MXPA06000046A - Articulos que contienen nanofibras producidos mediante un proceso de baja energia. - Google Patents

Abstract

La presente invencion esta dirigida a articulos higienicos que comprenden nanofibras. Las nanofibras se producen a partir de un proceso de fibrilado por fusion eficaz desde el punto de vista energetico. El proceso de fibrilado por fusion tiene un rendimiento total de polimero superior a aproximadamente 10 gramos por minuto por orificio. Preferentemente, el proceso tiene un fluido separador de fibras con una temperatura inferior a aproximadamente 50 ??C por encima de la temperatura de fusion del polimero y una velocidad del fluido separador de fibras inferior a aproximadamente 100 metros por segundo. Las nanofibras, que tienen un diametro inferior a 1 micrometro, deben comprender una cantidad significativa de fibras en una capa de la trama contenida en el articulo higienico. Preferentemente, las nanofibras se producen conforme a un proceso de fibrilado de pelicula por fusion. Los articulos higienicos incluyen panales, calzones entrenadores, protectores de incontinencia para adultos, productos catameniales, tales como protectores para la higiene femenina y pantiprotectores, tampones, articulos para la higiene personal, articulos para el cuidado personal y panos para el cuidado personal, que incluyen panos para bebes, panos faciales, y panos femeninos.

Description

ARTÍCULOS QUE CONTIENEN NANOFIBRAS PRODUCIDOS MEDIANTE UN PROCESO DE BAJA ENERGÍA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con artículos higiénicos elaborados con nanofibras y un método para producir las nanofibras mediante un proceso con baja energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La necesidad de artículos producidos de tela no tejida que contiene nanofibras ha seguido en aumento. Se entiende que los diámetros de las nanofibras se encuentran por debajo de aproximadamente 1000 nanómetros o un micrómetro. Las tramas de nanofibras son deseadas por su elevada área superficial, pequeño tamaño de poro y otras características. Las nanofibras, también denominadas comúnmente microfibras o fibras muy finas, se pueden producir mediante una variedad de métodos o a partir de una variedad de materiales. Aunque se han utilizado diversos métodos, todos ellos han presentado desventajas; asimismo, ha sido difícil producir nanofibras rentables. Por ello, no se han comercializado artículos higiénicos ni otros productos de consumo desechables que contengan nanofibras.

