MX2012008564A - Telas elasticas no tejidas de alta resistencia. - Google Patents

Abstract

Se divulgan telas no tejidas elásticas que se hacen en un proceso de soplado en estado fundido o un proceso de unión de hilado. La tela se hace de un polímero de poliuretano termoplástico mezclado con un agente de reticulación para dar la tela no tejida elástica de alta resistencia. El agente de reticulación se adiciona al material fundido de polímero antes de que el material fundido pase a través del molde que forma las fibras individuales. También se divulga el procesamiento adicional de la tela no tejida.

Description

TELAS ELÁSTICAS NO TEJIDAS DE ALTA RESISTENCIA CAMPO DE LA INVENCIÓN .

La presente invención se relaciona a telas elásticas no tejidas de alta resistencia hechas de poliuretano termoplástico ligeramente reticulado. El agente de reticulación reduce la viscosidad en estado fundido del poliuretano permitiendo que fibras de diámetro más pequeño sean formadas mediante un proceso de soplado en estado fundido o de unión de hilado. La tela no tejida además puede ser procesada en estado fundido para formar una membrana que tiene porosidad. La invención también se relaciona a membranas hechas del poliuretano termoplástico reticulado a partir de la tela tejida asi como membranas hechas de la tela no tejida de poliuretano termoplástico no reticulado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es conocido que los polímeros de poliuretano termoplástico (TPU) se pueden procesar en telas no tejidas. La tela no tejida se hace mediante procesos conocidos como soplado en estado fundido o unión de hilado. Estos procesos involucran fundir el polímero en un extrusor y pasar el material fundido de polímero a través de un molde que tiene varios agujeros. Una hebra de fibra se forma de cada agujero en el molde. Aire de alta velocidad se aplica adyacente a las fibras, que alarga las fibras y les causa que se depositen en una alineación aleatoria sobre una banda abajo del molde.

Los polímeros de TPU tienen muchas propiedades ventajosas, tal como ser elásticos, habilidad para transmitir humedad, buenas propiedades físicas, capacidad respirable y alta resistencia a la abrasión.

Las telas no tejidas pueden tener muchos usos. El campo de usos puede ser expandido si la tela no tejida se puede hacer de tamaños de fibra pequeños. La viscosidad más alta del material fundido para un polímero de TPU hasta ahora ha sido un impedimento para hacer fibras pequeñas en un proceso no tejido. Si la temperatura del material fundido se incrementa, el material fundido llega a ser menos viscoso pero se alteran las propiedades físicas, ya que el polímero tiende a despolimerizarse a temperaturas más altas. Los aditivos, tales como plastificantes, reducen la viscosidad, pero también son perjudiciales a las propiedades físicas y también presentan problemas en algunas aplicaciones.

La viscosidad reducida del material fundido de polímero también es deseable debido a que permite rendimiento de polímero más alto y más grande atenuación.

Sería deseable tener un aditivo que reduciría la viscosidad del material fundido de polímero de TPU, permitiendo de esta manera que las fibras sean hiladas más rápido y en un tamaño más pequeño mientras que opcionalmente se aumentan las propiedades físicas de las fibras en la tela no tejida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un objetivo de la presente invención proporcionar una tela no tejida hecha del TPU que tiene alta resistencia de tensión y es elástica.

Una tela no tejida ejemplar se hace al adicionar un agente de reticulación al material fundido de polímero de TPU. El agente de reticulación se utiliza a un nivel de 5 a 20 por ciento en peso basado en el peso total del polímero de TPU y el agente de reticulación.

El agente de reticulación reduce la viscosidad en estado fundido del material fundido de polímero de TPU permitiendo que las fibras salgan del molde en diámetros más pequeños y permitiendo la atenuación más grande.

En una modalidad ejemplar, la tela no tejida se produce mediante ya sea un proceso de soplado en estado fundido o de unión de hilado.

En otra modalidad ejemplar, la tela no tejida además se procesa en estado fundido para compactar la tela, tal que se reducen los pasajes de aire en la tela. Los pasajes de aire se pueden reducir a un grado donde se forma una membrana .

En una modalidad ejemplar adicional, la tela no tejida es calandrada en una película sólida.

En otra modalidad ejemplar, una tela no .tejida de TPU no reticulado además se procesa en estado fundido para crear una membrana.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO La Fig. 1 muestra una gráfica de la presión de la cabeza del molde (psi) como el eje Y contra el por ciento en peso de agente de reticulación como el eje X.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La tela no tejida de esta invención se hace de un polímero de poliuretano termoplástico (TPU) .

El tipo de polímero de TPU utilizado en esta invención puede ser.,..jc.ualquier polímero de TPU convencional que es conocido en la técnica y en la literatura mientras que el polímero de TPU tenga peso molecular adecuado. El polímero de TPU generalmente se prepara al hacer reaccionar un poliisocianato con un intermediario tal como un poliéster terminado en hidroxilo, un poliéter terminado en hidroxilo, un policarbonato terminado en hidroxilo o mezclas de los mismos, con uno o más extendedores de cadena, todos los cuales son bien conocidos para aquellos expertos en la técnica .

