ES2910275T3

ES2910275T3 - Fibra de material compuesto

Info

Publication number: ES2910275T3
Application number: ES16781175T
Authority: ES
Inventors: Parikshit Goswami; Timothy Smith; Andrew Hebden; Stephen Russell
Original assignee: University of Huddersfield
Current assignee: University of Huddersfield
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: EP3359713A1; JP7046369B2; CN108138368B; PT3359713T; CN108138368A; US20180291529A1; JP2018535331A; DK3359713T3; GB201517791D0; WO2017060709A1; EP3359713B1; CA3001263A1

Abstract

Fibra de material compuesto que comprende poliuretano y un material particulado metálico, seleccionándose el metal entre plata, cobre, oro, titanio, zinc, hierro, aluminio o combinaciones de los mismos, en la que el material particulado tiene un diámetro medio de partícula en el intervalo de 50 nm-50 μm.

Description

DESCRIPCIÓN

Fibra de material compuesto

Sector

La presente invención se refiere a una fibra/tela de poliuretano, en particular a fibras/telas de material compuesto de poliuretano y un material particulado, junto con utilizaciones y procedimientos para su fabricación.

Estado de la técnica anterior

Con la llegada de las fibras poliméricas sintéticas, tales como el nailon, surgió la posibilidad de crear una amplia gama de fibras, que incluyen los copolímeros, con diferentes propiedades físicas. Las telas no tejidas fabricadas de estas fibras pronto se hicieron populares y se utilizan en aplicaciones en numerosos sectores técnicos.

La presente invención se refiere a la provisión de productos antideslizantes, por ejemplo, pero sin limitarse a las mismas, para aplicaciones en las que actualmente se utilizan bandas de silicona. Estas incluyen calcetería (por ejemplo, portaligas) y ropa íntima (por ejemplo, sostenes y fajas), en las que se proporcionan bandas de silicona para evitar que la prenda se mueva fuera de su sitio durante su utilización. Por ejemplo, los portaligas solo son posibles como producto debido a la banda de silicona que reemplaza al liguero que, de otro modo, mantendría la media en la pierna. Entre otras aplicaciones se incluyen ropa deportiva (tal como trajes de baño y tops con tirantes) y tejidos de aplicación médica (por ejemplo, prendas o soportes de compresión, tales como soportes para rodillas o tobillos). Sin embargo, existe el deseo de mejorar la tecnología actual, ya que las bandas de silicona pueden causar alergias en algunos usuarios, pueden carecer de flexibilidad, lo que provoca molestias y no se colorean fácilmente. Además, la falta de transpirabilidad y las preocupaciones sobre la filtración de silicona pueden disuadir a algunos consumidores de utilizar productos que incluyen bandas de silicona. La presente invención pretende superar o mejorar, como mínimo, algunos aspectos de este problema.

Las Patentes US 2010/0248575, EP 1722015, US 2007/0292684, EP 0522447, EP 0962560 y JP H11 323662, dan a conocer todas fibras de poliuretano que incluyen partículas inorgánicas.

Características

Por consiguiente, en un primer aspecto de la presente invención se da a conocer una fibra de material compuesto de poliuretano y material particulado de diámetro medio de partícula en el intervalo de 50 nm-50 pm, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Se ha descubierto que la adición de materiales particulados metálicos (partículas) a una fibra de poliuretano modifica las propiedades de fricción de la fibra, dando lugar, en general, a un aumento en el coeficiente de fricción en relación con las fibras de poliuretano de la técnica anterior y, como resultado, a una tela que tiene buenas propiedades antideslizantes/adherentes, incluso en presencia de humedad, tal como agua, transpiración u otras soluciones acuosas para que la piel esté húmeda. Además, las telas tienen excelentes propiedades de recuperación de la forma, evitando que la prenda se caiga durante su utilización y la pérdida de ajuste con el tiempo. Estas telas son porosas y proporcionan una mayor comodidad al usuario debido a la mayor flexibilidad ofrecida en relación con la utilización de bandas de silicona, y la transpirabilidad. Además, se ha demostrado que el color permanece en el producto, cuando está coloreado, y no hay evidencia de filtraciones, una de las razones por las que se cree que las fibras causan menos alergias que las tecnologías de silicona, y no llevan el estigma de las bandas de silicona en términos médicos. Una ventaja añadida es que se ha descubierto que las fibras, y las telas resultantes, son antimicrobianas, cuando está presente un aditivo apropiado.