Los métodos para producir nanofibras incluyen una clase de métodos descritos como fibrilado por fusión. El fibrilado por fusión es una clase general de proceso para elaborar fibras, definido por la fusión o extrusión de uno o más polímeros conforme a una variedad de configuraciones posibles, tales como coextrusión, películas o filamentos homogéneos o bicomponentes, para que luego se conviertan en fibras mediante fibrilación o filamentación. Los ejemplos no restrictivos de los métodos de fibrilado por fusión incluyen la fusión por soplado, fibrilado de película por fusión y estallido de fibra por fusión. Los métodos para producir nanofibras, no por fusión, son el fibrilado de película, electrohilado e hilado desde solución. Otros métodos para producir nanofibras incluyen hilar una fibra bicomponente de mayor diámetro en la forma de "islas en el mar", cuña segmentada u otra configuración, en donde la fibra se procesa más aún luego de que se ha solidificado, de manera tal de obtener nanofibras. La fusión por soplado es un método comúnmente utilizado para producir fibras. Los diámetros típicos de las fibras oscilan de 2 a 8 micrómetros. Se puede emplear la fusión por soplado para hacer fibras con diámetros más pequeños, pero es necesario introducir cambios considerables en el proceso. Comúnmente, es necesario rediseñar las toberas y las matrices. Hay ejemplos de lo anterior incluidos en las patentes de los EE.UU. núms. 5,679,379 y 6,114,017, otorgadas a Fabbricante y col. y las patentes de los EE.UU. núms. 5,260,003 y 5,114,631 , otorgadas a Nyssen y col. Estos métodos utilizan presiones, temperaturas y velocidades relativamente altas para lograr un diámetro de fibra pequeño. El fibrilado de película por fusión es otro método para producir fibras. El tubo de película fundida se produce a partir de la fusión, y luego se usa un fluido para formar nanofibras del tubo de película. Dos ejemplos de este método están incluidos en las patentes de los EE.UU., otorgadas a Torobin, núms. 6,315,806, 5,183,670 y 4,536,36, y las patentes de los EE.UU., otorgadas a Reneker, núms. 6,382,526 y 6,520,425, cedidas a la Universidad de Akron. Aunque estos métodos son similares en lo que hace a formar primero el tubo de película fundida antes de que se formen las nanofibras, los procesos utilizan diferentes temperaturas, regímenes de flujo, presiones y equipamiento. El fibrilado de la película es otro método para producir nanofibras, aunque no está diseñado para producir nanofibras poliméricas para usar en tramas de tela no tejida. La patente de los EE.UU. núm. 6,110,588, otorgada a Pérez y col., cedida a 3M, describe un método para impartir energía fluida a una superficie de una película polimérica altamente orientada y cristalina, procesada por fusión, para formar nanofibras. Las películas y las fibras son útiles para aplicaciones de alto esfuerzo, tales como fibras reforzadas para polímeros o materiales moldeados para construcción, tal como el hormigón. El electrohilado es un método comúnmente utilizado para producir nanofibras. En este método, se disuelve un polímero en solvente y se lo coloca en una cámara sellada en un extremo, con una pequeña abertura, en una porción con la boca hacia abajo, en el extremo opuesto. Se aplica luego energía de alto voltaje entre la solución polimérica y un colector cercano al extremo abierto de la cámara. La velocidad de producción de este proceso es muy baja y las fibras generalmente se producen en pequeñas cantidades. Otra técnica de hilado para producir nanofibras es el hilado rápido o en solución, que utiliza un solvente. También son conocidos los métodos de dos pasos para producir nanofibras. Se define un método de dos pasos como un método para formar fibras en el que el segundo paso tiene lugar luego de que la temperatura promedio a través de la fibra se encuentra a una temperatura significativamente inferior a la del punto de fusión del polímero contenido en la fibra. Generalmente, las fibras se solidificarán totalmente o en su mayor parte. El primer paso es hilar una fibra multicomponente de un diámetro más grande, con la forma de "islas en el mar", cuña segmentada u otra configuración. Luego, la fibra multicomponente con diámetro más grande se separa o "el mar" se disuelve, de manera tal que las nanofibras se obtienen en el segundo paso. Por ejemplo las patentes de los EE.UU. núms. 5,290,626, de Nishio y col., cedida a Chisso, y 5,935,883, de Pike y col., cedida a Kimberly-Clark, describen los métodos de "islas en el mar" y cuñas segmentadas, respectivamente. Estos procesos implican dos pasos secuenciales, elaborar las fibras y luego dividirlas. Es deseable producir una trama uniforme de nanofibras con peso base bajo elaborada de polímeros de uso común, tales como el polipropileno y el polietileno. Aunque hay muchas exposiciones acerca de cómo elaborar nanofibras y tramas, no se ha producido una trama uniforme de peso bajo con polímeros comunes. El electrohilado es una forma común para elaborar nanofibras, pero no es adecuado para las poliolefinas, tales como polipropileno o polietileno. Se puede utilizar poliestireno en el electrohilado, pero es demasiado quebradizo y formaría glóbulos. Además, el electrohilado no es un método adecuado para la producción de alta velocidad o para el procesamiento en línea con otras capas para las tramas. Se han divulgado otros métodos para elaborar nanofibras, pero no están lo suficientemente controlados como para elaborar tramas uniformes, de bajo peso base. Se requiere una trama uniforme dado que cualquier tipo de agujero o falta de uniformidad puede generar una barrera inaceptable. Por lo tanto, resulta altamente deseable producir una trama uniforme, de bajó peso base, que comprenda una cantidad significativa de nanofibras. Para producir artículos higiénicos desechables que contengan nanofibras y resulten comercialmente ventajosos, el costo de las nanofibras debe ser controlado. Los costos de los equipos, del proceso y los soportes adicionales de éste, así como de los polímeros son todas áreas en las que los costos se pueden controlar. Por lo tanto, es un objetivo de la invención producir nanofibras cuyos costos sean bajos. Un método para controlar los costos es contar con un proceso de baja energía. Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso de alto rendimiento total para producir nanofibras.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a artículos higiénicos que comprenden nanofibras. Las nanofibras se producen a partir de un proceso de fibrilado por fusión eficaz desde un punto de vista energético. El proceso de fibrilado por fusión tiene un rendimiento total de polímero superior a aproximadamente 10 gramos por minuto por orificio. Preferentemente, el proceso tiene un fluido separador de fibras con una temperatura inferior a aproximadamente 50 °C por encima de la temperatura de fusión del polímero y una velocidad del fluido separador de fibras inferior a aproximadamente 100 metros por segundo. Las nanofibras, que tienen un diámetro inferior a 1 micrómetro, deben comprender una cantidad significativa de fibras en una capa de la trama contenida en el artículo higiénico. Preferentemente, las nanofibras se producen conforme a un proceso de fibrilado de película por fusión. Los artículos higiénicos incluyen pañales, calzones entrenadores, protectores de incontinencia para adultos, productos catameniales, tales como protectores para la higiene femenina y pantiprotectores, tampones, artículos para la higiene personal, artículos para el cuidado personal y paños para el cuidado personal, que incluyen paños para bebés, paños faciales y paños femeninos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con artículos higiénicos elaborados con nanofibras. Las nanofibras se producen de uno o más polímeros termoplásticos. Los ejemplos no restrictivos de polímeros termoplásticos adecuados para la presente invención incluyen poliolefinas, poliésteres, poliamidas, poliestirenos, poliuretanos, polímeros biodegradables que comprenden almidón termoplástico, PHA, PLA, composiciones de almidón y combinaciones de éstos. Los homopolímeros, copolímeros y mezclas de éstos se incluyen dentro de la presente descripción. Los polímeros más preferidos son las poliolefinas tales como el polipropileno, polietileno, nailon y tereftalato de polietileno. Los polímeros termoplásticos adecuados incluyen cualquier polímero adecuado para el hilado por fusión. Las propiedades reológicas del polímero deben ser tales que el polímero se pueda extruir por fusión y pueda formar una película. La temperatura de fusión del polímero es en general de aproximadamente 25 °C a 400 °C. Los polímeros de la presente invención, tal como se encuentran en la matriz, pueden tener un índice de fluidez inferior a aproximadamente 400 decigramos por minuto. La velocidad del flujo de fusión se mide de acuerdo con el método de las normas ASTM D-1238. Preferentemente, la velocidad del flujo de fusión debe ser inferior a aproximadamente 300 decigramos por minuto, con más preferencia, inferior a aproximadamente 200 decigramos por minuto y, con la máxima preferencia, inferior a aproximadamente 100 decigramos por minuto. Un rango de velocidad del flujo de fusión más preferido oscila de aproximadamente 1 decigramo por minuto a aproximadamente 100 decigramos por minuto. Generalmente, cuanto más baja es la velocidad del flujo de fusión, más preferida resulta. Por ello, se pueden utilizar polímeros con velocidad del flujo de fusión inferior a aproximadamente 50 decigramos por minuto a 40 decigramos por minuto. Las fibras pueden ser de un solo componente o de componentes múltiples, tales como las fibras bicomponentes. Las fibras pueden tener una forma de vaina-núcleo o estar dispuestas en forma paralela o bien, tener otra configuración geométrica adecuada. Luego de su elaboración, las fibras se pueden tratar o recubrir, antes de formarse en una trama. Además, luego de elaborada la trama, ésta se puede tratar. Opcionalmente, los aditivos se pueden combinar en la resina polimérica, y estos aditivos se pueden desplazar hacia la superficie de la fibra luego de que formadas las fibras. Puede ser necesario curar los aditivos que migran a la superficie mediante energía externa, tal como el calor, o hacer reaccionar químicamente los aditivos en la superficie con otro componente, o catalizar el curado en presencia de otro componente, de manera tal que se puedan agregar los componentes adicionales al proceso mientras se elaboran las fibras o luego de elaboradas, utilizando la resina con aditivos. Los tratamientos adecuados incluyen tratamientos hidrofílicos o hidrofóbicos. Un ejemplo de tratamiento hidrofóbico es con polidimetilsiloxanos. El tratamiento específico depende del uso de la trama, el tipo de polímero y otros factores.