El intermediario de poliéster terminado en hidroxilo es generalmente un poliéster lineal que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) de aproximadamente 500 a aproximadamente 10,000, deseablemente de aproximadamente 700 a aproximadamente 5,000, y de preferencia de aproximadamente 700 a aproximadamente 4,000, un número de ácido generalmente menor que 1.3 y de preferencia menor que 0.8. El peso molecular se determina mediante el ensayo de los grupos funcionales terminales y se relaciona con el peso molecular promedio en número. Los polímeros se producen mediante (1) una reacción de esterificación de uno o más glicoles con uno o más ácidos o anhídridos dicarboxílieos o (2) mediante la reacción de transesterificación, es decir, la reacción de uno o más glicoles con esteres de ácido dicarboxílieos . Las relaciones en mol generalmente por arriba de más de un mol de glicol a ácido son preferidas para obtener cadenas lineales que tienen una preponderancia de grupos hidroxilo terminales. Los intermediarios de poliéster adecuados también incluyen varias lactonas tal como policaprolactona típicamente hechas de e-caprolactona y un iniciador bifuncional tal como dietilenglicol . Los ácidos dicarboxílicos del poliéster deseado pueden ser alifáticos, cicloalifáticos , aromáticos, o combinaciones de los mismos. Los ácidos dicarboxílicos adecuados que se pueden utilizar solos o en mezclas generalmente tienen un total de 4 a 15 átomos de carbono e incluyen: succínico, glutárico, adípico, pimélico, subérico, azelaico, sebácico, dodecanedioico, isoftálico, tereftálico, ciclohexanodicarboxílico, y los similares. Los anhídridos de los ácidos dicarboxílicos anteriores tales como anhídrido itálico, anhídrido tetrahidroftálico, o los similares, también ser utilizados.

El ácido adípico es el ácido preferido. Los glicoles que se hacen reaccionar para formar un intermediario de poliéster deseable pueden ser alifáticos, aromáticos o combinaciones de los mismos, y tienen un total de 2 a 12 átomos de carbono, e incluyen etilenglicol, 1, 2-propanodiol, 1, 3-propanodiol, 1,3-butanodiol, 1 , 4-butanodiol, 1 , 5-pentanodiol , 1 , 6-hexanodiol, 2, 2-dimetil-l, 3-propanodiol, 1, -ciclohexanodimetanol, decametilen glicol, dodecametilen glicol y los similares, el 1 , -butanodiol es el glicol preferido.

Los intermediarios de poliéter terminado en hidroxilo son polioles de poliéter derivados de un diol o poliol que tiene un total de 2 a 15 átomos de carbono, de preferencia un alquil diol o glicol que se hace reaccionar con un éter que comprende un óxido de etileno que tiene 2 a 6 átomos de carbono, típicamente óxido de etileno u óxido de propileno o mezclas de los mismos. Por ejemplo, el poliéter funcional de hidroxilo se puede producir al primero hacer reaccionar propilenglicol con óxido de propileno seguido por la reacción subsecuente con óxido de etileno. Los grupos hidroxilo primarios que resultan del óxido de etileno son más reactivos que los grupos hidroxilo secundarios y así son preferidos. Los polioles de poliéter comerciales útiles incluyen poli (etilenglicol) que comprende óxido de etileno reaccionado con etilenglicol, poli (propilenglicol) que comprende óxido de propileno reaccionado con propilenglicol, poli (tetrametilglicol ) que comprende agua reaccionado con tetrahidrofurano (PTMEG) . El politetrametilen éter glicol (PTMEG) es el intermediario de poliéter preferido. Los polioles de poliéter además incluyen aductos de poliamida de un óxido de alquileno y pueden incluir, por ejemplo, aducto de etilendiamina que comprende el producto de reacción de etilendiamina y óxido de propileno, aducto de etilenediamina que comprende el producto de reacción de dietilentriamina con óxido de propileno, y polioles de poliéter de tipo poliamidas similares. También se pueden utilizar copoliéteres en la invención actual. Los copoliéteres tipicos incluyen el producto de reacción de THF y óxido de etileno o THF y óxido de propileno. Estos son disponibles de BASF como Poly THF B, un copolimero de bloque, y poly THF R, como un copolímero aleatorio. Los diversos intermediarios de poliéter generalmente tienen un peso molecular promedio en número (Mn) como es determinado mediante el ensayo de los grupos funcionales terminales que es un peso molecular promedio mayor que aproximadamente 700, tal como de aproximadamente 700 a aproximadamente 10,000, deseablemente de aproximadamente 1000 a aproximadamente 5000, y de preferencia de aproximadamente 1000 a aproximadamente 2500. Un intermediario de poliéter deseable particular es una mezcla de dos o más poliéteres de peso molecular diferente, tal como una mezcla de PTMEG de 2000 Mn y 1000 Mn.

La modalidad mucho más preferida de esta invención utiliza un intermediario de poliéster hecho de la reacción de ácido adipico con una mezcla de 50/50 en peso de 1,4-butanodiol y 1 , 6-hexanodiol . La mezcla también puede ser una mezcla molar 50/50 de los dioles.

La resina de poliuretano basada en policarbonato de esta invención se prepara al hacer reaccionar un diisocianato con una mezcla de un policarbonato terminado en hidroxilo y un extendedor de cadena. El policarbonato terminado en hidrpxilo se puede preparar al hacer reaccionar un glicol por un carbonato.

La Patente Norteamericana No. 4,131,731 es incorporada en la presente por referencia para su descripción de policarbonatos terminados en hidroxilo y su preparación. Tales policarbonatos son lineales y tienen grupos hidroxilo terminales con exclusión esencial de otros grupos terminales. Los reactivos esenciales son glicoles y carbonatos. Los glicoles adecuados se seleccionan de dioles cicloalifáticos y alifáticos que contienen 4 a 40, y de preferencia 4 a 12 átomos de carbono, y de polioxialquilen glicoles que contienen 2 a 20 grupos alcoxi por molécula con cada grupo alcoxi que contiene 2 a 4 átomos de carbono. Los dioles adecuados para uso en la presente invención incluyen dioles alifáticos que contienen de 4 a 12 átomos de carbono tal como butanodiol-1 , , pentanodiol-1 , 4 , neopentil glicol, hexanodiol-1 , 6, 2 , 2 , -trimetilhexanodiol-l, 6, decanodiol-1,10, dilinoleilglicol hidrogenado, dioleilglicol hidrogenado; y dioles cicloalifáticos tales como ciclohexanodiol-1, 3, dimetilolciclohexano-1 , 4, ciclohexanodiol-1, , dimetilolciclohexano-1, 3, lf4-endometilen-2-hidroxi-5-hidroximetil ciclohexano y polialquilen glicoles. Los dioles utilizados en la reacción pueden ser un solo diol o una mezcla de dioles dependiendo de las propiedades deseadas en el producto terminado.