Tal como se indicó anteriormente, el material particulado modifica el coeficiente de fricción de la fibra, haciéndola adecuada para su utilización en aplicaciones antideslizantes. Tal como se utiliza en el presente documento, el término “modificar” significa que el coeficiente de fricción de la fibra se modifica, como mínimo, en ± 1,8 % en relación con el valor de cualquier sustrato en comparación con los productos comerciales actuales que contienen poliuretano (es decir, poliuretano sin material particulado). Habitualmente, el coeficiente de fricción aumentará, por ejemplo, como mínimo, en ± 1,8 %, aunque a menudo la modificación será mucho mayor, por ejemplo, ± 20 % o ± 50 %, o incluso ± 100 %; a menudo la modificación será un aumento.

El material particulado se selecciona entre un metal, tal como plata, cobre, oro, titanio, zinc, hierro, aluminio o combinaciones de los mismos. La plata se utilizará, a menudo, para mejorar las propiedades antimicrobianas de la fibra. Adicionalmente, se pueden utilizar partículas de pigmento, ya que estas pueden colorear la fibra, además de modificar las propiedades de fricción de la misma. Además, también se pueden añadir compuestos inorgánicos, tales como sílice (tal como Celite), fosfato de calcio (tal como negro de marfil), cerámica o micropartículas de vidrio, ya que estos son económicos, seguros para la piel, no tóxicos y se ha demostrado que proporcionan valores de fricción elevados. También se pueden añadir partículas poliméricas, por ejemplo, partículas de polietileno o acetato de celulosa por las mismas razones.

Se ha descubierto que la utilización de partículas de plata en el intervalo de tamaños de 5-10 pm ofrece coeficientes de fricción estática particularmente elevados, al igual que la plata en el intervalo de 0,5-1 pm, siendo este último tamaño de partícula especialmente eficaz cuando se utiliza a niveles bajos, tales como en el intervalo del 1-3 % en peso o aproximadamente el 2 % en peso.

A menudo, la fibra comprenderá material particulado en el intervalo del 1-25 % en peso, a menudo, en el intervalo del 2-10 % en peso. En estos intervalos, se ha descubierto que el material particulado aumenta el coeficiente de fricción de la fibra y la tela resultante, según se cree, sin reducir de manera significativa la resistencia global de la fibra. Se ha descubierto que el intervalo del 2-10 % en peso de partículas es particularmente eficaz para proporcionar una tela que tiene buenas propiedades antideslizantes.

En general, sucederá que el material particulado comprenda partículas de tamaño medio de partícula en el intervalo de 50 nm-50 pm, a menudo, en el intervalo de 0,5-25 pm, en el intervalo de 0,5-10 pm o en el intervalo de 0,7-1,5 pm. El tamaño de partícula es importante, ya que se cree que ofrece una de las ventajas sobre las tecnologías conocidas porque los tamaños de partícula en este intervalo ofrecen una tela con una topografía de superficie muy fina, de manera que las partículas pueden asentarse en los surcos de la piel, proporcionando un contacto íntimo sin pérdida de comodidad. Este contacto a microescala es mucho más eficaz para evitar que la tela se deslice por la piel que el contacto basado en la fricción a macroescala proporcionado por las tecnologías de bandas de silicona. De manera similar, a menudo, sucederá que las partículas estarán a escala micrométrica o submicrométrica en lugar de la escala nanométrica para asegurar que se evite la toxicidad.

Para aumentar el número de tipos de piel con los que la tela funciona de manera eficaz y para mejorar aún más el agarre de la banda al ofrecer contacto con un intervalo más amplio de surcos en la piel, puede ser ventajoso proporcionar una fibra en la que las partículas tengan una distribución de tamaño de partícula multimodal, en algunos casos bimodal.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término “diámetro” se refiere al ancho de la fibra o partícula a lo largo de la parte más amplia de su sección transversal. Habitualmente, la fibra tendrá un diámetro medio en el intervalo de 0,05-20 pm, a menudo, en el intervalo de 0,2-15 pm o de 1,5-5 pm. El diámetro de la fibra se puede controlar mediante una selección cuidadosa del procedimiento de fabricación, por ejemplo, los procesos de soplado de masa fundida producen, en general, fibras de mayor diámetro que las técnicas de electrohilado. Se ha descubierto que las fibras de los diámetros descritos anteriormente ofrecen un mayor contacto con la piel, debido a la gran área superficial con respecto a las fibras de diámetros más grandes. La provisión de fibras con diámetros en este intervalo también permite que haya más material particulado en la superficie de la fibra, lo que mejora las propiedades de fricción de la fibra con respecto a las fibras de diámetros más grandes. Una ventaja de estas técnicas es que de manera inherente producen fibras con un intervalo de diámetros. Esto les permite interactuar de manera más eficaz con la piel, ya que el intervalo de diámetros de fibra es adecuado para interactuar con el intervalo de tamaños de surcos que se encuentran en la piel.

