencialmente todo el polímero de poliamina reside y rellena sustancialmente los huecos del sustrato de poros abiertos.
La fig. 13 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que una porción del polímero de poliamina reside dentro y rellena sustancialmente el sustrato de poros abiertos.
La fig. 14 representa otra forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina y un sustrato de poros abiertos en la que una porción del polímero de poliamina reside dentro y rellena sustancialmente el sustrato de poros abiertos.
La fig. 15 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina entre dos sustratos de poros abiertos en la que esencialmente todo el polímero de poliamina reside dentro de los sustratos, una porción dentro de cada uno.
La fig. 16 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina entre dos sustratos de poros abiertos en la que las porciones del polímero de poliamina residen dentro de cada uno de los sustratos.
La fig. 17 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina entre un sustrato de poros abiertos y un sustrato sin huecos, en la que esencialmente todo el polímero de poliamina reside con el sustrato de poros abiertos.
La fig. 18 representa una forma de realización de una lámina compuesta del polímero de poliamina entre un sustrato de poros abiertos y un sustrato sin huecos, en la que una porción del polímero de poliamina reside con el sustrato de poros abiertos.
La fig. 19 representa una forma de realización de un laminado de múltiples capas que incorporan capas textiles.
Descripción detallada de la invención
El revestimiento protector contra agentes químicos que cubre la presente invención incluye una importante característica: un polímero de poliamina que tiene al menos 10% de sus aminas como restos de aminoácidos en los que las especies ácidas implicadas tiene una pK_{a} inferior a 6,4. Este polímero de poliamina puede formar una lámina selectivamente permeable adecuada para usar en revestimientos protectores contra agentes químicos.
Las formas de realización de la presente invención incorporan adicionalmente uno o más sustratos permeables a vapor de agua que pueden proporcionar soporte y protección al polímero de poliamina. Estas formas de realización incluyen el uso de sustratos permeables al vapor de agua que están esencialmente libres de huecos. Los sustratos porosos incluyen materiales sustrato de poros cerrados, así como sustratos de poros abiertos, y la presente invención incluye formas de realización en las que al menos una porción del polímero de poliamina puede prepararse para llenar los huecos, al menos parcialmente, dichos sustratos de poros abiertos.
Por revestimiento protector contra agentes químicos se quiere decir un material o artículo que restringe sustancialmente el paso de productos químicos nocivos o dañinos y se pretende su interposición entre los productos químicos dañinos y lo que se pretende proteger. El revestimiento protector contra agentes químicos de la presente invención está especialmente dirigido a proteger personas, animales y plantas. Tal material o artículo puede estar en forma de, por ejemplo, películas, revestimientos, laminados, mantas, tiendas, sacos de dormir, sacos, calzado, guantes, prendas de ropa y similares.
El revestimiento protector contra agentes químicos preferido será flexible. Por flexible se quiere decir lo suficientemente suave como para doblarse libremente sin romperse. Los materiales flexibles serán potencialmente adecuados para usar en aplicaciones tales como, artículos de ropa protectores químicos. Los revestimientos protectores contra agentes químicos flexibles más preferidos tendrán un tacto, como se indica mediante medición con Handle-O-Meter, inferior a 1000, y no tendrán daños evidentes, tales como fracturas o roturas significativas después de la evaluación. Los revestimientos protectores contra agentes químicos flexibles más preferidos tendrán un tacto inferior a 250 y no tendrán daños evidentes, tales como fracturas o roturas significativas después de la evaluación.
Mediante selectivamente permeable se quiere decir que posee permeabilidades significativamente diferentes a los penetrantes químicos deseados con respecto a penetrantes químicos no deseados. La permeabilidad a los penetrantes deseados, por ejemplo al vapor de agua, deben ser altos en comparación con la permeabilidad a penetrantes no deseados, por ejemplo vapores químicos nocivos o dañinos. Los materiales selectivamente permeables tendrían una permeabilidad al vapor de agua al menos de 5 a 10 veces mayor que la permeabilidad a vapores químicos nocivos o dañinos. Más útiles son los materiales selectivamente permeables que tienen una diferencia de 50 a 100 veces o incluso una diferencia de 500 a 1000 veces.
Por polímero de poliamina se quiere decir un polímero que tiene una pluralidad de aminas. Una porción significativa de las aminas dentro del polímero de poliamina de la presente invención está en forma de restos de aminoácido.
Por resto de aminoácido se quiere decir el producto que sería el resultado de una reacción entre un grupo amina, que es básico, y un grupo ácido. Los restos de aminoácido podrían ser el resultado de un número cualquiera de procesos químicos o físicos, de modo que el producto es el que se produciría cuando los grupos amina y los grupos ácido entran en contacto unos con otros. Dichos procesos incluirían, entre otros, adición de ácidos libres a un polímero de poliamina (p. ej., incorporación de ácido sulfúrico) o como resultado o un subproducto de otra reacción (p. ej., la reacción de aminas con compuestos de cloroalquilo resultante en la alquilación de aminas y producción de HCl) o mediante la adición covalente de funcionalidades ácidas dentro del polímero de poliamina (p. ej., la reacción de ácido acrílico a través de su grupo vinilo al polímero de poliamina).
Por especie ácida se quiere decir una molécula o compuesto químico con una o más funcionalidades ácidas.
Por sustrato se quiere decir un material de tipo lámina que se combina con el polímero de poliamina mediante cualquiera de numerosas técnicas de revestimiento y laminación formando una lámina compuesta selectivamente permeable. El sustrato será permeable al vapor de agua.
Por permeable al vapor de agua se quiere decir que tiene un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 500 g/(m^{2}*día).
Por lámina compuesta se quiere decir una combinación sustancialmente planar de dos o más materiales que tienen una superficie de contacto o impregnación de capa a capa, completa o parcialmente, de una sobre y/o dentro
de otra.
El sustrato o sustratos pueden proporcionar protección y soporte al polímero de poliamina. El sustrato o sustratos pueden proporcionar protección física, tal como por abrasión, desgarro o punción, y pueden proporcionar protección frente a productos químicos, particularmente líquidos, que pueden dañar o, de otro modo, afectar de forma perjudicial al rendimiento del sistema. El sustrato puede ser un material de poros abiertos, un material de poros cerrados, o puede ser un material esencialmente libre de huecos.
Por poro abierto se quiere decir que un material tiene poros, huecos, cavidades o canales interconectados continuos al menos parcialmente a través de su espesor, que están abiertos y son accesibles desde al menos un lado del material. Este acceso es importante en el caso de sustratos de poros abiertos, cuando puede ser deseable introducir al menos una porción del polímero de poliamina al menos parcialmente dentro de los poros del sustrato.