Los intermediarios de policarbonato que son terminados en hidroxilo son generalmente aquellos conocidos en la técnica y en la literatura. Los carbonatos adecuados se seleccionan de carbonatos de alquileno compuestos de un anillo de 5 a 7 miembros que tienen la siguiente fórmula general: donde R es un radical divalente saturado que contiene 2 a 6 átomos de carbono lineales. Los carbonatos adecuados para el uso en la presente incluyen carbonato de etileno, carbonato de trimetileno, carbonato de tetrametileno, carbonato de 1,2-propileno, carbonato de 1 , 2-butileno, carbonato de 2,3-butileno, carbonato de 1,2-etileno, carbonato de 1,3-pentileno, carbonato de 1, -pentileno, carbonato de 2,3-pentileno y carbonato de 2 , -pentileno .

También, son adecuados en la presente dialquilcarbonatos, carbonatos cicloalifáticos y diarilcarbonatos . Los dialquilcarbonatos pueden contener 2 a 5 átomos de carbono en cada grupo alquilo y ejemplos específicos de los mismos son dietilcarbonato y dipropilcarbonato. Los carbonatos cicloalifáticos, especialmente carbonatos dicicloalifaticos, pueden contener 4 a 7 átomos de carbono en cada estructura cíclica, y puede haber una o dos de tales estructuras. Cuando un grupo es cicloalifático, el otro pueden ser ya sea alquilo o arilo. Por otra parte, si un grupo es arilo, el otro puede ser alquilo cicloalifático . Ejemplos preferidos de dialil carbonatos, que pueden contener 6 a 20 átomos de carbono en cada grupo arilo, son difenilcarbonato, ditolilcarbonato y dinaftilcarbonato.

La reacción se lleva a cabo al hacer reaccionar un glicol con un carbonato, de preferencia un carbonato de alquileno en el intervalo molar de 10:1 a 1:10, pero de preferencia 3:1 a 1:3 a una temperatura de 100°C a 300°C y a una presión en el intervalo de 0.1 a 300 mm de mercurio en la presencia o ausencia de un catalizador de intercambio de éster, mientras que se remueven los glicoles de baja ebullición mediante destilación.

Más específicamente, los policarbonatos terminados en hidroxilo se preparan en dos etapas. En la primera etapa, un glicol se hace reaccionar con un carbonato de alquileno para formar un policarbonato terminado en hidroxilo de bajo peso molecular. El glicol de menor punto de ebullición, se remueve por destilación en 100°C a 300°C, de preferencia a 150°C a 250°C, bajo una presión reducida de 10 a 30 mm Hg, de preferencia 50 a 200 mm Hg. Una columna de fraccionamiento se utiliza para separar el subproducto glicol de la mezcla de reacción. El subproducto glicol se toma en la parte superior de la columna y el carbonato de alquileno no reaccionado y el reactivo de glicol se regresa al recipiente de reacción como reflujo. Una corriente de gas inerte o un solvente inerte se puede utilizar para facilitar la remoción del subproducto de glicol a medida que es formado. Cuando la cantidad de subproducto de glicol obtenida indica que el grado de polimerización de policarbonato terminado en hidroxilo está en el intervalo de 2 a 10, la presión se reduce gradualmente a 0.1 a 10 mm de Hg y el glicol no reaccionado y el carbonato de alquileno se remueve. Esto marca el inicio de la segunda etapa de reacción durante la cual el policarbonato terminado en hidroxilo de bajo peso molecular se condensa al destilar el glicol a medida que es formado en 100°C a 300°C, de preferencia 150°C a 250°C y a una presión de 0.1 a 10 mm Hg hasta que se alcance el peso molecular deseado del policarbonato terminado en hidroxilo. El peso molecular (Mn) de los policarbonatos terminados en hidroxilo puede variar de aproximadamente 500 a aproximadamente 10, 000 pero en una modalidad preferida, estará en un intervalo de 500 a 2500.

El segundo ingrediente necesario para hacer el polímero de TPU de esta invención es un poliisocianato .

Los poliisocianatos de la presente invención generalmente tienen la fórmula R(NCO)n donde n es generalmente de 2 a 4 con 2 que es altamente preferido mientras que la composición sea un termoplástico . Así, los poliisocianatos que tienen una funcionalidad de 3 o 4 se utiliza en cantidades muy pequeñas, por ejemplo menor que 5% y deseablemente menor que 2% en peso basado en peso total de todos los poliisocianatos, mientras que causen reticulación. R puede ser aromático, cicloalifático y alifático, o combinaciones de los mismos que generalmente tiene un total de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono. Ejemplos de diisócianatos aromáticos adecuados incluyen difenil metano-4, ' -diisocianato (MDI), Hi2 MDI, m-xilileno diisocianato (XDI), m-tetrametil xilileno diisocianato (TMXDI ) , fenilen-1, 4-diisocianato (PPDI), 1 , 5-naftaléno diisocianato (NDI) y difenilmetano -3, 3' -dimetóxi-4 , 4 ' -diisocianato (TODI) . Ejemplos de diisócianatos alifáticos adecuados incluyen isoforona diisocianato (IPDI), 1 , -ciclohexil diisocianato (CHDI) , Hexametileno diisocianato (HDI), 1, 6-diisocianato-2, 2, 4, -tetrametil hexano (TMDI), 1,10-decano diisocianato y trans-diciclohexilmetano diisocianato (HMDI) . Un diisocianato altamente preferido es MDI que contiene menor que aproximadamente 3% en peso de isómero orto-para (2,4).

