ITMI20012108A1 - Produzione di tessuto non tessuto scamosciato con microfibra ad elevata elasticita' - Google Patents
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Description
Domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
“PRODUZIONE DI TESSUTO E TESSUTO NON TESSUTO SCAMOSCIATO CON MICROFIBRA AD ELEVATA ELASTICITÀ”
La presente invenzione riguarda un processo di produzione di tessuti e tessuti-non tessuti microfibrosi scamosciati caratterizzati da elevata deformabilità ed elasticità, tingibili a temperature relativamente basse e con elevate caratteristiche tintoriali (solidità del colore ai lavaggi, agli sfregamenti ed alla luce).
In particolare la presente invenzione si riferisce all'impiego di un particolare polimero che, quando usato come componente microfibrosa nella preparazione del feltro del tessuto non tessuto, impartisce qualità superiori al prodotto finito.
Sono noti i processi di preparazione di tessuti non tessuti che hanno l'aspetto e le caratteristiche della pelle scamosciata e che, inoltre, presentano caratteristiche di resistenza meccanica e contro l'azione di solventi e aggressivi chimici in genere, superiori a quelle del prodotto naturale. Questi processi sono descritti in molti documenti dello stato della tecnica e in particolare nei brevetti italiani 905.222, 921.871 e nel brevetto US -A-3.53 1.368 e in genere comportano i seguenti stadi:
a) preparazione di una microfibra costituita tipicamente da polietilen tereftalato, da nylon 6 o nylon 6,6 o da altri materiali normalmente utilizzati in campo tessile; b) preparazione, mediante agugliatura, di un feltro comprendente la microfibra sopra indicata.
c) impregnazione del feltro con leganti polimerici,
d) trattamento meccanico per generare l’effetto scamosciato;
e) tintura del tessuto non tessuto.
L'elenco degli stadi riportati è notevolmente semplificato in quanto altri stadi assai importanti devono essere previsti, sia dopo lo stadio d), sia inseriti fra gli stadi summenzionati. In particolare la preparazione della microfibra, che è uno stadio critico nella preparazione del tessuto non tessuto microfibroso, può essere vantaggiosamente realizzata mediante coestrusione del polimero scelto con altro polimero attraverso una filiera con particolari fori in modo tale che la fibra bicomposta si presenti in sezione come un insieme di microfibre circondate dal polimero coestruso. (isole nel mare). Sono previsti vari trattamenti della fibra estrusa per separare la microfibra dal polimero che la circonda. I prodotti ottenuti con la serie di stadi sopra definiti e descritti in alcuni dei brevetti citati hanno buone caratteristiche fisico-meccaniche e tessili. Si deve tuttavia notare che il prodotto finale, costituito da fibre (microfibre) impregnate in un legante polimerico che conferisce l'aspetto della pelle scamosciata ed è generalmente poliuretano, risente dei pregi e difetti propri dei suoi componenti ed in particolare della microfibra utilizzata.
Come è stato accennato sopra, i polimeri comunemente utilizzati per la produzione di microfibre sono il polietilen-terefìalato (PET) ed il Nylon (6 o 6.6). Il PET offre il vantaggio di garantire elevate caratteristiche tintoriali al prodotto finito, anche se il processo di tintura deve essere condotto ad alte temperature (> 120 °C) con ricadute sulle caratteristiche meccaniche.
Inoltre le proprietà intrinseche del PET non consentono di ottenere prodotti con elevati valori di deformabilità ed elasticità.
La presente invenzione è diretta ad un polimero che può essere trasformato in fibra o microfibra che non presenti i difetti del PET visti sopra. In particolare la fibra o la microfibra utilizzate, secondo la presente invenzione come costituenti di tessuti scamosciati conferisce a questi notevoli caratteristiche di deformabilità ed elasticità. In aggiunta, i prodotti greggi mostrano una ottima tingibilità anche con trattamenti effettuati a temperature relativamente basse, mantenendo così le elevate caratteristiche meccaniche dell’intermedio prima della tintura, e, una volta tinti, presentano proprietà tintoriali ai livelli di quelle dei prodotti base PET.
L'oggetto della presente invenzione si consegue usando come polimero per la preparazione delle microfibre, che costituiscono il tessuto non tessuto, un poliestere costituito da unità monomeriche ripetute di tereftalato di trimetilene (PTT), di formula:
dove n è un numero compreso fra 30 e 300.