A menudo, sucederá que la proporción del tamaño de partícula con respecto al diámetro medio de la fibra esté en el intervalo de 0,05:1-2:5. Esto es deseable porque en dichas proporciones la fricción con la piel es excelente.

En un segundo aspecto de la presente invención, se da a conocer una tela que comprende una pluralidad de fibras, según el primer aspecto de la presente invención.

En un tercer aspecto de la presente invención, se da a conocer la utilización de una tela, según el segundo aspecto de la presente invención, esta utilización puede ser para aplicaciones antideslizantes, aplicaciones en las que la transpirabilidad del tejido es importante y/o aplicaciones antimicrobianas, entre otras. Por ejemplo, la tela se puede utilizar en calcetería (por ejemplo, portaligas) y ropa íntima (por ejemplo, sostenes y fajas). Entre otras aplicaciones se incluyen ropa deportiva (tal como trajes de baño y tops con tirantes) y tejidos de aplicación médica (por ejemplo, prendas o soportes de compresión, tales como soportes para rodillas o tobillos). Una ventaja particular de la presente invención es que las fibras ofrecen sus propiedades de modificación de la fricción independientemente de si el sustrato, por ejemplo, la piel, está húmedo o seco. Esto las hace particularmente adecuadas para su utilización en aplicaciones de trajes de baño y ropa deportiva.

En un cuarto aspecto de la presente invención, se da a conocer un procedimiento para fabricar una fibra, según el primer aspecto de la presente invención, comprendiendo el procedimiento conformar la fibra de material compuesto de poliuretano y material particulado utilizando una técnica seleccionada entre, pero sin limitación a los mismos, electrohilado o soplado de masa fundida. A menudo, se utilizará electrohilado, de manera que las telas producidas estarán electrohiladas. El electrohilado ofrece la ventaja de que los diámetros de las fibras son más pequeños que en otros procedimientos, que incluye el soplado de masa fundida. A menudo, sucede que la fibra es lo suficientemente delgada para interactuar con los surcos de la piel, trabajando con las partículas para modificar el coeficiente de fricción de la tela. A menudo, el procedimiento comprenderá:

proporcionar una solución de poliuretano al 7,5-12,5 % en peso, a menudo al 9-11 % en peso o al 10 % en peso; combinar la solución de poliuretano y un material particulado; y aplicar una técnica de electrohilado.

Se ha descubierto que estas concentraciones de poliuretano proporcionan el equilibrio óptimo entre el diámetro de la fibra y la consistencia del diámetro de la fibra. Concentraciones más elevadas de poliuretano en la solución pueden producir fibras de un diámetro indeseablemente grueso, lo que reduce el área superficial, la disponibilidad de la superficie de las partículas, y debilita la resistencia de la matriz de fibras. Concentraciones más bajas de poliuretano pueden conducir a telas con diámetros de fibra no controlados a lo largo de las fibras, lo que reduce la uniformidad de la tela. Cuando se utiliza el soplado de masa fundida, el procedimiento comprenderá, a menudo:

combinar poliuretano y un material particulado; y

aplicar una técnica de soplado de masa fundida.

Por lo tanto, se da a conocer una fibra híbrida de poliuretano y material particulado con un diámetro medio de partículas en el intervalo de 50 nm-50 pm, en la que el material particulado modifica el coeficiente de fricción de la fibra. En la fibra, el material particulado comprende el 1-25 % en peso de la fibra, y el material particulado es un metal seleccionado entre plata, cobre, oro, titanio, zinc, hierro, aluminio o combinaciones de los mismos. En general, el material particulado comprende partículas de tamaño medio de partículas en el intervalo de 50 nm-50 pm. De manera alternativa, el material particulado comprende partículas de distribución de tamaño de partícula multimodal, en algunos casos, bimodal. En general, la fibra tendrá un diámetro medio en el intervalo de 0,2-20 pm, y la proporción del tamaño de partícula con respecto al diámetro medio de fibra está en el intervalo de 0,05:1-2:5.

A menos que se indique lo contrario, cada uno de los números enteros descritos pueden utilizarse en combinación con cualquier otro número entero, tal como entenderá el experto en la materia. Además, aunque todos los aspectos de la presente invención, de manera preferente, “comprenden” las características descritas en relación con ese aspecto, se prevé específicamente que puedan “consistir” o “consistir esencialmente” en las características descritas en las reivindicaciones. Además, se pretende dar a todos los términos, a menos que se definan específicamente en el presente documento, su significado entendido habitualmente en la técnica.