El tercer ingrediente necesario para hacer el polímero de TPU de esta invención es el extendedor de cadena. Los extendedores de cadena adecuados son glicoles alifáticos inferiores o de cadena corta que tienen de aproximadamente 2 a aproximadamente 10 átomos de carbono e incluyen por ejemplo etilenglicol, dietilenglicol , propilenglicol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, trietilenglicol, cis-trans-isómeros de ciclohexil dimetilol, neopentilglicol, 1,4-butanodiol, 1, 6-hexanodiol, 1 , 3-butanodiol y 1 , 5-pentanodiol . Los glicoles aromáticos también se pueden utilizar como el extendedor de cadena y son la elección preferida para aplicaciones de alto calor. El bencen glicol (HQEE) y xililen glicoles son extendedores de cadena adecuados para el uso en la elaboración del TPU de esta invención. El xililen glicol es una mezcla de 1 , -di (hidroximetil ) benceno y 1,2-di (hidroximetil) benceno. El bencen glicol es el extendedor de cadena aromática preferido y específicamente incluye hidroquinona, éter bis (beta-hidroxietílico) también conocido como 1, -di (2-hidroxietoxi) benceno; resorcinol, es decir, éter bis (beta-hidroxietílicol ) también conocido como 1,3-di (2-hidroxietil) benceno; catecol, éter bis (beta-hidroxietílico) también conocido como 1, 2-di (2-hidroxietoxi ) benceno; y combinaciones de los mismos. El extendedor de cadena preferido es 1 , 4-butanodiol .

Los tres ingrediente necesarios anteriores (intermediario terminado en hidroxilo, poliisocianato y extendedor de cadena) de preferencia se hacen reaccionar en la presencia de un catalizador.

Generalmente, cualquier catalizador convencional se puede utilizar para hacer reaccionar el diisocianato con el intermediario terminado en hidroxilo o el extendedor de cadena y el mismo es bien conocido en la técnica y en la literatura. Ejemplos de catalizadores adecuados incluyen los diversos éteres alquílicos o éteres alquílicos de tiol de bismuto o estaño en donde la porción de alquilo tiende de 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono con ejemplos específicos que incluyen octoato de bismuto, laurato de bismuto y los similares. Los catalizadores preferidos incluyen varios catalizadores de estaño tales como octoato estañoso, dioctoato de dibutilestaño, dilaurato de dibutilestaño y los similares. La cantidad de tal catalizador es generalmente pequeña tal como de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 partes por millón basado en el peso total de los monómeros formadores de poliuretano.

Los . polímeros de TPU de esta invención se pueden hacer mediante cualquiera de los métodos de polimerización convencionales bien conocidos en la técnica y en la literatura.

Los poliuretanos termoplásticos de la presente invención de preferencia se hacen por la vía de un proceso de "un disparo" en donde todos los componentes se adicionan de manera conjunta 'simultáneamente o de manera sustancial simultáneamente a un extrusor calentado y se hacen reaccionar para formar el poliuretano. La relación equivalente del diisocianato a los equivalentes totales del intermediario terminado en hidroxilo y el extendedor de cadena de diol es generalmente de aproximadamente 0.95 a aproximadamente 1.10, deseablemente de aproximadamente 0.97 a aproximadamente 1.03, y de preferencia de aproximadamente .0.97 a aproximadamente 1.00. La dureza de Shore A del TPU formado tipicamente será de 65 A a 95 A, y de preferencia de aproximadamente 75A a aproximadamente 85A, para lograr las propiedades más deseables del articulo terminado. Las temperaturas de reacción utilizando catalizador de uretano son generalmente de aproximadamente 175°C a aproximadamente 245°C y de preferencia de aproximadamente 180°C a aproximadamente 220°C. El peso molecular (Mw) del poliuretano termoplástico es generalmente de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 800,000 Daltons y deseablemente de aproximadamente 150,000 a aproximadamente 400,000 y de preferencia aproximadamente 150,000 a aproximadamente 350,000, como es medido mediante la GPC con relación a estándares de poliestireno .

Los poliuretanos termoplásticos también se pueden preparar utilizando un proceso de pre-polimero . En la ruta de pre-polímero, el intermediario terminado en hidroxilo se hace reaccionar con generalmente un acceso equivalente de uno o más poliisocianatos para formar una solución de pre-polimero que tiene poliisocianato libre o no reaccionado en la misma. La reacción generalmente se lleva a cabo a temperaturas de aproximadamente 80°C a aproximadamente 220°C y de preferencia de aproximadamente 150°C a aproximadamente 200°C en la presencia de un catalizador de uretano adecuado. Subsecuentemente, un tipo selectivo de extendedor de cadena como es mencionado en lo anterior se adiciona en una cantidad equivalente generalmente igual a los grupos de extremo de isocianato asi como a cualquiera de los compuestos de diisocianato libres o no reaccionados. La relación equivalente total del diisocianato total al equivalente total del intermediario terminado en hidroxilo y el extendedor de cadena asi es de aproximadamente 0.95 a aproximadamente 1.10, deseablemente de aproximadamente 0.98 a aproximadamente 1.05 y de preferencia de aproximadamente 0.99 a aproximadamente 1.03. La relación equivalente del intermediario terminado en hidroxilo al extendedor de cadena se ajusta para dar la dureza deseada, tal como de 65A a 95A, de preferencia 75A a 85A de dureza Shore. La temperatura de reacción de extensión de cadena es generalmente de aproximadamente 180°C a aproximadamente 250°C con aproximadamente 200°C a aproximadamente 240°C que es preferido. Típicamente, la ruta de pre-polimero se puede llevar a cabo en cualquier dispositivo convencional con un extrusor que es preferido. Así, el intermediario terminado en hidroxilo se hace reaccionar con un exceso equivalente de un diisocianato en la primera porción del extrusor para formar una solución de pre-polímero y subsecuentemente el extendedor de cadena se adiciona en una porción corriente abajo y se hace reaccionar con la solución de pre-polímero. Se puede utilizar cualquier extrusor convencional, con los extrusores preferidos equipados con tornillos de barrera que tiene relación de longitud a diámetro de por lo menos 20 y de preferencia por lo menos 25.