El sustrato de poros abiertos puede ser cualquier material adecuadamente poroso que tiene dichos poros, huecos, cavidades o canales abiertos y accesibles, tales como, por ejemplo, una tela tejida, no tejida o una película polimérica porosa. Dichas películas poliméricas adecuadas de poros abiertos incluyen, entre otras, películas de poros abiertos de polietileno, polisulfona, polipropileno, poliamidas, politetrafluoroetileno, polieterimidas, celulósicos y similares. Preferentemente, el sustrato de poros abiertos es politetrafluoroetileno (PTFE) expandido que está compuesto de nódulos interconectados por fibrillas que forman los poros, tal como se enseña en la patente de EE.UU. nº 4.187.390 o la patente de EE.UU. nº 3.953.566.
O el sustrato pueden ser un material de poros esencialmente cerrados, tal como una espuma de celdas cerradas o película porosa con superficies oclusivas, que, aunque tienen porosidad interna, no tienen aberturas o accesibilidad significativas a la porosidad desde el exterior del material. Los materiales de poros cerrados permeables al vapor de agua preferidos estarán compuestos de polímeros de poliéter, tales como poliésteres de poliéter o poliuretanos de poliéter.
O el sustrajo puede ser un material esencialmente libre de huecos, es decir, un material monolítico generalmente continuo que carece de una porosidad significativa. Sustratos permeables a vapor de agua preferidos de este tipo serán materiales tales como láminas o películas de celulósica, poliésteres de poliéter y poliuretanos de poliéter.
Adicionalmente, el sustrato o sustratos pueden tener revestimientos que potencian las propiedades de la lámina compuesta. Por ejemplo, los sustratos permeables al vapor de agua pueden tener revestimientos que mejoran la unión entre el polímero de poliamina y el sustrato, creando un compuesto más fuerte o más duradero. O, por ejemplo, los sustratos permeables al vapor de agua pueden tener revestimientos que proporcionan protección adicional del polímero de poliamina frente a materiales tales como aceites u otros posibles contaminantes. Particularmente, los sustratos de poros abiertos pueden usar membranas recubiertas tal como se describen en la patente de EE.UU. 5.539.072.
El polímero de poliamina tendrá al menos 1,0 miliequivalentes de amina/g, preferentemente al menos 2,5 miliequivalentes de amina/g y, más preferentemente, al menos 6,5 miliequivalentes de amina/g.
Las aminas del polímero de poliamina pueden ser de una amplia variedad de tal modo que las aminas sean sustancialmente básicas, que en general tengan una pK_{b} inferior a 12, de modo que sean potencialmente reactivas con especies ácidas. Por tanto, se entiende que los grupos químicos que contienen nitrógeno, tales como amidas e imidas, se excluirían, ya que no son sustancialmente básicos.
Dichas aminas básicas del polímero de poliamina de la invención pueden ser, por ejemplo, aminas primarias, secundarias o terciarias, o cualquier combinación de las mismas, y pueden conectarse con una variedad de otros grupos, tales como grupos arilo, alquilo, alilo o alqueno. Las aminas del polímero de poliamina pueden también ser iminas, es decir, están conectadas a un átomo de carbono a través de un doble enlace.
El polímero de poliamina puede estar compuesto de aminas de una variedad de materiales y combinaciones de materiales. Preferentemente, las aminas del polímero de poliamina serán de polialquilaminas que contienen unidades de repetición en las que los grupos amina están directamente conectados con grupos alquilo. Las polialquilaminas se pueden seleccionar de materiales tales como polivinilamina y, más preferentemente, se pueden seleccionar de polialquileniminas tales como polietilenimina y polipropilenimina. La polietilenimina es la más preferida y tiene la estructura de unidades de repetición (-NR_{1}R_{2}-CH_{2}-CH_{2}-)_{n}, que a menudo se produce a partir del monómero cíclico etilenimina (aziridina). El número de unidades de repetición, n, puede ser cualquier número entero positivo, y R_{1} y R_{2} pueden ser un hidrógeno o la unidad de repetición descrita conectada a través del grupo etilo.
Las especies ácidas de los restos de aminoácido serán especies ácidas donantes de protones y tendrán una pK_{a} inferior a 6,4. Es bien conocido que el dióxido de carbono atmosférico, junto con la humedad, interaccionará para formar ácido carbónico, que posee una pK_{a} de 6,4. Además, es bien conocido que el ácido carbónico, aunque relativamente débil, reaccionará con aminas, y que esta reacción está sujeta a transitorios e inversiones dirigidas por la temperatura y el CO_{2} y las concentraciones de humedad del ambiente. Es también conocido que los ácidos más fuertes desplazarán, en general, a los ácidos débiles. Por estos motivos se desea que las especies ácidas de los restos de aminoácido de esta invención posean una constante de disociación que sea más fuerte que la del ácido carbónico, por tanto una pK_{a} inferior a 6,4. Las especies ácidas más preferidas son las que poseen una pK_{a} de 5 o menor, y todavía más preferidas son las especies ácidas que poseen una pK_{a} de 2,5 o menor.
Para los ácidos libres que se incorporan como parte del polímero de poliamina, tal como mediante la adición de ácido fosfórico a un polímero de poliamina, las pK_{a} se entienden claramente. Por ejemplo, el ácido fosfórico es una especie ácida que tiene una pK_{a} de 2,1. El ácido fosfórico, al ser un ácido multiprótico, también tiene una pK_{a} de 7,2 y 12,7. Para las especies ácidas que no pueden separarse del polímero de poliamina, por ejemplo las especies ácidas que están unidas de forma covalente dentro del polímero de poliamina, se reconoce que la especie ácida tiene una pK_{a} que es típica para el grupo ácido de la especie. Por ejemplo, si un ácido carboxílico estuviera covalentemente unido dentro del polímero de poliamina, se entendería que la pK_{a} de dicha especie ácida resultante sería la típica de los grupos de ácido carboxílico similares y, por tanto, tendría una pK_{a} entre 3,0 y 5,0.
Preferentemente, la especie ácida de los restos de aminoácido del polímero de poliamina será especie ácida multiprótica. Las especies ácidas multipróticas incluirían, por ejemplo, ácido sulfúrico, sulfuroso, fosfórico, oxálico, malónico, maleico, cítrico, tartárico y fumárico. Las especies ácidas también pueden ser monopróticas. Las especies ácidas monopróticas incluirían, por ejemplo, ácido clorhídrico, pirúvico, acético y fórmico. Las especies ácidas pueden ser también poliméricas, tal como ácido poliacrílico. Las especies ácidas pueden estar también unidas de forma covalente dentro del polímero de poliamina, tal como resultaría de la reacción con el aldehído de ácido glioxílico. Se puede usar un tipo sencillo de especies ácidas o se pueden usar combinaciones de dos o más tipos de especies ácidas.
