MXPA06012055A - Fibras, telas no tejidas y articulos que contienen nanofibras producidas a partir de polimeros que tienen una distribucion amplia del peso molecular. - Google Patents

Abstract

La presente invencion esta dirigida a articulos que comprenden nanofibras. Las nanofibras tienen un diametro inferior a 1 micrometro y pueden comprender una cantidad significativa de las fibras en una capa de la trama contenida en el articulo. Preferentemente, las nanofibras se producen conforme a un proceso de fibrilado de pelicula por fusion. Los articulos incluyen panales. Calzones entrenadores, 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

Los métodos para producir nanofibras incluyen una clase de métodos descritos como fibrilado por fusión. Los ejemplos no limitantes de los métodos de fibrilado por fusión incluyen la fusión por soplado, el estallido de fibra por fusión y el fibrilado de película 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 una configuración en forma de islas, segmentos en forma de cuña u otra configuración en la que las fibras se procesen posteriormente para obtener nanofibras. 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 (por ejemplo, coextrusión, películas o filamentos homogéneos o bicomponentes) para que luego se conviertan en filamentos mediante fibrilado o formación de fibras. 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 estallido de fibra por fusión es un derivado del proceso de fabricación de fibras minerales que se ha aplicado a la fabricación de fibras poliméricas. Algunos ejemplos del proceso de estallido de fibras minerales por fusión incluyen la patente de los EE.UU. núm. 4,001 ,357, otorgada a Walz y col. y las patentes de los EE.UU. núms. 4,337,074 y 4,533,376, otorgadas a Muschelknautz y col. La clave de este proceso es el uso de velocidades de aire (gas) sónicas y supersónicas para hacer estallar el filamento fundido en una multiplicidad de fibras finas. Los diámetros de fibra característicos varían desde menos de 1 micrómetro hasta aproximadamente 6 micrómetros. Algunos ejemplos de procesos en los que se hace estallar el polímero fundido para convertirse en fibras finas incluyen la patente de los EE.UU. núm. 5,075,161 , otorgada a Nyssen y col., y las patentes europeas núms. 1 192 301 B1 y 0 724 029 B1 , la solicitud de patente europea núm. 1 358 369 A2, otorgada a Gerking, y el documento WO 04/020722, otorgado a Sodemann y col. Estos métodos utilizan toberas Laval para acelerar las velocidades del gas a un rango de velocidades sónicas o supersónicas. Cuando el polímero fundido está expuesto a velocidades de gas tan altas, estalla en una multiplicidad de fibras muy finas. Los procesos se configuran según el uso de las condiciones de proceso y las geometrías de matriz y toberas que se desean utilizar para fabricar los tamaños de fibras deseados. El fibrilado de película por fusión es otro método para producir fibras. La fusión produce una película fundida y luego se emplea un fluido para formar las nanofibras a partir de la película fundida. 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, 6,520,425 y 6,695,992, cedidas a la Universidad de Akron. 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 de fluidos a una superficie de una película polimérica altamente orientada y cristalina, solidificada y 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. 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. Para producir artículos desechables que contengan nanofibras y resulten comercialmente convenientes, se debe controlar el costo de las nanofibras. Es posible controlar los costos de los equipos, procesos, auxiliares de proceso y del polímero. Por lo tanto, es un objetivo de la invención producir nanofibras cuyos costos sean bajos. También se desea formar productos que contengan nanofibras para una diversidad de usos, con una serie de beneficios. Los usos incluyen realizaciones tales como pañales, paños higiénicos y materiales absorbentes, entre otros usos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Para obtener diámetros de fibra menores se usan generalmente polímeros que tienen una distribución estrecha del peso molecular. Esto se debe a que el polímero con una distribución del peso molecular estrecha puede fluir con mayor rapidez, atenuarse con más facilidad y formar fibras de diámetro más pequeño. Para elaborar las nanofibras se utilizan comúnmente polímeros con una distribución del peso molecular estrecha y altas energías de atenuación, tales como altas velocidades de gas, regímenes de flujo y velocidades de captación. En general, para formar las fibras deben optimizarse todos estos parámetros. Por ello, una persona con pericia