ES2971409T3

ES2971409T3 - Estera no tejida con permeabilidad reducida y calibre aumentado

Info

Publication number: ES2971409T3
Application number: ES20824743T
Authority: ES
Inventors: Jianhui Wu
Original assignee: Owens Corning Intellectual Capital LLC
Current assignee: Owens Corning Intellectual Capital LLC
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2024-06-05
Anticipated expiration: 2040-11-17
Also published as: CN114787439A; EP4073308B1; CN114787439B; EP4073308A1; US20230002945A1; FI4073308T3; WO2021118766A1; CA3164193A1

Abstract

Se proporcionan una estera no tejida y un método para fabricar una estera no tejida. La estera no tejida incluye fibras de refuerzo y una composición aglutinante que incluye un polímero de policarboxi y microesferas de polímero. La composición aglutinante también puede incluir fibras de baja densidad, tales como fibras de celulosa microfibrilada. Las microesferas de polímero tienen una cubierta termoplástica que encapsula un agente de soplado. La carcasa termoplástica tiene hidróxido de magnesio en su superficie exterior. Los componentes de la composición aglutinante interactúan entre sí y/o con las fibras de refuerzo para formar una estera no tejida que tiene una estructura menos permeable y un espesor más alto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Estera no tejida con permeabilidad reducida y calibre aumentado

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica prioridad y todos los beneficios de la solicitud de patente provisional estadounidense n.° 62/946.464, presentada el 11 de diciembre de 2019.

Campo

Los conceptos generales de la invención se refieren a esteras no tejidas y, más particularmente, a esteras no tejidas que tienen una estructura menos permeable y un mayor calibre como resultado de la interacción de componentes presentes en una composición de aglutinante usada para formar las esteras no tejidas. Las esteras no tejidas pueden usarse en una variedad de aplicaciones y productos, tales como revestimientos para paneles de yeso, paneles para paredes de oficinas y/o paneles de espuma de poliisocianurato.

Antecedentes

Los materiales no tejidos de vidrio (por ejemplo, esteras, velos, bandas) se usan en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, las esteras de vidrio no tejidas se usan como revestimientos para paneles de yeso y paneles de poliisocianurato (“poliiso”). Un problema asociado con las esteras de vidrio no tejidas usadas como revestimientos para paneles de yeso y poliiso es que las esteras de vidrio no tejidas son algo permeables, lo que conduce a que el material de yeso o poliiso exude a través de la estera de vidrio no tejida. Una solución conocida al problema de la exudación es proporcionar una capa de recubrimiento que contiene cargas inorgánicas y un aglutinante polimérico sobre una superficie de una estera de vidrio no tejida formada previamente. La capa de recubrimiento llena los espacios vacíos en la estera de vidrio no tejida para hacer que la estera de vidrio no tejida sea menos permeable. Sin embargo, la aplicación de una capa de recubrimiento a la estera de vidrio no tejida requiere materias primas adicionales para formar el material de recubrimiento y equipo de procesamiento adicional, aumentando ambos el coste de producción de la estera de vidrio no tejida. Además, la aplicación de una capa de recubrimiento aumenta el peso base de la estera de vidrio no tejida, lo que puede aumentar adicionalmente los costes (por ejemplo, costes de transporte) asociados con la estera de vidrio no tejida recubierta.

El documento WO 2019/231994 A1 describe esteras no tejidas de fibra de vidrio tratadas con un aglutinante de polímero de policarboxilo.

Sumario

Los conceptos generales de la invención se refieren a una estera no tejida que incluye una pluralidad de fibras de refuerzo y una composición de aglutinante que contiene un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero, y a un método de preparación de dicha estera no tejida. Para ilustrar diversos aspectos de los conceptos generales de la invención, se dan a conocer varias realizaciones a modo de ejemplo de esteras no tejidas, composiciones de aglutinante y métodos de preparación de las esteras no tejidas.

En un primer aspecto de la invención, se proporciona una estera no tejida. La estera no tejida incluye una pluralidad de fibras de refuerzo y una composición de aglutinante que contiene un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero. Cada una de las microesferas de polímero tiene una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica.

En un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método de preparación de una estera no tejida. El método incluye las etapas de: a) depositar una suspensión acuosa de fibras de refuerzo sobre una línea de procesamiento para formar una estera depositada por vía húmeda que tiene una primera superficie principal y una segunda superficie principal; b) aplicar una composición de aglutinante a al menos una de la primera superficie principal y la segunda superficie principal de la estera depositada por vía húmeda, en el que la composición de aglutinante comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero, y cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica; y c) calentar la estera depositada por vía húmeda para curar la composición de aglutinante y hacer que las microesferas de polímero se expandan, formando de ese modo la estera no tejida.

También se da a conocer una composición de aglutinante. La composición de aglutinante incluye un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas. Cada una de las microesferas de polímero tiene una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica.

Otros numerosos aspectos, ventajas y/o características de los conceptos generales de la invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo.

Descripción detallada

Aunque los conceptos generales de la invención son susceptibles de realización en muchas formas diferentes, en el presente documento se describen varias realizaciones con detalle, entendiéndose que la presente divulgación debe considerarse una ejemplificación de los principios de los conceptos generales de la invención. Por consiguiente, no se pretende que los conceptos generales de la invención se limiten a las realizaciones específicas descritas en el presente documento.

Los materiales y métodos descritos en el presente documento están destinados a proporcionar artículos no tejidos con características mejoradas. Más específicamente, se describen esteras no tejidas que tienen una estructura menos permeable (es decir, más cerrada) y un calibre (es decir, grosor) aumentado. Se cree que las interacciones entre los componentes de la composición de aglutinante usada para formar las esteras no tejidas proporcionan de manera sinérgica una estructura menos permeable y un calibre aumentado. Ambas características son deseables cuando las esteras no tejidas se usan como materiales de revestimiento para paneles de yeso y paneles de poliiso, ya que ambas características pueden reducir sustancialmente o impedir la exudación del material de yeso y poliiso cuando estos materiales se depositan sobre la estera no tejida.

Los términos “aglutinante” y “composición de aglutinante” se usan indistintamente en el presente documento para significar un material que mantiene unidos uno o más componentes de un artículo no tejido. Los expertos habituales en la técnica entenderán que una composición de aglutinante es, a menudo, una mezcla o disolución acuosa de componentes disueltos que se cura para unir entre sí fibras de refuerzo.

El término “microesferas de polímero”, tal como se usa en el presente documento, se refiere a partículas de material de resina termoplástica que tienen un agente de expansión encapsulado en ellas y que se expanden tras calentamiento.

El término “fibra de baja densidad”, tal como se usa en el presente documento, se refiere generalmente a fibras que tienen una o más de las siguientes características: i) la fibra puede dispersarse y suspenderse fácilmente en una disolución acuosa o composición de aglutinante sin sedimentación a lo largo del tiempo (por ejemplo, a lo largo de un periodo de 24 horas); y ii) la fibra puede fluir fácilmente cuando se aplica la composición de fibra/aglutinante sobre una estera no tejida en un procedimiento de deposición por vía húmeda con una viscosidad relativamente baja (por ejemplo, una viscosidad de menos de 500 cps a temperatura ambiente). En determinadas realizaciones, la fibra de baja densidad puede tener una longitud de fibra menor de 1 mm. Longitudes de fibra tales como esta impiden la acumulación excesiva de fibra a lo largo del tiempo, lo que puede reducir la limpieza de línea y el tiempo de inactividad.