Además, en la descripción de la presente invención, a menos que se indique lo contrario, la divulgación de valores alternativos para el límite superior o inferior del intervalo permitido de un parámetro, debe interpretarse como una declaración implícita de que cada valor intermedio de dicho parámetro, que se encuentra entre la menor y la mayor de las alternativas, también se describe como un posible valor para el parámetro.

Además, a menos que se indique lo contrario, todos los valores numéricos que aparecen en la presente solicitud debe entenderse que están modificados por el término “aproximadamente”.

Descripción breve de los dibujos

A efectos de que la presente invención pueda entenderse más fácilmente, se describirá más detalladamente con referencia a las figuras ya los ejemplos específicos que se indican en el presente documento, a continuación.

La figura 1 es una imagen SEM de una tela de poliuretano electrohilada (4480 aumentos, diámetro medio de fibra de 1.8 pm);

la figura 2 es una imagen SEM de una tela de poliuretano electrohilada similar a la de la figura 1, pero con la incorporación de partículas de plata para formar una fibra híbrida (4970 aumentos, diámetro medio de fibra de 1.8 pm, intervalo del tamaño de partícula de 0,5-1 pm);

la figura 3 es un gráfico que ilustra la fricción estática de una variedad de composiciones de tela cuando se prueban contra una muestra de algodón liso;

la figura 4 es un gráfico que ilustra la fricción estática de una variedad de composiciones de tela cuando se prueban contra una muestra de muselina de algodón;

las figuras 5a, 5b y 5c son gráficos que ilustran la fricción estática de una variedad de composiciones de tela cuando se prueban contra piel de cerdo seca;

la figura 6a es un gráfico que ilustra la fricción estática de una variedad de composiciones de tela cuando se prueba contra piel de cerdo húmeda,

la figura 6b es un gráfico que compara la fricción estática de una variedad de composiciones de tela cuando se prueba con piel de cerdo seca y húmeda (gráfico de la izquierda para seca, el gráfico de la derecha para húmeda); la figura 7 es un gráfico que ilustra la fricción estática de las composiciones de tela que comprenden partículas de plata en intervalos de tamaño seleccionados contra una muestra de piel de cerdo;

la figura 8 muestra los resultados de la prueba antimicrobiana para una membrana electrohilada, 10 % de poliuretano con 10 % de membrana de partículas de plata (de 0,5-1 pm) probada contra [A] S. aureus y [B] E. coli; la figura 9 es un esquema que muestra el patrón de plantilla de estabilidad dimensional en una prueba de permanencia después de lavado; y

las figuras 10a - 10d son gráficos que muestran los resultados de permanencia del color de telas de poliuretano con a) 10 % de pigmento rojo, b) 10 % de pigmento violeta, c) 10 % de pigmento azul y d) 10 % de pigmento azul con Celite.

Ejemplos

Materiales

El poliuretano Selectophore®, el poliuretano Tecoflex®, la dimetilformamida (DMF), las micropartículas de plata (5,0-8,0 um) y (2,0-3,5 um), el Celite® 545 (distribución de partículas = 0,02-0,10 mm, tamaño medio = 36 um) se adquirieron de Sigma Aldrich. El tetrahidrofurano (THF) se adquirió de VWR. Las micropartículas de plata (0,7-1,3 um) y (4,0-7,0 um) se adquirieron de Alfa Aesar. Los diversos pigmentos en polvo se adquirieron en línea de L. Cornelissen & Son. El algodón liso, blanco óptico de 150 cm, CD12 (100 % de algodón) se adquirió de Whaleys Bradford Ltd. La piel de cerdo de la panza del cerdo se obtuvo de un carnicero local (Crawshaw butchers, Leeds). El poliuretano soplado en masa fundida TPU Estane 58237 se adquirió de velox.com.

Preparación de soluciones de poliuretano

Se disolvió poliuretano (Selectophore®, al % en peso deseado) en DMF:THF (15 ml, 60:40 (v:v)) con agitación durante 24 horas. El material particulado se añadió, tal como se define en la tabla 1, a continuación, lentamente con agitación y se dejó dispersar durante el período de una hora.

Tabla 1

Procedimiento general de electrohilado (Nanospider)

Se preparó una solución al 10 % en peso de poliuretano Selectophore® utilizando una proporción de disolventes DMF:THF de 60:40. Se añadió poliuretano Selectophore® (1,5 g) a 15 ml de la mezcla de disolventes con agitación y se dejó disolver durante una noche. Una vez disuelto, a continuación, se añadió el aditivo de partícula/pigmento a la solución con agitación continua durante 10 minutos (según la tabla 1), a continuación, la solución se añadió a la jeringa de 10 ml y se electrohiló durante aproximadamente 4 horas. La placa de recogida de papel de aluminio se hizo girar de manera periódica 90 grados, lo que dio lugar a una cobertura de fibra más uniforme. La jeringa y las agujas se limpiaron con un paño y, a continuación, se lavaron con acetona, seguido de agua destilada.

