PT87399B

PT87399B - Processo para a preparacao de um composito de espuma-fibra

Info

Publication number: PT87399B
Application number: PT87399A
Authority: PT
Inventors: Shmuel Dabi; Kays B Chinai
Original assignee: Personal Products Co
Priority date: 1987-05-05
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1992-09-30
Also published as: EP0290945A3; IE62294B1; NO881943D0; IE881339L; BR8802178A; DE3878726T2; ATE86314T1; AU1539288A; AR241753A1; NO881943L; AU606683B2; GR1000153B; ES2045005T3; NZ224438A; JP2795344B2; CA1303829C; ZA883184B; EP0290945A2; PH24748A; PT87399A

Description

Descrição Promenorizada da Invenção

Na presente invenção prepara-se um material elástico, absorvente, a partir de partículas de espuma hidrofílica, u niformemente distribuídas numa matriz termoplástica fibrosa. Se o tamanho da partícula é demasiado pequeno, as partículas caem através dos interstícios da matriz fibrosa, fundida. Se o tamanho da partícula e demasiado grande o compósito não parece uniforme. Prefere-se usar um tamanho de partícula de cerca de 3-8 milímetros (78 - 73 polegadas) mas o tamanho exacto não é abso- 3 -

lutamente crítico. Um tamanho de partícula mais uniforme dá uma aparência mais agradável ao produto final compósito.

A espuma, que normalmente se produz e existe como u nidades grandes, pode produzir-se no tamanho de partícula desejado por trituração ou corte dela em simultâneo com o passo de mistura com as fibras, ou pela sua pré-trituração. Quando a espuma se processa em simultâneo com a fibra termoplástica numa máquina de cardar, a espuma com uma resistência à tracção de p cerca de 350 a 4 200 kg/m (0,5 a 6 psi) e alongamento à ruptura de 5% a 100%, é adequada para utilização no corrente processo no equipamento experimental utilizado quando se executam em simultâneo a cardagem e o corte. Na espuma preferencial as gap mas são de cerca de 1050 a 2100 kg/m (1,5-3 psi) de resistência & tracção e 35%-75% de alongação à ruptura, para se obter a uniformidade desejada sem estiramento sigiificativo da espuma. Contudo, quando a espuma se destina a ser pré-triturada ou pré-cortada, antes da operação de cardagem, podem utilizar-se, se se desejar, mesmo espumas mais fortes.

As espumas que se utilizam na presente invenção devam ser estáveis ao calor à temperatura a que a ligação se realiza, e para muitas utilizações é desejável que a espuma não mu de de cor à temperatura de ligação utilizada.

Temperaturas de ligação por calor tão altas como 155°C, assim como temperaturas mais baixas, têm-se utilizado com sucesso.

Numa forma de realização do processo da presente in venção, uma mistura macia uniforme, de baixa densidade de espuma e fibras ligou-se a quente para proporcionar uma estrutura elástica com boa resistência mecânica. A espuma utilizada era u ma espuma hidrofílica de amino-eter feita a partir de poli-oxi-etileno terminado por amina e de resina epoxi. As fibras utili zadas eram bicomponentes de poliester-polietileno Enka de 3 denier. A mistura uniforme produziu-se por alimentação de uma folha de 3mm (Vô) de espuma, com uma camada de fibras no cimo de uma máquina de cardar. A acção de cardar da máquina de cardar

abriu as fibras, cortou a espuma e misturou ao acaso os materiais, tudo num único passo. A mistura uniforme resultante tratou -se a quente a 140°C num forno com circulação de ar. /“isto pode fazer-se a uma pressão não superior à atmosférica, ou sob pressão variável. A pressão específica aplicada controla a densidade do compósito final, quando se deseja um compósito densa7 Sob estas condições, só a porção exterior de polietileno da fibra bi-componente é fundida enquanto a porção interior de poliéster pennanece intacta.