Los intervalos tal como se usan en este documento pretenden incluir todos los números y subconjuntos de números dentro de ese intervalo, ya se den a conocer específicamente o no. Además, estos intervalos numéricos deben interpretarse como que proporcionan respaldo de una reivindicación dirigida a cualquier número o subconjunto de números en ese intervalo. Por ejemplo, una divulgación de desde 1 hasta 10 debe interpretarse como que respalda un intervalo de desde 2 hasta 8, desde 3 hasta 7, desde 5 hasta 6, desde 1 hasta 9, desde 3,6 hasta 4,6, desde 3,5 hasta 9,9, y así sucesivamente.

Todas las referencias a características o limitaciones singulares de la presente divulgación incluirán la característica o limitación en plural correspondiente, y viceversa, a menos que se especifique lo contrario o se implique claramente lo contrario por el contexto en el que se hace la referencia.

Todas las combinaciones de métodos o etapas de procedimiento tal como se usan en el presente documento pueden realizarse en cualquier orden, a menos que se especifique lo contrario o se implique claramente lo contrario en el contexto en el que se realiza la combinación a la que se hace referencia.

En una realización a modo de ejemplo, los conceptos generales de la invención se refieren a una estera no tejida. La estera no tejida comprende una pluralidad de fibras de refuerzo y una composición de aglutinante que comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero. Cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica, lo que significa que el hidróxido de magnesio está presente en una superficie interior de la cubierta termoplástica, el hidróxido de magnesio está presente en una superficie exterior de la cubierta termoplástica, y el hidróxido de magnesio está presente dentro del material que forma la cubierta termoplástica. En una realización a modo de ejemplo, los conceptos generales de la invención se refieren a un método de preparación de una estera no tejida. El método incluye las etapas de: a) depositar una suspensión acuosa de fibras de refuerzo sobre una línea de procesamiento para formar una estera depositada por vía húmeda que tiene una primera superficie principal y una segunda superficie principal; b) aplicar una composición de aglutinante a al menos una de la primera superficie principal y la segunda superficie principal de la estera depositada por vía húmeda, en el que la composición de aglutinante comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero, en el que cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica; y c) calentar la estera depositada por vía húmeda para curar la composición de aglutinante y hacer que las microesferas de polímero se expandan, formando de ese modo la estera no tejida.

Además se da a conocer en el presente documento un panel de construcción que comprende un sustrato y una estera no tejida unida al sustrato. La estera no tejida comprende una pluralidad de fibras de refuerzo y una composición de aglutinante que comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero. Cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante comprende una pluralidad de fibras de baja densidad, tal como se describe en el presente documento. En determinadas realizaciones, el sustrato comprende yeso. En determinadas realizaciones, el sustrato comprende una espuma.

Las esteras no tejidas según los conceptos generales de la invención pueden formarse usando procedimientos convencionales que incluyen, pero no se limitan a, procedimientos de deposición por vía húmeda. Por ejemplo, en un procedimiento de deposición por vía húmeda, se dispersan fibras de refuerzo cortadas por vía húmeda en una suspensión acuosa que contiene tensioactivos, modificadores de la viscosidad, agentes desespumantes y/u otros agentes químicos. A continuación se agita la suspensión que contiene las fibras de refuerzo cortadas de modo que las fibras de refuerzo queden dispersas por toda la suspensión. La suspensión que contiene las fibras de refuerzo se deposita sobre un tamiz móvil donde se elimina una porción sustancial del agua para formar una banda de fibras de refuerzo orientadas aleatoriamente. Luego se aplica una composición de aglutinante y se seca la estera no tejida resultante para eliminar cualquier cantidad de agua restante y curar la composición de aglutinante. La estera no tejida formada es un conjunto de fibras de refuerzo cortadas individuales, dispersas, interconectadas por la composición de aglutinante.

Las esteras no tejidas que se componen de fibras de refuerzo se usan en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, las esteras de fibra de vidrio no tejidas se usan como refuerzo en placas de techo, tejas y paneles de construcción (por ejemplo, paneles de pared, paneles aislantes), entre otras aplicaciones. Las esteras se usan para proporcionar resistencia mecánica y otras propiedades favorables al producto final. Un inconveniente de las esteras de fibra de vidrio no tejidas es la estructura relativamente permeable de la estera, especialmente cuando se usa para formar un panel de construcción que se compone de materiales de yeso o poliiso. Aunque una estructura relativamente permeable puede ser deseable en determinadas aplicaciones, puede ser un obstáculo en otras aplicaciones. En general, cuando se usa una estera de fibra de vidrio no tejida para formar un panel de pared de yeso o un panel aislante de poliiso, la estera de fibra de vidrio no tejida requiere materiales aglutinantes adicionales para “cerrar” los vacíos presentes en la estera (es decir, para reducir su permeabilidad) para impedir la exudación a su través. Debido a problemas tales como la viscosidad aumentada, sólo pueden añadirse materiales aglutinantes adicionales a una composición de aglutinante hasta cierto punto. Por tanto, las esteras de fibra de vidrio no tejidas usadas como material de revestimiento para paneles de yeso y paneles de poliiso requieren a menudo una segunda aplicación (o más) de una composición de aglutinante o incluso una capa de recubrimiento aplicada por separado para proporcionar a la estera no tejida un nivel de permeabilidad deseado. Estas soluciones, sin embargo, aumentan la pérdida por calcinación (LOI,loss on ignition,una medida de la cantidad de composición de aglutinante presente en la estera no tejida) y el peso base de la estera no tejida y, por tanto, el coste total de la estera no tejida. Por consiguiente, existe la necesidad de una estera no tejida que esté lo suficientemente cerrada como para impedir la exudación a su través sin tener que aumentar significativamente la LOI y/o el peso base de la estera no tejida.

Los conceptos generales de la invención se basan, al menos en parte, en el descubrimiento de que las esteras no tejidas formadas con una composición de aglutinante que incluye un compuesto de policarboxilo y microesferas de polímero presentan una permeabilidad reducida y un calibre aumentado. Se cree que la interacción entre el compuesto de policarboxilo y las microesferas de polímero presentes en la composición de aglutinante conduce a una permeabilidad reducida y un calibre aumentado de las esteras no tejidas resultantes. La permeabilidad reducida y el calibre aumentado también se logran sin tener que aumentar significativamente la LOI o el peso base de la estera no tejida.

Según la presente divulgación, una estera no tejida comprende una pluralidad de fibras de refuerzo y una composición de aglutinante que comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero. Cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica.

La estera no tejida de la presente divulgación puede formarse a partir de una variedad de fibras de refuerzo. Las fibras de refuerzo a modo de ejemplo para formar la estera no tejida de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, fibras de vidrio, fibras sintéticas (por ejemplo, fibras de poliéster, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de poli(tereftalato de etileno), fibras de poliamida, fibras de aramida, fibras de poliaramida), fibras minerales, fibras de celulosa, fibras de carbono, fibras de cerámica, o una mezcla de dos o más tipos diferentes de fibras de refuerzo.