Se pueden utilizar aditivos útiles en cantidades adecuadas e incluyen pigmentos opacificantes, colorantes, rellenadores minerales, estabilizadores, lubricantes, absorbedores de luz UV, auxiliares de procesamiento y otros aditivos como sea deseado. Los pigmentos opacificantes útiles incluyen dióxido de titanio, óxido de zinc y Amarillo de titanato, mientras que los pigmentos de entintamiento útiles incluyen negro de carbono, óxidos amarillos, óxidos cafés, tierra de siena o tierra de sombra cruda y quemada, verde de óxido de cromo, pigmentos de cadmio, pigmentos de cromo y otro óxido de metal mezclado y pigmentos orgánicos. Los rellenadores útiles incluyen arcilla de tierra de diatomácea (superfloss) , sílice, talco, mica, walostonita, sulfato de bario y carbonato de calcio. Se es deseado, se pueden utilizar estabilizadores útiles tales como antioxidantes e incluyen antioxidantes fenólicos, mientras que los fotoestabilizadores útiles incluyen fosfatos orgánicos y tiolatos de órgano estaño (mercapturos) . Los lubricantes útiles incluyen estearatos de metal, aceites de parafina y ceras de amida. Los absorbedores de luz UV útiles incluyen 2- (2' -hidroxifenol ) benzotriazoles y 2-hidroxibenzofenonas . También se pueden adicionar retardantes a la flama del TPU típicos.

También se puede utilizar aditivos plastificantes ventajosamente para reducir la dureza sin afectar las propiedades, si se utilizan en cantidades pequeñas. De preferencia, no se utilizan plastificantes .

Durante el proceso de soplado en estado fundido o de unión de hilado para hacer la tela no tejida, el polímero de TPU descrito en lo anterior se retícula ligeramente con un agente de reticulación. El agente de reticulación es un pre-polímero de un intermediario terminado en hidroxilo que es un poliéter, poliéster, policarbonato, policaprolactona, o mezcla de los mismos reaccionado con un poliisocianato . Un poliéster o poliéter son los intermediarios terminados en hidroxilo preferidos para hacer el agente de reticulación, con un poliéter que es el mucho más preferido cuando se utiliza en combinación con un TPU de poliéster. El agente de reticulación, pre-polimero, tendrá una funcionalidad de isocianato de mayor que aproximadamente 1.0, de preferencia de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 3.0, y más de preferencia de aproximadamente 1.8 a aproximadamente 2.2. Es particularmente preferido si ambos extremos del intermediario terminado en hidroxilo son coronados con un isocianato, para asi tener una funcionalidad de isocianato de 2.0.

El poliisocianato utilizado para hacer en agente de reticulación es el mismo como es descrito en lo anterior en la elaboración del polímero de TPU. Un diisocianato, tal como MDI, es el diisocianato preferido.

Los agentes de reticulación tienen un peso molecular promedio en número (Mn) de aproximadamente 750 a aproximadamente 10,000 Daltons, de preferencia de aproximadamente 1,200 a aproximadamente 4,000 y más de preferencia de aproximadamente 1,500 a aproximadamente 2,800. Los agentes de reticulación en o arriba de aproximadamente 1500 Mn dan mejores propiedades de fijación.

El por ciento en peso del agente de reticulación utilizado con el polímero de TPU es de aproximadamente 2.0% a aproximadamente 20%, de preferencia de aproximadamente 8.0% a aproximadamente 15%, y más de preferencia de aproximadamente 10% a aproximadamente 13%. El porcentaje de. agente de reticulación utilizado es el por ciento en peso basado en el peso total del polímero de TPU y el agente de reticulación.

El proceso preferido para hacer la tela no tejida de TPU de esta invención involucra alimentar un polímero de TPU preformado a un extrusor, fundir el polímero de TPU y el agente de reticulación se adiciona continuamente corriente abajo cerca del punto donde el material fundido de TPU sale del extrusor o después de que el material de TPU sale del extrusor. El agente de reticulación se puede adicionar al extrusor antes de que el material fundido salga del extrusor o después de que el material fundido salga del extrusor. Si se adiciona después de que el material fundido sale del extrusor, el agente de reticulación necesita ser mezclado con el material fundido de TPU utilizando mezcladores estáticos o dinámicos para asegurar el mezclado apropiado del agente de reticulación en el material fundido de polímero de TPU. Después de que se sale del extrusor, el polímero de TPU fundido con el agente reticulación fluye en un colector o tubo múltiple. El colector alimenta un molde que tiene múltiples agujeros o aberturas. Las fibras individuales salen a través de los agujeros. Un suministro de aire de alta velocidad, caliente se sopla a lo largo de las fibras para estirar las fibras calientes y depositarlas en una manera aleatoria sobre una banda para formar una esterilla no tejida. La esterilla no tejida formada es llevada por la banda y se enrolla en un rollo.

Un aspecto importante del proceso de fabricación de la fibra no tejida es el mezclado del material fundido de polímero de TPU con el agente de reticulación. El mezclado uniforme apropiado es importante para lograr propiedades uniformes de la fibra. El mezclado del material fundido de TPU y el agente de reticulación debe ser un método que logre un flujo tapón, es decir el primero en entrar y el primero en salir. El mezclado apropiado se puede lograr con un mezclador dinámico o un mezclador estático. Los mezcladores estáticos son más difíciles de limpiar; por lo tanto, se prefiere un mezclador dinámico. Un mezclador dinámico que tiene un tornillo de alimentación y pernos de mezclado es el mezclador preferido. La Patente Norteamericana 6,709,147, que es incorporada en la presente por referencia, describe tal mezclador y tiene pernos de mezclado que pueden girar. Los pernos de mezclado también pueden estar en una posición fijada, tal como unidos al barril del mezclador y que se extienden hacia la línea central del tornillo de alimentación. El tornillo de alimentación de mezclado puede ser unido por roscas al extremo del tornillo del extrusor y el alojamiento del mezclador puede ser fijado con pernos a la maquina extrusora. El tornillo de alimentación del mezclador dinámico debe ser de un diseño que mueve material fundido de polímero de una manera progresiva con muy poco retromezclado para lograr el flujo tapón del material fundido. El L/D del tornillo de mezclado debe ser de arriba de 3 a menor que 30, de preferencia de aproximadamente 7 a aproximadamente 20, y más de preferencia aproximadamente 10 a aproximadamente 12.