Procedimiento general de soplado de masa fundida

Se prepararon lotes de 500 g de gránulos de poliuretano híbrido mediante la adición de 25 g (5 % en peso) y 50 g (10 % en peso) de plata o 50 g (10 % en peso) y 100 g (20 % en peso) de Celite, respectivamente. Los experimentos de soplado de masa fundida se llevaron a cabo utilizando una máquina de soplado de masa fundida a escala piloto. Se utilizó una hilera de 43 orificios de 250 um de diámetro durante toda la prueba. Se produjeron telas de poliuretano de 75 g m-2 (intervalo del diámetro de fibra de 11,25-18,50 um, media = 14,69 um) y 94 g m-2 (intervalo del diámetro de fibra de 6,69-14,88 um, media = 11,11 um).

Metodología

Prueba de fricción: El coeficiente de fricción se determinó según la norma europea EN ISO 8295:2004. Fuerza aplicada (F^p) de 1,96 N a través de un trineo de 80 g y un peso de 120 g para un peso total de 200 g. La velocidad fue de 100 mm/min. El tamaño de la muestra fue de 90 x 755 mm. El coeficiente de fricción estática se puede definir mediante la ecuación:

Coeficiente de fricción estática

en la que Fp = 1,96 N (la fuerza normal que proviene de 200 g de peso aplicado a la parte superior de la muestra). Fs representa la fuerza de fricción estática (N) medida por la máquina y siempre es proporcional al coeficiente de fricción estática. La fuerza de fricción estática surge del entrelazamiento de las irregularidades de la superficie entre la muestra de poliuretano y la superficie de prueba. A medida que se aplica una fuerza de manera horizontal a la muestra de prueba, esta fuerza de entrelazamiento aumentará para evitar cualquier movimiento relativo del trineo. Esta fuerza aumenta hasta que se alcanza un umbral de fuerza, en el que comienza el movimiento del trineo. Es este punto umbral de movimiento el que define la fuerza estática.

La hidratación, las películas de lípidos y la estructura de la superficie de la piel afectarán el comportamiento de fricción cuando entren en contacto con los tejidos. Por ejemplo, la piel húmeda tiene un coeficiente de fricción elevado y la piel seca tiene un coeficiente de fricción más bajo. Se ha observado que la edad tiene poco efecto sobre el coeficiente de fricción de la piel humana, mientras que la región anatómica en la que se encuentra la piel tiene una gran influencia. En cuanto al género, se ha descubierto que la viscoelasticidad de la piel era comparable, sin embargo, la fricción de la piel femenina muestra una sensibilidad a la humedad significativamente mayor que la de los hombres. Cabe señalar que, dado que la piel de cerdo es un producto natural, los resultados de las pruebas variarán de un lote a otro. Por lo tanto, cada conjunto de pruebas comparativas se llevó a cabo en una sola muestra de piel de cerdo para asegurar la validez de la prueba. Sin embargo, se esperaría que los valores absolutos de la fricción estática variaran ligeramente (y se ha observado que así lo hacen) para cada muestra de piel de cerdo. Telas: Las telas probadas fueron poliuretano electrohilado con materiales particulados añadidos.

Pruebas antimicrobianas: Estas siguieron la norma AATCC 100. Se probaron muestras de 3 mm de diámetro de la tela frente a E. coli (placas de agar MacConkey) y S. aureus (placas de agar con sangre) mediante incubación durante 24 horas a 37 °C. Las placas se inocularon con 30 p.l de E. coli o S. aureus estándar de McFarland 0.5 diluidos en 3 ml de PBS o solución salina. Las pruebas anaeróbicas utilizaron los procedimientos anteriores, sin embargo, C. difficile fue la bacteria modelo seleccionada (placas CCEYL) y el período de incubación fue de 48 horas a 37 °C en una incubadora anaeróbica. Todas las pruebas se repitieron tres veces.

Microscopía electrónica de barrido: La estructura y morfología de las esterillas de fibras electrohiladas producidas se examinaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, scanning electrón microscopy; Carl Zeiss EVO) en el centro de espectroscopia y microscopía electrónica de Leeds (LEMAS). Las imágenes SEM se tomaron con diferentes aumentos para todas las fibras electrohiladas para comparar.

Análisis de fibra: Se utilizó Media Cybernetics Image Pro Analyzer Plus para analizar imágenes capturadas a través de SEM. El software se utilizó para medir los diámetros de fibra de las muestras; se registró un mínimo de 75 diámetros de fibra para cada muestra y se digitalizaron a efectos de obtener valores de los diámetros de fibra medio, máximo y mínimo para cada muestra.

