ES2870853T3 - Telas elásticas no tejidas de alta resistencia - Google Patents

Telas elásticas no tejidas de alta resistencia Download PDF

Info

Publication number
ES2870853T3
ES2870853T3 ES11702888T ES11702888T ES2870853T3 ES 2870853 T3 ES2870853 T3 ES 2870853T3 ES 11702888 T ES11702888 T ES 11702888T ES 11702888 T ES11702888 T ES 11702888T ES 2870853 T3 ES2870853 T3 ES 2870853T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
crosslinking agent
nonwoven fabric
glycol
polymer
tpu
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES11702888T
Other languages
English (en)
Inventor
Ravi Vedula
Bryson, Jr
Mouh-Wahng Lee
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lubrizol Advanced Materials Inc
Original Assignee
Lubrizol Advanced Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lubrizol Advanced Materials Inc filed Critical Lubrizol Advanced Materials Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2870853T3 publication Critical patent/ES2870853T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/88Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/94Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polycondensation products as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of other polycondensation products
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08Melt spinning methods
    • D01D5/098Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D01D5/0985Melt spinning methods with simultaneous stretching by means of a flowing gas (e.g. melt-blowing)
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/38Formation of filaments, threads, or the like during polymerisation
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10Other agents for modifying properties
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/70Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyurethanes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4326Condensation or reaction polymers
    • D04H1/4358Polyurethanes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/54Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by welding together the fibres, e.g. by partially melting or dissolving
    • D04H1/56Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by welding together the fibres, e.g. by partially melting or dissolving in association with fibre formation, e.g. immediately following extrusion of staple fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/724Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged forming webs during fibre formation, e.g. flash-spinning
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/08Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating
    • D04H3/10Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of strengthening or consolidating with bonds between yarns or filaments made mechanically
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]
    • Y10T442/601Nonwoven fabric has an elastic quality

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

Una tela no tejida que consiste en fibras de un poliuretano termoplástico (TPU) derivado de: (a) un polímero de poliuretano termoplástico derivado de un poliéster terminado en hidroxilo, difenilmetano- 4,4'-diisocianato (MDI) y un glicol que tiene de 2 a 10 átomos de carbono y que tiene un peso molecular (Mw) de 100 000 a 800 000 Dalton; (b) 2,0 % a 20 % en peso de un agente de entrecruzamiento en base al peso total de polímero de TPU y de agente de entrecruzamiento en donde el agente de entrecruzamiento tiene un peso molecular promedio numérico de 750 a 10 000 Dalton y se deriva de un poliéter intermedio terminado en hidroxilo y difenilmetano- 4,4'-diisocianato; y (c) opcionalmente, aditivos seleccionados del grupo que consisten en pigmentos de opacidad, colorantes, rellenadores minerales, estabilizantes, lubricantes, absorbentes de UV, coadyuvantes de procesamiento, plastificantes y retardadores de llama.

Description

DESCRIPCIÓN
Telas elásticas no tejidas de alta resistencia
Campo de la invención
La presente invención se refiere a telas elásticas no tejidas de alta resistencia fabricadas de poliuretano termoplástico ligeramente entrecruzado. El agente de entrecruzamiento reduce la viscosidad del material fundido del poliuretano lo que permite que se formen fibras de diámetro más pequeño mediante un proceso de soplado en fusión o unión por hilado. La tela no tejida puede procesarse adicionalmente por fusión para formar una membrana porosa. La invención también se refiere a membranas fabricadas de poliuretano termoplástico entrecruzado a partir de una tela tejida, así como membranas hechas de una tela no tejida de poliuretano termoplástico no entrecruzado. Antecedentes de la invención
Se conoce que los polímeros de poliuretano termoplástico (TPU) pueden usarse para procesar como telas no tejidas. La tela no tejida se fabrica mediante procesos conocidos como el de soplado en fusión o de unión por hilado. Estos procesos implican la fundición del polímero en un extrusor y pasar el material fundido de polímero a través de un troquel con varios orificios. Se forma una hebra de fibra a partir de cada orificio del troquel. Se aplica aire a alta velocidad adyacente a las fibras lo cual alarga las fibras y causa que se depositen en una alineación aleatoria sobre una banda debajo del troquel.
Los polímeros de TPU tienen muchas propiedades ventajosas como elasticidad, capacidad de transmitir humedad, buenas propiedades físicas, transpirabilidad y alta resistencia a la abrasión.
Las telas no tejidas pueden tener muchos usos. El campo de usos puede ampliarse si el no tejido se puede fabricar de fibras de tamaño pequeño. La mayor viscosidad del material fundido para un polímero de TPU es hasta ahora un obstáculo para fabricar fibras pequeñas en el proceso de no tejido. El material fundido se vuelve menos viscoso si se aumenta la temperatura del material fundido, pero sus propiedades físicas sufren ya que el polímero tiende a despolimerizarse a temperaturas más altas. Los aditivos, tales como los plastificantes, reducen la viscosidad, pero también son perjudiciales para las propiedades físicas y también presentan problemas para algunas aplicaciones. También es conveniente una viscosidad reducida del material fundido de polímero porque permite un mayor rendimiento del polímero y una mayor atenuación.
Tener un aditivo que reduzca la viscosidad del material fundido de polímero de TPU sería conveniente ya que permite que las fibras se hilen más rápido y con un tamaño más pequeño y además mejora las propiedades físicas de las fibras en la tela no tejida.
Resumen de la invención
El objetivo de la presente invención es proporcionar una tela no tejida fabricada de TPU que presente una alta resistencia a la tracción y sea elástica.
Una tela no tejida ilustrativa se fabrica por la adición de un agente de entrecruzamiento al material fundido de polímero de TPU. El agente de entrecruzamiento se usa a un nivel del 5 al 20 por ciento en peso en base al peso total del polímero de TPU y del agente de entrecruzamiento.
El agente de entrecruzamiento reduce la viscosidad del material fundido del material fundido de polímero de TPU lo que permite que las fibras salgan del troquel con diámetros más pequeños y con una mayor atenuación.
En una modalidad ilustrativa, la tela no tejida se produce mediante un proceso de unión por hilado o de soplado en fusión.
En otra modalidad ilustrativa, la tela no tejida se procesa, además, por fusión para compactar la tela de modo que se reducen los pasos del aire en la tela. Los pasos de aire se pueden reducir hasta el punto en que se forma una membrana.
En una modalidad ilustrativa adicional, la tela no tejida se calandra en una película sólida.
En otra modalidad ilustrativa, la tela no tejida de TPU no entrecruzado se procesa, además, por fusión para crear una membrana.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra un gráfico de la presión del cabezal del troquel (psi) en el eje Y frente al por ciento en peso del agente de entrecruzamiento en el eje X.
Descripción detallada de la invención
La tela no tejida de esta invención es un polímero de poliuretano termoplástico (TPU) de acuerdo con la reivindicación 1 fabricado con un proceso de acuerdo con la reivindicación 11.
El tipo de polímero de TPU usado en esta descripción puede ser cualquier polímero de TPU convencional que se conozca en la técnica y en la bibliografía siempre que el polímero de TPU tenga un peso molecular adecuado. El polímero de TPU se prepara generalmente mediante la reacción de un poliisocianato con un producto intermedio tal como un poliéster terminado en hidroxilo, un poliéter terminado en hidroxilo, un policarbonato terminado en hidroxilo o sus mezclas, con uno o más prolongadores de cadena, todos los cuales se conocen bien por los expertos en la técnica.