En una forma de realización preferida, los restos de aminoácido se crean mediante la incorporación de ácido sulfúrico en el polímero de poliamina.
La cantidad y la naturaleza de los restos de aminoácido dentro del polímero de poliamina pueden determinarse mejor de forma estequiométrica. Es decir, las aminas dentro del polímero de poliamina y las especies ácidas dentro del polímero de poliamina se identifican idealmente mediante el conocimiento de los constituyentes y la composición del polímero de poliamina. Por tanto, los tipos y las cantidades resultantes de los restos de aminoácido se determinan idealmente mediante una comprensión de los componentes y las reacciones usados para formar el polímero de poliamina.
Como alternativa, el polímero de poliamina se puede caracterizar mediante una serie de técnicas analíticas, incluidas, entre otras, extracción, análisis elemental, titulación, cromatografía, espectroscopia de masas, espectroscopia en infrarrojos y análisis de plasma acoplado por inducción (ICP).
La figura 1 muestra un espectro de infrarrojos de una lámina compuesta de polímero de poliamina con sustratos de PTFE expandido de poros abiertos. La figura 2 muestra el mismo material tras la incorporación de restos de aminoácidos mediante la adición de ácido sulfúrico y es indicativo de una forma de realización de la invención.
En muchos casos puede ser posible extraer especies ácidas del polímero de poliamina poniendo en contacto con una solución fuertemente básica, tal como una solución de hidróxido sódico acuoso 0,1 normal. La solución con el extractante puede después analizarse mediante técnicas conocidas para determinar el tipo y la cantidad de especies ácidas. Estas técnicas pueden incluir, por ejemplo, cromatografía iónica y análisis químico elemental.
En materiales preferidos, al menos el 25% de las aminas dentro del polímero de poliamina serán restos de aminoácido. Los procedimientos de titulación conocidos se pueden usar como técnica analítica para determinar el porcentaje de aminas dentro del polímero de poliamina que serían restos de aminoácido. Los equivalentes de las aminas totales se pueden determinar poniendo en contacto el polímero de poliamina con una solución acuosa a pH= 11 y equilibrarse con ella, Y, después, titulando la solución que contiene el polímero de poliamina hasta un pH= 3. Los equivalentes de las aminas que no son restos de aminoácido pueden determinarse mediante el equilibrio del material en agua pura y, después, titulando hasta un pH= 3. Los equivalentes ácidos requeridos indican los equivalentes de aminas que no serían restos de aminoácidos. La diferencia entre los equivalentes totales de aminas y los equivalentes de aminas que no serían restos de aminoácidos pueden considerarse los equivalentes de aminas que serían restos de aminoácidos. El porcentaje de aminas que sería restos de aminoácidos pueden determinarse después a partir de la proporción entre los equivalentes de aminoácidos y los equivalentes totales de aminas. En los materiales más preferidos, al menos el 40% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácidos.
Preferentemente, el polímero de poliamina está reticulado. La reticulación, que crea redes poliméricas insolubles, pueden conseguirse mediante cualquiera de los diversos medios conocidos en la técnica Una vía es reticular a través de las funcionalidades amina dentro del polímero de poliamina. Como tales, los agentes reticulados adecuados pueden seleccionarse de, por ejemplo, poliepóxidos, ésteres polibásicos, aldehídos y alquilhaluros. En una forma de realización preferida, las poliaminas están reticuladas al menos en parte mediante enlaces epóxido.
El polímero de poliamina se preparará para formar una lámina o capa selectivamente permeable, que, en algunas formas de realización, pueden formar parte de una lámina compuesta con al menos un sustrato permeable a vapor de agua. La lámina o capa selectivamente permeable será sustancialmente continua y, por tanto, resistente al flujo neto de aire a través de su espesor, que tiene una resistencia al aire Gurley al flujo de aire a través de la lámina selectivamente permeable superior a 5 segundos.
En las láminas compuestas de polímero de poliamina y sustratos, el polímero de poliamina estará recubierto o revestido, parcial o completamente, o, de otro modo, unido directamente al sustrato permeable al vapor de agua. Preferentemente, el polímero de poliamina estará formado de modo que tenga un espesor entre 1 y 1000 micrómetros, más preferentemente entre 5 y 100 micrómetros. En general, el espesor del sustrato será de aproximadamente 0,005 mm a 2,0 mm, preferentemente de entre aproximadamente 0,01 mm y 0,1 mm.
El sustrato preferido tendrá un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 4.000 g/(m^{2}*día), sustratos más preferidos tendrán un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 20.000 /(m^{2}*día).
Una lámina compuesta de sustrato y polímero de poliamina se puede preparar alimentando un rodillo de lámina de sustrato a ranuras de rodillos adecuadas, en los que una mezcla de constituyentes de polímero de poliamina, en parte o en su totalidad, se pone en contacto con el sustrato y, después, se presiona contra el sustrato pasando a través de las ranuras. O, o si es un sustrato de poros abiertos, los constituyentes pueden presionarse contra y hacia el interior de los poros, si se desea. Además de los constituyentes que contienen amina, la mezcla puede también contener agentes de reticulación, especies ácidas y/o ayudas para el procesamiento y funcionamiento adicionales, incluidos constituyentes tales como plastificantes, cargas y similares. El índice de aplicación de esta mezcla al sustrato dependerá de cuanto revestimiento o capa se desea. Si es adecuado, la reticulación se puede iniciar y llevarse a cabo mediante calentamiento del laminado.
La mezcla también se puede aplicar mediante vertido, atomización, extrusión o similares, o por cualquier medio bien conocido en la técnica, para formar o recubrir con una lámina o película o capa sustancialmente continua.
Después, las especies ácidas se pueden incorporar, o incorporar después, como parte del polímero de poliamina. Como medio por el cual esto se lleva a cabo de forma conveniente es mediante el contacto del polímero de poliamina con una solución ácida acuosa durante un periodo de tiempo deseado. Esto se puede facilitar, si es adecuado, mediante saturación o carga de un sustrato o sustratos con una solución que proporciona un conducto para que la especie ácida reaccione con las aminas del polímero de poliamina.
El polímero de poliamina y el sustrato o sustratos se puede organizar en diversas configuraciones, ejemplos de los cuales se ilustran en las figuras 3 a 18. Además, a menudo es útil crear un laminado que incorpore capas adicionales de materiales, tales como telas, como parte del revestimiento protector para proteger adicionalmente o aumentar el rendimiento, o, de otro modo, hacer el revestimiento protector más adecuado para usar en sus aplicaciones para las que está destinado. Un ejemplo de esto se ilustra en la figura 19.