Permanencia del color: Estas mediciones se llevaron a cabo en un Spectraflash SF600 Plus-CT de datacolor utilizando una apertura media que mide entre 360 nm y 700 nm, donde la cara frontal de cada muestra se probó un mínimo de cuatro veces en diferentes posiciones sobre la membrana para crear una media justa de las mediciones a través del material. K/S es una medida de la intensidad del color de una muestra en particular y se puede calcular midiendo los valores de reflexión de un material y aplicándolos a la ecuación:

K/S = ((1 - R)2/2R)

en la que R es el valor de reflectancia a una longitud de onda específica, K es el coeficiente de absorbancia y S es el coeficiente de dispersión.

Permanencia después de lavado: Estas pruebas se realizaron en una máquina Roaches washtec siguiendo la norma internacional ISO 105-C06:2010. Se aseguró una sección de multifibra SDC adyacente a cada muestra de poliuretano, la multifibra utilizada contenía secciones de algodón, lana, poliéster, acetato, nailon y acrílico para comparar la transferencia de color a varios tipos de tejido. Además, se llevaron a cabo mediciones simultáneas de estabilidad dimensional sobre las muestras para establecer el encogimiento potencial de estas membranas electrohiladas. Se utilizó la estabilidad dimensional para establecer el nivel de encogimiento que se produce en las muestras después del lavado. Esto se realizó utilizando un patrón de plantilla para establecer los puntos de medición fijos en la pieza de material sin lavar (figura 8), a continuación, después de lavar, se volvieron a medir estas distancias y finalmente se compararon con el original.

Transpirabilidad: Se llevaron a cabo pruebas de transpirabilidad siguiendo la norma BS 7209:1990 durante 20 horas en un laboratorio climatizado (temperatura 20 ± 2 °C y humedad relativa del 65 ± 5 %). Las muestras de prueba se colocaron sobre una cantidad pesada de agua destilada y se dejó que el agua se evaporara lentamente (a través del tejido) antes de volver a pesarlas después de un tiempo establecido. Este cálculo de la pérdida de agua se puede aplicar a la siguiente ecuación que permite evaluar la transpirabilidad relativa del tejido.

24 Am

WVP =

At

WVP (water vapour permeability) es la permeabilidad al vapor de agua (g/m2/día), Am es el cambio en la masa de agua en gramos, A es el área del material de prueba en m2 y t es igual al tiempo en horas para el experimento. Después de este cálculo para las membranas de poliuretano y el tejido de poliéster de referencia, a continuación, se aplica la siguiente ecuación para proporcionar el índice WVP para cada muestra. El índice WVP es una proporción de transpirabilidad que compara las muestras de prueba con el tejido de referencia.

100

I es el índice de permeabilidad al vapor de agua del material, WVP^ses la permeabilidad al vapor de agua de una muestra de prueba particular, mientras que WVP^r es el valor de permeabilidad al vapor de agua calculado para el tejido de poliéster de referencia. Los experimentos se realizaron durante 20 horas utilizando placas de prueba con un diámetro de 76 mm, lo que proporciona un área de prueba del material de 0,004537 m².

Ejemplo 1: Prueba de fricción con algodón

La prueba de fricción se aplicó a una tela tejida de algodón de peso medio (100 % de algodón liso, blanco óptico de 150 cm CD12) como sustituto de la piel. Se sabe que para que un tejido se adhiera a la piel, se debe observar una fuerza estática (N), como mínimo, de 2,0 y un coeficiente de fricción (pS), como mínimo, de 1,1. Los resultados de la prueba se muestran en la tabla 2, a continuación, y se resumen en la figura 3.

Tabla 2

La prueba de fricción también se aplicó a una gasa de algodón (gasa de algodón L CX202/Estado 96 cm, CC28). La gasa es un tejido de estilo muselina de peso más ligero, en el que las superficies de las fibras están encoladas, de manera que sean más suaves. Se esperaría que se observara una menor fricción en estas pruebas. Los resultados se muestran en la tabla 3 y la figura 4.

Tabla 3

Las muestras de la presente invención con partículas de plata tienen buenas propiedades de fricción, lo que indica que son útiles en aplicaciones de prendas antideslizantes.