El poliéster intermedio terminado en hidroxilo es generalmente un poliéster lineal que tiene un peso molecular promedio numérico (Mn) de aproximadamente 500 a aproximadamente 10 000, convenientemente de aproximadamente 700 a aproximadamente 5000 y, preferentemente, de aproximadamente 700 a aproximadamente 4000, un índice de acidez generalmente menor que 1,3 y, preferentemente, menor que 0,8. El peso molecular se determina mediante el ensayo de los grupos funcionales terminales y se relaciona con el peso molecular promedio numérico. Los polímeros se producen mediante (1) una reacción de esterificación de uno o más glicoles con uno o más ácidos dicarboxílicos o anhídridos o (2) mediante una reacción de transesterificación, es decir, la reacción de uno o más glicoles con los ésteres de ácidos dicarboxílicos. Se prefieren, generalmente, las relaciones molares en exceso de más de un mol de glicol a ácido para obtener cadenas lineales que tienen un predominio de grupos hidroxilo terminales. También incluyen como los poliésteres intermedios adecuados varias lactonas, tales como policaprolactona normalmente preparada de £-caprolactona y un iniciador bifuncional tal como dietilenglicol. Los ácidos dicarboxílicos del poliéster deseado pueden ser alifáticos, cicloalifáticos, aromáticos o sus combinaciones. Los ácidos dicarboxílicos adecuados pueden usarse solos o en mezclas y tienen generalmente un total de 4 a 15 átomos de carbono e incluyen: succínico, glutárico, adípico, pimélico, subérico, azelaico, sebácico, dodecanodioico, isoftálico, tereftálico, ciclohexano dicarboxílico. También pueden usarse anhídridos de los ácidos dicarboxílicos anteriores tales como anhídrido ftálico, anhídrido tetrahidroftálico. El ácido adípico es el ácido de preferencia. Los glicoles que reaccionan para formar un poliéster intermedio conveniente pueden ser alifáticos, aromáticos o sus combinaciones y tienen un total de 2 a 12 átomos de carbono e incluyen etilenglicol, 1,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 2,2-dimetil-1,3-propanodiol, 1,4-ciclohexanodimetanol, decametilenglicol, dodecametilenglicol y el 1,4-butanodiol que es el glicol de preferencia. Los poliéteres intermedios terminados en hidroxilo incluyen polioles de poliéter derivados de un diol o poliol que tiene un total de 2 a 15 átomos de carbono, preferentemente en un alquildiol o glicol que se hace reaccionar con un éter que comprende un óxido de alquileno que tiene de 2 a 6 átomos de carbono, normalmente de óxido de etileno u óxido de propileno o sus mezclas. Por ejemplo, el poliéter con función hidroxilo puede producirse al reaccionar primero el propilenglicol con el óxido de propileno seguido de la reacción posterior con el óxido de etileno. Se prefieren los grupos hidroxilo primarios que resultan del óxido de etileno ya que son más reactivos que los grupos hidroxilo secundarios. Los polioles de poliéter comerciales útiles incluyen poli(etilenglicol) que comprende óxido de etileno que reacciona con etilenglicol, poli(propilenglicol) que comprende óxido de propileno que reacciona con propilenglicol, poli(tetrametilenglicol) que comprende agua que reacciona con tetrahidrofurano (PTMEG). El glicol de politetrametilenéter (PTMEG) es el poliéter intermedio de preferencia. Los polioles de poliéter incluyen, además, aductos de poliamida de un óxido de alquileno y pueden incluir, por ejemplo, un aducto de etilendiamina que comprende el producto de reacción de etilendiamina y el óxido de propileno, el aducto de dietilentriamina que comprende el producto de reacción de dietilentriamina con el óxido de propileno y polioles de poliéter de tipo poliamida similares. En la actual invención también pueden usarse copoliéteres. Como los copoliéteres típicos se incluyen los productos de reacción del THF y el óxido de etileno o el THF y el óxido de propileno. Estos están disponibles de BASF como Poli THF B, un copolímero en bloques y poli THF R, un copolímero aleatorio. Los diversos poliéteres intermedios generalmente tienen un peso molecular promedio numérico (Mn) determinado por el ensayo de los grupos funcionales terminales, el cual es un peso molecular promedio mayor de aproximadamente 700, tal como de aproximadamente 700 a aproximadamente 10000, convenientemente de aproximadamente 1000 a aproximadamente 5000 y, preferentemente, de aproximadamente 1000 a aproximadamente 2500. Un poliéter intermedio conveniente particular es una combinación de dos o más poliéteres de peso molecular diferente como una mezcla de PTMEG de 2000 Mn y 1000 Mn.
La modalidad más preferida de esta invención usa un poliéster intermedio fabricado de la reacción del ácido adípico con una combinación de 50/50 en peso del 1,4-butanodiol y el 1,6-hexanodiol. La combinación también puede ser una mezcla de 50/50 molar de los dioles.
La resina de poliuretano a base de un policarbonato de esta descripción se prepara por la reacción de un diisocianato con una combinación de un policarbonato terminado en hidroxilo y un prolongador de cadena. El policarbonato terminado en hidroxilo se puede preparar por la reacción de un glicol con un carbonato.
En la patente de Estados Unidos N° 4,131,731 se describen policarbonatos terminados en hidroxilo y su preparación. Tales policarbonatos son lineales y tienen grupos hidroxilo terminales con la exclusión esencial de otros grupos terminales. Los reactivos esenciales son glicoles y carbonatas. Los glicoles adecuados se seleccionaron de dioles cicloalifáticos y alifáticos que contienen de 4 a 40 átomos de carbono, y preferentemente de 4 a 12, y de polioxialquilenglicoles que contienen de 2 a 20 grupos alcoxi por molécula y que cada grupo alcoxi contiene de 2 a 4 átomos de carbono. Los dioles adecuados para el uso en la presente descripción incluyen dioles alifáticos que contienen de 4 a 12 átomos de carbono tales como butanodiol-1,4, pentanodiol-1,4, neopentilglicol, hexanodiol-1,6, 2.2.4- trimetilhexanodiol-1,6, decanodiol-1,10, dilinoleilglicol hidrogenado, dioleilglicol hidrogenado y dioles cicloalifáticos tales como ciclohexanodiol-1,3, dimetilolciclohexano-1,4, ciclohexanodiol-1,4, dimetilolciclohexano-1,3, 1.4- endometilen-2-hidroxi-5-hidroximetilciclohexano y polialquilenglicoles. Los dioles usados en la reacción pueden ser un solo diol o una mezcla de dioles en dependencia de las propiedades deseadas en el producto terminado.
Los intermedios de policarbonato, los cuales terminan en hidroxilo, son los que generalmente se conocen en la técnica y en la bibliografía. Los carbonatos adecuados se seleccionaron de carbonatos de alquileno compuestos por un anillo de 5 a 7 miembros que tiene la fórmula general siguiente:
Figure imgf000004_0001
donde R es un radical divalente saturado que contiene de 2 a 6 átomos de carbonos lineales. Los carbonatos adecuados para su uso en la presente descripción incluyen carbonato de etileno, carbonato de trimetileno, carbonato de tetrametileno, carbonato de 1,2-propileno, carbonato de 1,2-butileno, carbonato de 2,3-butileno, carbonato de 1,2-etileno, carbonato de 1,3-pentileno, carbonato de 1,4-pentileno, carbonato de 2,3-pentileno y carbonato de 2,4-pentileno.