Il PTT presenta una elevata deformabilità accanto ad un elevato ritorno elastico. Cioè i manufatti preparati con le fibre di PTT hanno la possibilità di deformarsi notevolmente, ma, una volta terminata l'azione che causava la deformazione, essi riprendono la loro forma originale Queste proprietà meccaniche sono particolarmente apprezzate nell'area di impiego dei tessuti non-tessuti microfibrosi scamosciati della presente invenzione, particolarmente nell'area tecnologica dei rivestimenti di interni, di automobili, deH'arredamento e dell'abbigliamento.
Come accennato sopra le fibre in PTT possono essere tinte utilizzando trattamenti di tintura a temperature alquanto più basse di quelle richieste dal PET , pertanto le fibre e le microfibre, quindi i prodotti ottenuti dal PTT, oltre a presentare una buona capacità di tintura, assicurano il mantenimento delle caratteristiche meccaniche del prodotto greggio.
Il politrimetilen tereftalato è oggi facilmente reperibile, e si ottiene per reazione fra l'acido tereftalico o un suo estere ed il glicole propilenico. In letteratura sono stati descritti molti metodi di preparazione dei polimeri e copolimeri del PTT.
Le tecnologie di filatura utilizzate per la preparazione di fibre o microfibre contenenti il PET possono essere utilizzate anche per ottenere fibre bicomposte e microfibre di PTT. Queste hanno un duplice scopo:
1. garantire la continuità di filatura
2. ottenere un prodotto in grado di resistere allo stress meccanico indotto dal processo di trasformazione in feltro (cardatura, agugliatura) o dalle lavorazioni al telaio.
I suddetti scopi possono vengono convenzionalmente raggiunti attraverso l’utilizzo delle cosiddette fibre coniugate, cioè di fibre di più elevata denaratura (> 1 den) ottenute coestrudendo due o più polimeri di differente natura chimica. Le fibre coestruse, una volta trasformate in fiocco mediante stiro a freddo, cretatura e taglio, vengono sottoposte a cardatura ed agugliatura per essere trasformate in feltro o sono lavorate per dare luogo ad un tessuto. Solamente a questo punto si genera la microfibra separando i due polimeri con opportuni trattamenti meccanici o chimici (riscaldamento, estrazione con solvente, rigonfiamento selettivo, utilizzo di getti di acqua ad elevata pressione...). Si può anche procedere alla filatura monocomponente delle fibre a basso titolo o microfibre, seguita da tecnologia di distribuzione multistrato (come per la produzione di carta da microfibra di cellulosa) ed agugliatura ad acqua.
In tutti i casi è possibile inserire un supporto tessile interno alla struttura (tela o maglia) mediante laminazione ed agugliatura.
L’utilizzo del PTT permette di ottenere prodotti con elevata elasticità (pari o superiore a quella dei prodotti a base di Nylon) unita ad ottime proprietà tintoriali, operando a condizioni relativamente blande di tintura; questo in virtù delle caratteristiche proprie, del polimero, che possono essere così riassunte:
• elevata deformabilità sotto sforzo unita a comportamento elastico
• basso valore di temperatura di transizione vetrosa (50 °C contro gli 80 °C del PET) che garantisce più basse temperature di tintura
• buona affinità verso i coloranti dispersi, con conseguente esaltazione delle caratteristiche tintoriali.
La procedura completa di produzione dei prodotti oggetto della presente invenzione è descritta di seguito con riferimento alla figura unica nella quale sono riportate a titolo di esempio non limitativo alcune sezioni di filiera di filatura.
a) Produzione della fibra bicomposta che si realizza mediante coestrusione del polimero che costituisce la microfibra (PTT) e di uno o più componenti ausiliari, che possono essere poliesteri modificati, poliammidi, polistireni ed in generale tutti i polimeri filabili che hanno come caratteristica la capacità di essere allontanati dalla fibra bicomposta e liberare la microfibra di PTT. La separazione della microfibra dalla fibra coestrusa può essere realizzata con qualunque metodo noto per via meccanica o per via fisica. Tipicamente l'allontanamento del polimero coestruso si realizza grazie alla sua maggiore solubilità rispetto al PTT in determinati solventi. Al componente ausiliario possono essere aggiunti opportuni plastificanti allo scopo di ottimizzarne le caratteristiche reologiche. Il rapporto tra il PTT e il polimero l’ausiliario à vantaggiosamente compreso tra 20/80 e 80/20.
Il titolo della fibra di filatura è compreso tra 8 e 15 den.