normal en la industria no utilizaría polímeros con una distribución amplia del peso molecular para formar nanofibras en un proceso de fibrilación por fusión de un solo paso. Para reducir el costo de la nanofibra se pueden usar polímeros con distribuciones de pesos moleculares amplias. Los polímeros con una distribución del peso molecular amplia tienen un intervalo de pesos moleculares extenso y se elaboran con mayor facilidad; por ello pueden conseguirse rápidamente. En general, los polímeros con una distribución del peso molecular amplia son más resistentes, menos abrasivos o se deshilachan menos y son más estables. Por ello, un objeto de la presente invención es el de producir artículos que contienen nanofibras elaboradas a partir de polímeros con una distribución del peso molecular amplia. La presente invención está dirigida a fibras, telas no tejidas y artículos que comprenden nanofibras. Las nanofibras pueden elaborarse mediante un proceso de fibrilado por fusión de un solo paso con un polímero que tiene una distribución del peso molecular mayor que aproximadamente tres. Las nanofibras tienen un diámetro inferior a 1 micrometro y deben comprender una cantidad significativa de las fibras en una capa de la trama. Preferentemente, las nanofibras se producen conforme a un proceso de fibrilado de película por fusión. Los artículos higiénicos adecuados incluyen pañales, calzones entrenadores, protectores para incontinencia en 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 se refiere a artículos fabricados de nanofibras. Las nanofibras se producen de uno o más polímeros termoplásticos. Los polímeros de la presente invención tienen una distribución del peso molecular mayor que tres. La distribución del peso molecular (MWD, por sus siglas en inglés) se define como el peso molecular promedio ponderado dividido entre el peso molecular promedio numérico. Esto puede determinarse mediante el método de prueba estándar ASTM D6474-99 para determinar la distribución del peso molecular y los promedios del peso molecular de poliolefinas por medio de cromatografía de permeación en gel de alta temperatura. De preferencia, la MWD es mayor que aproximadamente 3.5, con más preferencia mayor que aproximadamente 4.0, aún con más preferencia mayor que aproximadamente 4.5 y con la máxima preferencia mayor que aproximadamente 5. En general, los polímeros tienen regímenes de flujo relativamente bajos, pero se combinan con otros materiales, por ejemplo, peróxido, para aumentar el índice de fluidez y limitar la MWD. Esto se debe a que muchos procesos para elaborar las fibras, en particular nanofibras, no pueden utilizar polímeros de bajo índice de fluidez. De preferencia, con el proceso de la presente invención se producirá una película o estructura más grande con un grosor mayor y/o con un mayor contenido de polímero. Esta película o estructura más grande se forma luego en nanofibras. Entre los polímeros termoplásticos apropiados se incluye cualquier polímero adecuado para hilado por fusión y que tenga una MWD amplia. Las propiedades reologicas del polímero tal como está en la matriz deben ser las adecuadas para que el polímero pueda formar una película. La temperatura de fusión del polímero es en general de aproximadamente 25 °C a 400 °C. Los ejemplos no restrictivos de polímeros termoplásticos que pueden tener una MWD amplia incluyen polipropileno y copolímeros, polietileno y copolímeros, poliésteres, poliamidas, poliestirenos, polímeros biodegradables que incluyen almidón termoplástico, PHA, PLA, poliuretanos y combinaciones de éstos. Los homopolímeros, copolímeros y mezclas de éstos se incluyen dentro de la presente descripción. Los polímeros preferidos son polipropileno, polietileno, nailon y tereftalato de polietileno. Como otra opción, el polímero puede contener materiales adicionales para proporcionar a la fibra propiedades adicionales. 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. La concentración de los materiales opcionales puede ser de hasta 50 % de la composición polimérica total siempre que la MWD esté aún dentro del intervalo identificado. Los polímeros con una MWD amplia pueden producirse mediante un proceso in situ o de manera artificial. Un ejemplo para producir una MWD amplia para el polipropileno consiste en terminar el proceso de polimerización anticipadamente. De este modo se obtiene un mayor índice de fluidez y una MWD más amplia. Un ejemplo de un proceso ¡n situ consiste en modificar el nivel de peróxido durante la producción del polipropileno para preparar resina de forma tal que la MWD sea más amplia. Un ejemplo de una MWD amplia creada artificialmente consiste en mezclar entre sí varios tipos de