Además, los carbonatos de dialquilo, los carbonatos cicloalifáticos y los carbonatos de diarilos son adecuados en la presente descripción. Los carbonatos de dialquilo pueden contener de 2 a 5 átomos de carbono en cada grupo alquilo y sus ejemplos específicos son carbonato de dietilo y carbonato de dipropilo. Los carbonatos cicloalifáticos, especialmente los carbonatos dicicloalifáticos, pueden contener de 4 a 7 átomos de carbono en cada estructura cíclica y pueden tener de una o dos de tales estructuras. Cuando un grupo es cicloalifático, el otro puede ser tanto alquilo como arilo. Por otro lado, si un grupo es arilo, el otro puede ser alquilo o cicloalifático. Los ejemplos de preferencia de carbonatos de diarilos son el carbonato de difenilo, carbonato de ditolilo y carbonato de dinaftilo, los cuales pueden contener de 6 a 20 átomos de carbono en cada grupo arilo.
La reacción se realiza mediante la reacción de un glicol con un carbonato, preferentemente un carbonato de alquileno en el intervalo molar de 10:1 a 1:10, pero preferentemente de 3:1 a 1:3 a una temperatura de 100 °C a 300 °C y a una presión en el intervalo de 0,1 a 300 mm de mercurio en presencia o ausencia de un catalizador de intercambio de éster, mientras se eliminan los glicoles de bajo punto de ebullición por destilación.
Más específicamente, los policarbonatos terminados en hidroxilo se preparan en dos etapas. En la primera etapa, un glicol reacciona con un carbonato de alquileno para formar un policarbonato terminado en hidroxilo de bajo peso molecular. El glicol de punto de ebullición más bajo se elimina por destilación de 100 °C a 300 °C, preferentemente de 150 °C a 250 °C, bajo una presión reducida de 10 a 30 mmHg, preferentemente de 50 a 200 mmHg. Una columna de fraccionamiento se usa para separar el subproducto de glicol de la mezcla de reacción. El subproducto de glicol se retira de la parte superior de la columna y el carbonato de alquileno y el reactivo de glicol sin reaccionar se devuelven al recipiente de reacción por reflujo. Se puede usar una corriente de gas inerte o un disolvente inerte para facilitar la eliminación del subproducto de glicol a medida que se forma. Cuando la cantidad del subproducto de glicol obtenido indica que el grado de polimerización del policarbonato terminado en hidroxilo está en el intervalo de 2 a 10, la presión se reduce gradualmente de 0,1 a 10 mmHg y se eliminan el glicol y el carbonato de alquileno sin reaccionar. Esto marca el comienzo de la segunda etapa de reacción durante la cual el policarbonato terminado en hidroxilo de bajo peso molecular se condensa por destilación del glicol a medida que se forma de 100 °C a 300 °C, preferentemente de 150 °C a 250 °C y a una presión de 0,1 a 10 mmHg hasta que se alcance el peso molecular deseado del policarbonato terminado en hidroxilo. El peso molecular (Mn) de los policarbonatos terminados en hidroxilo puede variar de aproximadamente 500 a aproximadamente 10000 pero en una modalidad de preferencia estará en el intervalo de 500 a 2500.
El segundo ingrediente necesario para preparar el polímero de TPU de esta descripción es un poliisocianato.
Los poliisocianatos de la presente descripción generalmente tienen la fórmula R(NCO)n en la que n es generalmente de 2 a 4 y con preferencia es 2 ya que la composición es un termoplástico. Por tanto, los poliisocianatos que tienen una funcionalidad de 3 o 4 se usan en cantidades muy pequeñas, por ejemplo menos del 5 % y convenientemente menos del 2 % en peso en base al peso total de todos los poliisocianatos ya que causan el entrecruzamiento. R puede ser aromático, cicloalifático y alifático o sus combinaciones que tienen generalmente un total de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono. Los ejemplos de diisocianatos aromáticos adecuados incluyen difenilmetano-4,4'-diisocianato (MDI), H12 MDI, diisocianato de m-xilileno (XDI), diisocianato de m-tetrametilxilileno (TMXDI), fenileno-1,4-diisocianato (PPDI), diisocianato de 1,5-naftaleno (NDI) y difenilmetano-3,3'-dimetoxi-4,4'-diisocianato (TODI). Los ejemplos de diisocianatos alifáticos adecuados incluyen diisocianato de isoforona (IPDI), diisocianato de 1,4-ciclohexilo (CHDI), diisocianato de hexametileno (HDI), 1,6-diisocianato-2,2,4,4-tetrametilhexano (TMDI), diisocianato de 1,10-decano y diisocianato de trans-diciclohexilmetano (HMDI). Un diisocianato muy preferido es el MDI que contiene menos de aproximadamente 3 % en peso de isómero orto-para (2,4).
El tercer ingrediente necesario de esta descripción para preparar el polímero de TPU es el prolongador de cadena. Los prolongadores de cadena adecuados son glicoles alifáticos inferiores o de cadena corta que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 átomos de carbono e incluyen, por ejemplo, etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, trietilenglicol, isómeros cis-trans de ciclohexil dimetilol, neopentilglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexandiol, 1,3-butanodiol y 1,5-pentanodiol. Los glicoles aromáticos también pueden usarse como prolongadores de cadena y son la opción de preferencia para aplicaciones de alta temperatura. El glicolbenceno (HQEE) y los glicoles de xilileno son los prolongadores de cadena adecuados para usar en la fabricación del TPU de esta descripción. El glicol de xilileno es una mezcla de 1,4-di(hidroximetil)benceno y 1,2-di(hidroximetil)benceno. El prolongador de cadena aromática de preferencia es el glicolbenceno e incluye específicamente hidroquinona, bis(beta-hidroxietil) éter también conocido como 1,4-di(2-hidroxietoxi) benceno; resorcinol, es decir, bis(beta-hidroxietil) éter también conocido como 1,3-di(2-hidroxietil) benceno; catecol, bis(betahidroxietil) éter también conocido como 1,2-di(2-hidroxietoxi) benceno y sus combinaciones. El prolongador de cadena de preferencia es el 1,4-butanodiol.
Los tres ingredientes necesarios anteriores (el producto intermedio terminado en hidroxilo, poliisocianato y el prolongador de cadena) preferentemente reaccionan en presencia de un catalizador.
Generalmente, se puede utilizar cualquier catalizador convencional para la reacción del diisocianato con el producto intermedio terminado en hidroxilo o el prolongador de cadena lo que se conoce bien en la técnica y en la bibliografía. Los ejemplos de catalizadores adecuados incluyen los diversos éteres de alquilos o tioéteres de alquilos de bismuto o estaño en donde la porción alquilo tiene de 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono con ejemplos específicos se incluyen el octoato de bismuto, laurato de bismuto. Como catalizadores de preferencia se incluyen los diversos catalizadores de estaño tales como octoato de estaño, dioctoato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño. La cantidad de tal catalizador es generalmente pequeña como de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 partes por millón en base al peso total de los monómeros que forman el poliuretano.
Los polímeros de TPU de esta descripción se pueden preparar mediante cualquiera de los métodos de polimerización convencionales que se conocen bien en la técnica y la bibliografía.
Los poliuretanos termoplásticos de la presente invención se fabrican preferentemente mediante un proceso de "una sola operación" en donde todos los componentes se añaden juntos de forma simultánea o sustancialmente simultánea a un extrusor caliente y reaccionan para formar el poliuretano. La relación de equivalente del diisocianato con respecto a los equivalentes totales del producto intermedio terminado en hidroxilo y el prolongador de cadena tipo diol es generalmente de aproximadamente 0,95 a aproximadamente 1,10, convenientemente de aproximadamente 0,97 a aproximadamente 1,03 y, preferentemente, de aproximadamente 0,97 a aproximadamente 1,00. La dureza Shore A del TPU formado será normalmente de 65A a 95A y, preferentemente, de aproximadamente 75A a aproximadamente 85A, para lograr las propiedades más convenientes del producto terminado. Las temperaturas de reacción que utiliza el catalizador de uretano son generalmente de aproximadamente 175 °C a aproximadamente 245 °C y, preferentemente, de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 220 °C. El peso molecular (Mw) del poliuretano termoplástico es generalmente de aproximadamente 100000 a aproximadamente 800000 Dalton y convenientemente de aproximadamente 150000 a aproximadamente 400000 y, preferentemente, de aproximadamente 150000 a aproximadamente 350000 cuando se mide por GPC con relación a los patrones de poliestireno.