En determinadas realizaciones de la presente divulgación, la estera no tejida comprende fibras de vidrio como fibras de refuerzo. Las fibras de vidrio pueden prepararse a partir de cualquier tipo de vidrio adecuado. Las fibras de vidrio a modo de ejemplo incluyen, pero no se limitan a, fibras de vidrio tipo A, fibras de vidrio tipo C, fibras de vidrio tipo E, fibras de vidrio tipo S, fibras de vidrio tipo ECR (por ejemplo, fibras de vidrio Advantex® disponibles comercialmente en Owens Corning de Toledo, Ohio), fibras de vidrio de lana y combinaciones de las mismas.

Las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida pueden tener una variedad de diámetros de fibra. En determinadas realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen un diámetro de fibra promedio de 6,5 micrómetros a 20 micrómetros. En determinadas realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen un diámetro de fibra promedio de 10 micrómetros a 18 micrómetros. En determinadas otras realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros a 16 micrómetros.

También se contempla que puede usarse una mezcla de fibras de vidrio que tengan diferentes diámetros de fibra, tal como una mezcla de fibras de vidrio de menor diámetro (por ejemplo, un diámetro de fibra promedio de 6,5 micrómetros a 10 micrómetros) y fibras de vidrio de mayor diámetro (por ejemplo, un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros a 16 micrómetros) para formar la estera no tejida. En determinadas realizaciones, la pluralidad de fibras de refuerzo de la estera no tejida comprende una mezcla del 50 % al 70 % en peso de primeras fibras de vidrio y del 30 % al 50 % en peso de segundas fibras de vidrio, en las que las primeras fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros y las segundas fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 10 micrómetros. En determinadas realizaciones, la pluralidad de fibras de refuerzo de la estera no tejida comprende una mezcla del 55 % al 65 % en peso de primeras fibras de vidrio y del 35 % al 45 % en peso de segundas fibras de vidrio, en las que las primeras fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros y las segundas fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 10 micrómetros. En determinadas realizaciones, la pluralidad de fibras de refuerzo de la estera no tejida comprende una mezcla del 60 % en peso de primeras fibras de vidrio y el 40 % en peso de segundas fibras de vidrio, en las que las primeras fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros y las segundas fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 10 micrómetros.

Las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida también pueden tener una variedad de longitudes de fibra. En determinadas realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen una longitud de fibra promedio de 0,25 pulgadas (6,35 mm) a 2 pulgadas (50,8 mm). En determinadas realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen una longitud de fibra promedio de 0,5 pulgadas (12,7 mm) a 1,5 pulgadas (38,1 mm). En determinadas otras realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen una longitud de fibra promedio de 0,75 pulgadas (19,05 mm) a 1 pulgada (25,4 mm). En determinadas realizaciones, las fibras de vidrio usadas para formar la estera no tejida tienen una longitud de fibra promedio de 0,25 pulgadas (6,35 mm) a 0,5 pulgadas (12 mm), incluyendo una longitud de fibra promedio de 0,39 pulgadas (10 mm). También se contempla que puede usarse una mezcla de fibras de vidrio que tenga diferentes longitudes de fibra, tal como una mezcla de fibras de vidrio más cortas (por ejemplo, una longitud de fibra promedio de 0,25 pulgadas (6,35 mm) a 0,5 pulgadas (12,7 mm)) y fibras de vidrio más largas (por ejemplo, una longitud de fibra promedio de 0,75 pulgadas (19,05 mm) a 1,25 pulgadas (31,75 mm)) para formar la estera no tejida. En determinadas realizaciones, la pluralidad de fibras de refuerzo de la estera no tejida comprende una mezcla del 60 % en peso de primeras fibras de vidrio y el 40 % en peso de segundas fibras de vidrio, en las que las primeras fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros y una longitud de fibra promedio de 0,75 pulgadas (19,05 mm), y las segundas fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 10 micrómetros y una longitud de fibra promedio de 0,39 pulgadas (10 mm).

Tal como se mencionó anteriormente, la estera no tejida de la presente divulgación también incluye una composición de aglutinante que une entre sí las fibras de refuerzo. La composición de aglutinante de la presente divulgación es un aglutinante termoestable y comprende al menos un polímero de policarboxilo como resina aglutinante termoestable. El polímero de policarboxilo comprende un polímero u oligómero orgánico que contiene más de un grupo carboxilo colgante. El polímero de policarboxilo puede ser un homopolímero o copolímero preparado a partir de uno o más ácidos carboxílicos insaturados que incluyen, pero no se limitan a, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaleico, ácido itacónico, ácido 2-metilitacónico, ácido a,p-metilenglutárico, y similares. Alternativamente, el polímero de policarboxilo puede prepararse a partir de anhídridos insaturados que incluyen, pero no se limitan a, anhídrido maleico, anhídrido itacónico, anhídrido acrílico, anhídrido metacrílico, y similares, así como mezclas de los mismos. Se considera que la polimerización de estos ácidos y anhídridos está dentro de las capacidades de un experto habitual en la técnica.

El polímero de policarboxilo puede comprender adicionalmente un copolímero de uno o más de los ácidos o anhídridos carboxílicos insaturados mencionados anteriormente y uno o más compuestos vinílicos que incluyen, pero no se limitan necesariamente a, estireno, a-metilestireno, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de n-butilo, acrilato de isobutilo, metacrilato de metilo, metacrilato de n-butilo, metacrilato de isobutilo, metacrilato de glicidilo, metil vinil éter, acetato de vinilo, y similares. En determinadas realizaciones a modo de ejemplo, el polímero de policarboxilo comprende un homopolímero y/o un copolímero de ácido acrílico. En determinadas realizaciones a modo de ejemplo, el polímero de policarboxilo comprende poli(ácido acrílico).

Los ejemplos de composiciones disponibles comercialmente que incluyen un polímero de policarboxilo y que son adecuadas para su uso en la composición de aglutinante de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, QR1629S, una mezcla de poli(ácido acrílico)/glicerina disponible de Dow Chemical (Filadelfia, PA); Carboset® 3076, un polímero en disolución acrílico carboxilado basado principalmente en recursos renovables disponibles de Lubrizol Advanced Materials, Inc. (Brecksville, OH); aglutinante termoendurecible Aquaset™ 100 disponible de Dow Chemical (Filadelfia, PA); y aglutinante QR1692 disponible de Dow Chemical (Filadelfia, PA).

El polímero de policarboxilo puede estar presente en la composición de aglutinante en una cantidad de hasta el 95 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, el polímero de policarboxilo está presente en la composición de aglutinante en una cantidad del 70 % al 95 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante, incluyendo desde el 80 % hasta el 95 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante, y también incluye desde el 85 % hasta el 93 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En algunas realizaciones a modo de ejemplo, el polímero de policarboxilo está presente en una cantidad del 85 % al 90 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante.

La composición de aglutinante de la presente divulgación también incluye una pluralidad de microesferas de polímero. Las microesferas de polímero comprenden partículas de material de resina termoplástica que tienen un agente de expansión encapsulado en ellas y que se expanden tras calentamiento. Dicho de otro modo, cada una de las microesferas de polímero individuales comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión. Puede usarse cualquier material de resina termoplástica adecuado para formar las microesferas de polímero. Los materiales de resina termoplástica a modo de ejemplo que pueden usarse para formar las microesferas de polímero incluyen, pero no se limitan a, un polímero o copolímero a base de acrilonitrilo, poliestireno, copolímeros de estireno, poli(cloruro de vinilo), copolímeros de cloruro de vinilo, copolímeros de cloruro de vinilideno, y similares. En realizaciones de la presente divulgación, el material de resina termoplástica comprende un polímero o copolímero a base de acrilonitrilo.