poliésteres. La mayoría de las resinas de poliéster tienen una relación de MWD menor que tres. Sin embargo, una MWD más amplia se puede producir mezclando cuidadosamente resinas de poliéster de diversos pesos moleculares. La mezcla también puede hacerse con otros materiales poliméricos, con la máxima preferencia polipropileno. En una trama puede ser conveniente usar una mezcla de MWD estrecha y amplia. El polímero que tiene una MWD más amplia se fibrila con mayor facilidad produciendo fibras de diámetros diferentes. Si no se desea mezclar los polímeros deben usarse toberas individuales para los polímeros de MWD diferente. Los polímeros de MWD estrecha y amplia se usan también para unir, en particular para unir térmicamente. Las áreas distintas de una trama que tienen polímeros de MWD diferente tendrán propiedades de unión térmica diferentes y por ello un desempeño diferente. De este modo, las áreas diferentes pueden tener propiedades adecuadas de barrera, permeabilidad del aire, absorbencia, suministro controlado, opacidad, propiedades mecánicas, de procesamiento posterior, propiedades térmicas y otras características. El diámetro promedio de fibra de una cantidad significativa de fibras de la capa de nanofibras de la trama puede ser inferior a un micrómetro y, con preferencia, de aproximadamente 0.1 micrómetros a 1 micrómetro; con mayor preferencia, de aproximadamente 0.3 micrómetros a aproximadamente 0.9 micrómetros. El peso base de la capa de nanofibras puede ser inferior a aproximadamente 25 gramos por metro cuadrado, por lo común, de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 15 gramos por metro cuadrado, con preferencia, inferior a 10 gramos por metro cuadrado o 5 gramos por metro cuadrado. La capa de nanofibras puede tener un peso base en el rango de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 3 gramos por metro cuadrado o de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1.5 gramos por metro cuadrado, dependiendo del uso de la trama de tela no tejida. 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 base para el total de las tramas compuestas varían de aproximadamente 5 gramos por metro cuadrado a aproximadamente 100 y comúnmente son de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 gramos por metro cuadrado. Por lo general se desea una trama de nanofibras adecuada y su producción puede constituir un desafío, especialmente cuando los pesos base son bajos. 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 puede significar la ausencia de formación de manojos o atados de fibra, agujeros visibles u otros defectos de este tipo. La uniformidad también se puede evaluar por medio de la hidropermeabilidad u otra medición de las propiedades de barrera para líquidos de la trama. Una barrera con un puntaje más alto indica, por lo general, una trama más uniforme. El diámetro de poro se puede determinar mediante métodos habituales para aquéllos con conocimiento en la industria. El diámetro de poro promedio de la capa de nanofibras es preferentemente inferior a aproximadamente 15 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 puede ser inferior al 20 %, preferentemente inferior a aproximadamente el 15 % y, con mayor preferencia, aproximadamente 10 % o menor. 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 puede medirse contando la cantidad de agujeros que tienen un diámetro por encima de cierto umbral en un área medida de la trama. Se puede utilizar un microscopio electrónico de barrido u otro medio de aumento. Por ejemplo, se pueden contar los agujeros si son visibles a simple vista empleando una caja de luz o si tienen más de 00 micrómetros de diámetro. Las fibras pueden ser de un solo componente o de múltiples componentes, tales como las fibras bicomponentes. Las fibras pueden tener una forma de vaina-núcleo o estar dispuestas en forma paralela o en 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 luego de formadas las fibras. Puede ser necesario curar los aditivos que migran a la superficie utilizando una energía externa, tal como 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 hidrofobicos. Un ejemplo de tratamiento hidrofóbico es con polidimetílsiloxanos. El tratamiento específico depende del uso de la trama, el tipo de polímero y otros factores. Los tratamientos convenientes son conocidos para aquellos con experiencia en la industria. Para elaborar las nanofibras de la presente invención puede utilizarse cualquier método en el que se use un polímero termoplástico con una MWD mayor que aproximadamente tres. De preferencia, el método es un proceso de fibrilado por fusión de un solo paso que puede utilizar un polímero termoplástico con una MWD mayor que tres.