Los poliuretanos termoplásticos también se pueden preparar con el uso de un proceso de prepolímero. En la ruta del prepolímero, el producto intermedio terminado en hidroxilo reacciona generalmente con un exceso de equivalentes de uno o más poliisocianatos para formar una solución de prepolímero que tiene poliisocianato libre o sin reaccionar en su interior. Generalmente, la reacción se realiza a temperaturas de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 220 °C y, preferentemente, de aproximadamente 150 °C a aproximadamente 200 °C en presencia de un catalizador de uretano adecuado. Posteriormente, se añade un tipo selectivo de prolongador de cadena como se indicó anteriormente en una cantidad de equivalentes generalmente igual a los grupos terminales de isocianato, así como cualquiera de los compuestos de diisocianato libre o sin reaccionar. La relación de equivalentes global del diisocianato total respecto al equivalente total del producto intermedio terminado en hidroxilo y del prolongador de cadena es, por tanto, de aproximadamente 0,95 a aproximadamente 1,10, convenientemente de aproximadamente 0,98 a aproximadamente 1,05 y, preferentemente, de aproximadamente 0,99 a aproximadamente 1,03. La relación de equivalentes del producto intermedio terminado en hidroxilo respecto al prolongador de cadena se ajusta para dar la dureza deseada, tal como de 65A a 95A, preferentemente de 75A a 85A de dureza Shore. La temperatura de reacción del prolongador de cadena es generalmente de aproximadamente 180 °C a aproximadamente 250 °C, con preferencia de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 240 °C. Normalmente, la ruta del prepolímero se puede realizar en cualquier dispositivo convencional con preferencia en un extrusor. Por tanto, el producto intermedio terminado en hidroxilo reacciona con un exceso de equivalentes de un diisocianato en una primera porción del extrusor para formar una solución de prepolímero y, posteriormente, se añade el prolongador de cadena en una porción corriente abajo y reacciona con la solución de prepolímero. Se puede utilizar cualquier extrusor convencional, de preferencia los extrusores equipados con tornillos de barrera que tienen una relación de longitud y diámetro de al menos 20 y, preferentemente, al menos 25.
Se pueden utilizar aditivos útiles en cantidades adecuadas e incluyen pigmentos de opacidad, colorantes, rellenadores minerales, estabilizantes, lubricantes, absorbentes de UV, coadyuvantes de procesamiento y otros aditivos, según se desee. Los pigmentos de opacidad útiles incluyen el dióxido de titanio, óxido de zinc y amarillo de titanato, mientras que los pigmentos para teñir incluyen negro carbón, óxidos amarillos, óxidos de color marrón, siena cruda o quemada o ámbar, verde de óxido de cromo, pigmentos de cadmio, pigmentos de cromo y otros pigmentos orgánicos y de óxido de metal mezclados. Los rellenadores adecuados incluyen arcilla de tierra de diatomeas (superfloss), sílice, talco, mica, wollastonita, sulfato de bario y carbonato de calcio. Si se desea, pueden usarse estabilizadores útiles tales como antioxidantes e incluyen antioxidantes fenólicos, mientras que los fotoestabilizadores útiles incluyen fosfatos orgánicos y tiolatos de organoestaño (mercáptidos). Los lubricantes útiles incluyen estearatos de metal, aceites de parafina y ceras de amidas. Los absorbentes de UV útiles incluyen 2-(2'-hidroxifenol) benzotriazoles y 2-hidroxibenzofenonas. También se pueden añadir retardadores de llama de TPU normales.
Los aditivos plastificantes también se pueden utilizar ventajosamente para reducir la dureza sin afectar las propiedades, si se usan en pequeñas cantidades. Preferentemente, no se usan plastificantes.
Durante el proceso de soplado en fusión o unión por hilado para fabricar la tela no tejida, el polímero de TPU descrito anteriormente se entrecruza ligeramente con un agente de entrecruzamiento. El agente de entrecruzamiento es un prepolímero de un producto intermedio terminado en hidroxilo que es un poliéter, poliéster, policarbonato, policaprolactona o sus mezclas que reaccionan con un poliisocianato. Un poliéster o poliéter son los productos intermedios terminados en hidroxilo de preferencia para fabricar el agente de entrecruzamiento, donde un poliéter es el de mayor preferencia cuando se usa en combinación con un TPU de poliéster. El agente de entrecruzamiento, prepolímero, tendrá una isocianato con una funcionalidad de más de aproximadamente 1,0, preferentemente de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 3,0 y, más preferentemente, de aproximadamente 1,8 a aproximadamente 2,2. Se prefiere particularmente si ambos extremos del producto intermedio terminado en hidroxilo se bloquean con un isocianato, que tiene así una funcionalidad isocianato de 2,0.
El poliisocianato usado para fabricar el agente de entrecruzamiento es el mismo que se describió anteriormente para fabricar el polímero de TPU. Un diisocianato, como MDI, es el diisocianato de preferencia.
Los agentes de entrecruzamiento tienen un peso molecular medio numérico (Mn) de aproximadamente 750 a aproximadamente 10 000 Dalton, preferentemente de aproximadamente 1200 a aproximadamente 4000 y, más preferentemente, de aproximadamente 1500 a aproximadamente 2800. Los agentes de entrecruzamiento de aproximadamente 1500 Mn o más proporcionan mejores propiedades de deformación.
El por ciento en peso del agente de entrecruzamiento usado con el polímero de TPU es aproximadamente del 2,0 % a aproximadamente 20 %, preferentemente de aproximadamente 8,0 % a aproximadamente 15 % y, más preferentemente, de aproximadamente 10 % a aproximadamente 13 %. El porcentaje del agente de entrecruzamiento usado es el por ciento en peso en base al peso total del polímero de TPU y el agente de entrecruzamiento.
El proceso de preferencia para fabricar la tela no tejida de TPU de esta descripción implica alimentar un polímero de TPU preformado a un extrusor, fundir el polímero de TPU y el agente de entrecruzamiento se añade continuamente corriente abajo cerca del punto donde el material fundido de TPU sale del extrusor o después de que el material fundido de TPU sale del extrusor. El agente de entrecruzamiento se puede añadir al extrusor antes de que el material fundido salga de la extrusor o después de que el material fundido salga del extrusor. Si se añade después que el material fundido sale del extrusor, es necesario mezclar el agente de entrecruzamiento con el material fundido de TPU con el uso de mezcladores estáticos o dinámicos para asegurar una mezcla adecuada del agente de entrecruzamiento dentro del material fundido de polímero de TPU. Después de salir del extrusor, el material fundido de polímero de TPU con el agente de entrecruzamiento fluye hacia un colector. El colector alimenta a un troquel que tiene múltiples orificios o aberturas. Las fibras individuales salen por los orificios. Se sopla un suministro de aire caliente a alta velocidad a lo largo de las fibras para estirar las fibras calientes y se depositan de manera aleatoria sobre una banda para formar una estera de material no tejido. La estera de material no tejido formada se transporta por la banda y se enrolla en un rollo.