Verificou-se que a técnica anterior era adequada para produzir estruturas moldadas, embora o maior componente da mistura seja uma espuma termocurada. A moldagem tomou-se possí vel devido à matriz termoplástica fibrosa. Hn determinados casos, a proporção entre ag fibras e a espuma tem de se optimizar para se obter uma parte melhor moldada. Na selecção da proporção, deve notar-se que a espuma hidrofílica contribui com a absorvência e a elasticidade, enquanto as fibras são hidrofóbicas mas proporcionam ao compósito resistência à secagem β à humidade. As proporções adequadas, em peso, entre a espuma e a fibra podem variar entre cerca de 80 de espuma: 20 de fibra e 40 cLe espuma: 60 de fibra, embora as proporções preferenciais variem de 70 de espuma: 30 de fibra para 50 de espuma: 50 de fibra.

número de componentes na mistura espuma-fibra não se limita a dois, mas a mistura deve conter uma espuma elástica e uma fibra ligante. Bn adição, podem incluir-se muitos outros materiais de acordo com as propriedades desejadas do compósito final. Assim, a polpa de madeira e outros materiais fibrosos hi drófilicos podem misturar-se para aumentar a velocidade de torcicLa e reduzir o custo (como no Exemplo III). Quando se utilizam tais materiais, podem estar presentes em percentagens, em peso, do compósito espuma-fibra de 0-60%, variando, de preferên cia, de 10-50% e sendo 40% a quantidade mais preferencial. Naruralmente que os objectivos específicos de utilização final in fluenciam as quantidades utilizadas.

Na execução do processo da presente invenção pode utilizar-se uma máquina de cardar. Existem muitas máquinas de

_ cardar diferentes disponíveis que são adequadas no laboratório ou numa escala comercial, por exemplo, da Davis Feber, Hergeth Hollingsworth GmbH, John D. Hollingsworth on Wheels, Inc. and Asselin.

Na execução da ligação térmica o equipamento tipo forno laboratorial disponível inclui o Honeycomb Systms Inc· Thermal Bonder e o forno de corrente de ar quente forçada da Fis her Co. e muitas outras fontes, enquanto o equipamento comercial típico disponível inclui equipamento de ligação através de ar da AER Corporation. Pode utilizar-se qualquer tipo de forno de ar forçado.

As espumas amino-éter preferenciais são as descritas na Patente norte-americana 4.554.297. As outras espumas hidrofílicas que se podem utilizar incluem poli-uretano, Plastisol (PVC) e SBR (borracha de estireno-butadieno) tratadas com agentes tensio-activos.

Quando a espuma amino-éter contém um super absorven te, podem utilizar-se super absorventes do tipo amido enxertado ou do tipo poli-acrilato tais como os comercialmente disponíveis como Drytech (Dow Chemical), A-720 (Arakawa) e IM-1000 (Sanyo).

superabsorvente pode incorporar-se na espuma pelo seguinte procedimento: o superabsorvente em pé mistura-se na re sina epoxi (Epon 828, Shell Chemical), aquece-se a 100 C (20 g de pé em 50 g de resina) e adiciona-se 5 g de bicarbonato de só dio. Misturam-se 60 g de Jeffamine ED-600 (poli oxi-etileno ter minado por amina) (Texaoo Chemical) com 4 g de ácido láctico e 2 g de água. Misturam-se os dois componentes completamente duran te 15 segundos e verte-se num molde num forno a 130°C. Depois de 15 minutos obtem-se espuma que contém superabsorvente.

Quando se deseja incorporar no compósito, materiais fibrosos susceptíveis de torcedura - fluido hidrofílico, são adequados materiais tais como rayon, polpa de madeira, e acrílico.

As fibras termoplásticas mais preferenciais são uma . fibra bicomponente (polietileno/poliester) disponível da Enka

como Enka Fusible Fiber e também fibras bi-componentes de poliéster. A porção exterior de poli-etileno da fibra bicomponente funde sob as condições de aquecimento utilizadas enquanto o poliester interior permanece intacto. Bm vez dos dois materiais de fibra serem parte de uma fibra bicomponente podem utilizar-se separada e individualmente, mas combinadas em conjunto. Não é necessário que se escolham o poli-etileno e poliester como fi bras particulares a utilizar. Pode utilizar-se qualquer fibra termoplástica que funda e se una à espuma para formar uma matriz, em substituição do poli-etileno. As outras fibras de poli mero termoplástico fundíveis típicas deste tipo incluem! fibras bicomponentes de poli-etileno/polipropileno, poliester chisso, e Heterofil (ICI). Também, em substituição do poliester, podem utilizar-se outras fibras de ponto de fusão relativamente elevado tais como! poliamida (ICI).

Os seguintes exemplos pretendem ilustrar, mas não limitar, a presente invenção. En todos os exemplos, a espuma é a referida na Patente norte-americana 4.554.247.