Como se muestra en la figura 3, el polímero de poliamina 20 puede formarse en una película aislada o puede incorporarse en una lamina compuesta con un sustrato permeable a vapor de agua, tal como se muestra en las figures 4 a 14.
La figura 4, la figura 5 y la figura 6 representan láminas compuestas en las que el polímero de poliamina 20 reside esencialmente sobre las superficies de un sustrato 21 sin huecos, un sustrato de poros cerrados 22 y un sustrato de poros abiertos 23, respectivamente. La figura 7 representa otra forma de realización, en la que el polímero de poliamina 20 reside esencialmente sobre la superficie de un sustrato de poros abiertos 23.
Para los sustratos de poros abiertos, se puede hacer que al menos una porción del polímero de poliamina llene los huecos del sustrato, parcial o completamente, como se muestra en las figuras 8 a 19. La figura 8 y la figura 9, cada una, representan una lámina compuesta en la que una porción del polímero de poliamina 20 llena parcialmente un sustrato de poros abiertos 23. La figura 10 y la figura 11, cada una, representan una lámina compuesta en la que esencialmente todo el polímero de poliamina 20 está contenido dentro de un sustrato de poros abiertos 23, llenando parcialmente el sustrato de poros abiertos. La figura 12 representa un sustrato de poros abiertos 23 que está sustancialmente lleno con el polímero de poliamina 20 esencialmente en su totalidad. La figura 13 y la figura 14, cada una, representan una forma de realización de un sustrato de poros abiertos 23 que está sustancialmente lleno mediante una porción del polímero de poliamina 20.
Si se desea se puede añadir un segundo sustrato, como se muestra en las figuras 15 a 19. La figura 15 y la figura 16, cada una, representan formas de realización de láminas compuestas en las que el polímero de poliamina 20 está contenido entre los sustratos de poros abiertos 23 y 23a. La figura 15 representa una forma de realización en la que los sustratos de poros abiertos 23 y 23a se ponen esencialmente en contacto uno con otro, lo que tiene como resultado el polímero de poliamina 20 que reside completamente dentro de los sustratos, una porción de cada uno. La figura 16 representa una forma de realización en la que una porción del polímero de poliamina 20 reside en cada uno de los sustratos de poros abiertos 23 y 23ª, con los sustratos separados por un espesor del polímero de poliamina que no reside dentro de los sustratos. La figura 17 y la figura 18, cada una, representan una forma de realización de una lámina compuesta en la que el polímero de poliamina 20 está contenido entre un sustrato de poros abiertos 23 y un sustrato sin huecos 21, en la que al menos una porción del polímero de poliamina reside dentro del sustrato 23 de poros abiertos. La figura 17 representa una forma de realización en la que esencialmente todo el polímero de poliamina 20 reside dentro del sustrato de poros abiertos 23 y la figura 18 representa una forma de realización en la que sólo una porción del polímero de poliamida 20 reside dentro del sustrato de poros abiertos. Está claro que los sustratos de poros cerrados o de poros abiertos podrían también preverse en lugar de los sustratos sin huecos en cada una de
las representaciones.
Por tanto, se puede ver que el polímero de poliamina puede hacerse para recubrir o cubrir un sustrato permeable al vapor de agua, que esencialmente reside sobre la superficie. O, en el caso de los sustratos de poros abiertos, el polímero de poliamina puede hacerse adicionalmente para embeber en un sustrato o sustratos, a lo largo del espesor del sustrato, bien hasta un grado muy pequeño o de tal modo que el polímero de poliamina llene sustancialmente los huecos dentro de un sustrato a lo largo de todo su espesor. El polímero de poliamina puede hacerse de modo que resida completamente dentro de dichos sustratos de poros abiertos o se puede hacer sólo una porción del polímero de poliamina que resida en su interior.
Se entiende que estas representaciones del polímero de poliamina y los sustratos permeables a vapor de agua son representativas pero no muestran todas las posibles formas de realización de la invención. Se sospecha que son posibles múltiples capas y combinaciones de capas de polímeros de poliamina, sustratos permeables a vapor de agua y sus láminas compuestas.
Como se ha mencionado, a menudo puede ser deseable incorporar capas adicionales de materiales en un laminado que contiene el polímero de poliamina y las láminas compuestas del polímero de poliamina y los sustratos. Esto puede incluir, por ejemplo, materiales como varias telas, fieltros, películas o membranas poliméricas, mallas, pieles y similares.
Como se usa en la presente memoria descriptiva, una laminado se describe como múltiples capas de materiales similares o diferentes que están ensamblados por cualquier medio adecuado, de modo que el ensamblaje está diseñado para funcionar como un todo del que forman parte las capas individuales.
Medios adecuados para la creación de un laminado incluyen, entre otros, ensamblaje de capas con enlaces discontinuos tal como patrones pequeños de uniones adhesivas o de punto, fijaciones mecánicas tales como conexiones cosidas u otras fijaciones, redes fusibles y mallas termoplásticas, revestimiento directo sobre, o dentro, parcialmente o completamente, de los diversos componentes del laminado o, de otro modo, cubrimiento de los diversos componentes de un modo tal que estén destinados a funcionar uno junto con otro.
Una construcción laminada que incorpora un polímero de poliamina con sustratos permeables a vapor de agua junto con capas adicionales de telas se representa en la figura 19. En esta construcción, el polímero de poliamina 20 está contenido entre sustratos de poros abiertos 23 y 23a. Este compuesto se lamina mediante aplicación discontinua de un adhesivo 24 y 24a la parte delantera de la tela y al forro de la tela 25a respectivamente. El adhesivo es, preferentemente, un adhesivo curado con humedad, tal como un poliuretano curado con humedad. El adhesivo se muestra como puntos discontinuos, pero podría estar en forma de una rejilla, líneas etc. Asimismo, el adhesivo podría aplicarse de forma continua siempre que sea permeable al vapor de agua. La parte delantera de la tela es la capa más externa, generalmente expuesta a los elementos. Puede ser cualquier material textil pero, preferentemente, es un tejido hecho de poliamida, poliéster, aramida, acrílico, algodón, lana y similares. También se puede tratar para convertirlo en hidrófobo y/u oleófobo. El material de forro es una capa interna y puede ser, por ejemplo, un tricotado, tejido o no tejido. Las telas pueden tratarse adicionalmente con dichos materiales adecuados de modo que imparten propiedades retardadoras del fuego.