La fibra viene poi sottoposta a stiro (rapporto di stiro compreso tra 1.5 e 4) in uno o due step di stiro. Si procede quindi a crettatura e taglio per dare luogo al fiocco.
b) Preparazione del feltro con la fibra bicomposta
c) Impregnazione del feltro con alcol polivinilico (PVA)
Si possono utilizzare PVA caratterizzati da valori di saponificazione percentuali compresi tra 80 e 99.9%. processo di applicazione del PVA è preceduto da uno step di rientro dimensionale in acqua calda eseguito a temperature comprese tra 80 e 100°C. Detto rientro può anche essere effettuato nel bagno di impregnazione con alcol polivinilico operando alle medesime temperature.
La percentuale di PVA nel prodotto impregnato varia dal 10 al 35%.
Nel caso di prodotti ad elevato valore di saponificazione l’essiccamento del PVA dopo impregnazione deve essere seguito da un trattamento termico a 180÷220°C per esaltarne le caratteristiche di insolubilità in acqua. Si può aumentare l’insolubilità in acqua del PVA anche addizionando opportuni agenti reticolanti quali acido borico, titanati, zirconati.
d) Separazione della microfibra dal componente ausiliario.
Questa operazione può essere effettuata prima o dopo l’applicazione del PVA.
Si può operare provocando una dissoluzione o un rigonfiamento del componente ausiliario, utilizzando, a seconda delle sue caratteristiche, solventi organici (idrocarburi alogenati, aromatici, alcoli, chetoni, acidi carbossilici, fenoli) o soluzioni acquose neutre, acide o alcaline.
Alternativamente si può effettuare un trattamento termico o meccanico (fibrillazione) finalizzato alla separazione della microfibra o si può operare utilizzando getti di acqua ad elevata pressione (fino a 400 bar).
e) Impregnazione con poliuretano
Il poliuretano utilizzato può essere in soluzione di solvente organico (dimetilformammide, dimetilacetammide) o disperso in acqua.
Si utilizzano polimeri contenenti isocianati aromatici o alifatici e polioli di tipo polietere, poliestere, policarbonato ed acrilici. Per i polimeri dispersi in acqua possono essere utilizzati emulsionanti esterni (tensioattivi anionici, cationici o non ionici) o interni (co-monomeri) di tipo anionico o cationico. In entrambi i casi (soluzione organica o dispersione acquosa) i polimeri sono estesi con animine alifatiche, aromatiche (generate per idrolisi degli isocianati con acqua) o con glicoli alifatici o aromatici.
Nei prodotto in dispersione acquosa può essere aggiunto un opportuno agente reticolante per migliorarne le caratteristiche meccaniche.
Il contenuto di poliuretano sul prodotto finito è del 15÷45%.
f) Coagulo del poliuretano in soluzioni di solvente organico/acqua con concentrazione di solvente da 0 a 50% e temperature da 20 a 50°C e successiva asciugatura in forno. In alternativa il prodotto può essere fissato mediante essiccamento diretto in forno. Per ottimizzare la distribuzione del poliuretano in dispersione acquosa il processo di essiccamento può essere eseguito in opportuni riscaldatori a microonde e può essere preceduto da uno step di vaporissaggio in forno alimentato con vapore saturo.
Al processo di essiccamento o coagulo può seguire un trattamento termico ad elevata temperatura allo scopo di consentire la reticolazione del poliuretano.
g) Estrazione dell’alcol polivinilico in acqua a temperature tra i 70 ed i 100°C. h) Applicazione di emulsione siliconica ed agenti antistatici per impregnazione (fino all’1% di solido sul prodotto intermedio).
i) Taglio in due lungo la sezione (splitting) e smerigliatura (buffing).
j) Tintura con coloranti dispersi e/o premetallizati.
k) Applicazione di agenti fìnissanti (ammorbidenti, antistatici, ignifuganti).
Tessuti non tessuti di più elevate caratteristiche meccaniche possono essere ottenuti per laminazione di due strati esterni di fiocco base PTT con un supporto interno tipo tela o maglia in cotone, poliestere o acrilico o per accoppiatura a caldo del prodotto finito con un supporto tessile.
Qualora il supporto tessile sia intrinsecamente elastico (utilizzo di fibre poliuretaniche) le caratteristiche di deformabilità ed elasticità impartite dalla microfibra al prodotto finito vengono ulteriormente esaltate.
In alternativa al suddetto processo è possibile realizzare prodotti tessuti a partire dalla fibra stirata, liberare la microfibra secondo i metodi già visti, quindi procedere ad impregnazione con poliuretano, trattamenti meccanici per valorizzarne la superficie (effetto scamosciato), tintura e finissaggio.