Exemplo 1

Uma folha de 3 mm (Υδ) de espessura de espuma de poliamino-éter colocou-se entre fibras bicomponentes Enka. A proporção entre a espuma e a fibra, em peso, era 70:30 respectivamente. 0 compósito fibra-espuma passou através de equipamen to de cardar com rolo no cimo, tamanho laboratorial, feito por Davis-Feber. 0 equipamento de cardar abriu as fibras, cortou a espuma em pequenas unidades de oerca de 3 mm (Yô^M) em tamanho, e dispersou a espuma cortada uniformemente no tecido fibroso. 0 compósito espuma/fibra cardado ligou-se termicamente a 140°C durante cerca de 5 minutos num forno laboratorial de circulação de ar. A estrutura do compósito resultante era macia, elástica e absorvente. A densidade da estrutura do compósito era 0,048 g/cm^ (3 libras por pé cúbico), enquanto a densidade da espuma inicial era de 0,06 g/om^ (3,8 libras por pé cúbico). A capaci dade de absorção era 18 g de água por grama de compósito pelo procedimento seguinte: pesou-se rigorosamente uma unidade de compósito, de cerca de 1 grama, mergulhou-se em água, e permi- 7 -

tiu-se que o excesso de água se escoasse. Pesou-se, então, de novo a amostra húmida para assim se calcular a quantidade de água que cada grama de compósito retinha.

Exemplo 2

Espuma de poli-amino-éter contendo 15/ de material dilatável, insolúvel em água (superabsorvente) preparou-se, pri meiro, da maneira previamente descrita atrás para a incorporação do superabsorvente na espuma. A espuma cortou-se, então, em folhas de cerca de 3 mm (78¹¹) de espeesura e fez-se uma estrutu ra de compósito de fibra elástica e espuma superabsorvente como descrito no Exemplo 1. A retenção de fluido sob pressão deste compósito era significativamente mais elevada do que o do Exemplo 1, sendo bastante superior ao dobro.

Exemplo 3

Preparou-se um tecido fibroso solto de fibra bicomponente Enka e de fibras de polpa de madeira utilizando equipamento de sulcos de Rando-Webber. A folha de espuma de amino-éter de 3 mm de espessura e o tecido amaciado de polpa de madeira dobraram-se em conjunto para formar a estrutura de compósito. Esta estrutura de compósito colocou-se entre as duas camadas do tecido de fibra Enka. A composição da estrutura em sanduíche era 15/ de polpa de madeira, 30/ de fibras Enka e 55/ de espuma. A estru tura sanduíche introduziu-se na secção de alimentação do equipamento de fazer tecido com sulcos. 0 cilindro de alimentação prin cipal do equipamento cortou a espuma em pequenas unidades de cer ca de 3 mm (7θ”) em tamanho e misturou fibras de várias camadas com as unidades de espuma. 0 material mistura de fibras/espuma consolidou-se num tecido heterogéneo. 0 tecido ligou-se termicamente num forno de laboratório a 140° C. 0 compósito resultante de mistura de fibras/espuma era macio, elástico e absorvente.

Exemplo 4

Um bloco de espuma de amino-éter partiu-se primeiro em bocados grandes e então cortou-se em partículas de cerca de 7 mm (74) de tamanho utilizando um cortador de espuma feito por

Ormont Corporation (Imperial Fluffer and Picker) mill. A espuma cortada misturou-se uniformemente com envolucro-núeleo de poliester/poliester tipo fibra bicomponente na proporção de 70:30 em peso espuma/fibra. A mistura de espuma e fibras realizou-se utilizando uma CMC (Carolina Machinery Company) Even Feed tipo pré-alimentador para proporcionar uma matriz uniforme de espuma/ /fibra, que se alimentou no equipamento de cardar, 0 equipamento de cardar abre as fibras, dispersa a espuma na matriz de fibra, e proporciona tecido de peso uniforme. 0 tecido ligou-se termicamente num forno de laboratório a 120° C. 0 compósito de espuma/fibra resultante era elástico e absorvente.

Exemplo 5

Um compósito de baixa densidade consistindo de 15% de poliéster Hollow Core (Hollofil), 15% de fibra bicomponente PE/PET e 70% de espuma produziu-se seguindo o procedimento descrito no Exemplo 4.

A utilização de fibra de poliéster Hollow Core, além de proporcionar 0 reforço estrutural do compósito, proporciona volume elevado ao compósito. Material de volume elevado com baixa densidade, proporciona grande volume de vazios 0 que é essencial para compósitos de absorvência elevada.