Opcionalmente, el polímero puede contener materiales adicionales para proporcionar otras propiedades a la fibra. Éstos pueden modificar las propiedades físicas de la fibra resultante, tales como elasticidad, fuerza, estabilidad térmica o química, apariencia, absorbencia, absorbencia del olor, propiedades superficiales y capacidad de impresión, entre otras. Se puede agregar un aditivo de fusión hidrofílico. Los materiales opcionales pueden encontrarse presentes hasta un 50 % de la composición polimérica total. El método para elaborar las nanofibras de la presente invención es cualquier proceso de fibrilado por fusión de un solo paso que tenga un rendimiento total de polímero superior a aproximadamente 10 gramos por minuto por orificio. Los procesos de fibrilado por fusión se definen como procesos que emplean la fusión de un polímero de una sola fase durante la que se forman las fibras. Las fases únicas pueden incluir una dispersión, pero no pueden incluir fusiones en base a solventes, tales como los utilizados para hilado en solución o electrohilado. Los procesos típicos de fibrilado por fusión de un solo paso incluyen la fusión por soplado, el fibrilado de película por fusión, el hilado por unión, el hilado por fusión en un típico proceso de hilado por estirado y combinaciones de éstos. Los procesos de un solo paso no incluyen los procesos de dos pasos, en los que primero se elabora la fibra y luego se la separa (por ejemplo la cuña segmentada o el archipiélago) o se la procesa más aún luego de que las fibras se han solidificado. El método para elaborar las nanofibras de la presente invención es un proceso de fibrilado por fusión y, con más preferencia, un proceso de fibrilado de película por fusión. Generalmente un proceso de fibrilado de película por fusión implica proveer un polímero fundido, utilizar una corriente de fluido central a fin de formar un tubo hueco de película polimérica alargado y luego emplear aire para formar múltiples nanofibras a partir del tubo hueco. Los métodos adecuados se detallan, por ejemplo, en la patente de los EE.UU. núm. 4,536,361 , otorgada a Torobin, y en las patentes de los EE.UU. núms. 6,382,526 y 5,520,425, otorgada a Reneker. Los métodos de fibrilado de película por fusión pueden utilizar varias condiciones de procesamiento diferentes. El método de Reneker incluye más específicamente los pasos de alimentar el polímero en una columna anular y formar una película o un tubo a la salida de la columna anular, donde se forma un espacio de chorro de gases. Luego, una columna de gas le proporciona presiones a la circunferencia interior del tubo de polímero. Cuando el tubo de polímero sale del espacio de chorro de gases, se separa en muchísimas pequeñas fibras, incluyendo nanofibras, debido a la expansión del gas central. Un ejemplo de un método de fibrilado de película por fusión incluye más específicamente los pasos de fundir el polímero para formar el polímero fundido. El polímero fundido contendrá la composición polimérica y cualquier otro ingrediente. El polímero fundido se extruye a través de un orificio que, a su vez, contiene una corriente de fluido central tal que el polímero se extruye como un tubo hueco alargado. El orificio puede ser parte de una tobera. Resultará obvio para aquéllos con conocimiento en la industria que el diseño general de la tobera puede requerir que se optimice para lograr la estabilidad del proceso. Más aún, la corriente de fluido central puede ser concéntrica o excéntrica. Se insufla un fluido separador de fibras, tal como una corriente de fluido central, para formar un tubo hueco alargado. El fluido separador de fibras luego suministra presión sobre la superficie interna del tubo hueco alargado. Se pueden formar paredes más delgadas o porciones más debilitadas en el tubo hueco para permitir que se formen fibras más fácil y contraídamente, incluyendo nanofibras. Las porciones más debilitadas pueden producirse por muescas o protuberancias en la superficie externa del tubo del chorro de fluido central o en la superficie interna del orificio de extrusión del polímero. El tubo hueco de película poümérica alargado luego se somete a un fluido para formar las nanofibras. Este fluido puede ser una corriente de fluido central o un fluido de arrastre o cualquier corriente de fluido que permita inducir un campo de presión pulsátil o fluctuante, y forma una multiplicidad de fibras, incluyendo las nanofibras. Si resultara beneficioso, se puede utilizar una tobera que provea fluido para enfriar o calentar las nanofibras formadas. El polímero generalmente se calienta hasta que forma un líquido y fluye fácilmente. El polímero fundido puede tener una temperatura que oscila de aproximadamente 0 °C y aproximadamente 400 °C, con preferencia, de aproximadamente 10 °C y aproximadamente 300 °C y, con más preferencia, de aproximadamente 20°C y aproximadamente 220 °C. La temperatura del polímero depende de la temperatura de fusión del polímero o de la composición del polímero. La temperatura del polímero es inferior a aproximadamente 50 °C por encima de su temperatura de fusión, preferentemente, inferior a 25°C por encima de su temperatura de fusión, con más preferencia, inferior a 15 °C por encima de su temperatura de fusión y, exactamente en su temperatura de fusión o rango de fusión o por encima de ellos. El punto o rango de fusión se miden de acuerdo con el método de las normas ISO 3146. El polímero fundido generalmente tiene una viscosidad que oscila de aproximadamente 1 Pa.s a aproximadamente 1000 Pa.s, generalmente, de aproximadamente 2 a aproximadamente 200 Pa.s y, más comúnmente, de aproximadamente 4 a aproximadamente 100 Pa.s. Las viscosidades se dan sobre una velocidad de corte que oscila de aproximadamente 100 a aproximadamente 100,000 por segundo. El polímero fundido se