L’utilizzo di miscele binarie o ternarie di PTT con altri poliesteri (PET, PBT) consente di raggiungere buoni livelli di elasticità. Le suddette miscele possono essere realizzate in uno o più dei metodi di seguito riportati:
1. Co-estrusione di granuli dei diversi poliesteri in rapporti ponderali variabili tra 0 e 95%.
2. Miscelazione in fase di stiro-crettatura di fibre bicomposte aventi come componente base i singoli poliesteri (rapporti ponderali tra 0 e 95%).
3. Miscelazione di fiocco a base dei singoli poliesteri prima della cardatura (rapporti ponderali tra 0 e 95%).
ESEMPIO 1 (confronto tra prodotto standard base PET e prodotto base PTT).
Viene preparata una fibra in fiocco formata da microfibre del componente base (rispettivamente PET, PTT) in una matrice polistirenica (fibra “isole-mare” ottenute utilizzando una filiera avente la sezione identificata con 1 nella figura) attraverso un processo di filatura che prevede i seguenti step:
• Essiccamento dei granuli di poliestere sotto vuoto (20 mmHg) a 100°C per 6 ore, quindi a 155°C per 8 ore.
• Estrusione e filatura da fuso nelle condizioni base di seguito
In particolare la fibra è composta da 57 parti in peso di PET e da 43 parti di polistirene • Finitura delle fibre di filatura: stiro (rapporto di stiro = 2.5 ad una temperatura di stiro di 115°C) - cretatura - asciugatura - taglio, ottenendo un fiocco con le seguenti caratteristiche:
Titolo = 3.9 den
Lunghezza = 51 mm
Arricciature = circa 4/cm
Caratteristiche meccaniche della fibra stirata
Dopo estrazione del componente mare con tricloroetilene si osservano le seguenti caratteristiche meccaniche della fibra
Con il fiocco ottenuto si produce un primo feltro per cardatura e si procede a successiva agugliatura fino ad ottenere un feltro finito con densità di 0.2 g/cm .
Il feltro viene quindi impregnato con una soluzione di alcol polivinilico (PVA) in acqua (12% in peso), ad elevata temperatura (95°C) per effettuare anche un rientro dimensionale.
Il prodotto viene essiccato in forno e si procede quindi alla dissoluzione del componente mare (polistirene) con tricloroetilene.
Lo step successivo è l’impregnazione dell’intermedio con poliuretano in soluzione di dimetilformammide (12.5% in peso), ed il successivo coagulo in soluzione acquosa. L’alcol polivinilico viene estratto con acqua a 80°C e, sul prodotto umido si applica una miscela di silicone ed antistatico (polialchilen-poliammide quatemizzata) in dispersione acquosa (0.2% in peso per entrambi) ed infine si procede ad asciugatura in forno.
La pezza viene infine tagliata in due nella sezione, smerigliata e sottoposta a tintura con coloranti dispersi.
Il prodotto finito a base di PTT presenta in media valori di deformazione sotto sforzo dinamico (50 N) aumentati del 40% rispetto allo standard (PET).
ESEMPIO 2 (confronto tra prodotto standard base PET e prodotto base PTT ottenuti senza utilizzo di solventi organici).
Anche in questo caso la fibra presenta la sezione 1 riportata nella di figura 1 ed è composta da isole di componente base (PET, PTT) in una matrice di co-poliestere solubile in soluzioni acquose alcaline (TLAS) con un rapporto ponderale isole/mare di 57/43.
L’essiccamento viene condotto come riportato nell’esempio 1.
Le principali condizioni operative di estrusione sono di seguito elencate:
• Lo stiro della fibra è eseguito alla temperatura di 75 °C, in due step, per un rapporto di stiro totale pari a 3.5. Il fiocco finale presenta le medesime caratteristiche di titolo, lunghezza e arricciature di quello riportato nell’esempio 1.
Caratteristiche meccaniche della fibra stirata
Il fiocco viene sottoposto a cardatura e successiva agugliatura fino ad ottenere un feltro finito con densità di 0.22 g/cm<3>.
Il feltro subisce quindi un processo di rientro dimensionale in acqua a 95°C allo scopo di stabilizzarne la struttura e la sua densità aumenta a 0.33 g/cm<3.>
Si procede poi con l’impregnazione del feltro con una soluzione acquosa all’8% in peso di alcol polivinilico ad elevato valore di saponificazione (HS-PVA con valore di saponificazione > 99.5% in moli). Dopo asciugatura (100°C) il prodotto viene trattato termicamente (4 minuti a 180°C) allo scopo di ridurre la solubilità in acqua dell’HS-PVA.