Los procesos de fibrilado por fusión se definen como un proceso que emplea la fusión de un polímero de una sola fase, durante la que se forman las fibras. Una sola fase puede incluir una dispersión, pero no incluye fusiones con base de solvente, como aquellas utilizadas 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 procesos de dos pasos en donde primero se elabora una fibra más larga que posteriormente se divide al quitar parte de la fibra o al separarla. El proceso debe ser adecuado para utilizar un polímero termoplástico con una MWD mayor que tres y para producir fibras con un diámetro promedio inferior a aproximadamente 1 micrómetro. El método para elaborar las nanofibras de la presente invención es, con preferencia, un proceso de fibrilado por fusión y, con más preferencia, un proceso de fibrilado de película por fusión. Por lo general, este proceso implica proveer un polímero fundido, utilizar una corriente de fluido central para formar una película polimérica y luego utilizar un fluido para formar múltiples nanofibras a partir de la película. 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, 5,520,425 y 6,695,992, otorgadas a Reneker. La película puede ser un tubo hueco, relativamente plano, u otra estructura adecuada. Como se describió también en el documento 4,536,361 , el polímero se calienta hasta que forma un líquido y fluye con facilidad. El polímero fundido puede tener una temperatura que varía de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 400 °C, con preferencia de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 300 °C, y con más preferencia de aproximadamente 20 °C a 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 puede ser inferior a aproximadamente 50 °C por encima de su punto de fusión, preferentemente inferior a 25 °C por encima de su punto de fusión, con más preferencia, inferior a 15 °C por encima de su punto de fusión y exactamente en su punto de fusión o intervalo 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 entre aproximadamente 1 Pa.s y 1000 Pa.s, generalmente, entre aproximadamente 2 y 200 Pa.s y, más comúnmente, entre aproximadamente 4 y 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. En un método, el fluido separador de fibras puede presionar la película polimérica líquida para formar un tubo polimérico hueco al soplar y aplicar presión sobre la película y la superficie interior del tubo. En otro método detallado en el documento 6,695,992, el fluido separador de fibras forma una hoja de película delgada a partir de una matriz con un diseño del tipo hendidura o ranura. El fluido separador de fibras puede estar a una temperatura cercana a la temperatura del polímero fundido. Los ejemplos no restrictivos de fluido separador de fibras son gases tales como el nitrógeno o, con más preferencia, el aire. La temperatura del fluido separador de fibras puede ser más elevada que la del polímero fundido para contribuir a la fluidez del polímero y la formación del tubo hueco o película plana. 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. La temperatura del fluido separador de fibras es inferior a aproximadamente 50 °C por encima de la temperatura de fusión del polímero, preferentemente, inferior a 25 °C por encima de la temperatura de fusión del polímero, con más preferencia, inferior a 5 °C por encima de la temperatura de fusión del polímero o exactamente en su temperatura de fusión o por encima de ésta. La temperatura del fluido separador de fibras también puede ser inferior a la temperatura de proceso, hasta 15 °C. La presión del fluido separador de fibras es la suficiente para soplar las nanofibras y puede estar levemente por encima de la presión del polímero fundido cuando éste se extruye saliendo del orificio. El fluido separador de fibras tendrá generalmente una presión inferior a 34.5 MPa (5000 psi). Preferentemente, la presión del fluido separador de fibras será inferior a 6.9 Mpa (1000 psi), con mayor preferencia, inferior a aproximadamente 690 kPa (100 psi) y, con la máxima preferencia, de aproximadamente 100 a aproximadamente 550 kPa (de aproximadamente 15 a aproximadamente 80 psi). 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 del polímero será más de 1 gramo por minuto por orificio, aproximadamente. Con preferencia, el rendimiento total del polímero puede ser mayor que aproximadamente 5 gramos por minuto por orificio y, con mayor preferencia, mayor que aproximadamente 10 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. Otra manera de describir el rendimiento total es utilizar el término: longitud extruida en húmedo. El rendimiento total del polímero será mayor que aproximadamente 0.3 gramos por centímetro de longitud extruida en húmedo. La longitud extruida en húmedo se define como la distancia lineal de la película fundida antes de que se produzcan las nanofibras. Por ejemplo, si la presente invención se realiza utilizando toberas separadas y el diámetro del orificio de la tobera es de 1 centímetro, la velocidad de caudal total para esa tobera es de 1 gramo por minuto y la velocidad total es de 0.318 gramos por centímetro por minuto. Preferentemente, el rendimiento total del polímero será superior a aproximadamente 3 gramos por centímetro por minuto, con mayor preferencia, superior a aproximadamente 6 gramos por centímetro por minuto y, con la máxima preferencia, superior a 10 gramos por centímetro por minuto. Se puede emplear un fluido de arrastre u otro fluido con el fin de inducir un campo de presión pulsátil o fluctuante para contribuir a formar 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 la película y la región en la que se forman las nanofibras, así como alrededor de ambas. Un fluido de arrastre puede tener una velocidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 metros por segundo y, preferentemente, de aproximadamente 3 a aproximadamente 50 metros por segundo. La temperatura del fluido de arrastre puede ser la misma que la del fluido separador de fibras mencionada anteriormente, pero se encuentra, por lo general, aproximadamente a la misma temperatura que el polímero fundido exactamente en el momento en que se forma la película. También se puede utilizar una cortina de aire u otra corriente de aire auxiliar para afectar el patrón de rocío de las nanofibras desde dos o más toberas. Esta cortina o corriente de aire puede contribuir a proteger la formación de rocío entre toberas adyacentes o puede ayudar a comprimir el patrón de rocío. La cortina o corriente de aire puede mejorar la uniformidad de la trama. Opcionalmente, se puede utilizar una corriente de fluido adicional, un fluido de enfriamiento o calentamiento. Esta tercera corriente de fluido puede estar ubicada para dirigir el fluido a las nanofibras para enfriar o calentar las fibras. Si el fluido se utiliza como fluido de enfriamiento, su temperatura será de aproximadamente -20 °C a aproximadamente 100 °C, y preferentemente de aproximadamente 10 °C a 40 °C. Si el fluido se utiliza como fluido de calentamiento, su temperatura será de aproximadamente 40 °C a 400 °C y, generalmente, de aproximadamente 00 °C a 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 puede contener los tratamientos o aditivos para modificar las propiedades de superficie, químicas, físicas o mecánicas de las fibras producidas. Se puede optimizar la distancia desde el orificio o tobera hasta el colector, denominada comúnmente distancia de la matriz al colector (DCD, por sus siglas en inglés). La optimización puede ayudar a producir una trama más uniforme. Reducir la DCD puede ayudar a disminuir la cantidad de manojos o atados de fibra formados. 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 haces con diferentes DCD. Puede resultar deseable formar una trama con diferentes uniformidades para cambiar la DCD. Ejemplos no limitantes de otros procesos productores de nanofibras a partir de fundidos poliméricos incluyen el estallido de fibra por fusión, fusión por soplado avanzado y división de fibras a partir de fibras multicomponentes y películas sólidas. Algunos ejemplos de procesos de estallido de fibra por fusión que hacen estallar el polímero fundido en fibras finas incluyen la patente de los EE.UU. núm. 5,075,161 , otorgada a Nyssen y col.; las patentes europeas núms. 1 192 301 B1 y 0 724 029 B1 , la solicitud de patente europea núm. 1 358 369 A2, otorgada a Gerking, y el documento WO 04/020722, otorgado a Sodemann y col. Estos métodos utilizan toberas Laval para acelerar las velocidades del gas a un rango de velocidades sónicas o supersónicas. Cuando el polímero fundido está expuesto a velocidades de gas tan altas, estalla en una multiplicidad de fibras muy finas.