encuentra a una presión aproximadamente equivalente a la presión atmosférica o ligeramente por encima de ella. El tubo hueco alargado de polímero puede ser circular, ovalado, irregular o de cualquier otra forma que tenga una región hueca. En algunos casos, el tubo hueco alargado de polímero puede colapsarse inmediatamente después de formarse. En el caso del tubo colapsado, puede resultar preferible que el tubo tenga paredes más delgadas o porciones más debilitadas para contribuir al fibrilado. Los ejemplos no restrictivos de fluido separador de fibras son gases tales como el nitrógeno o, con más preferencia, el aire. El fluido separador de fibras generalmente se encuentra a una temperatura cercana a la del polímero fundido. La temperatura del fluido separador de fibras puede ser más elevada que la del polímero fundido para contribuir al flujo del polímero y la formación del tubo hueco. Alternativamente, la temperatura del fluido separador de fibras puede ser más baja que la del polímero fundido para contribuir a la formación y solidificación de las nanofibras. Preferentemente, la temperatura del fluido separador de fibras es inferior a la temperatura de fusión del polímero, con más preferencia, más de 50 °C por debajo de la temperatura de fusión del polímero, con más preferencia, más de 100°C por debajo de la temperatura de fusión del polímero o justo a temperatura ambiente. La presión del fluido separador de fibras es la suficiente como para lograr el fibrilado de las nanofibras y puede estar ligeramente por encima de la presión del polímero fundido mientras se extruye hacia afuera, a través del orificio. El fluido separador de fibras puede tener una velocidad inferior a aproximadamente 500 metros por segundo. Preferentemente, la velocidad del fluido separador de fibras debe ser inferior a aproximadamente 100 metros por segundo, con más preferencia, inferior a aproximadamente 60 metros por segundo y, con la máxima preferencia, de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 metros por segundo. El fluido separador de fibras puede pulsar o ser una corriente estable. Aunque resulta crítico que este fluido separador de fibras esté presente para contribuir a la formación del tubo hueco de película polimérica alargado, la cantidad de fluido en esta corriente puede ser muy baja. El rendimiento total del polímero dependerá fundamentalmente del polímero específico que se utilice, el diseño de la tobera y la temperatura y presión del polímero. El rendimiento total de polímero será superior a aproximadamente lo gramos por minuto por orificio. Preferentemente, el rendimiento total del polímero será superior a aproximadamente 15 gramos por minuto por orificio y, con más preferencia, superior a aproximadamente 25 gramos por minuto por orificio. Con la máxima preferencia, el rendimiento total del polímero será aún mayor que aproximadamente 40 gramos por minuto por orificio. Es muy probable que haya varios orificios operando al mismo tiempo, lo que incrementa el rendimiento total de la producción. El rendimiento total, junto con la presión, la temperatura y la velocidad se miden a la salida del orificio de la matriz. El fibrilado y la solidificación de las fibras se pueden producir antes de que las fibras y el fluido salgan por el orificio. Las nanofibras se forman luego de que el tubo hueco alargado sale del orificio. Comúnmente, la formación de nanofibras se produce inmediatamente a la salida del orificio. Se usan una o más corrientes de fluido para formar la multiplicidad de nanofibras. Esta corriente de fluido puede ser una corriente de fluido central, un fluido de arrastre o cualquier otra corriente de fluido. Se puede emplear un fluido de arrastre para inducir un campo de presión a fin de inducir una presión pulsátil o fluctuante para contribuir a la formación de una multiplicidad de nanofibras. El fluido de arrastre se puede suministrar mediante un chorro transversal ubicado como para dirigir el flujo de dicho fluido de arrastre sobre el tubo hueco alargado y la región en la que se forman las nanofibras, así como alrededor de ambos. El fluido de arrastre puede tener una velocidad baja o alta, como cercana a la velocidad sónica o bien, a velocidad supersónica. Un fluido de arrastre con una baja velocidad generalmente oscilará de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 metros por segundo y, preferentemente, de aproximadamente 3 a aproximadamente 50 metros por segundos. La temperatura del fluido de arrastre puede ser igual a la del fluido separador de fibras precedente, a la temperatura ambiente o a una temperatura más alta o más baja que la temperatura ambiente. También se puede utilizar una corriente de fluido adicional, un fluido de enfriamiento o calentamiento. La corriente de fluido adicional está ubicada como para dirigir el fluido a las nanofibras para enfriar o calentar las fibras. Si se utiliza un fluido adicional como fluido de enfriamiento, debe estar a una temperatura que oscila de aproximadamente -50 °C y aproximadamente 100 °C y, con preferencia, de aproximadamente 10°C y aproximadamente 40 °C. Si se utiliza un fluido adicional como fluido de calentamiento, debe estar a una temperatura que oscila de aproximadamente 40°C y aproximadamente 400°C y, por lo general, -de aproximadamente 100CC y aproximadamente 250 °C. Cualquier corriente de fluido puede contribuir a la formación de fibras del polímero fundido y es por ello que, en general, se puede denominar fluido separador de fibras. Cualquiera de las corrientes de fluido, incluyendo la corriente de fluido central, un fluido de arrastre o una corriente de fluido adicional puede contener un tratamiento, aditivo, recubrimiento y otra sustancia o particulado para modificar las propiedades superficiales, químicas, físicas o mecánicas de las fibras producidas.