Por supuestos, se pueden prever otras organizaciones en el laminado de las capas de sustratos y de polímero de poliamina combinadas con una o más capas adicionales, tales como telas o capas poliméricas permeables al vapor de humedad.
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Ejemplos Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A
Dos rodillos en contrarrotación de 0,76 m de anchura y 0,20 m de diámetro, colocados en posiciones opuestas horizontalmente fueron sometidos juntos a presión de 1607 kg/m. Uno rodillo era de cromo, el otro rodillo estaba recubierto con caucho. El rodillo de cromo se calentó hasta 60ºC.
Continuamente se introdujo sobre cada uno de los rodillos y entre las ranuras entre los rodillos membranas de PTFE expandido de poros abiertos que tenían un espesor nominal de 0,04 mm con una porosidad del 75% al 80%, creando un valle en el que se introdujo una mezcla de componentes poliméricos.
Los constituyentes de la capa de polímero de poliamina, que se especificarán, se mezclaron juntos usando una cuchilla de mezclado pequeña fijada a un perforador manual. Después, la mezcla se introdujo inmediatamente en la ranura. Los materiales se aplastaron entre y en el interior de las membranas y después se introdujeron en un horno calentado de infrarrojos, en el que se calentaron a aproximadamente 100ºC durante 30 segundos para el curado.
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Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento B
Este procedimiento es similar al de "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A" pero utiliza un mezclador de horquillas dinámico para garantizar que se produce el suficiente mezclado de los componentes poliméricos. Una proporción de mezcla, que se especificará, de polietilenimina Lupasol PR8515 de BASF Corporation, New York, y epoxi de bisfenol F Araldite GY285 de Ciba Specialty Chemicals Corporation, New York, se introduce de forma continua en una cámara de mezclado en la que estos componentes se mezclan mediante un mezclador de horquillas con motor. Esta mezcla se dispensa a través de una cubeta de flujo y hacia el interior de la ranura entre dos rodillos, sobre cada uno de los cuales se está vertiendo una membrana continua de PTFE expandido de poros abiertos, como se describe en "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A". Cada componente del sistema polimérico de dos partes se precalienta a 70ºC. Ambos rodillos utilizados tenían una anchura de 1,82 , y un diámetro de 0.254 m. El rodillo de cromo se calentó hasta 70ºC, mientras que el rodillo recubierto de caucho se calentó hasta 25ºC. La presión del rodillo se estableció a 1696 kg/m. El compuesto que sale del rodillo se introdujo en un horno de IR con una temperatura de película de 130ºC y un tiempo de retención de aproximadamente 45 segundos para curar el polímero.
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Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento A
Se cortó una muestra de 0,20 x 0,30 m de la lamina compuesta preparada mediante "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento B". Se preparó una solución acuosa de un litro y se describirá. La muestra se sumergió en alcohol isopropílico (AIP), que humidificó y llenó el PTFE de poros abiertos que rodea el polímero de polietilenimina reticulado, de modo que se proporcionó un conducto para que la especie ácida de una solución ácida acuosa alcanzar las aminas del polímero de poliamina. Después, la muestra se sumergió inmediatamente en la solución ácida acuosa y se dejó durante 20 minutos. A continuación, la muestra se retiró y se secó al aire durante al menos 24 horas y, después, se acondicionó durante la noche en aire a aproximadamente 332ºC y una HR del 100%.
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Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento B
Se cortó una muestra de 0,21 x 0,28 m preparada mediante "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento B" y, después, se secó al vacío a 100-110ºC durante una hora. A continuación, la muestra se introdujo en una bolsa de 22 x 0,30 m que podía cerrarse de forma hermética. A la bolsa se añadió un total de 10 g de AIP, la bolsa se selló y el AIP dentro de la bolsa se movió a mano hasta que ambos lados de la muestra se empaparon Con AIP. A esta bolsa se añadió después una solución de 20 g de agua que contenía una cantidad especificada de ácido(s) que se detallará más adelante. La bolsa se selló y el contenido se mezcló constantemente a mano durante un periodo de diez minutos agitando y rotando la bolsa con su contenido. A continuación se extrajo la muestra, se secó con toallitas de papel y después se colgó en una campana de laboratorio durante 15 minutos. Después, la muestra se secó al vacío a 100-110ºC durante una hora. Posteriormente, la muestra se acondicionó durante la noche en aire a aproximadamente 32ºC y una HR del 100%.
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Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento C
Las muestras se aseguraron en un aro de bordado de 0,20 m de diámetro. En el lado cóncavo del ensamblaje se añadió una cantidad especificada de AIP y se hizo empapar toda el área de la muestra dentro del aro inclinado el ensamblaje hacia delante y hacia atrás. Inmediatamente se añadió una cantidad especificada de una solución acuosa sobre una base del 2% en peso de ácido sulfúrico. El ensamblaje se inclinó hacia delante y hacia atrás durante un periodo de cuatro minutos de modo que todas las áreas de la muestra dentro del aro fueron tratadas con la solución. A continuación, el exceso del anillo se extrajo, se retiró la muestra y, después, se dejó colgada dentro de una campana de laboratorio durante la noche para secar. Posteriormente, la muestra se acondicionó durante la noche en aire a aproximadamente 32ºC y una HR del 100%.
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Prueba del índice de transmisión de vapor de agua
Los índices de transmisión de vapor de agua (ITVA) se determinaron usando el procedimiento establecido en la patente de EE.UU. Nº 4.862.730 usando acetato de potasio como la sal y PTFE expandido de poros abiertos para las membranas permeables a vapor de humedad a prueba de agua. Estas membranas tenían una porosidad nominal de entre 75% y 80%, con un espesor de aproximadamente 0,04 mm. El ambiente se mantuvo a una humedad relativa del 50% y a 23ºC. El baño de agua se mantuvo a 23ºC.
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Permeabilidad a la prueba de sulfuro de bis-2-cloroetilo
Las pruebas y análisis de permeación química se adaptaron a partir de (1) "Pruebas de capacidad absorbente/reactante de materiales permeables al aire y semipermeables (Exposición a agente vapor/penetración de vapor)", protocolos indicados en el U.S. Army Test and Evaluation Command, Test Operating Procedure 8-2-501 (marzo de 1997) y (2) Procedimientos de laboratorio para evaluar sistemas de ropajes protectores contra agentes químicos, CRDC-SP-84010 (junio de1984). Las pruebas se realizaron en Geomet Technologies, Inc., Gaithersburg, MD. A continuación se indica una descripción del aparato de prueba y las condiciones experimentales.