Las microesferas de polímero de la presente divulgación también incluyen un agente de expansión encapsulado dentro de la cubierta termoplástica. La inclusión de un agente de expansión permite que las microesferas de polímero se expandan tras calentamiento. El agente de expansión puede ser un agente de expansión físico o un agente de expansión químico. Puede usarse cualquier agente de expansión adecuado siempre que haga que las microesferas de polímero se expandan tras calentamiento. Los agentes de expansión a modo de ejemplo adecuados para su uso en las microesferas de polímero de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, isobutano, isopentano, pentano, y combinaciones de los mismos. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero comprenden (basado en el peso seco) del 1 % al 20 % en peso de agente de expansión, incluyendo del 10 % al 20 % en peso de agente de expansión, del 1 % al 10 % en peso de agente de expansión, e incluyendo también del 5 % al 10 % en peso de agente de expansión.

Las microesferas de polímero de la presente divulgación también incluyen hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica. La cantidad de hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica puede ser de hasta el 5 % en peso (basado en el peso seco) de las microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero comprenden (basado en el peso seco) del 0,1 % al 5 % en peso de hidróxido de magnesio, incluyendo del 0,25 % al 4 % en peso de hidróxido de magnesio, del 0,5 % al 3 % en peso de hidróxido de magnesio, e incluyendo también del 0,75 % al 1,5 % en peso de hidróxido de magnesio.

Las microesferas de polímero de la presente divulgación tienen generalmente un tamaño de partícula promedio (es decir, un diámetro promedio) de 5 micrómetros a 30 micrómetros en un estado no expandido, y un tamaño de partícula promedio de 30 micrómetros a 100 micrómetros en un estado expandido (es decir, tras calentamiento). En general, las microesferas de polímero de la presente divulgación, tras calentamiento, pueden expandirse en una cantidad de 1 a 6 veces su tamaño de partícula original. Además, la expansión de las microesferas de polímero es isotrópica (es decir, en todas las direcciones). La expansión isotrópica de las microesferas de polímero contribuye a la reducción de la permeabilidad y al aumento del calibre de la estera no tejida resultante, a medida que las microesferas de polímero se expanden en las direcciones x, y y z.

Ejemplos de microesferas de polímero disponibles comercialmente que son adecuadas para su uso en la composición de aglutinante de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, microesferas de polímero Expancel 551 WU 40, microesferas de polímero Expancel 909 WU 80 y microesferas de polímero Expancel 043 WU 80, todas disponible de Nouryon (Ámsterdam, Países Bajos).

Las microesferas de polímero pueden estar presentes en la composición de aglutinante en una cantidad de hasta el 30 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero están presentes en la composición de aglutinante en una cantidad del 1 % al 30 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante, incluyendo desde el 1 % hasta el 20 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante, incluyendo desde el 2%hasta el 15%en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante, e incluyendo también desde el 2 % hasta el 12 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En algunas realizaciones a modo de ejemplo, las microesferas de polímero están presentes en una cantidad del 5 % al 10 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante.

En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante de la presente divulgación comprende (basado en el peso seco) del 70 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo y del 1 % al 30 % en peso de microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante de la presente divulgación comprende (basado en el peso seco) del 80 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo y del 1 % al 20 % en peso de microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante de la presente divulgación comprende (basado en el peso seco) del 85 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo y del 1 % al 15 % en peso de microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante de la presente divulgación comprende (basado en el peso seco) del 85 % al 90 % en peso de polímero de policarboxilo y del 5 % al 15 % en peso de microesferas de polímero.

Aunque no se desea limitarse a ninguna teoría, se cree que los grupos ácido carboxílico del polímero de policarboxilo reaccionan con el hidróxido de magnesio presente en la superficie exterior de las microesferas de polímero para formar enlaces químicos (ya sean covalentes, iónicos o de otro tipo) entre el polímero de policarboxilo y las microesferas de polímero. Estos enlaces químicos pueden conducir a una matriz de aglutinante más distribuida e interconectada en una estera no tejida y proporcionar un mecanismo de unión adicional. Esto, a su vez, puede disminuir la permeabilidad y aumentar el calibre de la estera no tejida debido a la mayor distribución del aglutinante en todas las direcciones, así como mejorar la resistencia a la tracción u otras características de rendimiento de la estera no tejida.

Además del polímero de policarboxilo y las microesferas de polímero, la composición de aglutinante de la presente divulgación puede incluir otros componentes. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante de la presente divulgación también incluye una o más fibras de baja densidad, un agente de acoplamiento, un biocida, un agente resistente a la humedad, un agente de supresión de polvo, un extensor, o combinaciones de los mismos. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante de la presente divulgación incluye un agente de acoplamiento y una pluralidad de fibras de baja densidad además del polímero de policarboxilo y las microesferas de polímero.

En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante comprende fibras de baja densidad. El uso de fibras de baja densidad en combinación con el polímero de policarboxilo y las microesferas de polímero en la composición de aglutinante puede reducir adicionalmente la permeabilidad de una estera no tejida basándose en la capacidad de las fibras de baja densidad para ocupar espacios vacíos adicionales en la estera no tejida.

En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad se seleccionan de celulosa microfibrilada (MFC), carbono, mica, microarcilla, micronitruro de boro hexagonal, micrografito, micropulpa de aramida, y combinaciones de los mismos. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad tienen una longitud de fibra promedio de 50 micrómetros a 1 mm, incluyendo una longitud de 100 micrómetros a 500 micrómetros. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad tienen un diámetro de fibra promedio de menos de 20 micrómetros, incluido un diámetro de fibra promedio de 0,1 micrómetros a 20 micrómetros. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad se incorporan a la composición de aglutinante en una cantidad del 0,01 % al 25 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad se incorporan a la composición de aglutinante en una cantidad del 0,1 % al 15 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad se incorporan a la composición de aglutinante en una cantidad del 0,5 % al 10 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad se incorporan a la composición de aglutinante en una cantidad del 0,5 % al 5 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las fibras de baja densidad se incorporan a la composición de aglutinante en una cantidad del 1 % al 2,5 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. Preferiblemente, las fibras de baja densidad son fibras de celulosa microfibrilada que tienen una longitud de fibra promedio de 50 micrómetros a 1 mm y un diámetro de fibra promedio de 0,1 micrómetros a 20 micrómetros. Los ejemplos de fibras de celulosa microfibrilada disponibles comercialmente que son adecuadas para su uso en la composición de aglutinante de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, celulosa microfibrilada Exilva® Forte y celulosa microfibrilada Exilva® Piano, ambas disponibles de Borregaard (Sarpsborg, Noruega).

En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante comprende (basado en el peso seco) del 70 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo, del 1 % al 30 % en peso de microesferas de polímero y del 0,1 % al 25 % en peso de fibras de baja densidad. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante comprende (basado en el peso seco) del 80 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo, del 1 % al 15 % en peso de microesferas de polímero y del 0,1 % al 10 % en peso de fibras de baja densidad. En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante comprende (basado en el peso seco) del 85 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo, del 5 % al 10 % en peso de microesferas de polímero y del 1 % al 5 % en peso de fibras de baja densidad. Preferiblemente, las fibras de baja densidad usadas en las realizaciones anteriores comprenden fibras de celulosa microfibrilada que tienen una longitud de fibra promedio de 50 micrómetros a 1 mm y un diámetro de fibra promedio de 0,1 micrómetros a 20 micrómetros.