La temperatura en la zona de mezclado donde el material fundido de polímero de TPU se mezcla con el agente de reticulación es de aproximadamente 200°C a aproximadamente 240°C, de preferencia de aproximadamente 210°C a aproximadamente 225°C. Estas temperaturas son necesarias para alcanzar la reacción mientras que no se degrade el polímero.

El TPU formado se hace reaccionar con el agente de reticulación durante el proceso de extrusión para dar un peso molecular (Mw) del TPU en la forma de fibra final, de aproximadamente 200,000 a aproximadamente 800,000, de preferencia de aproximadamente 250,000 a aproximadamente 500,000, más de preferencia de aproximadamente 300,000 a aproximadamente 450,000.

La temperatura de procesamiento (la temperatura del material fundido de polímero a medida que entra al molde) debe ser más alta que el punto de fusión del polímero, y de preferencia de aproximadamente 10°C a aproximadamente 20°C arriba del punto de fusión del polímero. Entre más alta es la temperatura del material fundido que se puede utilizar, mejor en la extrusión a través de las aberturas del molde. Sin embargo, si la temperatura del material fundido es demasiado alta, el polímero puede degradarse. Por lo tanto, de aproximadamente 10°C a aproximadamente 20°C arriba del punto de fusión del polímero de TPU es lo óptimo para lograr un balance de buen extrusión sin degradación del polímero. Si la temperatura del material fundido es demasiado baja, el polímero puede solidificar en las aberturas del molde y causar defectos de la fibra.

Los dos procesos para hacer la tela no tejida de esta invención son el proceso de unión de hilado y el proceso de soplado en estado fundido. Los conceptos básicos de ambos procesos son bien entendidos por aquellos expertos en la técnica de elaboración de telas no tejidas. El proceso de unión de hilado usualmente dirige el aire a temperatura ambiental además el molde creando una succión que jala las fibras del molde y estira las fibras antes de depositar las fibras en una orientación aleatoria sobre una banda. Para el proceso de unión de hilado, la distancia del molde al colector (banda) puede variar de aproximadamente 1 a 2 metros. El proceso de unión de hilado se utiliza mejor para hacer la tela no tejida donde las fibras individuales tienen un diámetro de 10 micrómetros o más grande, de preferencia 15 micrómetros o más grande. El proceso de soplado en estado fundido usualmente utiliza aire calentado presurizado, por ejemplo, 400 a 450°C, para empujar las fibras a través del molde y estirar las fibras antes de que se depositen en el colector en una orientación aleatoria. Para el proceso de soplado en estado fundido, la distancia desde el molde al colector es menor que para el proceso de unión de hilado y usualmente es de 0.05 a 0.75 metros. El proceso de soplado en estado fundido se puede utilizar para hacer fibras de tamaño más pequeño que el proceso de unión de hilado. El diámetro de fibra para las fibras producidas por soplado en estado fundido puede ser menor que 1 micrómetro y tan pequeño como 0.2 micrómetro de diámetro. Ambos procesos, por supuesto, pueden hacer fibras de diámetro más grande que las mencionadas en lo anterior. Ambos procesos utilizan un molde con varios agujeros, de manera usual aproximadamente 30 a 100 agujeros por pulgada de ancho de molde. La cantidad de agujeros por pulgada usualmente dependerá del diámetro de los agujeros, que a su vez determina el tamaño de las fibras individuales. El espesor de la tela no tejida variará grandemente, dependiendo del tamaño de las fibras que son producidas y la velocidad de captación de la banda que lleva la tela no tejida. El espesor típico para una tela no tejida soplada en estado fundido es de aproximadamente 0.0127 mm a 0.254 mm (0.5 mil a 10 mils). Para la tela no tejida hecha con el proceso de unión de hilado, el espesor típico es de aproximadamente 0.127 mm a 0.762 mm (5 mils a 30 mils). Los espesores pueden variar de aquellos descritos en lo anterior dependiendo de las aplicaciones de uso final.

El agente de reticulación mencionado en lo anterior realiza varios objetivos. · Este mejora la resistencia a la tensión y las propiedades de fijación de las fibras en la tela no tejida. El agente de reticulación también causa que ocurra unión entre las fibras al reaccionar a través de la superficie de las fibras que toca cuando está en la forma de una esterilla no tejida. Esto es, las fibras se unen químicamente donde tocan otra fibra de TPU en la tela no tejida. Esta característica adiciona durabilidad a la tela no tejida haciéndola más fácil de manejar sin separación. El agente de reticulación también inicialmente reduce la viscosidad en el estado fundido del material fundido de TPU, dando por resultado menor presión de la cabeza sobre el molde durante la extrusión de las fibras. Esta presión de la cabeza del molde reducida permite el material fundido fluir a través del molde a una velocidad más rápida y permite que sean hechas fibras de diámetro más pequeño. Por ejemplo, un nivel de agente de reticulación de aproximadamente 12-14 por ciento en peso puede reducir la presión de la cabeza del molde por aproximadamente 50%. En la Fig. 1, hay una gráfica de la presión de la cabeza del molde contra el por ciento en peso de agente de reticulación.

La tela no tejida de esta invención además puede ser procesada, tal como mediante el calandrado. Los rodillos de la calandria calentados pueden comprimir la tela no tejida para reducir el espesor y reducir el tamaño de los pasajes de aire. La tela no tejida comprimida se puede utilizar como membranas para varias aplicaciones, tal como filtración. La tela no tejida puede ser calandrada donde se elimina todo el espacio de aire y se forma una película sólida.