Exemplo 6

Μ·ΜΜ·Ν (Este e um exemplo comparativo utilizando uma fibra de um único componente).

Misturaram-se setenta porcento (70%) de espuma cortada e 30% de fibra monocomponente de poliéster de baixo ponto de fusão (D-581, DuPont) e produziu-se tecido de acordo com 0 Exemplo 4. 0 teoido ligou-se termicamente a 130° C num forno de ar quente. 0 compósito resultante era elástico, mas tinha uma fraca propriedade de resistência à tracção.

Atribuiu-se a fraca propriedade de resistência à traoção do compósito deste exemplo comparativo ao facto de que na ligação térmica do tecido, as fibras de poliéster perdem as

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suas características fibrosas. São as fibras que no compósito retém as suas características fibrosas que proporcionam o neces sário reforço estrutural que origina uma boa propriedade de trac ção.

Verificou-se aqui que um dos meios de melhorar as propriedades de tracção quando se utilizam fibras monocomponentes, é misturar fisicamente algumas fibras de ponto de fusão elevado (superior a 130° C) com fibras de baixo ponto de fusão. As fibras de baixo ponto de fusão utilizam-se para ligar os materiais, enquanto as fibras de ponto de fusão elevado proporcio nam o reforço da estrutura. Isto é ilustrado no Exemplo 7.

Exemplo 7 procedimento seguido foi o mesmo do Exemplo 6 excepto que a mistura consistia de 70$ de espuma, 15$ de fibra li gante (D-581, fibra de poliéster Dupont) e 15$ de fibras de poli-etileno-tereftalato (PET) (p.f. - 240° C). A ligação num for no de ar quente a 130° G originou uma matriz fortemente ligada de PET, na qual se dispersaram partículas de espuma. 0 compósito obtido era semelhante nas propriedades ao do Exemplo 4.

Claims

- lê -

Processo para a preparação de um compósito de espuma-fibra absorvente e elástico que inclui uma espuma hidrofílica de amino-éter uniformemente distribuída e ligada por aquecimento a uma matriz fibrosa termoplástica caracterizado por misturarem-se pequenas porções de espuma hidrofílica de amino-éter e de fibras termoplásticas para formar uma trama uniforme, aque cer-se a referida trama para ligar térmicamente a fibra termoplástica k espuma formando assim o compósito.

-2ê -

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por a espuma e as fibras serem combinadas e cortadas simul taneamente em grandes partículas.

-3* -

Processo de acordo com a reivindicação 2, caracteri zado por a espuma ser pré-triturada antes de ser combinada com a fibra.

--

Processo de acordo com a reivindicação 2, caracteri zado por as grandes partículas serem de 3 a 8 milímetros.

-5â -

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a espuma utilizada ser 0 produto dareacção de um poli(ó xido de alquileno) terminado por amina e uma resina epoxi.

—6ê —

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a espuma utilizada conter um superabsorvente.

- 11 f

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fibra termoplástica utilizada ser preparado pelo menos a partir de duas fibras diferentes, uma das quais tem um baixo ponto de fusão e pode fundir pelo menos parcialmente» e a outra tem um ponto de fusão elevado e não pode fundir durante o passo de aquecimento para a ligação térmica.

- 8â Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a fibra termoplástica utilizada ser preparada a partir de uma fibra biocomponente composta de duas fibras diferentes, em que o núcleo é constituído por um material de elevado ponto de fusão e o revestimento por um material de baixo ponto de fusão.

- ₉ê -

Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o material de elevado ponto de fusão utilizado ser poliéster e o material de baixo ponto de fusão ser o polietile no.

- 10 â -

Processo de acordo com a reivindicação 7» caracterizado por pelo menos algumas das fibras serem fibras de núcleo oco.

- llâ -

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por o material fibroso hidrofílico estar também opcionalmente presente numa quantidade compreendida entre 0 e 60% em p_e so.

- 12â -

Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o material fibroso hidrofílico ser a polpa de madei- 12 ra.

- 13^ -

Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a polpa de madeira estar presente numa quantidade compreendida entre 10 e 50% em peso.

- 14^ê -

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por a espuma estar presente numa quantidade compreendida entre 20 e 80% em peso do compósito e por a matriz fibrosa termoplástica conter pelo menos uma fibra ligante.

A requerente declara que 0 primeiro pedido desta pa tente foi apresentado nos Estados Unidos da América, em 5 de Maio de 1987, sob 0 número de série 46,077.