Aunque no se desea limitarse a ninguna teoría, se cree que determinadas fibras de baja densidad, tales como fibras de celulosa microfibrilada, son capaces de formar enlaces químicos (ya sean covalentes, iónicos o de otro tipo) con grupos funcionales en la composición de aglutinante o aquellos en las fibras de refuerzo (por ejemplo, grupos hidroxilo en la superficie de fibras de vidrio). Estos enlaces químicos pueden aumentar adicionalmente las características de rendimiento de la estera no tejida proporcionando un mecanismo de unión adicional.

Las microesferas de polímero y las fibras de baja densidad, cuando están presentes, pueden estar presentes en la composición de aglutinante en una variedad de razones en peso. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero y las fibras de baja densidad están presentes en la composición de aglutinante en una razón en peso (basado en el peso seco) de las microesferas de polímero con respecto a las fibras de baja densidad de 1:1 a 20:1. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero y las fibras de baja densidad están presentes en la composición de aglutinante en una razón en peso (basado en el peso seco) de las microesferas de polímero con respecto a las fibras de baja densidad de 1:1 a 10:1. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero y las fibras de baja densidad están presentes en la composición de aglutinante en una razón en peso (basado en el peso seco) de las microesferas de polímero con respecto a las fibras de baja densidad de 1:1 a 5:1. En determinadas realizaciones, las microesferas de polímero y las fibras de baja densidad están presentes en la composición de aglutinante en una razón en peso (basado en el peso seco) de las microesferas de polímero con respecto a las fibras de baja densidad de 1:1 a 2,5:1.

En determinadas realizaciones, la composición de aglutinante puede contener opcionalmente al menos un agente de acoplamiento. En determinadas realizaciones, el agente de acoplamiento es un agente de acoplamiento de silano. El agente de acoplamiento puede estar presente en la composición de aglutinante en una cantidad de desde el 0,01 % hasta el 5 % en peso (basado en el peso seco), desde el 0,01 % hasta el 2,5 % en peso (basado en el peso seco), desde el 0,1 % hasta el 0,5 % en peso (basado en el peso seco), o desde el 0,15 % hasta el 0,25 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante.

Los ejemplos no limitativos de agentes de acoplamiento de silano que pueden usarse en la composición de aglutinante pueden caracterizarse por grupos funcionales que incluyen, pero no se limitan a, alquilo, arilo, amino, epoxi, vinilo, metacriloxilo, ureido, isocianato y mercapto. En determinadas realizaciones, el agente de acoplamiento de silano incluye silanos que contienen uno o más átomos de nitrógeno que tienen uno o más grupos funcionales tales como amina (primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria), amino, imino, amido, imido, ureido o isocianato. Los ejemplos específicos, no limitativos, de agentes de acoplamiento de silano adecuados incluyen, pero no se limitan a, aminosilanos (por ejemplo, y-aminopropiltrietoxisilano y y-aminopropil-trihidroxisilano), epoxi-trialcoxisilanos (por ejemplo, 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano y 3-glicidoxipropiltrietoxisilano), metacril-trialcoxisilanos. (por ejemplo, 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano y 3-metacriloxipropiltrietoxisilano), trialcoxisilanos hidrocarbonados, aminotrihidroxisilanos, epoxi-trihidroxisilanos, metacril-trihidroxisilanos y/o trihidroxisilanos hidrocarbonados.

La composición de aglutinante puede contener opcionalmente aditivos convencionales que incluyen, pero no se limitan a, tintes, pigmentos, cargas, colorantes, estabilizadores frente a UV, estabilizadores térmicos, agentes antiespumantes, antioxidantes, emulsionantes, conservantes (por ejemplo, benzoato de sodio), inhibidores de la corrosión, y mezclas de los mismos. Pueden añadirse otros aditivos a la composición de aglutinante para la mejora del rendimiento de procedimiento y de producto. Tales aditivos incluyen lubricantes, agentes humectantes, tensioactivos, agentes antiestáticos y/o agentes repelentes de agua. Los aditivos pueden estar presentes en la composición de aglutinante desde cantidades traza (tales como menos de aproximadamente el 0,1 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante) hasta aproximadamente el 10 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, los aditivos están presentes en una cantidad del 0,1 % al 5 % en peso (basado en el peso seco) de la composición de aglutinante.

La composición de aglutinante, tal como se aplica durante la fabricación de la estera no tejida, incluye agua para disolver o dispersar los sólidos activos para su aplicación a las fibras de refuerzo. Puede añadirse agua en una cantidad suficiente para diluir la composición de aglutinante hasta una viscosidad que sea adecuada para su aplicación a las fibras de refuerzo y para conseguir el contenido de sólidos deseado en las fibras de refuerzo. En particular, la composición de aglutinante puede contener agua en una cantidad de desde el 50 % hasta el 98 % en peso de la composición de aglutinante total.

En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación comprenden (basado en el peso seco) del 75 % al 90 % en peso de fibras de refuerzo y del 10 % al 25 % en peso de composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación comprenden (basado en el peso seco) del 75 % al 85 % en peso de fibras de refuerzo y del 15 % al 25 % en peso de composición de aglutinante. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación comprenden (basado en el peso seco) del 75 % al 80 % en peso de fibras de refuerzo y del 20 % al 25 % en peso de composición de aglutinante. Tal como apreciará un experto habitual en la técnica, la cantidad de composición de aglutinante presente en las esteras no tejidas de la presente divulgación puede determinarse midiendo la pérdida por calcinación (LOI).

Tal como se demuestra en los ejemplos que siguen, las esteras no tejidas de la presente divulgación presentan una permeabilidad al aire reducida y un calibre aumentado en comparación con esteras no tejidas idénticas por lo demás que no incluyen las microesferas de polímero. Además, las esteras no tejidas de la presente divulgación logran una permeabilidad al aire reducida y un calibre aumentado sin aumentar sustancialmente la LOI (es decir, la cantidad de composición de aglutinante presente en la estera no tejida) o el peso base (es decir, el peso total) de la estera no tejida. La expresión “idénticas por lo demás” cuando se usa para comparar esteras no tejidas en el presente documento significa que las esteras no tejidas que se comparan tienen el mismo tipo y distribución de fibras de refuerzo, la misma<l>O<i>, el mismo peso base y el mismo tipo general de composición de aglutinante (es decir, el polímero de policarboxilo en la composición de aglutinante es el mismo, pero no incluye ninguna microesfera de polímero).

En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen una permeabilidad al aire que es del 5 % al 35 % menor que la de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen una permeabilidad al aire que es del 15 % al 30 % menor que la de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen una permeabilidad al aire que es del 20 % al 30 % menor que la de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen una permeabilidad al aire que es del 25 % al 30 % menor que la de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero.

En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen un calibre que es del 20 % al 55 % mayor que el de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen un calibre que es del 20 % al 40 % mayor que el de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero. En determinadas realizaciones, las esteras no tejidas de la presente divulgación tienen un calibre que es del 20 % al 55 % mayor que el de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero.