Nyssen y col. describen, en la patente de los EE.UU. núm. 5,075,161, un método para estallar sulfuro de polifenileno fundido en filamentos finos. En este método, la tobera Laval está ubicada exactamente después de la tobera de hilar. Las fibras del polímero que tienen un diámetro promedio de fibra inferior a aproximadamente 6 micrómetros, preferentemente de aproximadamente 0.2 micrómetros a 6 micrómetros, se fabrican sometiendo las corrientes de polímero fundido a un alargamiento y enfriamiento a temperaturas inferiores a la temperatura de fusión extruyéndolas en un medio gaseoso que fluye esencialmente paralelo a las corrientes de polímero fundido y alcanza 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. El documento WO 04/020722, otorgado a Sodemann y col., divulga un método similar para producir una tela no tejida de filamentos finos consolidados térmicamente a partir del estallido de fibras de polímeros termoplásticos utilizando velocidades de fluidos sónicas y supersónicas. En este proceso, la tobera Laval se coloca debajo de la tobera de hilar. La velocidad del hilado, la temperatura de fusión y la posición de la tobera deben configurarse adecuadamente para lograr una oxidación térmica tan solo parcial de los filamentos finos en su superficie. Las fibras producidas mediante este método se han descrito como fibras que tienen un diámetro inferior a un micrómetro y están conectadas entre sí en puntos separados. Los métodos y aparatos descritos por Gerking en las solicitudes de patentes europeas núms. 1 192 301 B1 y 1 358 369 A2 también utilizan toberas Laval para acelerar el gas a velocidad sónica o supersónica, que es la velocidad que se utiliza para hacer estallar el polímero fundido en una multiplicidad de filamentos finos. El proceso de fibrilado de película por fusión difiere del proceso de estallido de fibra por fusión en la forma en que se producen las fibras y la geometría inicial de fusión a partir de la cual se producen los filamentos finos. El fibrilado de película por fusión parte de una película, en algunos casos un tubo hueco de película fundida, que se afina mediante un chorro de aire central y luego se fibrila en una multiplicidad de nanofibras. En contraposición, la geometría inicial de fusión del estallido por fusión es un filamento fundido que cuando se lo expone a velocidades sónicas o supersónicas del gas en la tobera Laval estalla en una multiplicidad de nanofibras. Las tramas fibrosas producidas a partir de estos procesos pueden diferir en uniformidad debido a diferencias de separación fibra a fibra y formaciones de manojos de fibras. Se pueden emplear diversos procesos y combinaciones de procesos para elaborar las tramas de la presente invención. Los métodos preferidos son los métodos que producen capas de nanofibras uniformes. El estallido de fibra por fusión se puede combinar con el fibrilado de película por fusión con dos haces separados en una sola línea. Los diversos aspectos del estallido de fibra por fusión podrían incorporarse en el fibrilado de película por fusión. Por ejemplo, se podrían producir fibras con diferentes resistencias y diámetros para proporcionar 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, se podría modificar un proceso de fibrilado de película por fusión para que incluya una tobera Laval con el propósito de ayudar 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 polímeros con un Tg alto, tal como los poliésteres, en donde la cristalización se induce por tensión. Sin estar limitados por la teoría se cree que el beneficio de usar polímeros con una MWD amplia permitirá realizar el proceso con menos energía y por ello con mayor eficacia. Los polímeros con una MWD amplia se diluyen por corte con más facilidad que los polímeros de MWD estrecha debido a la presencia de cadenas de alto peso molecular. Durante el flujo de corte estas cadenas se orientan en paralelo a la dirección del flujo y cuando se combinan con las regiones extruidas por fundido o diluidas perfiladas producen las fibras y nanofibras bajo condiciones de proceso más económicas. La temperatura de proceso puede ser inferior y el rendimiento total puede aumentar. Además, se prefieren también las resinas de peso molecular promedio numérico mayor ya que aumentan también la orientación en la dirección del flujo y promueven la fibrilación. La fibrilación mejorada puede ser conveniente ya que los polímeros de MWD más baja pueden ser pegajosos o pueden dificultar la fibrilación reduciendo la uniformidad de la trama. Además de mejorar la fibrilación, los polímeros de MWD amplia pueden producir fibras más aptas para la unión térmica. Por ejemplo, el artículo Relationships Between the Properties of Fibers and Thermally Bonded Nonwoven Fabrics Made of Polypropylene (Relaciones entre las propiedades de las fibras y las telas no tejidas unidas térmicamente elaboradas de polipropileno) de Erik Andreassen y col. en Journal of Applied Polymer Science (Revista de ciencia aplicada a los polímeros), Vol. 58, 1633-1645 ( 995) describe la unión térmica de fibras. Las nanofibras de la presente invención se utilizan para elaborar tramas de tela no tejida adecuadas para artículos. La trama se define como el compuesto total de tela no tejida. Una trama puede tener una o varias capas que se consolidan mediante unión de puntos térmicos u otras técnicas para obtener resistencia, integridad y ciertas características estéticas. 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 el 25 %. La cantidad significativa de fibras puede ser de por lo menos aproximadamente el 35 %, de por lo menos aproximadamente el 50 % o de más de aproximadamente el 75 % del total de la cantidad de fibras en la capa. La trama podría tener más de aproximadamente el 90 % o aproximadamente el 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 micrómetro, se deben medir por lo menos aproximadamente 00 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 en la capa de nanofibras, hasta el 75 %, puede tener cualquier rango de diámetros de fibra. Generalmente, los diámetros de las fibras más grandes deberán oscilar entre justo por encima de un micrómetro y aproximadamente 10 micrómetros. Preferentemente, una cantidad significativa de fibras en una capa de nanofibras tendrá un diámetro de fibra inferior a aproximadamente 900 nanómetros y, con más preferencia, de aproximadamente 100 nanómetros a aproximadamente 900 nanómetros. Otros rangos preferidos de diámetros de fibras son los menores a aproximadamente 700 nanómetros y los de aproximadamente 300 a aproximadamente 900 nanómetros. Los diámetros preferidos dependerán del uso de la trama. Puede resultar deseable tener una cantidad significativa de fibras con un diámetro inferior a aproximadamente un micrómetro y una cantidad significativa de fibras con un diámetro superior a aproximadamente un micrómetro. Las fibras más grandes pueden atrapar e inmovilizar las nanofibras. Esto puede contribuir a reducir la cantidad de apelmazamiento o formación de manojos de las nanofibras e impedir 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 10 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 podría utilizarse en donde se utilizan tradicionalmente las tramas SMS (unidas por hilado, fusionadas por soplado, unidas por hilado) con combinación de tres capas de material no tejido. 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.