Un aspecto importante del proceso de fabricación de la fibra no tejida es el mezclado del material fundido de polímero de TPU con el agente de entrecruzamiento. El mezclado uniforme adecuado es importante para lograr propiedades uniformes en la fibra. El mezclado del material fundido de TPU y el agente de entrecruzamiento debe ser un método que logre un flujo de pistón, es decir, primero en entrar y primero en salir. El mezclado adecuado se puede lograr con un mezclador dinámico o un mezclador estático. Los mezcladores estáticos son más difíciles de limpiar; por lo tanto, se prefiere un mezclador dinámico. Un mezclador dinámico que tiene un tornillo de alimentación y los pasadores de mezclado son el mezclador de preferencia. La patente de Estados Unidos 6,709,147 describe un mezclador de ese tipo y tiene pasadores de mezclado que pueden girar. Los pasadores de mezclado también pueden estar en una posición fija, tal como unidos al cilindro del mezclador y se extienden hacia la línea central del tornillo de alimentación. El tornillo de alimentación del mezclador se puede unir por roscas al extremo del tornillo del extrusor y la carcasa del mezclador se puede atornillar a la máquina de extrusión. El tornillo de alimentación del mezclador dinámico debe tener un diseño que mueva el material fundido del polímero de una manera progresiva con muy poca retromezcla para lograr un flujo tipo pistón del material fundido. La L/D del tornillo mezclador debe ser de alrededor de 3 a menos de 30, preferentemente de aproximadamente 7 a aproximadamente 20 y, más preferentemente, de aproximadamente 10 a aproximadamente 12.
La temperatura en la zona de mezcla donde se mezcla el material de polímero de TPU fundido con el agente de entrecruzamiento es de aproximadamente 200 °C a aproximadamente 240 °C, preferentemente de aproximadamente 210 °C a aproximadamente 225 °C. Estas temperaturas son necesarias para obtener la reacción sin la degradación del polímero.
El TPU formado reacciona con el agente de entrecruzamiento durante el proceso de extrusión para dar un peso molecular (Mw) del TPU en la forma de fibra final de aproximadamente 200 000 a aproximadamente 800 000, preferentemente de aproximadamente 250 000 a aproximadamente 500 000, más preferentemente de aproximadamente 300000 a aproximadamente de 450000.
La temperatura de procesamiento (la temperatura del material fundido del polímero cuando entra en el troquel) debe ser más alta que el punto de fusión del polímero y, preferentemente, de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 20 °C por encima del punto de fusión del polímero. Cuanto mayor sea la temperatura de fusión que se pueda usar, mejor será la extrusión a través de las aberturas del troquel. Sin embargo, si la temperatura del material fundido es demasiado alta, el polímero se puede degradar. Por lo tanto, de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 20 °C por encima del punto de fusión del polímero de TPU es lo óptimo para lograr un equilibrio de buena extrusión sin degradación del polímero. Si la temperatura de fusión es demasiado baja, el polímero se puede solidificar en las aberturas del troquel y provocar defectos en las fibras.
Los dos procesos para preparar la tela no tejida de esta descripción son el proceso de unión por hilado y el proceso de soplado en fusión. Los expertos en la técnica de fabricación de telas no tejidas comprenden bien los conceptos básicos de ambos procesos. El proceso de unión por hilado generalmente dirige el aire a temperatura ambiente al lado del troquel para crear una succión la cual tira las fibras del troquel y estira las fibras antes de depositarlas sobre una banda en una orientación aleatoria. Para el proceso de unión por hilado, la distancia del troquel hasta el colector (banda) puede variar de aproximadamente 1 a 2 metros. El proceso de unión por hilado se usa mejor para fabricar telas no tejidas donde las fibras individuales tienen un diámetro de 10 micrómetros o más, preferentemente de 15 micrómetros o más. El proceso de soplado en fusión generalmente usa aire presurizado caliente, por ejemplo, de 400 a 450 °C, para empujar las fibras a través del troquel y estirar las fibras antes de que se depositen sobre el colector en una orientación aleatoria. Para el proceso de soplado en fusión, la distancia desde troquel hasta el colector es menor que para el proceso de unión por hilado y generalmente es de 0,05 a 0,75 metros. El proceso de soplado en fusión puede usarse para preparar fibras de menor tamaño que con el proceso de unión por hilado. El diámetro de la fibra de las fibras producidas por la soplado en fusión puede ser menor de 1 micrómetro y tan pequeño como 0,2 micrómetros de diámetro. Ambos procesos pueden, por supuesto, fabricar fibras de mayor diámetro que las mencionadas anteriormente. Ambos procesos usan un troquel con varios orificios, generalmente de aproximadamente de 30 a 100 orificios por cada pulgada de ancho del troquel. La cantidad de orificios por pulgada generalmente dependerá del diámetro de los orificios, el cual a su vez determina el tamaño de las fibras individuales. El grosor de la tela no tejida variará mucho en dependencia del tamaño de las fibras que se producen y la velocidad de despegue de la banda que transporta el no tejido. El grosor normal para un no tejido de soplado en fusión es de aproximadamente 0,5 milésima de pulgadas a 10 milésima de pulgadas (0,0127 mm a 0,254 mm). Para la tela no tejida fabricada con el proceso de unión por hilado, el grosor normal es de aproximadamente 5 milésimas de pulgada a 30 milésimas de pulgada (0,127 mm a 0,762 mm). El grosor puede variar de los descritos anteriormente en dependencia del uso final de las aplicaciones.
El agente de entrecruzamiento mencionado anteriormente logra varios objetivos. Mejora la resistencia a la tracción y las propiedades de deformación de las fibras del tela no tejida. El agente de entrecruzamiento también causa la unión entre las fibras al reaccionar a través de la superficie de las fibras que se tocan cuando están en forma de la estera no tejida. Es decir, las fibras se unen químicamente cuando ellas tocan otra fibra de TPU en la tela no tejida.
Esta característica añade durabilidad al tela no tejida lo que hace más fácil su manejo sin separarse. El agente de entrecruzamiento también reduce inicialmente la viscosidad del material fundido de TPU, lo que resulta en una menor presión de la cabeza sobre troquel durante la extrusión de las fibras. Esta presión reducida del cabezal del troquel permite que el material fundido fluya a través del troquel a una velocidad más rápida y permite preparar fibras de diámetro más pequeño. Por ejemplo, un nivel del agente de entrecruzamiento de aproximadamente el 12-14 por ciento en peso puede reducir la presión del cabezal del troquel en aproximadamente un 50 %. En la Figura 1, se presenta un gráfico de la presión del cabezal del troquel frente al por ciento en peso del agente de entrecruzamiento.
La tela no tejida de esta descripción se puede procesar adicionalmente, tal como por calandrado. Los rodillos calientes calandrados pueden comprimir el no tejido para reducir el grosor y reducir el tamaño de los pasos de aire en la tela. El no tejido comprimido puede usarse como membranas para diversas aplicaciones, tal como la filtración. El no tejido se puede calandrar cuando se elimina todo el espacio de aire y se forma una película sólida.
Esta invención permite que las fibras que componen el no tejido se hagan muy pequeñas, por ejemplo, de menos de 1 micrómetro. Estas fibras de pequeño tamaño permiten que el no tejido se comprima de manera tal que los pasos de aire sean muy pequeños, lo que hace al no tejido aceptable para una variedad de usos finales, como la filtración o en prendas transpirables. A menor diámetro de la fibra se puede lograr un tamaño de poro más pequeño.