Ejemplo 2: Pruebas de fricción con piel de cerdo

Los modelos de piel porcina (cerdo) son una herramienta útil para predecir las interacciones humanas con los compuestos porque tanto la piel humana como la porcina tienen una capa de pelo sobrante, una epidermis gruesa bien diferenciada, una dermis que tiene un cuerpo papilar bien diferenciado y un gran contenido de tejido elástico, junto a un tamaño, distribución y comunicación similares de los vasos sanguíneos dérmicos. También hay similitudes inmunohistoquímicas y bioquímicas entre los dos organismos. La piel porcina y la piel humana difieren en el tipo de glándulas sudoríparas presentes en su mayoría (apocrinas frente a ecrinas). En seres humanos, las glándulas apocrinas se encuentran principalmente en las axilas, el área genital y alrededor de los pezones, la prevalencia de las glándulas apocrinas en muestras de piel porcina hace que la piel porcina sea un modelo excelente para la piel humana en estas áreas. Los resultados de estas pruebas se muestran en las tablas 4-6 y figuras 5a-c, a continuación:

T l 4 r l r fi l fi r

T l r l r fi l fi r

T l r l r fi l Fi r

En algunos casos, la fricción estática observada es significativamente mayor que los valores mínimos para la adherencia a la piel, por ejemplo, el 10 % de plata de 5-8 pm proporciona un coeficiente de fricción estática excelente. La figura 5c muestra claramente que las fibras pueden superar el rendimiento tanto de los sistemas de silicona convencionales como de sistemas de poliuretano (de manera específica, un sistema tejido de elastano, nailon y poliuretano en el que el poliuretano está presente solo en la urdimbre). Esta serie de pruebas también mostró que las partículas de pigmento también pueden formar con éxito fibras compuestas, y que las partículas de pigmento también pueden ser suficientes, cuando se utilizan solas con poliuretano, para aumentar las propiedades de fricción de la tela.

Ejemplo 3: Pruebas de fricción con piel de cerdo húmeda

Para determinar el potencial para la utilización de telas formadas a partir de fibras compuestas en trajes de baño u otros equipos deportivos, en los que son posibles niveles elevados de sudor o humedad, se realizaron pruebas adicionales utilizando muestras porcinas húmedas. El procedimiento de prueba de fricción fue idéntico a las pruebas anteriores con la única modificación de 1 ml de agua destilada (área de la piel = 184 cm2, 0,005 ml cm-2) pulverizada sobre la superficie de la piel antes de evaluar cada muestra. Después de medir cada muestra, se colocó un pañuelo doblado sobre la piel para eliminar el exceso de agua y se repitió el procedimiento entre cada muestra. Los resultados se muestran en la tabla 7 y la figura 6a, a continuación. Estos datos se generaron a partir de la misma muestra de piel de cerdo que los datos de la tabla 4 y la figura 5a.

T l 7 r l r fi l fi r

La figura 6a y la tabla anterior muestran que las muestras en esta prueba tuvieron un buen rendimiento en comparación con el producto de silicona del estado de la técnica (“silicona”), lo que indica que este material puede proporcionar una mayor fricción en condiciones húmedas. Se cree que el principal factor que contribuye a una buena resistencia a la fricción en condiciones húmedas es la naturaleza porosa del material electrohilado. El agua presente en la superficie de la piel puede filtrarse hacia la membrana (entre las fibras), eliminando de manera eficaz parte del agua superficial y permitiendo que la membrana interactúe con la superficie de la piel.

La figura 6b muestra que para la misma muestra de piel de cerdo, el rendimiento en húmedo es superior al de en seco. Los valores de fricción estática entre todas estas muestras son menos variables que las pruebas en seco. Esto apoya el argumento de que es la porosidad del material y no las partículas añadidas lo que conduce predominantemente a los valores de fricción elevados en condiciones húmedas. Los resultados se muestran en la tabla 8, a continuación:

Tabla 8

Ejemplo 4: Pruebas de fricción con piel seca de cerdo con partículas multimodales

Para determinar el efecto de incluir partículas multimodales en las telas, se realizaron pruebas adicionales. El procedimiento de la prueba de fricción fue idéntico a las pruebas anteriores con la única modificación de las partículas seleccionadas. Las muestras fueron, tal como se muestran a continuación:

Muestra % en peso de partícula Composición Ag de 0,7-1,3 pm 10 % en peso 7 g de polvo de Ag de 0,7-1,3 pm en 70 ml de solución de PU

Ag de 5-8 pm 10 % en peso 7 g de polvo de Ag de 5-8 pm en 70 ml de solución de PU

Ag de malla 635 (hasta 20 pm) 10 % en peso 7 g de polvo de Ag de malla 635 en 70 ml de solución de PU Combinación de los tres tamaños 10 % en peso 7 g en total (2,33 g de Ag de 0,7-1,3 pm 2,33 g de partícula anteriores de Ag de 5-8 pm 2,33 g de Ag de malla 635) en 70 ml de solución de PU. Un tercio de cada tamaño de partícula

Se tomó un resultado promedio de tres muestras idénticas. Los resultados de las pruebas se muestran en la tabla 9 y la figura 7, a continuación.