Los artículos de la presente invención contendrán las tramas de telas no tejidas descritas. La trama puede comprender la totalidad de los artículos, tales como un paño, o la trama puede comprender un componente del artículo, tal como un pañal. Los artículos higiénicos son los artículos preferidos. 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, toallitas 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. La vestimenta o ropa interior desechable y ropa de protección para usos personales o industriales también pueden resultar deseables. Otros usos de paños pueden ser paños de limpieza hogareños o paños para descontaminación que se utilizan para absorber o controlar derrames, y otros paños de uso industrial. En un pañal, la trama puede utilizarse como una capa de barrera, tal como una barrera sobre el núcleo o una cubierta externa. 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. Una trama típica que emplea nanofibras es una trama en donde la capa de nanofibras se combina con por lo menos una capa consolidada térmicamente mediante la unión de puntos térmicos, hidroenmarañado u otras técnicas adecuadas y apropiadas para el uso final. Puede haber una o dos capas consolidadas térmicamente que abarquen la capa de nanofibras. 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 que comprenda una prenda. 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 extema 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. Con la máxima preferencia, la capa de barrera tiene un balance 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 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. También se ha comprobado que las tramas forman poca pelusa. Esto puede deberse a la mayor longitud de las fibras o al enmarañado de fibras en la trama. Los filtros son otros de los productos que se beneficiarán con la trama de nanofibras. Los filtros pueden ser para uso industrial, personal u hogareño y se pueden utilizar para filtrar aire, líquidos o pequeñas partículas. Los usos industriales pueden incluir filtros para la industria automotriz, de hornos, del agua y otros tipos de filtros. Un tipo de filtro personal incluye una máscara con filtro, tal como un 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. Las tramas también se pueden utilizar como aislantes acústicos o térmicos, para equipos de uso a la intemperie, ropa, y como fibras conductoras.