Otra modalidad de la presente descripción implica aquellas membranas preparadas del tela no tejida de TPU con el agente de entrecruzamiento o del tela no tejida de TPU sin agente de entrecruzamiento. La tela no tejida se comprime para reducir su grosor por procesamiento mediante los rodillos calandrados calientes. La etapa de compresión del tela no tejida también reduce el tamaño de poro del no tejido. El tamaño de poro en la membrana es importante para determinar el flujo de aire que se desea a través de la membrana, así como la cantidad de vapor de agua que se transmite a través de la membrana. Dado que una gota de agua tiene un tamaño de aproximadamente 100 micrómetros, el tamaño de poro debe ser inferior a 100 micrómetros si el uso final de la aplicación requiere que la membrana sea resistente al agua. Si el agua está bajo cierta presión, como lluvia que cae, entonces el tamaño de poro necesita ser más pequeño para que sea impermeable, como 25 micrómetros o menos. Las membranas de esta descripción tienen un tamaño de poro desde 100 nanómetros hasta menos que 100 micrómetros, en dependencia del uso final de la aplicación deseada. Otro factor que determinará el tamaño de poro que se desea es el flujo de aire deseado a través de la membrana. En el flujo de aire influye el número de poros, el tamaño de poro y la trayectoria media del flujo a través de los poros. El flujo de aire de 25 pie3/min./pie2 (7,621 m3/min./m2) o más se considera muy abierto. Para prendas de vestir exteriores, se considera conveniente un flujo de aire de aproximadamente 5 a 10 pie3/min./pie2 (1,524 a 3,048 m3/min./m2). Las membranas de esta descripción pueden tener un flujo de aire desde 2 a 500 pie3/min./pie2 (0,601 a 152,4 m3/min./m2), en dependencia del uso final deseado de la aplicación. El flujo de aire se mide de acuerdo al método de ensayo ASTM D737-96.
El grosor de la membrana puede variar en dependencia del grosor del tela no tejida, así como del número de capas del tela no tejida en la membrana. La cantidad de no tejido que se comprime en la operación de calandrado también determinará el grosor de la membrana. La membrana del tela no tejida puede fabricarse de una sola capa o de múltiples capas. Por ejemplo, un tela no tejida de 5 milésimas de pulgada (0,0127 cm) de espesor hecho mediante el proceso de soplado en fusión podría tener una membrana conveniente con un grosor de aproximadamente 1,5 milésimas de pulgada (0,00381 cm). Otro ejemplo sería un tela no tejida de 10 milésimas de pulgada (0,0254 cm) de grosor fabricada mediante el proceso de unión por hilado podría tener una membrana conveniente con un grosor de aproximadamente 6,5 milésimas de pulgada (0,01651 cm). El grosor de la membrana puede variar en dependencia del grosor del tela no tejida y del número de capas usadas para preparar la membrana.
Se prefiere usar un TPU que no tenga el agente de entrecruzamiento en aplicaciones donde se desea adherir la membrana a otros materiales. Este pudiera ser el caso de las prendas donde la membrana de TPU necesita adherirse a otros textiles.
El procedimiento de ensayo que se empleó para medir la resistencia a la tracción y otras propiedades elásticas es uno de los desarrollados por DuPont para los hilos elásticos, pero éste se modificó para ensayar la tela no tejida. El ensayo somete la tela a una serie de 5 ciclos. En cada ciclo, el textil se estira hasta un 300 % de alargamiento y se relaja con el uso de una tasa de extensión constante (entre la longitud original y el 300 % de alargamiento). El % de deformación se mide después del 5to ciclo. Luego, la muestra de tela se toma pasado un 6to ciclo y se estira hasta su ruptura. El instrumento registra la carga en cada extensión, la carga más alta antes de la rotura y la carga de rotura en unidades de gramos-fuerza, así como el alargamiento hasta la rotura y el alargamiento máximo. El ensayo se realiza normalmente a temperatura ambiente (23 °C ± 2 °C y 50 % ± 5 % de humedad).
Las telas no tejidas descritas en la presente descripción pueden usarse para filtración, en la construcción de vestimentas, como telas industriales y otros usos similares. Las oportunidades de usar tales telas no tejidas aumentan y el rendimiento de tales telas en muchas y no todas estas aplicaciones mejora si las fibras que componen la tela son más fuertes y/o más finas. La presente invención proporciona fibras que son más resistentes y más finas en comparación con las fibras más convencionales, por lo que las telas no tejidas fabricadas de fibras son útiles en una gama más amplia de aplicaciones y ofrecen un mejor rendimiento que se deriva de un aumento de la resistencia y/o de un menor diámetro de las fibras usadas en la construcción de la tela. Por ejemplo, los medios de filtración que incluyen la tela no tejida de la invención pueden tener una mejor efectividad, aumentan el rendimiento, logran una filtración más fina, reducen el tamaño, grosor o cantidad de los medios de filtración requeridos o cualquiera de sus combinaciones.
La invención se entenderá mejor con la referencia de los siguientes ejemplos.
Ejemplos
El polímero de TPU usado en los Ejemplos se fabricó mediante la reacción de un producto intermedio terminado en hidroxilo de poliéster (poliol) con el prolongador de cadena 1,4-butanodiol y MDI. El poliéster poliol se fabricó mediante la reacción del ácido adípico con una mezcla 50/50 de 1,4-butanodiol y 1,6-hexanodiol. El poliol tenía un Mn de 2500. El TPU se fabricó mediante el proceso de una sola operación. El agente de entrecruzamiento añadido al TPU durante el proceso de fabricación del no tejido fue un prepolímero de poliéter que se fabricó mediante la reacción del PTMEG 1000 Mn con MDI para crear un extremo de poliéter bloqueado con isocianato. El agente de entrecruzamiento se usó a niveles del 10 % en peso del peso combinado del TPU más el agente de entrecruzamiento para el Ejemplo 1. En el Ejemplo 2, se usó el 10 % en peso del agente de entrecruzamiento. Ejemplo 1
Este Ejemplo se presenta para mostrar que el agente de entrecruzamiento reduce la presión del cabezal del troquel en un proceso de soplado en fusión. Los resultados se muestran en la Figura 1. Los niveles de % en peso del agente de entrecruzamiento que se usaron son de 0, 10, 12,5 y 16,5. Como puede verse en la Figura 1, a medida que aumenta el nivel del agente de entrecruzamiento se reduce sustancialmente la presión del cabezal del troquel. Ejemplo 2
Este ejemplo se presenta para mostrar el aumento dramático en la resistencia a la tracción de la tela no tejida de la fibra elástica hecha con el agente de entrecruzamiento frente al del sin agente de entrecruzamiento. Los datos muestran que la resistencia (carga máxima) del no tejido aumenta hasta aproximadamente un 100 % cuando se usa el agente de entrecruzamiento. Los datos también muestran que la deformación por tracción se reduce en aproximadamente un 50 % cuando se usa el agente de entrecruzamiento mientras se mantiene un alto grado de alargamiento que demuestra un aumento dramático de la elasticidad con el uso del agente de entrecruzamiento. Se usó el procedimiento de ensayo descrito anteriormente para probar las propiedades elásticas. Se usó un tensiómetro Instron Modelo 5564 con software Merlin. Las condiciones de ensayo fueron a 23 °C ± 2 °C y 50 % ± 5 % de humedad con una velocidad de cabezal transversal de 500 mm/min. Las muestras del ensayo tenían 50,0 mm de largo, 1,27 cm de ancho y 9,25 milésimas de pulgada (0,0235 cm) de espesor. Ambos tejidos tenían un peso nominal de 60 gramos/m2 (GSM). El peso molecular promedio en peso (Mw) de las fibras entrecruzadas es de 376 088 Dalton, mientras que el Mw de las fibras no entrecruzadas es de 116106 Dalton. Se analizaron cuatro muestras y los resultados son el valor medio de las 4 muestras analizadas. Los resultados se muestran en la Tabla I.