Esta permeabilidad se determinó usando equipamiento constituido por una serie de celdas de análisis en las que se colocan las muestras de película o laminado. Además, todo el ensamblaje se coloca dentro de una cámara ambiental en la que la temperatura se controla a 32ºC. Cada celda consta de una sección superior e inferior, que normalmente se denominan arriba y abajo de la celda. Ambas mitades de la celda están equipadas con puertos de entrada y de salida para conseguir el movimiento de corrientes de gas a través de la celda y a través de la superficie de la muestra. La temperatura de estas corrientes de gas se controla a 32ºC. La humedad relativa de estas corrientes de gas se controla a valores específicos que se detallarán más a fondo. Nominalmente, se introducirán 0,33 microgramos/cm^{3} de sulfuro de bis-2-cloroetilo (estructura química Cl-CH_{2}CH_{2}-S-CH_{2}CH_{2}-Cl), denominado "2CES", en la corriente de aire superior y se mueve a través de la muestra analizada a través de la celda superior, que expone la muestra. Se hace recorrer la cavidad inferior con una corriente de aire limpio. El vapor 2CES que ha atravesado la muestra se introduce en la corriente de aire inferior y se captura más abajo a través de sorbentes sólidos se golpea con líquidos.
El área expuesta al 2CES es de 10 cm^{2}. La celda está equipada con suficientes anillos, placas, pinzas y sellos para montar la muestra de forma segura y evitar las fugas hacia fuera de la celda o entre las mitades de la celda. Todos los ensamblajes de la celda están presurizados y se ha probado para detectar fugas antes de la prueba. El diseño de la celda es una variación aumentada de la descrita en la figura 2.7, Procedimientos de laboratorio para evaluar sistemas de ropajes protectores contra agentes químicos, CRDC-SP-84010.
Tras la finalización de la carga de la muestra dentro de las celdas en la cámara ambiental, todas las muestras se acondicionan durante dos horas a 32ºC y a una humedad relativa del 50%. La exposición a 2CES comienza inmediatamente después del periodo de acondicionamiento inicial de dos horas. El equilibrio se establece bajo exposición a la exposición al 2CES mediante funcionamiento durante dos horas antes de recoger el permeado del 2CES para analizar. Después de este periodo de equilibrio se inicia la recolección del perneado de 2CES para analizar y continúa durante un intervalo de tres horas en las condiciones especificadas de humedad relativa y temperatura. Los medios de detección de agentes se eliminan al final del periodo de tres horas para analizar. El sorbente sólido y el líquido del impactador se analizan mediante técnicas colorimétricas/fluorométricas descritas en los materiales de referencia en lo que antecede. Los datos de permeación se comunican en unidades de microgramos/cm^{2} para cada muestra en cada ciclo de tiempo de análisis de tres horas. A partir de esto se obtiene una velocidad de degradación, o flujo de 2CES indicado en microgramos/cm^{2}/s. La permeabilidad se determina después mediante la proporción de este flujo y la concentración de la exposición y se comunica en unidades de cm/segundo. La resolución y el límite menor de detección de esta prueba fueron de 2,79E-0,5 cm/s.
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Prueba de resistencia al aire Gurley
La resistencia del flujo de aire a través de estos materiales se evaluó mediante un densitómetro Gurley (ASTM D726-58) fabricado por W. & L. E. Gurley & Sons usando el cilindro de presión estándar, 100 cm^{3} de aire y un tamaño de orificio de 6,45 cm^{2}. Los resultados se indican en términos del tiempo en segundos requerido para que los 100 cm^{3} de aire atraviesen 6,45 centímetros cuadrados del material de prueba a un descenso de presión de 0,12 m de agua a través de la muestra.
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Flexibilidad: Handle-O-Meter
La facilidad de mezcla de un material, así como la susceptibilidad a la rotura, se evaluaron usando un Handle-O-Meter, Modelo nº 211-5, fabricado por Thwing-Albert Instrument Co., PA. Este dispositivo fuerza la flexión de una muestra a través de una ranura abierta sobre una plataforma plana y mide el esfuerzo requerido. Para la evaluación en la presente memoria descriptiva se usó un haz de 1000 gramos y las muestras se analizaron en condiciones de humedad relativa del 65% y a 23ºC. La ranura se produjo con un hueco de 0,0063 m. Las muestras usadas tenían una longitud de 0,076 m y una anchura de 0,025 m y se analizaron de modo que la longitud de la muestra estuviera orientada perpendicularmente a través de la ranura, con 0,025 m en un lado de la ranura. El resultado, o el tacto, se indica como el esfuerzo máximo requerido para doblar y hacer pasar la muestra de 0,025 m a través de la ranura. Una muestra se analiza por cada uno de sus lados, en localizaciones distintas, y se realiza un promedio, y representa el tacto del material. Para los materiales que pueden tener diferencias significativas en las propiedades físicas dependiendo de su orientación (p. ej., telas tejidas), se toma una muestra adicional a una rotación de 90 grados desde la primera, se evalúa y se realiza un promedio de los resultados con el fin de obtener el tacto de ese material.
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Ejemplo 1
Se creó una muestra usando "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A" con una mezcla en base al peso del 55% de polietilenimina Lupasol PR 8515 y 45% de epoxi Araldite GY285. El despliegue del revestimiento fue de aproximadamente 18 g/m^{2}. Una porción de este material se trató después mediante "Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento A" usando una solución acuosa del 1% en peso de ácido sulfúrico. Se evaluaron el índice de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad a 2CES.
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La muestra que incorpora restos de aminoácidos derivados de ácido sulfúrico demostró un factor de incremento de 1,80 en la transmisión de vapor de agua y un factor de disminución de 6,67 en la permeabilidad de 2CES a una humedad relativa del 80% frente a la muestra sin los restos de aminoácidos. Éste es un ejemplo en el que se consiguió una mejor protección, incluso a una humedad relativa alta, junto con una mejor transpirabilidad. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección para ambas muestras.
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Ejemplo 2
Se creó una muestra mediante "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento B" con una mezcla en base al peso del 65% de la polietilenimina y 35% de la epoxi. El despliegue del revestimiento fue de aproximadamente 16 g/m^{2}. Una porción de este material se trató después mediante "Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento B" usando 0,59 g de una solución acuosa al 85% de ácido fosfórico. Se evaluaron el índice de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad a 2CES.
2
La muestra que incorpora restos de aminoácidos derivados de ácido fosfórico retuvo aproximadamente el 70% de la transmisión de vapor de agua de la muestra sin restos de aminoácidos, mientras que se redujo la permeabilidad a 2CES a menos del 1,5% de la muestra sin ellos. Éste es un ejemplo que demuestra una mejora muy sustancial de la protección, incluso a una humedad relativa elevada, mientras que se compensa con la transpirabilidad en mucho menor medida. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección para ambas muestras.