Tal como se analizó anteriormente, los conceptos generales de la invención se refieren a un método de formación de una estera no tejida. El método de formación de una estera no tejida de la presente divulgación comprende: a) depositar una suspensión acuosa de fibras de refuerzo sobre una línea de procesamiento para formar una estera depositada por vía húmeda que tiene una primera superficie principal y una segunda superficie principal; b) aplicar una composición de aglutinante a al menos una de la primera superficie principal y la segunda superficie principal de la estera depositada por vía húmeda, en el que la composición de aglutinante comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero, en el que cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica; y c) calentar la estera depositada por vía húmeda para curar la composición de aglutinante y hacer que las microesferas de polímero se expandan, formando de ese modo la estera no tejida.

Una o más cualesquiera de las fibras de refuerzo dadas a conocer en el presente documento pueden usarse en los métodos de la presente divulgación. Preferiblemente, las fibras de refuerzo comprenden fibras de vidrio. En determinadas realizaciones, las fibras de refuerzo se proporcionan a un aparato transportador tal como un transportador mediante un contenedor de almacenamiento para su suministro a un tanque de mezclado que contiene diversos tensioactivos, modificadores de la viscosidad, agentes desespumantes y/u otros agentes químicos, con agitación para dispersar las fibras de refuerzo y para formar una suspensión acuosa de fibras de refuerzo.

Según el método de la presente divulgación, se deposita la suspensión de fibras de refuerzo sobre una línea de procesamiento para formar una estera depositada por vía húmeda que tiene una primera superficie principal y una segunda superficie principal. La línea de procesamiento puede ser cualquier aparato de formación adecuado capaz de formar una estera depositada por vía húmeda que incluye, pero no se limita a, un tamiz móvil o alambre de formación en una máquina formadora de alambre inclinada, cilindros de alambre, máquinas de Fourdrinier, formadoras Stevens, formadoras Roto, formadoras Inver o máquinas formadoras Venti. Mientras está en la línea de procesamiento, una porción sustancial del agua de la suspensión de fibras de refuerzo se elimina para formar una estera dispuesta por vía húmeda de fibras entrelazadas y orientadas aleatoriamente. La estera depositada por vía húmeda tiene una primera superficie principal (por ejemplo, una superficie superior) y una segunda superficie principal (por ejemplo, una superficie inferior). El agua puede eliminarse de la estera húmeda mediante un sistema de succión de aire o vacío convencional.

El método de la presente divulgación también incluye aplicar la composición de aglutinante a al menos una de la primera superficie principal y la segunda superficie principal de la estera depositada por vía húmeda. La composición de aglutinante puede ser cualquiera de las composiciones de aglutinante descritas previamente en el presente documento. La composición de aglutinante puede aplicarse a la estera depositada por vía húmeda usando un método de aplicación adecuado que incluye, pero no se limita a, un alambre de aglutinante, un aplicador por pulverización, una recubridora de cortina y un aplicador de fular.

Según el método de la presente divulgación, después de aplicar la composición de aglutinante a la estera depositada por vía húmeda, se calienta la estera depositada por vía húmeda para eliminar cualquier cantidad de agua residual, curar la composición de aglutinante y hacer que las microesferas de polímero se expandan, formando de ese modo la estera no tejida. La etapa de calentar la estera depositada por vía húmeda puede realizarse usando cualquier método de calentamiento o secado conocido. Los métodos de calentamiento adecuados que pueden usarse en el método de la presente divulgación incluyen, pero no se limitan a, un horno u secador rotatorio/de aire pasante, un secador de tambor calentado, una fuente de calentamiento por infrarrojos, un soplador de aire caliente y una fuente emisora de microondas. En determinadas realizaciones, la etapa de calentamiento comprende exponer la estera depositada por vía húmeda que tiene la composición de aglutinante aplicada a la misma a una temperatura de 150 °C a 250 °C durante un periodo de tiempo de hasta 30 segundos.

Los conceptos generales de la invención también contemplan las esteras no tejidas descritas en el presente documento como parte de un panel de construcción que comprende un sustrato tal como yeso o espuma (poliiso). Las esteras no tejidas dadas a conocer en el presente documento son particularmente adecuadas para su uso como capa de revestimiento para paneles compuestos por yeso y/o espuma debido a la permeabilidad al aire reducida y al calibre aumentado resultantes de la composición de aglutinante que incluye un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero. Las esteras no tejidas con permeabilidad al aire reducida y calibre aumentado pueden reducir o impedir la exudación a su través del material de yeso o de espuma. En particular, una permeabilidad al aire reducida significa que la estera no tejida tiene menos espacio vacío que permitiría que penetrara el material de yeso o de espuma. Además, una estera no tejida con calibre aumentado puede reducir o impedir la exudación a su través del material de yeso o de espuma basándose en la mayor distancia que el material tendría que recorrer para alcanzar una superficie opuesta.

Aunque los conceptos generales de la invención se han descrito en el contexto de esteras no tejidas, los conceptos generales de la invención se aplican igualmente a otros materiales no tejidos que incorporan una composición de aglutinante incluyendo, por ejemplo, aislamiento fibroso. El aislamiento fibroso se fabrica normalmente fibrando una composición fundida de vidrio, roca, escoria y/o polímero e hilando fibras finas a partir de un aparato de fibrado, tal como una hiladora rotatoria. Para formar un producto aislante, las fibras producidas por la hiladora rotatoria son arrastradas hacia abajo desde la hiladora hacia un transportador mediante un soplador. A medida que las fibras se mueven hacia abajo, se pulveriza una composición de aglutinante sobre las fibras y se recogen las fibras en una manta continua voluminosa sobre el transportador. La manta que contiene las fibras recubiertas con aglutinante se hace pasar luego a través de un horno de curado y se cura el aglutinante. Después de que el aglutinante se haya curado, el aislamiento fibroso puede cortarse en tramos para formar productos de aislamiento individuales, y los productos de aislamiento pueden empaquetarse para su envío a las ubicaciones de cliente.

En una realización a modo de ejemplo, los conceptos generales de la invención se refieren a un producto aislante fibroso. El producto aislante fibroso comprende una pluralidad de fibras orientadas aleatoriamente y una composición de aglutinante aplicada a al menos una porción de las fibras. La composición de aglutinante comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero. Cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica. La composición de aglutinante puede formularse según una cualquiera de las realizaciones de la composición de aglutinante descritas anteriormente.

Aunque en el presente documento se describen realizaciones particulares, un experto habitual en la técnica reconocerá que son posibles otras combinaciones de elementos y estarán dentro del alcance de los conceptos generales de la invención. Asimismo, un experto habitual en la técnica entenderá que las diversas realizaciones de esteras no tejidas descritas en el presente documento son adecuadas para su uso en una variedad de aplicaciones.

Ejemplos

Para describir más a fondo los conceptos generales de la invención, se proporcionan los siguientes ejemplos. En particular, los ejemplos describen diversas esteras no tejidas preparadas usando composiciones de aglutinante según los conceptos generales de la invención.