TABLA I
Figure imgf000010_0001
Todos los datos anteriores son un valor medio de las 4 muestras analizadas.
A partir de los datos anteriores, se puede ver que la tela no tejida de esta invención tiene una resistencia a la tracción mucho mayor mientras que mantiene buenas propiedades elásticas de alargamiento y % de deformación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una tela no tejida que consiste en fibras de un poliuretano termoplástico (TPU) derivado de:
(a) un polímero de poliuretano termoplástico derivado de un poliéster terminado en hidroxilo, difenilmetano-4,4'-diisocianato (m Di) y un glicol que tiene de 2 a 10 átomos de carbono y que tiene un peso molecular (Mw) de 100000 a 800000 Dalton;
(b) 2,0 % a 20 % en peso de un agente de entrecruzamiento en base al peso total de polímero de TPU y de agente de entrecruzamiento en donde el agente de entrecruzamiento tiene un peso molecular promedio numérico de 750 a 10000 Dalton y se deriva de un poliéter intermedio terminado en hidroxilo y difenilmetano-4,4'-diisocianato; y
(c) opcionalmente, aditivos seleccionados del grupo que consisten en pigmentos de opacidad, colorantes, rellenadores minerales, estabilizantes, lubricantes, absorbentes de UV, coadyuvantes de procesamiento, plastificantes y retardadores de llama.
2. La tela no tejida de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el TPU de la fibra tiene un peso molecular de 200000 a 800000, en otra modalidad de 250000 a 500000 y en otra modalidad adicional de 300000 a 450 000.
3. La tela no tejida de la reivindicación 1 o 2, en donde dicho agente de entrecruzamiento está presente en un nivel del 5 % al 20 % en peso en base al peso total de dicho polímero de poliuretano termoplástico y de dicho agente de entrecruzamiento.
4. La tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dicho agente de entrecruzamiento tiene un peso molecular medio numérico de 1000 a 10000 Dalton.
5. La tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el poliéster terminado en hidroxilo es un poliéster lineal que tiene un peso molecular promedio numérico (Mn) de 500 a 10000, en otra modalidad de 700 a 5000, y en otra modalidad adicional de 700 a 4000.
6. La tela no tejida de la reivindicación 5, en donde el poliéster intermedio terminado en hidroxilo se deriva de la reacción del ácido adípico con una combinación de 50/50 en peso de 1,4-butanodiol y 1,6-hexanodiol o, en otra modalidad, en donde la combinación es una combinación de 50/50 molar de dichos dioles.
7. La tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el glicol se selecciona de etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, trietilenglicol, isómeros cis-trans de ciclohexildimetilol, neopentilglicol, 1,4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,3-butanodiol, glicolbenceno (HQEE), una mezcla de 1,4-di(hidroximetil) benceno y 1,2-di(hidroximetil) benceno, resorcinol; catecol, bis(beta-hidroxietil) éter también conocido como 1,2-di(2-hidroxietoxi) benceno y sus combinaciones, preferentemente 1,4-butanodiol.
8. La tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el agente de entrecruzamiento tiene una funcionalidad isocianato de más de 1,0, en otra modalidad de 1,0 a 3,0, en otra modalidad de 1,8 a 2,2 y en una modalidad adicional ambos extremos del producto intermedio terminado en hidroxilo se bloquean con un isocianato, que tiene así una funcionalidad isocianato de 2,0.
9. La tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el por ciento en peso del agente de entrecruzamiento es del 8,0 % al 15 %, en otra modalidad del 10 % > al 13 % en base al peso total del polímero TPU y del agente de entrecruzamiento.
10. La tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el poliuretano termoplástico de la fibra no contiene plastificante.
11. Un proceso para producir una tela no tejida que comprende las etapas de:
(a) añadir a un extrusor un polímero de poliuretano termoplástico preformado derivado de un poliéster terminado en hidroxilo, difenilmetano-4,4'-diisocianato (MDI) y un glicol que tiene de 2 a 10 átomos de carbono y que tiene un peso molecular (Mw) de 100000 a 800000 Dalton; y
(b) fundir dicho polímero termoplástico en dicho extrusor para crear un material fundido de polímero; y (c) añadir a dicho material fundido de polímero de 2,0 % al 20 % en peso del agente de entrecruzamiento en base al peso total de polímero de TPU y del agente de entrecruzamiento, en donde el agente de entrecruzamiento tiene un peso molecular promedio numérico de 750 a 10 000 Dalton y se deriva de un poliéster intermedio terminado en hidroxilo y difenilmetano-4,4'-diisocianato; y
(d) pasar dicho material fundido de polímero mezclado con dicho agente de entrecruzamiento y aditivos opcionales como se definió en la reivindicación 1, a través de un troquel que tiene múltiples orificios a partir de los cuales se forman fibras por un proceso seleccionado del grupo que consiste en proceso de soplado en fusión y proceso de unión por hilado; y
(e) recoger dichas fibras en una alineación aleatoria para formar dicha tela no tejida.
12. El proceso de la reivindicación 11, en donde el polímero de poliuretano termoplástico preformado de la etapa (a) se fabrica mediante un proceso de "una sola operación", en donde todos los componentes se añaden juntos simultáneamente a un extrusor caliente y reaccionan para formar el poliuretano, preferentemente en donde la relación de equivalentes del diisocianato respecto al total de equivalentes del poliéster intermedio terminado en hidroxilo y el diol prolongador de cadena es generalmente de 0,95 a 1,10, en otra modalidad de 0,97 a 1,03 y en una modalidad adicional de 0,97 a 1,00.
13. Un artículo que comprende la tela no tejida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde dicho artículo se selecciona del grupo que consiste en vestimenta, ropa industrial, artículo médico, artículo deportivo, artículo protector y membrana de filtración.
14. Una membrana porosa fabricada de la tela no tejida de poliuretano termoplástico en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, preferentemente en donde los poros de dicha membrana tienen un tamaño de poro de 100 nanómetros a menos de 100 micrómetros.
15. La membrana de la reivindicación 14, en donde dicha membrana tiene un caudal de aire a través de dicha membrana de 2 a 500 pie3/min./pie2 (0,601 a 152,4 m3/min./m2) medido de acuerdo con ASTM D737-96, o en donde dicha membrana tiene un caudal de aire a través de dicha membrana de 5 a 10 pie3/min./pie2 (1,524 a 3,048 m3/min./m2).