Si applica poi un poliuretano in emulsione acquosa (2.5% in peso) insieme ad un opportuno agente addensante-reticolante di tipo isocianico bloccato (10% in peso rispetto al poliuretano), si essicca il prodotto a 100°C, quindi si termofissa a 150°C. Lo step successivo è la dissoluzione del componente mare in soluzione di idrossido di sodio operando nelle condizioni di seguito:
Concentrazione NaOH = 10% in peso
Temperatura del bagno = 60 °C
Tempo di trattamento = 20 minuti
<1 >Dopo la dissoluzione del componente mare in soluzione acquosa di idrossido di sodio all’1% a 90° C.
Si procede poi all’impregnazione del greggio con poliuretano in emulsione acquosa (12.5% in peso) contenente il 5% di reticolante isocianico bloccato, all’asciugatura ed al termofissaggio a 160°C.
L’alcol polivinilico viene estratto con acqua a 90°C e, sul prodotto umido si applica una miscela di silicone ed antistatico (polialchilen-poliammide quaternizzata) in dispersione acquosa (0.2% in peso per entrambi) ed infine si procede ad asciugatura in forno.
La pezza viene infine tagliata in due nella sezione, smerigliata e sottoposta a tintura con coloranti dispersi.
Anche in questo caso il prodotto finito a base di PTT presenta in media valori di deformazione sotto sforzo dinamico (50 N) aumentati del 40% rispetto allo standard (PET).
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di tessuto non tessuto microfibroso con elevate proprietà meccaniche e tintoriali comprendente i seguenti stadi di: a) preparazione di una microfibra costituita in genere da poliesteri utilizzati singolarmente o in miscela tra loro o con nylon 6, nylon 6,6 o altri materiali normalmente utilizzati in campo tessile; b) preparazione, mediante agugliatura, di un feltro comprendente la microfibra sopra indicata. c) impregnazione del feltro con leganti polimerici, d) trattamento meccanico per generare l’effetto scamosciato; e) tintura del tessuto non tessuto, caratterizzato dal fatto che come polimero per la preparazione delle microfibre, che costituiscono il tessuto non tessuto, si impiega un poliestere costituito parzialmente o totalmente da unità monomeriche ripetute di tereftalato di trimetilene (PTT), di formula:dove n è un numero compreso fra 30 e 300.
- 2. Procedimento per la preparazione di tessuto non tessuto microfibroso con elevate proprietà meccaniche e tintoriali secondo la rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto che le microfibre di PTT derivano da fibre coniugate ottenute coestrudendo il politrimetilen tereftalato con uno o più polimeri che vengono successivamente separati.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il polimero che viene coestruso con il politrimetilentereftalato è polistirene.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il polimero che viene coestruso con il politrimetilentereftalato è un copoliestere solubile in soluzioni alcaline, avente la struttura base del PET e modificato mediante introduzione di acido isoftalico-5 sodio solfonato.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fibra coniugata è costituita da microfibre di PTT combinate con il polimero coestruso per dare luogo a fibre a sezione speciale nelle quali il rapporto in peso tra il PTT e il polimero coestruso va da 80/20 a 20/80.
- 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il polimero coestruso viene separato dal PTT mediante dissoluzione in un solvente.
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il polimero coestruso viene separato dal PTT mediante trattamento termico o meccanico o sotto ponendo le fibre a getti d’acqua a pressione elevata.
- 8. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il feltro costituito dalle microfibre di PTT viene impregnato con legante polimerico prima o dopo la separazione del polimero coestruso.
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che il legante polimerico è Polivinilalcol (PVA).
- 10. Uso del politrimetilene tereftalato per la preparazione di microfibre utili nella produzione di tessuti non-tessuti microfìbrosi scamosciati.
- 11. Microfibre di politrimetilene tereftalato ottenute da fibre composite di trimetilen tereftalato e polistirene mediante separazione di quest’ultimo con solvente selettivo.
- 12. Procedimento per la produzione di tessuti-non tessuti scamosciati utilizzando microfibre di politrimetilene tereftalato impregnate da un legante poliuretanico.
Priority Applications (2)
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| IT2001MI002108A ITMI20012108A1 (it) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | Produzione di tessuto non tessuto scamosciato con microfibra ad elevata elasticita' |
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