Ejemplo 1

En este ejemplo, se formaron y compararon una estera no tejida según la presente divulgación (estera de muestra 1) y una estera no tejida de control (estera de control 1). Tanto la estera de muestra 1 como la estera de control 1 comprendían una mezcla del 60 % en peso de fibras de vidrio de 13 micrómetros y el 40 % en peso de fibras de 10 micrómetros (basado en el peso total de las fibras de vidrio). Además, la estera de muestra 1 y la estera de control 1 tenían, cada una, un peso base de 1,5 libras/100 pies2 (1 libra/pie2 = 4882,43 g/m2) y una LOI del 22 %. La composición de aglutinante usada para formar la estera de muestra 1 incluía el 5 % en peso (basado en el peso seco) de microesferas de polímero (Expancel 55 1WU40). La composición de aglutinante usada para formar la estera de control 1 era idéntica, por lo demás, a la composición de aglutinante usada para formar la estera de muestra 1, pero no incluía ninguna microesfera de polímero. Las composiciones de aglutinantes tanto para la estera de control 1 como para la estera de muestra 1 se basaron en QR1629S de Dow Chemical (Filadelfia, PA).

Se sometió a prueba la permeabilidad al aire de la estera de muestra 1 y de la estera de control 1 según la norma ASTM D737: Método de prueba estándar para la permeabilidad al aire de telas textiles. La estera de control 1 tenía una permeabilidad al aire de 635 CFM (1 CFM = 5,08 l/m2/s), mientras que la estera de muestra 1 tenía una permeabilidad al aire de 518 CFM. Por tanto, la estera de muestra 1 tenía una permeabilidad al aire que era un 18 % menor que la estera de control 1, lo que indica que la estera de muestra 1 estaba más cerrada (es decir, menos espacios abiertos o vacíos) en comparación con la estera de control 1.

Ejemplo 2

En este ejemplo, se formaron y compararon una estera no tejida según la presente divulgación (estera de muestra 2) y una estera no tejida de control (estera de control 2). Tanto la estera de muestra 2 como la estera de control 2 comprendían una mezcla del 60 % en peso de fibras de vidrio de 13 micrómetros que tenían una longitud promedio de 19,05 mm (0,75 pulgadas) y e l40 % en peso de fibras de 10 micrómetros que tenían una longitud promedio de

10 mm (0,39 pulgadas). (porcentajes basados en el peso total de las fibras de vidrio). Además, la estera de muestra

2 y la estera de control 2 tenían, cada una, un peso base de aproximadamente 1,5 libras/100 pies2 y una LOI de aproximadamente el 21 %. La composición de aglutinante usada para formar la estera de muestra 2 incluía el 10 % en peso (basado en el peso seco) de microesferas de polímero (Expancel 551WU40). La composición de aglutinante usada para formar la estera de control 2 era idéntica, por lo demás, a la composición de aglutinante usada para formar la estera de muestra 2, pero no incluía ninguna microesfera de polímero. Las composiciones de aglutinante tanto para la estera de control 2 como para la estera de muestra 2 se basaron en QR1629S de Dow Chemical (Filadelfia, PA) e incluían aproximadamente el 2 % en peso (basado en el peso seco) de fibras de celulosa microfibrilada.

Se sometió a prueba la permeabilidad al aire de la estera de muestra 2 y de la estera de control 2 según la norma ASTM D737: Método de prueba estándar para la permeabilidad al aire de telas textiles. La estera de control 2 tenía una permeabilidad al aire de aproximadamente 620 CFM, mientras que la estera de muestra 2 tenía una permeabilidad al aire de aproximadamente 538 CFM. Por tanto, la estera de muestra 2 tenía una permeabilidad al aire que era un 13 % menor que la estera de control 2, lo que indica que la estera de muestra 2 estaba más cerrada

(es decir, menos espacios abiertos o vacíos) en comparación con la estera de control 2.

También se sometió a prueba el calibre de la estera de muestra 2 y de la estera de control 2 según la norma ASTM D1777: Método de prueba estándar para el grosor de materiales textiles. En particular, se sometió a prueba el calibre usando un micrómetro cíclico automático motorizado que produce una presión de 2,75 psi (1 psi = 6894,76 Pa) sobre la muestra que está sometiéndose a prueba. La estera de muestra 2 tenía un calibre promedio de 0,811 mm, mientras que la estera de control 2 tenía un calibre promedio de 0,585 mm. Por tanto, la estera de muestra 2 tenía un calibre aproximadamente un 39 % mayor que la estera de control 2.

Ejemplo 3

En este ejemplo, se formaron y compararon esteras no tejidas según la presente divulgación (estera de muestra 3 y estera de muestra 4) y una estera no tejida de control (estera de control 3). Se formaron todas las esteras usando fibras de vidrio de 10 micrómetros que tenían una longitud de 10 mm. Además, todas las esteras tenían un peso base de aproximadamente 1,5 libras/100 pies2 y una LOI de aproximadamente el 24 %. La composición de aglutinante usada para formar la estera de muestra 3 se basó en QR1629S de Dow Chemical (Filadelfia, PA) e incluía el 5 % en peso (basado en el peso seco) de microesferas de polímero (Expancel 551WU40) y el 2 % en peso (basado en el peso seco) de fibras de celulosa microfibrilada. La composición de aglutinante usada para formar la estera de muestra 4 fue la misma que la de la estera de muestra 3, pero se usó un grado diferente de microesferas de polímero (Expancel 043WU80). La composición de aglutinante usada para formar la estera de control 3 era idéntica, por lo demás, a las composiciones de aglutinante usadas para formar las esteras de muestra 3 y 4, pero no incluía ninguna microesfera de polímero.

Se midió el calibre de cada estera según la norma ASTM D1777: Método de prueba estándar para el grosor de materiales textiles. En particular, se sometió a prueba el calibre usando un micrómetro cíclico automático motorizado que produce una presión de 2,75 psi sobre la muestra que está sometiéndose a prueba. La estera de control 3 tenía un calibre de aproximadamente 0,577 mm, mientras que las esteras de muestra 3 y 4 tenían un calibre de 0,709 mm y 0,88 mm, respectivamente. Por tanto, las esteras de muestra 3 y 4 presentaron calibres que eran aproximadamente un 23 % mayores y aproximadamente un 52 % mayores, respectivamente, en comparación con la estera de control 3.

Se midió la permeabilidad al aire de cada estera según la norma ASTM D737: Método de prueba estándar para la permeabilidad al aire de telas textiles. La estera de control 3 tenía una permeabilidad al aire de aproximadamente

562 CFM, mientras que las esteras de muestra 3 y 4 tenían una permeabilidad al aire de aproximadamente 520,5 CFM y 538,5 CFM, respectivamente. Por tanto, las esteras de muestra 3 y 4 tenían permeabilidades al aire que eran aproximadamente un 7%menores y aproximadamente un 4%menores, respectivamente, en comparación con la estera de control 3, lo que indica que las esteras de muestra 3 y 4 estaban más cerradas (es decir, menos espacios abiertos o vacíos). en comparación con la estera de control 3.

Ejemplo 4

En este ejemplo, se formaron y compararon esteras no tejidas según la presente divulgación (estera de muestra 5 y estera de muestra 6) y una estera no tejida de control (estera de control 4). Se formaron todas las esteras usando fibras de vidrio de 13 micrómetros que tenían una longitud de 19,05 mm (0,75 pulgadas). Además, la estera de muestra 5 y la estera de control 4 tenían un peso base de aproximadamente 1,5 libras/100 pies2, la estera de muestra 6 tenía un peso base de aproximadamente 2 libras/100 pies2 y todas las esteras tenían una LOI objetivo del 20 %. La composición de aglutinante usada para formar las esteras de muestra 5 y 6 se basó en Carboset® 3076 de Lubrizol Advanced Materials, Inc. (Brecksville, OH) e incluían el 5 % en peso (basado en el peso seco) de microesferas de polímero (Expancel 551WU40). La composición de aglutinante usada para formar la estera de control 4 era idéntica, por lo demás, a las composiciones de aglutinante usadas para formar las esteras de muestra 5 y 6, pero no incluía ninguna microesfera de polímero.