EJEMPLOS Ejemplo comparativo 1 En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora Basell Profax PH-835, nominalmente un polipropileno que tiene un índice de fluidez de 35 y una distribución del peso molecular inferior a 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 2.63. La temperatura de proceso es de 280 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 380 kPa (55 psi). El caudal total estaba limitado también a 10 gramos por cm por minuto. Ejemplo comparativo 2: En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora FINA EOD-02-04, nominalmente un polipropileno que tiene un índice de fluidez de 100 y una distribución del peso molecular inferior a 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 2.98. La temperatura de proceso es de 240 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 380 kPa (55 psi). El caudal total estaba limitado a 8 gramos por cm por minuto. Ejemplo 1 : En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora ExxonMobil Escorene 3155, nominalmente un polipropileno que tiene un índice de fluidez de 35 y una distribución del peso molecular mayor que 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 3.15. La temperatura de proceso es de 280 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 200 kPa (30 psi). El caudal total era de hasta 15 gramos por cm por minuto. Ejemplo 2: En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora FINA 3860X, nominalmente un polipropileno que tiene un índice de fluidez de 100 y una distribución del peso molecular mayor que 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 4.6. La temperatura de proceso es de 240 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 380 kPa (55 psi). El caudal total era de hasta 11 gramos por cm por minuto. Ejemplo 3: En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora Dow Chemical Company 05862N, un polietileno de alta densidad que tiene una distribución del peso molecular mayor que 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 3.27. La temperatura de proceso es de 240 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 200 kPa (30 psi). El caudal total es de hasta 15 gramos por cm por minuto. Ejemplo 4: En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora Basell PDC 1274, nominalmente un polipropileno que tiene un índice de fluidez de 12 y una distribución del peso molecular mayor que 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 4.61. La temperatura de proceso es de 290 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 240 kPa (35 psi). El caudal total es de hasta 15 gramos por cm por minuto. Ejemplo 5: En un proceso de fibrilado de película por fusión se incorpora Basell PDC 1267, nominalmente un polipropileno que tiene un índice de fluidez de 18 y una distribución del peso molecular mayor que 3 según se determina mediante cromatografía de permeación en gel en triclorobenceno a 150 °C calibrada con estándares de poliestireno. La distribución del peso molecular real de este lote específico es de 3.86. La temperatura de proceso es de 290 °C y la temperatura del fluido separador de fibras es de 25 °C. Para elaborar las fibras y nanofibras deseadas, la presión de fluidización debe ser mayor que 240 kPa (35 psi). El caudal total es de hasta 15 gramos por cm por minuto. Todos los documentos citados en el presente se consideran incorporados en su parte relevante como referencia. La mención de cualquier documento no deberá interpretarse como una admisión de que éste corresponde a 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 pueden hacerse diversos 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 (9)