Esta invención permite que las fibras que constituyen la tela no tejida sean hechas muy pequeñas, tal com -menor que 1 micrómetro. Estas fibras de tamaño pequeño permiten que la tela no tejida sea comprimida hasta que los pasajes de aire son muy pequeños, haciendo la tela no tejida aceptable para una gama de usos finales, tal como la filtración o en prendas de vestir respirables. Entre más pequeño es el diámetro de la fibra, más pequeño es el tamaño de poro que es capaz de ser logrado.

Otras modalidades de la presente invención involucran membranas hechas de la tela no tejida de TPU reticulado o de tela no tejida de TPU sin agente de reticulación. La tela no tejida se comprime para reducir su espesor, tal como el procesar a través de rodillos de calandria calentados. La etapa de compresión de la tela no tejida también reduce el tamaño de poro de la tela no tejida. El tamaño de poro en la membrana es importante para determinar el flujo de aire deseado a través de la membrana así como la cantidad de vapor de agua transmitido a través de la membrana. Puesto que una gotita de agua es de aproximadamente 100 micrometros en tamaño, el tamaño de poro debe ser menor que 100 micrometros si la aplicación de uso final requiere que la membrana sea resistente al agua. Si el agua está bajo alguna presión, tal como caída de lluvia, entonces el tamaño de poro necesita ser más pequeño, tal como 25 micrometros o menor, para ser a prueba de agua. Las membranas de esta invención tienen un tamaño de poro de 100 nanómetros a menor que 100 micrómetros, dependiendo de la aplicación de uso final deseada. Otro factor que determinará el tamaño de poro deseado es el flujo de aire deseado a través de la membrana. El flujo de aire es influenciado por el número de poros, tamaños de poro y la ruta de flujo media a través de los poros. El flujo de aire de 7.621 m3/min./m2 (25 pies.3/min. /pie2) o más grande se considera muy abierto. Para prendas de vestir de uso exterior, el flujo de aire de aproximadamente 1.524 a 3.048 m3/min./m2 (5 a 10 pies3/min. /pie2) se considera deseable. Las membranas de esta invención pueden tener un flujo de aire de 0.601 a 152.4 m3/min./m2 (2 a 500 pies3/min . /pie2) , dependiendo de la aplicación de uso final deseada. El flujo de aire se mide de acuerdo con el método de prueba de ASTM D737-96.

El espesor de la membrana puede variar dependiendo del espesor de la tela no tejida así como el número de capas de tela no tejida en la membrana. La cantidad de la tela no tejida que es comprimida en la operación de calandrado también determinará el espesor de la membrana. La membrana se puede hacer de una sola capa de tela no tejida o múltiples capas de tela no tejida. Por ejemplo, una tela no tejida de espesor de 0.0127 cm (5 mils) hecha por el proceso de soplado en estado fundido haría una membrana deseable que tiene un espesor de aproximadamente 0.00381 cm (1.5 mils). Otro ejemplo seria una tela no tejida de espesor de 0.0254 cm (10 mil) hecha por el proceso de unión de hilado haría una membrana deseable que tiene un espesor de aproximadamente 0.01651 cm (6.5 mils). El espesor de la membrana puede variar dependiendo del espesor de la tela no tejida y el número de capas de tela no tejida utilizada para hacer la membrana.

Para aplicaciones donde se desea adherir la membrana a otros materiales, se prefiere usar un TPU que no tenga el agente de reticulación. Esto podría ser el caso en prendas de vestir, donde la membrana de TPU necesita adherirse a otras telas.

El procedimiento de prueba empleado para medir la resistencia a la tensión y otras propiedades elásticas es uno que fue desarrollado por DuPont para hilos elásticos, pero se ha modificado para probar la tela no tejida. La prueba somete la tela a una serie de 5 ciclos. En cada ciclo, la tela se estira a 300% de alargamiento, y se relaja utilizando una velocidad de extensión constante (entre la longitud de calibre original y 300% de alargamiento) . El % de fijación se mide después del 5th ciclo. Luego, la muestra de tela se toma a través de un 6th ciclo y se estira hasta el rompimiento. El instrumento registra la carga en cada extensión, la carga más alta antes del rompimiento, y la carga de rompimiento en unidades de gramos-fuerza asi como el alargamiento para el rompimiento y el alargamiento máximo. La prueba normalmente se conduce a temperatura ambiente (23°C ± 2°C y 50% ± 5% de humedad) .

Las telas no tejidas descritas en la presente se pueden utilizar para filtración, en la construcción de ropa, como telas industriales, y otros usos similares. Las oportunidades para usar tales telas no tejidas se incrementan, y el desempeño de tales telas en muchas si no es que en todas estas aplicaciones se mejora si las fibras que constituyen la tela son más fuertes y/o más finas. La presente invención proporciona fibras que son tanto más fuertes y más finas, comparadas con las fibras más convencionales, y asi las telas no tejidas hechas de las fibras son útiles en una gama más amplia de aplicaciones y suministran desempeño mejorado, derivado de la resistencia incrementada y/o diámetro más pequeño de las fibras utilizadas en la construcción de la tela. Por ejemplo, el medio de filtración que incluye la tela no tejida de la invención puede tener efectividad mejorada, rendimiento incrementado, permitiendo la filtración más fina, reducción del tamaño, espesor o cantidad de medio de filtro requerido, o cualquier combinación de los mismos.

La invención será mejor entendida por referencia a los siguientes ejemplos.