Se midió la permeabilidad al aire de cada estera según la norma ASTM D737: Método de prueba estándar para la permeabilidad al aire de telas textiles. La estera de control 4 tenía una permeabilidad al aire de aproximadamente 2.026,75 l/m2/s, y las esteras de muestra 5 y 6 tenían permeabilidades al aire de aproximadamente 2.149,25 l/m2/s y 1.800 l/m2/s, respectivamente.

Se midió el calibre de cada estera según la norma ASTM D1777: Método de prueba estándar para el grosor de materiales textiles. En particular, se sometió a prueba el calibre usando un micrómetro cíclico automático motorizado que produce una presión de 2,75 psi sobre la muestra que está sometiéndose a prueba. La estera de control 4 tenía un calibre de aproximadamente 1,18 mm, y las esteras de muestra 5 y 6 tenían calibres de aproximadamente 1,01 mm y aproximadamente 1,39 mm, respectivamente.

Al formar las esteras, se tuvo en cuenta el contenido de sólidos aportados por las microesferas de polímero. Por ejemplo, para lograr una LOI objetivo del 20 %, era necesario que hubiera contenido orgánico quemado del 25 % en las pruebas de LOI, ya que las microesferas de polímero aportan el 5 % al peso seco de la composición de aglutinante. Sin embargo, para este ejemplo, la LOI promedio lograda fue de aproximadamente el 21,4 % (frente al 25 %). Durante la producción de las esteras en este ejemplo, se descubrió que las esteras no podían curarse eficazmente, incluso después de que la temperatura de curado se aumentara hasta 260 °C (500 °F). Al evaluar las esteras mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM) mediante un procedimiento de obtención de imágenes por electrones retrodispersados (BSE), se descubrió que las microesferas de polímero se habían roto. Después de romperse, las microesferas de polímero no tendrían mucho impacto sobre la permeabilidad al aire o el calibre de la estera. Se concluyó que las microesferas de polímero no podían sobrevivir a las condiciones de curado usadas.

Tal como se da a conocer y sugiere en el presente documento, los conceptos generales de la invención se refieren a y contemplan una composición de aglutinante mejorada y esteras no tejidas preparadas usando la composición de aglutinante. Además, no se pretende que el alcance de los conceptos generales de la invención se limite a las realizaciones a modo de ejemplo particulares mostradas y descritas en el presente documento. A partir de la divulgación proporcionada, los expertos habituales en la técnica no sólo comprenderán los conceptos generales de la invención y las ventajas que los acompañan, sino que también encontrarán diversos cambios y modificaciones evidentes a los métodos y sistemas dados a conocer. Por tanto, se busca cubrir todos los cambios y modificaciones que se encuentran dentro del alcance de los conceptos generales de la invención, tal como se describe y sugiere en este documento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Estera no tejida, que comprende:

una pluralidad de fibras de refuerzo; y

una composición de aglutinante que comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero,

en la que cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica.

2. Estera no tejida según la reivindicación 1, en la que la pluralidad de fibras de refuerzo comprenden al menos una de fibras de vidrio, fibras minerales, fibras de carbono, fibras sintéticas y fibras de cerámica.

3. Estera no tejida según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el polímero de policarboxilo se selecciona del grupo que consiste en:

un homopolímero o un copolímero preparado a partir de uno o más ácidos carboxílicos insaturados seleccionados del grupo que consiste en ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaleico, ácido itacónico, ácido 2-metilitacónico y ácido a,p-metilenglutárico;

un homopolímero o un copolímero preparado a partir de uno o más anhídridos insaturados seleccionados del grupo que consiste en anhídrido maleico, anhídrido itacónico, anhídrido acrílico y anhídrido metacrílico; y

un copolímero de uno o más ácidos carboxílicos insaturados o anhídridos insaturados y uno o más compuestos vinílicos seleccionados del grupo que consiste en estireno, a-metilestireno, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de n-butilo, acrilato de isobutilo, metacrilato de metilo, metacrilato de n-butilo, metacrilato de isobutilo, metacrilato de glicidilo, vinil metil éter y acetato de vinilo.

4. Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el polímero de policarboxilo comprende un homopolímero o un copolímero de ácido acrílico.

5. Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la estera no tejida comprende, basado en el peso seco, del 75 % al 90 % en peso de fibras de refuerzo y del 10 % al 25 % en peso de composición de aglutinante.

6. Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la composición de aglutinante comprende, basado en el peso seco, del 70 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo y del 1 % al 30 % en peso de microesferas de polímero.

7. Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las microesferas de polímero comprenden, basado en el peso seco, del 0,1 % al 5 % en peso de hidróxido de magnesio.

8. Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la pluralidad de fibras de refuerzo comprende una mezcla del 50 % al 70 % en peso de primeras fibras de vidrio y del 30 % al 50 % en peso de segundas fibras de vidrio, en la que las primeras fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 13 micrómetros y las segundas fibras de vidrio tienen un diámetro de fibra promedio de 10 micrómetros.

9. Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la composición de aglutinante comprende además una pluralidad de fibras de baja densidad seleccionadas del grupo que consiste en celulosa microfibrilada, carbono, mica, microarcilla, micrografito, micronitruro de boro hexagonal, micropulpa de aramida, y combinaciones de los mismos.

10. Estera no tejida según la reivindicación 9, en la que la composición de aglutinante comprende, basado en el peso seco, del 70 % al 95 % en peso de polímero de policarboxilo, del 1 % al 30 % en peso de microesferas de polímero y del 0,1 % al 25 % en peso de fibras de baja densidad.

11. Estera no tejida según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en la que las fibras de baja densidad tienen una longitud de fibra promedio de 50 micrómetros a 1 mm y un diámetro de fibra promedio de 0,1 micrómetros a 20 micrómetros.

Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en la que la razón en peso de las microesferas de polímero con respecto a las fibras de baja densidad es de 1:1 a 20:1.

Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la estera no tejida tiene un calibre que es del 20 % al 55 % mayor que el de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero.

Estera no tejida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la estera no tejida tiene una permeabilidad al aire que es del 5 % al 35 % menor que la de una estera no tejida idéntica por lo demás que no incluye las microesferas de polímero.

Método de formación de una estera no tejida, comprendiendo el método:

a) depositar una suspensión acuosa de fibras de refuerzo sobre una línea de procesamiento para formar una estera depositada por vía húmeda que tiene una primera superficie principal y una segunda superficie principal;

b) aplicar una composición de aglutinante a al menos una de la primera superficie principal y la segunda superficie principal de la estera depositada por vía húmeda, en el que la composición de aglutinante comprende un polímero de policarboxilo y una pluralidad de microesferas de polímero, en el que cada una de las microesferas de polímero comprende una cubierta termoplástica que encapsula un agente de expansión, e hidróxido de magnesio distribuido por toda la cubierta termoplástica; y

c) calentar la estera depositada por vía húmeda para curar la composición de aglutinante y hacer que las microesferas de polímero se expandan, formando de ese modo la estera no tejida.