Las nanofibras se colocan en un colector para formar una trama. El colector es generalmente una cinta transportadora o un tambor. El colector es preferentemente poroso y se puede aplicar vacío para suministrar succión a fin de contribuir a la disposición de las fibras en el colector. La distancia desde el orificio hasta el colector, comúnmente denominada distancia de la matriz al colector (DCD, por sus siglas en inglés), se puede optimizar para lograr las propiedades deseadas de la trama. Para reducir la cantidad de manojos o atados de fibra formados, la DCD debe ser relativamente baja. Esta menor distancia no permite que las fibras tengan tiempo para enmarañarse, entrelazarse o convertirse en manojos. Puede resultar deseable utilizar más de una DCD para una trama, cambiar la DCD durante la producción o tener diferentes calibres con diferentes DCD. Puede resultar deseable formar una trama con diferentes uniformidades para cambiar la DCD. Luego de que se forma el tubo hueco de película alargado, el tubo o las nanofibras se pueden someter alternativamente a un proceso adicional que promueva la formación de nanofibras aún más. El procesamiento ulterior puede tener lugar inmediatamente después de la formación del tubo hueco de película polimérica alargado y antes de que se solidifiquen las nanofibras para que se lo considere un proceso de un solo paso. El procesamiento adicional puede utilizar una o más toberas Laval para acelerar la velocidad del gas a un rango sónico o supersónico. Cuando el polímero fundido está expuesto a velocidades de gas tan altas, estalla en una multiplicidad de fibras muy finas. Se describen ejemplos de una tobera en la patente de los EE.UU. núm. 5,075,161, otorgada a Nyssen y col., en la que se expone un método para hacer estallar sulfuro de polifenileno fundido en filamentos finos. La tobera Laval se puede colocar justo después de la tobera de hilar cuando se produce el tubo hueco de película polimérica alargado. Alternativamente, la tobera Laval se puede colocar justo después de que se han formado las nanofibras para reducir aún más el tamaño de la fibra. Las fibras poliméricas se pueden producir sometiendo las corrientes de polímero fundido a una extensión y enfriamiento por debajo de la temperatura de fusión mediante la extrusión en un medio gaseoso, que fluye esencialmente paralelo a las corrientes de polímero fundido y logra velocidad sónica o supersónica. Esta deformación y enfriamiento simultáneo da origen a fibras finas y amorfas o a fibras extremadamente finas de longitud finita. El estallido de las fibras a alta velocidad minimiza la oxidación de la superficie de las fibras. La velocidad del hilado, la temperatura de fusión y la posición de la tobera deben configurarse adecuadamente para lograr una oxidación térmica tan sólo parcial de los filamentos finos en su superficie. Se pueden emplear diversos procesos y combinaciones de procesos para elaborar las tramas de la presente invención. El estallido de fibra por fusión, según se expone en el documento WO 04/020722, otorgado a Sodemann y col., se puede combinar con el fibrilado de película por fusión de la presente invención en dos plegadores en una sola línea. Se pueden incorporar diversos aspectos del estallido de fibra por fusión en el fibrilado de película por fusión, tal como producir fibras de diversas resistencias y diámetros para lograr la combinación de propiedades deseada. Alternativamente, se pueden incluir aspectos del fibrilado de película por fusión en otros procesos de fibrilado por fusión para aumentar el índice de rendimiento total utilizando un tubo hueco alargado para formar fibras. Por ejemplo el proceso de fibrilado de película por fusión de la presente invención podría modificarse para incluir una tobera Laval a fin de contribuir a reducir las fibras. La reducción puede contribuir a una mayor atenuación y así aumentar la resistencia de las fibras. Esto puede resultar particularmente preferido para los polímeros con un Tg alto, tal como los poliésteres, en los que se produce una cristalización inducida por fatiga a velocidades por encima de 4000 m/min. Las nanofibras de la presente invención se pueden utilizar para elaborar tramas de tela no tejida. La trama se define como el compuesto total de tela no tejida. Una trama puede estar compuesta por una o varias capas. Una capa es la trama o parte de una trama producida en un paso separado para disponer o formar las fibras. Las tramas de la presente invención comprenderán una o más capas que tengan una significativa cantidad de nanofibras con diámetros inferiores a un micrómetro. Una cantidad significativa se define como de por lo menos aproximadamente 25 %. La cantidad significativa de fibras puede ser de por lo menos aproximadamente 35 %, de por lo menos aproximadamente 50 % o de más que 75 % del total de la cantidad de fibras en la capa. La trama puede tener un 100 % de las fibras con un diámetro inferior a aproximadamente un micrómetro. Los diámetros de la fibra de la trama se miden utilizando un microscopio electrónico de barrido con una magnificación mayor que aproximadamente 500 veces y de hasta aproximadamente 10,000 veces la necesaria para un análisis visual. Para determinar si una cantidad significativa de fibras tienen diámetros inferiores a un micrometro, se deben medir por lo menos aproximadamente 100 fibras y, preferentemente, una cantidad mayor. Estas mediciones deben realizarse en distintas regiones a lo largo de la capa Debe realizarse un muestreo suficiente, que sea estadísticamente significativo. El diámetro de fibra de las fibras más grandes restantes, hasta 75 %, puede tener cualquier rango de diámetro de fibra. Generalmente, los diámetros de las fibras más grandes deberán oscilar entre justo por encima de un micrometro y aproximadamente 10 micrómetros. Preferentemente, una cantidad significativa de fibras en una capa deberá tener un diámetro de fibra inferior a aproximadamente 900 nanómetros, y con más preferencia de aproximadamente 100 nanómetros y aproximadamente 900 nanómetros. Las fibras pueden tener un diámetro inferior a 700 nanómetros y de aproximadamente 300 a aproximadamente 900 nanómetros. Los diámetros preferidos dependen del uso deseado de la trama. Para beneficio del proceso y del producto, puede resultar