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Ejemplo 3
Una mezcla de 56 g de pentaetilenhexamina se combinó con 40 g de dimetilftalato, cada uno obtenido de Aldrich Chemical Company, Inc., WI. La mezcla se agitó durante cuatro horas a aproximadamente 60ºC. Esta composición se usó en "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A", en la que 40 g de la composición se mezclaron con 28 g de neopentildiglicidiléter Heloxy 68 obtenido de Shell Chemical Company, NJ. El despliegue del revestimiento fue de aproximadamente 39 g/m^{2}. Una porción de este material se modificó después mediante "Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento C" usando 6 g de AIP y 12 g de una solución acuosa del 2% en peso de ácido sulfúrico. Se evaluaron el índice de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad a 2CES.
3
La muestra que incorpora restos de aminoácidos derivados de ácido sulfúrico demostró un factor de incremento de 2,24 en la transmisión de vapor de agua y un factor de disminución de 2,34 en la permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 80% frente a la muestra sin los restos de aminoácidos. Este es otro ejemplo que demuestra mejor protección simultáneamente con mejor transpirabilidad. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección para ambas muestras.
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Ejemplo 4
Se creó una muestra usando "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A" con una mezcla en base al peso del 50% de polipropilenimina Astramol (AM)16 obtenida de DSM Fine Chemicals, Países Bajos, y 50% de epoxi de bisfenol F Araldite GY285. El despliegue del revestimiento fue de aproximadamente 23 g/m^{2}. Un tejido tricotado de poliéster de 0,022 kg/m^{2} y una tela tejida sencilla de nylon de 0,061 kg/m^{2} se fijaron después a los lados opuestos del material usando adhesivo Reactive Hot Melt HL-9588-X de H.B. Fuller en un patrón de puntos discontinuos. La cobertura de adhesivo del lado tejido tricotado fue aproximadamente 44% por área y la cobertura del lado de tela tejida fue aproximadamente 30% por área. Después, una porción de este laminado se trató después mediante "Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento C" a través del lado tejido tricotado del laminado usando 9g de AIP y 16g de una solución acuosa del 2% en peso de ácido sulfúrico. Se evaluaron el índice de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad a 2CES.
4
La muestra que incorpora restos de aminoácidos derivados de ácido sulfúrico demostró un factor de incremento de 4,60 en la transmisión de vapor de agua. Ambas muestras demostraron una permeabilidad a 2CES relativamente baja a una humedad relativa del 80%, en la que la muestra con los restos de aminoácido exhibe únicamente un factor de incremento de 1,50 en la permeabilidad a 2CES frente a la muestra sin los restos de aminoácidos. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección para ambas muestras.
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Ejemplo 5
Se creó una muestra usando "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento B" con una mezcla con base en peso de 55% de polietilenimina y 45% de epoxi. El despliegue del revestimiento fue de aproximadamente 18 g/m^{2}. Una porción de este material se modificó después mediante "Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento B" usando 0,17 g de ácido sulfúrico. Una segunda porción de este material se modificó mediante el mismo procedimiento usando 0,26 g de ácido sulfúrico. Se evaluaron el índice de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad a 2CES.
5
Estas muestras indicaron un incremento en el índice de transmisión de vapor de agua con niveles crecientes de modificación con ácido sulfúrico, mientras demuestra menos de un incremento en la permeabilidad a 2CES. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección para cada una de las muestras.
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Ejemplo 6
Una muestra de material del ejemplo 5 sin incorporación de restos de aminoácidos se modificó mediante "Incorporación de restos de aminoácidos: Procedimiento B" usando 0,34 g de ácido cítrico. Se evaluaron el índice de transmisión de vapor de agua y la permeabilidad a 2CES.
6
La muestra que incorpora restos de aminoácidos derivados de ácido cítrico demostró un factor de incremento de 1,26 en el índice de transmisión de vapor de agua y un factor de disminución de 1,67 en la permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 80% frente a la muestra sin los restos de aminoácidos.
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Ejemplo 7
20 g de base libre de poli(vinilamina) de Air Products and Chemicals, Inc., Industrial Chemicals Division, PA con un peso molecular indicado de 30.000 a 60.000 y 25% de sólidos se mezclaron a mano con 8 g de una solución acuosa del 25% en peso de ácido sulfúrico, 1 g de una solución acuosa al 25% de hidrato sulfato de aluminio (obtenida de Aldrich), y 0,5 g de Tris (2,3-epoxipropil)isocianurato (obtenido de Aldrich). Una vez bien mezclada, la mezcla se vertió sobre una tela tejida sencilla de nylon de fibra microdenier de 0,065 kg/m^{2} obtenida de Milliken usando una barra de colado de 5,08x10-4 m. La barra se pasó a través de la tela sustrato varias veces para obtener un revestimiento liso y uniforme. Después, esto se curó en un horno de convección de aire caliente a 150ºC durante 15 minutos. A continuación, la muestra se acondicionó durante la noche a aproximadamente 32ºC y una humedad relativa del 100%. El revestimiento del revestimiento fue de aproximadamente 140 g/m^{2}. El índice de transmisión de vapor de agua se midió en 15.406 g/(m^{2}*día) y se midió una permeabilidad a 2CES de 8,37 E-05 cm/s a una humedad relativa del 80%, lo que demuestra una muy buena protección y transpirabilidad. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección.
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Ejemplo 8
Se creó una muestra usando "Polímero de poliamina con sustratos: Procedimiento A" con una mezcla en base al peso de 55% de polietilenimina Lupasol PR8515 y 45% de epoxi de bisfenol F Araldite GY285. El despliegue del revestimiento fue de aproximadamente 18 g/m^{2}. Este material se modificó después mediante "Incorporación de restos de aminoácido: Procedimiento A" usando una solución acuosa del 0,75% en peso de ácido clorhídrico. Se determinó que el índice de transmisión de vapor de agua era 27.109 g/(m^{2}*día), lo que demuestra una transpirabilidad extremadamente elevada. Se determinó que la permeabilidad a 2CES era 5,86E-03 cm/s a una humedad relativa del 80%. La permeabilidad a 2CES a una humedad relativa del 50% fue igual o menor que el límite inferior de detección.
El tacto de todas las muestras de los ejemplos fue inferior a 250 y las muestras no fueron objeto de fractura o de otros daños evidentes después de la evaluación del tacto mediante el Handle-O-Meter. Adicionalmente, todas las muestras tenían valores Gurley significativamente superiores a 5 segundos.