REIVINDICACIONES

1. Una trama de tela no tejida que comprende al menos una capa que tiene una cantidad significativa de nanofibras con diámetros inferiores a un micrómetro, caracterizada porque las nanofibras se elaboran a partir de un polímero que tiene una distribución del peso molecular mayor que tres.

2. La trama de tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el polímero tiene una distribución del peso molecular mayor que 3.5.

3. La trama de tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la capa de nanofibras tiene al menos 50 % de nanofibras que tienen un diámetro inferior a un micrómetro.

4. La trama de tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la capa de nanofibras tiene un peso base de 0.5 gramos por metro cuadrado a 15 gramos por metro cuadrado.

5. La trama de tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el polímero tiene una distribución del peso molecular mayor que 4.

6. Un artículo que comprende una trama de tela no tejida de conformidad con la reivindicación 1.

7. El artículo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el artículo se selecciona del grupo que comprende pañales, calzones entrenadores, protectores para incontinencia en 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 y combinaciones de éstos.

8. El artículo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la trama de tela no tejida es una capa de barrera.

9. Un proceso para elaborar una trama de tela no tejida que comprende una capa de nanofibras que tienen una cantidad significativa de nanofibras con diámetros inferiores a un micrómetro, caracterizado además porque las nanofibras se fabrican mediante un proceso de fibriiado de película por fusión que comprende los pasos de: a. Proveer un polímero fundido que tiene una distribución del peso molecular mayor que 3, b. utilizar una corriente de fluido para formar una película polimérica, y c. formar múltiples nanofibras a partir de la película polimérica.