deseable que en algunas aplicaciones haya una cantidad significativa de fibras que tengan un diámetro inferior a aproximadamente un micrometro y una cantidad significativa de fibras que tengan un diámetro mayor que aproximadamente un micrometro. Las fibras más grandes pueden atrapar e inmovilizar las nanofibras. Esto puede contribuir a reducir la cantidad de apelmazamiento o formación de manojos de nanofibras e impide que las corrientes de aire desviadas arrastren las nanofibras. Las capas de nanofibras en una trama de la presente invención pueden contener más de un polímero. Se pueden utilizar diferentes polímeros o mezclas de polímeros para diferentes orificios a fin de producir capas en una trama con distintos diámetros de fibras y distintas composiciones poliméricas. Puede resultar deseable producir una única capa de tela no tejida con diversos diámetros de fibra. Alternativamente, puede ser deseable producir una trama de tela no tejida con múltiples capas en la que cada capa tenga diferentes diámetros de fibras. Se puede modificar el proceso de fibrilado de película por fusión para producir fibras de diámetros grandes y pequeños a fin de elaborar diferentes tramas. Por diámetros de fibras más pequeños se entiende que hay una cantidad significativa de fibras que tienen un diámetro inferior a un micrómetro. Los diámetros de fibras más grandes incluyen fibras del rango de la fusión por soplado (generalmente 3 a 5 micrómetros) al del hilado por unión (generalmente alrededor de 15 micrómetros) o cualquier rango de diámetros de fibra que esté por encima de 1 micrómetro. Por ejemplo se puede producir una capa con un diámetro de fibra promedio inferior a un micrómetro y otra capa con un diámetro de fibra promedio de alrededor de 5 micrómetros. Este tipo de estructura se podría utilizar en las aplicaciones donde generalmente se utilizan las tramas SMS. Otro ejemplo es producir una trama de nanofibras con múltiples capas, cada una de ellas con un diámetro de fibra promedio distinto, tal como una capa que tenga un diámetro de fibra promedio de 0.4 micrómetros y una segunda capa que tenga un diámetro de fibra promedio de 0.8 micrómetros. Se pueden producir las tramas con diversos diámetros de fibras en la misma línea con el mismo equipo. Esta es una manera económica de producirlas porque se pueden usar los mismos equipos y componentes. Tanto los costos operativos como los costos de los equipos están controlados. Asimismo, si se deseara, se puede utilizar el mismo polímero para producir diferentes diámetros de fibras. Puede resultar deseable formar una trama de varias capas. La capa de nanofibra puede estar combinada con una, dos o más capas. Un ejemplo es una trama de hilado por unión-nanofibra-hilado por unión. Los pesos bases totales de las tramas compuestas oscilan de aproximadamente 5 gm2 a aproximadamente 100, con preferencia de aproximadamente 10 a aproximadamente 00 gm2, y con más preferencia de aproximadamente 10 gm2 a aproximadamente 50 gm2. Para usar como capa de barrera, el peso base total de la trama compuesta oscila de aproximadamente 10 gm2 a aproximadamente 30 gm2. El peso base de la capa de nanofibra solamente oscila de aproximadamente 0.5 gm2 a aproximadamente 30 gm2, y con preferencia de aproximadamente 1 gm2 a aproximadamente 15 gm2. Luego de que se elabora la tela no tejida, se la puede someter a un proceso terminal. Los ejemplos no restrictivos de procesos terminales incluyen la formación en estado sólido, consolidación, laminación, recubrimiento de la superficie, tratamiento corona y de plasma, coloreado e impresión. Los ejemplos no restrictivos de la formación en estado sólido incluyen los procesos que emplean rodillos entrelazados, tales como los descritos en la patente de los EE.UU. núm. 5,518,801 y referidos en la literatura posterior de patentes como tramas "SELF" (por sus siglas en inglés), así como texturado, estiramiento, perforado, laminación, estiramiento localizado, microcrepado, hidroformado y formado con vacío. Los ejemplos no restrictivos de consolidación incluyen la unión térmica, unión con aire pasante, unión adhesiva e hidroenmarañado. Los artículos higiénicos de la presente invención contendrán las tramas de tela no tejida antes descritas. La trama puede comprender la totalidad de los artículos higiénicos, tales como un paño, o la trama puede comprender un componente del artículo higiénico, tal como un pañal. Los artículos higiénicos incluyen pañales, calzones entrenadores, protectores de incontinencia para adultos, productos catameniales, tales como protectores para la higiene femenina y pantiprotectores, tampones, artículos para la higiene personal, artículos para el cuidado personal y paños higiénicos, que incluyen paños para bebés, paños faciales, paños para el cuerpo y paños femeninos. Los artículos para el cuidado personal incluyen artículos tales como apositos para heridas, envoltorios o parches. para suministrar activos y otros sustratos que se aplican en el cuerpo, particularmente, en la piel. En un pañal, la trama se puede utilizar como una capa de barrera o una cubierta exterior. Las tramas también se pueden utilizar como un alto doblez de barrera con una alta cabeza hidrostática para facilitar la existencia de pañales delgados, con entrepierna angosta y una baja tasa de incidencia de escapes, lo que es deseable para lograr un mayor confort y un mejor calce. Las tramas se pueden utilizar en paños que permitan un manejo mejorado de la loción y un gradiente reducido de líquidos. Las tramas también pueden prever el suministro controlado de una sustancia. La sustancia suministrada puede consistir en líquidos, lociones, activos u otros materiales. Debido a la elevada área superficial de las nanofibras, las tramas se pueden utilizar como materiales absorbentes para paños o núcleos de protectores de productos para el cuidado femenino, pañales, calzones entrenadores o productos para la incontinencia de adultos. Las tramas pueden proporcionar una distribución mejorada de los fluidos o la retención de éstos. Además, las tramas para usos absorbentes se pueden realizar con el agregado de particulados o fibras absorbentes o naturales para aumentar la absorbencia, o ciertas capas de las tramas pueden tener propiedades diferentes. Las tramas de nanofibras también