Tabla 9

Los datos muestran claramente que la presencia de tamaños de partículas multimodales ofrece una fricción estática, como mínimo, comparable a los tamaños de partículas únicos, y que esta puede ser mayor en comparación con cuando se utiliza un tamaño de partículas único; aunque se sabe que la naturaleza de la muestra de piel puede tener un efecto significativo sobre el valor global de fricción.

Ejemplo 5: Propiedades antimicrobianas

Tal como se muestra en la figura 8, la tela tiene un efecto antimicrobiano en contacto con las bacterias. No hay zona de inhibición alrededor de la tela, lo que indica que no hay filtración de las partículas de la tela.

Ejemplo 6: Permanencia después de lavado

Se utilizó el patrón de plantilla de la figura 9 para determinar la estabilidad dimensional. Los resultados se muestran en la tabla 10.

Tabla 10

Estas pruebas han revelado que no se observa transferencia de pigmentos a la multifibra SDC para ninguna de las muestras examinadas. Esto sugiere que los pigmentos incorporados dentro de la membrana electrohilada son estables y no se transfieren fácilmente en condiciones de lavado estándar.

Las mediciones de estabilidad dimensional han revelado que se produce un encogimiento en todas las muestras probadas después del primer lavado.

Las telas fibrosas electrohiladas de poliuretano se pueden producir mientras se incorpora de manera simultánea color en el producto en una sola etapa, lo que proporciona una ventaja económica significativa en la producción en relación con los procedimientos de múltiples etapas conocidos.

A partir de la tabla 10 y las figuras 10a-10d, se puede observar que los valores de intensidad de color (K/S) de cinco de las siete muestras aumentan después del lavado y secado. La prueba de permanencia después del lavado de productos teñidos normalmente revela una pérdida de color del material en comparación con la muestra original, debido a que no todo el colorante o pigmento permanece fijo dentro de la matriz polimérica. En primer lugar, esto sugiere que no se produce ninguna pérdida de pigmento desde el interior de las membranas electrohiladas y demuestra con éxito el procedimiento de una sola etapa de hilar y colorear juntos. El procedimiento de fabricación de una sola etapa de estas membranas coloreadas significa que los pigmentos pueden mezclarse dentro de la solución de polímero antes de que se solidifique. Después de solidificarse en fibras, las moléculas de pigmento se “bloquean” y se vuelven estables, haciendo que la eliminación solo sea posible fundiendo o disolviendo la membrana de poliuretano. En segundo lugar, el aumento observado en la intensidad del color no puede explicarse por la obtención de más pigmento por parte de las muestras, sino que debe surgir del encogimiento.

Ejemplo 7: Permeabilidad al vapor de agua

La tabla 11 muestra los resultados de la prueba de WVP:

Tabla 11

Puede observarse que las muestras son, como mínimo, tan transpirables, y, en general, más, que la muestra de referencia de poliéster.

Debe entenderse que los procedimientos y el aparato de la presente invención pueden implementarse en una variedad de formas, de las cuales solo algunas se han ilustrado y descrito anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Fibra de material compuesto que comprende poliuretano y un material particulado metálico, seleccionándose el metal entre plata, cobre, oro, titanio, zinc, hierro, aluminio o combinaciones de los mismos, en la que el material particulado tiene un diámetro medio de partícula en el intervalo de 50 nm-50 pm.

2. Fibra, según la reivindicación 1, en la que el material particulado modifica el coeficiente de fricción de la fibra.

3. Fibra, según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende material particulado en el intervalo de 0,1-25 % en peso.

4. Fibra, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material particulado comprende partículas de tamaño medio de partícula en el intervalo de 0,05-10 pm.

5. Fibra, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material particulado comprende partículas de distribución de tamaño de partícula multimodal.

6. Fibra, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, de diámetro medio en el intervalo de 0,1-20 pm.

7. Fibra, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la proporción del tamaño de partícula con respecto al diámetro medio de la fibra está en el intervalo de 0,05:1-2:5.

8. Tela que comprende una pluralidad de fibras, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

9. Utilización de una tela, según la reivindicación 8, para aplicaciones antideslizantes.

10. Utilización de una tela, según la reivindicación 9, para aplicaciones antideslizantes en presencia de agua.

11. Utilización de una tela, según la reivindicación 8, para aplicaciones antimicrobianas.

12. Procedimiento para fabricar una fibra, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende conformar la fibra de material compuesto de poliuretano y material particulado utilizando una técnica seleccionada entre electrohilado o soplado de masa fundida, pero sin limitarse a los mismos.