EJEMPLOS El polímero de TPU utilizado en los ejemplos se hizo al hacer réaccionar un intermediario terminado en hidroxilo (poliol) de poliéster con 1, -butanodiol como extendedor de cadena y MDI . El poliol de poliéster se hizo al hacer reaccionar ácido adipico con una mezcla 50/50 de 1,4-butanodiol y 1, 6-hexanodiol . El poliol tuvo un Mn de 2500. El TPU se hizo mediante el proceso de un disparo. El agente de reticulación adicionado al TPU durante el proceso para hacer la tela no tejida fue un pre-polimero de poliéter hechos al hacer reaccionar PTMEG de 1000 Mn con MDI para crear un extremo de poliéter terminado con isocianato. El agente de reticulación se utilizó en niveles de 10 % en peso del peso combinado del TPU más el agente de reticulación para el Ejemplo 1. En el Ejemplo 2, se utilizó 10 % en peso de agente de reticulación.

EJEMPLO 1 Este Ejemplo se presenta para mostrar que el agente de reticulación reduce la presión de la cabeza del molde en un proceso de soplado en estado fundido. Los resultados se muestran en la Fig. 1 . Los niveles en % en peso del agente de reticulación utilizados fueron 0 , 10 , 12 . 5 y 16 . 5 . Como se puede observar de la Fig. 1 , a medida que se incrementa el nivel de agente de reticulación, se reduce sustancialmente la presión de la cabeza del molde.

EJEMPLO 2 Este Ejemplo se presenta para mostrar el incremento notable en la resistencia a la tensión de la tela no tejida de fibra elástica hecha con el agente de reticulación contra sin agente de reticulación. Los datos muestran que la resistencia (carga max) de la tela no tejida se incrementa tanto como aproximadamente 100% cuando se utiliza el agente de reticulación. El dato también muestra que el ajuste de tensión se reduce por aproximadamente 50% cuando se utiliza el agente de reticulación mientras que se mantiene un alto grado de alargamiento demostrando un incremento notable en la elasticidad con el uso del agente de reticulación.

El procedimiento de prueba utilizado fue aquel descrito en lo anterior para probar las propiedades elásticas. Se utilizó un tensiómetro Instron Modelo 5564 con el Software Merlin. Las condiciones de la prueba fueron a 23°C ± 2°C y 50% ± 5% de humedad con una velocidad de la cabeza cruzada de 500 mm/min. Las muestras de prueba fueron de 50 . 0 mm en longitud, 1 . 27 cm en ancho y 0 . 0235 cm ( 9 . 25 mils) de espesor. Ambas telas estuvieron en peso nominal de 60 gramos/m2 (GSM) .. El peso molecular promedio en peso (Mw) de las fibras reticuladas fue 376,088 Daltons, mientras que el Mw de las fibras no reticuladas fue. 116,106 Daltons. Cuatro muestras se probaron y los resultados son el valor medio de las 4 muestras probadas. Los resultados se muestran en la Tabla I.

TABLA I Todos los datos anteriores son un valor medio para 4 muestras probadas .

A partir de los datos anteriores, se puede observar que la tela no tejida de esta invención tiene una resistencia de tensión mucho más alta, mientras que mantiene buenas propiedades elásticas de alargamiento y % de fijación.

Mientras que de acuerdo con los estatutos de Patentes, se ha expuesto el mejor modo y la modalidad preferida, el alcance de la invención no está limitado a los mismos, sino más bien por el alcance de las reivindicaciones adjuntas .

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una tela no tejida, caracterizada porque comprende : (a) polímero de poliuretano termoplástico; y (b) agente de reticulación.

2. La tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polímero de poliuretano termoplástico se selecciona del grupo que consiste de poliuretano de poliéster, poliuretano de poliéter y poliuretano de policarbonato .

3. La tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de reticulación está presente a un nivel de 5 a 20 por ciento en peso basado en el peso total del polímero de poliuretano termoplástico y el agente de reticulación.

4. La tela no tejida de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el agente de reticulación es un prepolímero terminado en isocianato seleccionado del . grupo que consiste de prepolímero de poliéter y prepolímero de poliéster.

5. La tela no tejida de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el agente de reticulación tiene un peso molecular promedio en número de 1,000 a 10,000 Daltons.

6. La tela no tejida de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el polímero de poliuretano termoplástico se hace al hacer reaccionar: (a) por lo menos un intermediario terminado en hidroxilo; (b) por lo menos un extendedor de cadena de glicol; y (c) por lo menos un poliisocianato .

7. La tela no tejida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el poliuretano termoplástico tiene un peso molecular promedio en peso de 100,000 a 800,000 Daltons.

8. Un proceso para producir una tela no tejida, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) adicionar un polímero de poliuretano termoplástico preformado a un extrusor; y (b) fundir el polímero termoplástico en el extrusor para crear un material fundido de polímero; y (c) adicionar un agente de reticulación al material fundido de polímero; y (d) pasar el material fundido de polímero mezclado con el agente de reticulación a través de un molde que tiene múltiples agujeros de los cuales se forman las fibras en un proceso seleccionado del grupo que consiste de un proceso de soplado en estado fundido y un proceso de unión de hilado, y (e) recolectar las fibras en una alineación aleatoria para formar la tela no tejida.

9. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el proceso es un proceso de unión de hilado.

10. El proceso de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el proceso es un proceso de soplado en estado fundido.

11. Un articulo que comprende la tela no tejida de la reivindicación 1, caracterizado porque el articulo se selecciona del grupo que consiste de ropa de consumo, ropa industrial, articulo médico, articulo deportivo, articulo protector y membrana de filtración.

12. Una membrana porosa, caracteriaada porque se hace de una tela de poliuretano termoplástico no tejida y que tiene una pluralidad de poros.

13. La membrana de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque la membrana tiene un tamaño de poro de 100 nanómetros a menor que 100 micrómetros.

14. La membrana de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque la membrana tiene un gasto de flujo de aire a través de la membrana de 0.601 a 152.4 m3/min./m2 (2 a 500 pie .3/min. /pie2) como es medido de acuerdo con ASTM D737-96.

15. La membrana de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque la tela de poliuretano termoplástico se hace utilizando un agente de reticulación.