se pueden utilizar en artículos donde se desea la opacidad. La opacidad adicional se puede lograr mediante diámetros de fibra pequeños y uniformidad, o se pueden agregar pigmentos al polímero fundido o a las tramas. Comúnmente, la capa de nanofibra está combinada en una trama con una capa hilada por unión. Puede haber una sola capa hilada por unión o una capa hilada por unión a cada lado de la trama de nanofibra. En un pañal u otro producto absorbente desechable, la trama de tela no tejida que contiene las nanofibras se puede utilizar como una capa de barrera. La capa de barrera puede estar dispuesta entre un núcleo absorbente y una capa externa del producto absorbente desechable. El núcleo absorbente es el componente de dicho artículo que resulta fundamentalmente responsable de las propiedades del manejo de los fluidos, tales como adquirir, transportar, distribuir y almacenar los fluidos corporales. El núcleo absorbente está generalmente ubicado entre una capa interior permeable a los líquidos orientada hacia el cuerpo y una de cubierta externa permeable al vapor e impermeable al líquido. La capa externa, también denominada lienzo inferior o cubierta externa, está ubicada hacia afuera del producto desechable. En el caso de un pañal, la capa externa está en contacto con las prendas o la vestimenta del usuario. La capa de barrera puede también o alternativamente encontrarse dispuesta entre el núcleo absorbente y una capa interior. La capa interior, también denominada lienzo superior, está ubicada en el lado más cercano a la piel del usuario. La capa interior puede estar en contacto directo con la piel del usuario o puede estar en contacto con un lienzo superior separado, que está en contacto con la piel del usuario. La capa de barrera puede ser absorbente. La trama de tela no tejida puede comprender la capa alrededor del núcleo absorbente y contribuir a la distribución o al manejo de los fluidos. La trama de tela no tejida puede ser una capa de distribución de fluido, que está ubicada adyacente al núcleo. Con la máxima preferencia, la capa de barrera tiene un cbp entre el flujo de aire conectivo y la propiedad de barrera de absorción. La propiedad de flujo de aire por convección es efectiva para reducir la humedad relativa dentro del espacio entre el artículo absorbente y la piel del usuario. La combinación de la absorción de líquido y la propiedad de barrera de líquido proporciona protección contra el problema del traspaso de la humedad y resulta específicamente beneficiosa cuando el artículo absorbente está sometido a algún impacto o a una presión sostenida. Se puede encontrar una mayor descripción y más prestaciones de las capas de barrera en el documento WO 01/97731. Las tramas se pueden utilizar para elaborar paños higiénicos secos o prehumedecidos. Las nanofibras se pueden utilizar en paños que permitan un manejo mejorado de la loción y un gradiente reducido de líquidos. La capa de nanofibras puede proveer una barrera parcial y ser parcial o totalmente impermeable a los líquidos. Las tramas también pueden prever también el suministro controlado de una sustancia o un activo, tal como una droga. La sustancia suministrada puede ser líquidos, lociones, enzimas, catalizadores, activos y otros materiales tales como emolientes, surfactantes, agentes humectantes, lustres, aceites, solventes orgánicos e inorgánicos, pastas, geles, pigmentos o colorantes. Las tramas pueden proporcionar una distribución mejorada de los fluidos o la retención de éstos. Además, las tramas para usos absorbentes se pueden realizar con el agregado de particulados o fibras absorbentes o naturales para aumentar la absorbencia, o ciertas capas de las tramas pueden tener propiedades diferentes. Las nanofibras se pueden producir como para ser nanofibras de baja densidad o porosas. Las nanofibras se pueden producir con un agente de insuflado o soplado. Debido a la elevada área superficial de las nanofibras, las tramas se pueden utilizar como materiales absorbentes para paños o núcleos de protectores de productos para el cuidado femenino, pañales, calzones entrenadores o productos para la incontinencia de adultos. La elevada área superficial también mejora la limpieza y se puede utilizar este material en paños higiénicos de limpieza. Las tramas pueden proporcionar una distribución mejorada de los fluidos o la retención de éstos. Además, las tramas para usos absorbentes se pueden realizar con el agregado de particulados o fibras absorbentes o naturales para aumentar la absorbencia, o ciertas capas de las tramas pueden tener propiedades diferentes. Las tramas de nanofibras también se pueden utilizar en artículos donde se desea la opacidad. La opacidad adicional se puede lograr mediante diámetros de fibra pequeños y uniformidad, o se pueden agregar pigmentos al polímero fundido o a las tramas. Las tramas también pueden ser de bajo contenido de hilachas, resultante de las fibras de mayor longitud o del enmarañado de las fibras en la trama. La resistencia a la tensión de las tramas de nanofibra de la presente invención puede ser mayor que la resistencia a la tensión de las tramas con diámetros de fibra similares y pesos base similares fabricadas de acuerdo con otros procesos. Las tramas de nanofibras de la presente invención son suaves y pueden resultar más suaves que otras tramas con el mismo desempeño. Otros productos que se beneficiarán con la trama de nanofibra incluyen el filtro o barbijo personal, tal como el barbijo quirúrgico. Otros usos médicos de las tramas que contienen capas de nanofibras incluyen las batas de cirugía, apositos para heridas y protectores de uso médico. El diámetro de fibra se puede medir con un microscopio electrónico de barrido (SE ) y programas de análisis de imagen. Se selecciona una magnificación que oscila de 500 a 10,000, de manera tal que las fibras se agranden adecuadamente para las mediciones. Es posible utilizar programas de análisis de imagen para el muestreo automático del diámetro de la fibra en una imagen del SEM, aunque también se puede emplear un procedimiento más manual. En general, se busca el borde de una fibra seleccionada aleatoriamente y luego se mide a través del ancho (perpendicular a la dirección de la fibra en ese punto) del borde opuesto de dicha fibra. Una herramienta de análisis