ES11702888T 2010-01-25 2011-01-24 Telas elásticas no tejidas de alta resistencia Active ES2870853T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29795110P 2010-01-25 2010-01-25
PCT/US2011/022181 WO2011091337A1 (en) 2010-01-25 2011-01-24 High strength non-woven elastic fabrics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2870853T3 true ES2870853T3 (es) 2021-10-27

Family

ID=43903813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES11702888T Active ES2870853T3 (es) 2010-01-25 2011-01-24 Telas elásticas no tejidas de alta resistencia

Country Status (15)

Country Link
US (1) US20110183567A1 (es)
EP (1) EP2529045B1 (es)
JP (2) JP5950406B2 (es)
KR (1) KR101799930B1 (es)
CN (1) CN102713040A (es)
AU (1) AU2011207412B2 (es)
BR (1) BR112012018436A2 (es)
CA (1) CA2787065C (es)
ES (1) ES2870853T3 (es)
HU (1) HUE054008T2 (es)
MX (1) MX345952B (es)
MY (1) MY166400A (es)
SG (1) SG182624A1 (es)
TW (1) TWI526479B (es)
WO (1) WO2011091337A1 (es)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101199686B1 (ko) * 2010-09-14 2012-11-08 (주)엘지하우시스 혼용 부직포 및 방수 코팅층을 이용한 무기질 보드용 표면 방수지 및 이를 제조하는 방법
SG191064A1 (en) * 2010-12-21 2013-07-31 Lubrizol Advanced Mat Inc Elastomer resins, fibers and fabrics thereof, and uses thereof
CN104363796A (zh) * 2012-03-30 2015-02-18 加拿大圣戈班爱德福思有限公司 易卷刚性纱网
US10186716B2 (en) * 2014-11-10 2019-01-22 Lanxess Solutions Us Inc. Non-aqueous flow cell comprising a polyurethane separator
WO2016076992A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-19 Chemtura Corporation Energy storage device comprising a polyureythane separator
CN104593883A (zh) * 2015-02-04 2015-05-06 中山市新顺特种纤维有限公司 一种高回弹、低倍牵伸差别化熔纺氨纶长丝的制备方法
KR102649883B1 (ko) * 2017-10-10 2024-03-20 바스프 에스이 탄성 멤브레인
DE112019002914T5 (de) * 2018-06-08 2021-03-04 Cummins Filtration Ip, Inc. Vernetzte vliese, hergestellt durch schmelzblasen reversibler polymernetzwerke
FR3098349B1 (fr) * 2019-07-04 2022-12-09 Commissariat Energie Atomique Electrolyte polymérique solide
CN114174064A (zh) * 2019-08-30 2022-03-11 巴斯夫欧洲公司 可渗透水蒸气的复合材料
JP2023147247A (ja) * 2022-03-29 2023-10-12 三井化学株式会社 メルトブローン不織布及び衛生材料
KR20240101053A (ko) 2022-12-23 2024-07-02 (주)씨앤투스 고탄성 및 고강도의 폴리우레탄 부직포 및 그것의 제조방법

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4131731A (en) 1976-11-08 1978-12-26 Beatrice Foods Company Process for preparing polycarbonates
DE2906091C3 (de) * 1979-02-17 1982-04-08 Fa. Carl Freudenberg, 6940 Weinheim Verwendung von Polyurethanen zur Heißversiegelung von textilen Flächengebilden
US4877856A (en) * 1987-08-31 1989-10-31 The Bf Goodrich Company Soft thermoplastic polyurethane for blown film application
US6376071B1 (en) * 1998-08-20 2002-04-23 Dupont-Toray Co. Ltd. Polyurethane fiber containing poly(vinylidene fluoride)
JP4021095B2 (ja) * 1999-03-19 2007-12-12 株式会社クラレ 通気性の良好な皮革様シート及びその製造方法
AU6539400A (en) * 1999-08-13 2001-03-13 Gore Enterprise Holdings, Inc. Fibrous polymeric material and its composites
DE19959088A1 (de) * 1999-12-08 2001-06-13 Inst Textil & Faserforschung Medizintechnisches Produkt, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung
US6911502B2 (en) * 2001-02-23 2005-06-28 Noveon Ip Holdings Corp. Polyurethane elastomeric fiber and process for making the fiber
CN100341914C (zh) * 2002-11-08 2007-10-10 路博润高级材料公司 耐热性高湿气透过率热塑性聚氨酯
US7202322B2 (en) * 2002-11-08 2007-04-10 Noveon, Inc. Heat resistant high moisture vapor transmission thermoplastic polyurethane
US6709147B1 (en) 2002-12-05 2004-03-23 Rauwendaal Extrusion Engineering, Inc. Intermeshing element mixer
TWI293093B (en) * 2003-01-24 2008-02-01 Mitsui Chemicals Inc Stretch nonwoven fabric and production method for the same
US7357889B2 (en) * 2003-04-09 2008-04-15 Lubrizol Advanced Materials, Inc. Melt spun TPU fibers and process
US8148475B2 (en) * 2003-06-30 2012-04-03 Lubrizol Advanced Materials, Inc. Melt spun polyether TPU fibers having mixed polyols and process
US7799255B2 (en) * 2003-06-30 2010-09-21 Lubrizol Advanced Materials, Inc. Melt spun elastic tape and process
CN100381477C (zh) * 2003-06-30 2008-04-16 路博润高级材料公司 含有混合多醇的熔融纺丝的聚醚tpu纤维和方法
US8101814B2 (en) * 2004-05-12 2012-01-24 The Procter & Gamble Company Breathable absorbent articles and composites comprising a vapor permeable, liquid barrier layer
US7300331B2 (en) * 2005-10-11 2007-11-27 Invista North America S.Ar.L. Brassiere construction using multiple layers of fabric
JP2010509512A (ja) * 2006-11-10 2010-03-25 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 熱可塑性ポリウレタンに基づく繊維、特に不織布
WO2009055361A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-30 Lubrizol Advanced Materials, Inc. Soft, elastic, plasticizer-free thermoplastic polyurethane and process to synthesize the same
JP5374299B2 (ja) * 2009-09-25 2013-12-25 株式会社クラレ 銀付調皮革様シートの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
SG182624A1 (en) 2012-08-30
MX2012008564A (es) 2012-09-07
HUE054008T2 (hu) 2021-08-30
BR112012018436A2 (pt) 2016-04-19
TW201134862A (en) 2011-10-16
EP2529045A1 (en) 2012-12-05
JP2015143410A (ja) 2015-08-06
MX345952B (es) 2017-02-27
TWI526479B (zh) 2016-03-21
KR20120118483A (ko) 2012-10-26
US20110183567A1 (en) 2011-07-28
JP2013518190A (ja) 2013-05-20
MY166400A (en) 2018-06-25
AU2011207412A1 (en) 2012-08-02
CA2787065A1 (en) 2011-07-28
WO2011091337A1 (en) 2011-07-28
KR101799930B1 (ko) 2017-11-21
JP5950406B2 (ja) 2016-07-13
EP2529045B1 (en) 2021-04-07
AU2011207412B2 (en) 2016-06-30
CN102713040A (zh) 2012-10-03
CA2787065C (en) 2018-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2870853T3 (es) Telas elásticas no tejidas de alta resistencia
ES2384202T3 (es) Fibra monofilamento o cinta elástica de TPU hilado en estado fundido
KR101258200B1 (ko) 내열성이며 높은 투습성의 열가소성 폴리우레탄
ES2300804T3 (es) Fibras de tpu hiladas por fusion y procedimiento de fabricacion.
ES2389698T3 (es) Composiciones de TPU para procesos de revestimiento por fusión
KR100687390B1 (ko) 혼합 섬유, 및 해당 혼합 섬유로 이루어진 신축성 부직포,그리고, 그의 제조방법
US20070129524A1 (en) Thermoplastic polyurethanes comprising polytrimethylene ether soft segments
TWI649468B (zh) 具降低摩擦力之雙成份彈性纖維
JP5717733B2 (ja) 薄ゲージの定圧縮率弾性繊維からなる高強度布
US20110305902A1 (en) High Strength Constant Compression Elastic Fibers And Fabrics Thereof
US20220411970A1 (en) Bicomponent thermoplastic polyurethane fibers and fabrics made therefrom
KR20210051977A (ko) 형상기억 수지를 이용한 반려동물 부목용 원단의 제조방법
JPH03130452A (ja) 伸縮性不織布とその製造法
MX2008007154A (es) Poliuretanos termoplasticos que comprenden segmentos suaves de politrimetilen eter