Claims (42)

1. Un revestimiento protector contra agentes químicos que comprende una lámina selectivamente permeable compuesta por un polímero de poliamina en el que al menos un 10% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido en los que las especies ácidas de dichos restos de aminoácido tienen una pK_{a} inferior a 6,4; en la que el revestimiento protector contra agentes químicos tiene un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 2.000 g/(m^{2}*día) y una permeabilidad al sulfuro de bis-2-cloroetilo de 0,02 cm/s o inferior al 80% de humedad relativa.
2. Un revestimiento protector contra agentes químicos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la lámina selectivamente permeable es una lámina compuesta que comprende al menos un sustrato permeable a vapor de agua y el polímero de poliamina; y en el que dicho polímero de poliamina forma una capa sustancialmente continua que reside esencialmente sobre la superficie de dicho sustrato.
3. Un revestimiento protector contra agentes químicos de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la lámina selectivamente permeable es una lámina compuesta constituida por al menos un sustrato de poros abiertos permeable a vapor de agua y el polímero de poliamina; y en el que dicho polímero de poliamina forma una capa sustancialmente continua con al menos una porción del polímero de poliamina que reside dentro de dicho sustrato de poros abiertos.
4. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el polímero de poliamina tiene al menos 6,5 miliequivalentes de amina/gramo.
5. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el revestimiento protector es flexible y tiene un tacto de 1000 o inferior, sin significativos daños después de la evaluación del tacto.
6. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el polímero de poliamina comprende una polialquilamina.
7. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el polímero de poliamina comprende una polialquilenimina.
8. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que la lámina del polímero de poliamina tiene un espesor de entre 5 y 100 micrómetros.
9. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el componente del polímero de poliamina de la lámina compuesta tiene un espesor de entre 5 y 100 micrómetros.
10. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que la permeabilidad a sulfuro de bis-2-cloroetilo es de 0,002 cm/s o inferior a una humedad relativa del 80%.
11. El revestimiento protector de la reivindicación 10, en el que el índice de transmisión de vapor de agua es de al menos 4.000 g/(m^{2}*día).
12. El revestimiento protector de la reivindicación 11, en el que la permeabilidad a sulfuro de bis-2-cloroetilo es de 0,0002 cm/s o inferior a una humedad relativa del 80%.
13. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que al menos el 25% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido en los que las especies ácidas de dichos restos tienen una pK_{a} de 5,0 o inferior.
14. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el polímero de poliamina está reticulado.
15. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que sustrato es un sustrato de poros abiertos.
16. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que sustrato es un sustrato de poros cerrados.
17. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que sustrato es un sustrato de sustancialmente libre de huecos.
18. El revestimiento protector de la reivindicación 15, en el que sustrato es de poros abiertos es PTFE expandido.
19. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el revestimiento protector es un laminado constituido por al menos una capa de una tela.
20. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el revestimiento protector es flexible y la lámina selectivamente permeable es una lámina compuesta que comprende dos sustratos de PTFE expandido de poros abiertos permeables a vapor de agua; la especie ácida de dichos restos de aminoácido es H_{2}SO_{4}; y en el que dicho polímero de poliamina está compuesto por una polialquilenimina y forma una capa sustancialmente continua que reside entre dichos sustratos con al menos una porción del polímero de poliamina que reside dentro de cada sustrato.
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21. El revestimiento protector de la reivindicación 20, en el que el revestimiento protector tiene un índice de transmisión de vapor de agua de al menos 4.000 g/(m^{2}*día) y una permeabilidad a sulfuro de bis-2-cloroetilo de 0,002 cm/s o menor a una humedad relativa del 80%.
22. El revestimiento protector de la reivindicación 21, en el que la permeabilidad a sulfuro de bis-2-cloroetilo es de 0,0002 cm/s o inferior a una humedad relativa del 80%.
23. El revestimiento protector de la reivindicación 20, en el que la polialquilenimina es polietilenimina.
24. El revestimiento protector de la reivindicación 20, en el que el polímero de poliamina está reticulado.
25. El revestimiento protector de la reivindicación 24, en el que la reticulación comprende enlaces epóxido.
26. El revestimiento protector de la reivindicación 20, en el que al menos el 25% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido.
27. El revestimiento protector de la reivindicación 20, en el que al menos el 40% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido.
28. El revestimiento protector de la reivindicación 20, en el que el revestimiento protector es un laminado constituido por al menos una capa de una tela.
29. El revestimiento protector de la reivindicación 20 ó 28, que tiene un tacto de 250 o menor sin daños significativos posteriores a la evaluación del tacto.
30. El revestimiento protector de la reivindicación 1, en el que el revestimiento protector es flexible y la lámina selectivamente permeable es una lámina compuesta que comprende al menos un sustrato de poros abiertos permeable a vapor de agua y al menos el 25% de las aminas del polímero de poliamina son restos de aminoácido en los que la especie ácida de dichos restos de aminoácido tienen una pK_{a} de 5 o menor; y en el que dicho polímero de poliamina forma una capa sustancialmente continua con al menos una porción del polímero de poliamina que reside dentro de dicho sustrato de poros abiertos.
31. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que el polímero de poliamina tiene al menos 6,5 miliequivalentes de amina/gramo y está constituido por polialquilenimina.
32. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que los restos de aminoácido implican especies ácidas que son multipróticas.
33. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que el polímero de poliamina está reticulado.
34. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que la lámina compuesta selectivamente permeable comprende un segundo sustrato permeable a vapor de humedad que es un sustrato de poros abiertos, en el que el polímero de poliamina está contenido entre los dos sustratos, con una porción que residen dentro de cada uno.
35. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que la lámina compuesta selectivamente permeable comprende un segundo sustrato permeable a vapor de humedad que es un sustrato de poros cerrados, en el que el polímero de poliamina está contenido entre los dos sustratos.
36. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que la lámina compuesta selectivamente permeable comprende un segundo sustrato permeable a vapor de humedad que es un sustrato esencialmente libre de huecos, en el que el polímero de poliamina está contenido entre los dos sustratos.
37. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que sustrato es de poros abiertos es PTFE expandido de poros abiertos.
38. El revestimiento protector de la reivindicación 34, en el que el segundo sustrato es de poros abiertos es PTFE expandido de poros abiertos.
39. El revestimiento protector de la reivindicación 35 ó 36, en el que el segundo sustrato está compuesto por un polímero de poliéter.
40. El revestimiento protector de la reivindicación 30, en el que el revestimiento protector es un laminado constituido por al menos una capa de una tela.
41. El revestimiento protector de la reivindicación 30 ó 40, que tiene un tacto de 1000 o menor sin daños significativos posteriores a la evaluación del tacto.
42. Un artículo de ropa que comprende el revestimiento protector de cualquiera de las reivindicaciones 5, 19, 29 ó 41.
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