de imagen en escala y calibrado proporciona la escala para lograr la lectura real en rnm o micrómetros (µ??). Varias fibras se seleccionan aleatoriamente a lo largo de la muestra de la trama en el SEM. Generalmente, se cortan varias muestras de una trama y se prueban de esta manera; por lo menos se realizan 100 mediciones y se registran todos datos con fines de análisis estadístico. Si el resultado se registra en denier, se debe realizar el siguiente cálculo. Diámetro en denier = Área transversal * densidad * 9000 m * 1000 g/kg. El área transversal es p* diámetro2/4. La densidad del PP, por ejemplo se puede tomar como 910 kg/m3. Para obtener decitex (dtex), 9000 m se reemplaza por 10,000 m. El peso base se puede medir conforme a los métodos compendiados en las normas ASTM D 756, ISO 536 y EDANA ERT-40.3-90. El peso base se define como masa por unidad de área, con gramos por metro cuadrado (gm2) como unidad preferida. Los instrumentos requeridos son tijeras y un cortador a troquel, a fin de cortar la muestra, así como un dispositivo de precisión para pesar, tal como una balanza. Se corta una muestra de un área total de 100 cm2 por capa con una exactitud y precisión de + 0.5 %. Es necesario contar con una báscula o una balanza con una sensibilidad de hasta 0.001 g, de fácil lectura y calibrada, con una precisión dentro de 0.25 % de la carga aplicada. Las muestras están acondicionadas a 23 °C (± 2 °C) y a una humedad relativa de aproximadamente 50 % durante 2 horas para alcanzar el equilibrio. Se pesa la muestra cortada de 10 hojas del área de muestra con un total de 1000 cm2 = 0.1 m2 en una balanza analítica al 0.001 g más cercano, y se registra el peso. (Para las muestras más gruesas que 1mm, es preferible pesar solo 1 hoja, pero se debe dejar constancia de ello.) Se debe calcular el peso base dividiendo el peso por el área de la muestra (todas las capas sometidas a prueba) para obtener el peso base en gm2. Todos los datos se registran con fines de análisis estadístico. La uniformidad de la trama se puede medir conforme a una variedad de métodos. Los ejemplos de medición uniforme incluyen un bajo coeficiente de variación de diámetro de poro, peso base, permeabilidad al aire u opacidad. La uniformidad también requiere la ausencia de formación de manojos o atados de fibra, agujeros visibles u otros defectos de este tipo. La uniformidad se puede controlar mediante la modificación del proceso, tal como reducir la distancia de la tobera al colector. La disminución de esta distancia reduce la formación de manojos o atados de fibra y puede suministrar tramas más uniformes. El diámetro de poro se puede determinar mediante métodos habituales para aquéllos con conocimiento en la industria. El diámetro de poro promedio es preferentemente inferior a aproximadamente 5 micrómetros, con más preferencia, inferior a aproximadamente 10 micrómetros y, con la máxima preferencia, inferior a aproximadamente 5 micrómetros. El coeficiente de variación deseado para una trama uniforme es inferior a 20 %, preferentemente, inferior a aproximadamente 15 % y, con más preferencia, aproximadamente 10 % o menos. La ausencia de formación de atados se puede medir contando la cantidad de atados o manojos de fibras en un área medida de la trama. La ausencia de agujeros también se mide por la cantidad de agujeros que tienen un diámetro por encima de cierto umbral en un área medida de la trama. Los agujeros se pueden contar si son visibles a simple vista o tiene un diámetro mayor que 100 micrómetros. Las partes relevantes de todos los documentos citados se incorporan en la presente como referencia; la mención de cualquier documento no debe interpretarse como admisión de que constituye una industria anterior con respecto a la presente invención. Si bien se han ilustrado y descrito realizaciones particulares de la presente invención, será evidente para los experimentados en la industria que se pueden hacer varios cambios y modificaciones sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. Se ha pretendido, por consiguiente, cubrir en las reivindicaciones anexas todos los cambios y modificaciones que están dentro del alcance de la invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un artículo higiénico que comprende una trama de tela no tejida que comprende una capa que tiene una cantidad significativa de nanofibras con diámetros inferiores a un micrómetro, caracterizado porque las nanofibras se elaboran a partir de un proceso de fibrilado por fusión de un solo paso que tiene un rendimiento total del polímero superior a 10 gramos por minuto por orificio.

2. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el polímero tiene un índice de fluidez menor que 400 decigramos por minuto.

3. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las nanofibras se producen mediante un proceso de fibrilado de película por fusión.

4. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el proceso de fibrilado por fusión utiliza un fluido separador de fibras suministrado a temperatura ambiente.

5. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el proceso de fibrilado por fusión utiliza un fluido separador de fibras con una velocidad menor que 100 metros por segundo.

6. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el rendimiento total del polímero es mayor que 25 gramos por minuto por orificio.

7. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el artículo higiénico se selecciona del grupo que comprende pañales, calzones entrenadores, protectores de incontinencia para adultos, productos catameniales tales como protectores para la higiene femenina y pantiprotectores, tampones, artículos para la higiene personal, artículos para el cuidado personal y paños higiénicos que incluyen paños para bebés, paños faciales, paños para el cuerpo y paños femeninos, y combinaciones de éstos.

8. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la capa comprende por lo menos 35 % de nanofibras que tienen un diámetro inferior a un micrómetro.

9. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el polímero tiene un índice de fluidez menor que 100 decigramos por minuto.

10. El artículo higiénico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el polímero es una poliolefina y la temperatura del polímero es menor que 220 °C.