PT90053B - Processo para a fabricacao de fibras de poliester aperfeicoadas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, a requerente descobriu que estes mesmos novos copoliésteres proporcionam vantagens importantes quando aplicados como revestimen /

-9to de fibras sintéticas na resolução dos problemas referi dos anteriormente no campo das fibras sintéticas dispersa veis em água, especialmente das fibras de poliéster, por causa das características naturalmente hidrofobicas das fibras de ooliéster. Assim, de acordo com a oresente invenção, proporcionam-se fibras de polímero sintético dispersáveis em água aperfeiçoadas, especialmente fibras de poliéster, que são revestidas com um revestimento de um copoliéster que tem segmentos de poliéter, assim como liga ções de poliéster, e em que o aperfeiçoamento se caracteri za pelo facto de o copoliéster conter resíduos de um composto químico que contém grupos polares, tais como grupos hidroxilo (OH) e grupos amónio quaternário e amina (designados genericamente como NH). Os preferidos de entre esses compostos químicos são os compostos de poli-hidroxi gue contêm pelo menos três átomos de carbono com gruoos hidroxilo funcionais. 0 sorbitol é um exemplo de um composto de poli-hidroxi que deu resultados muito bons e que está à disposição a custo razoável. Uma vantagem importante das novas fibras revestidas ccm estes novos copoliésteres modificados reside no facto de eles serem convenientemente modificados por reticulação com um agente de reticulação apropria do e pelo facto de, por esse meio, se conseguir a posterior ligação do revestimento in sltu para melhorar a durabilidade do revestimento sobre o substrato de fibras originais. Esta durabilidade aperfeiçoada acredita-se ser muito importante na prática por diversas razões, por exemplo para evi tar a lixiviação durante a deposição em húmido se for neces sário atingir uma dispersibilidade efectiva em água, usando

o equipamento dos processos correntemente à disoosição pa ra fabrico comercial e, especialmente na polpa leve, oara incontinência e outras finalidades absorventes, acreditan do-se que o melhor transporte do líquido ao longo das fibras revestidas seja muito útil e importante. No entanto, compreende-se que as fibras possam entrar no comércio antes de se efectuar a reticuiação e que essas fibras são em si próprias novas. A acção de reticuiação apropriada pode conseguir-se por esterificação directa com agentes que incluem ácidos policarboxilicos tais como, por exemplo, ácido cítrico, transesterificação, com ésteres, por exemplo, de ácido cítrico com álcoois inferiores que contêm, por exemplo, até seis átomos de carbono, ou cor outras reacções do tipo de reticuiação, como se descreveu nos cedidos de patente de invenção copendentes.

· -----Os novos tipos de fibra, revestida com os novos copoliésteres (modificados), demonstraram vantagens compa rativas significativas a jusante em várias finalidades. Acredita-se que a possibilidade de usar essas fibras no processamento por via húmida conduz a outras oportunidades e vantagens no futuro.

De acordo com a presente invenção, proporciona-se também um processo aperfeiçoado para a preparação de fibra de polímero sintético dispersável em água, escecialmente fibra de poliéster, sob a forma de fibras cortadas, e o seu precursor de filamentos contínuos, compreendendo as ocerações que consistem em se submeter o polímero a extrusão (por exemplo, fiando em fusão o poliéster) com obtenção de

-11filamentos, se processar um feixe de filamentos sob a for ma de um fio, caso se pretenda estirando e possivelmente recozendo para aumentar a orientação e a cristalinidade, se encrespar o fio se assim se pretender para originar f_i lamentos encrespados e se relaxar os filamentos encrespados e transformando os filamentos em fibras de estopa, em que as fibras sob a forma de filamentos ou de fibras de estopa são revestidas com um revestimento que disnersa a água e em que esse revestimento é um copoliéster que tem segmentos de poliêter, assim como ligações de poliéster, caracterizado pelo facto de as fibras serem revestidas com um copoliéster que contém resíduos de um composto químico que contém grupos polares como se mencionou antes, tais co mo grupos hidroxilo (OH) e grupos (NH) (grupos amónio quaternário e amina).

Uma larga variedade de copoliésteres pode provar ser apropriada para aplicações comerciais, como se indica nos pedidos de patente de invenção copendentes DP-4349-A e PCT/US 89/00829, referido antes na presente memória descri tiva, com os copoliésteres de base preferidos (isto é, antes da modificação de acordo com a presente invenção), ten do quantidades aproximadamente equimolares de poli-(oxieti_ leno)-tereftalato e agrupamentos de tereftalato de etileno, muito embora as quantidades e os materiais específicos pos sam variar de acordo com o objectivo final pretendido. Por exemplo, normaimente, nas utilizações finais na fabricação de papel, os aperfeiçoamentos da resistência à tracção, as sim como os aperfeiçoamentos na resistência ao rasgamento,

-12·/ são necessários, embora através de uma escolha correcta dos reagentes seja possível reduzir deliberadamente tanto a resistência à tracção como ao rasgamento numa polpa leve, de modo que possa ocorrer a energia da desfibrização ou que, proporcionando uma estrutura menos forte, a danificação da fibra e também da polpa leve seja reduzida na operação de desfibrização. O trabalho de investigação prévio sobre os agentes de desligação para uso com polpa leve para facilitar a desfibrização no moinho de martelos identificou a necessidade de pequenas modificações na formulação do agente de desligação para optimizar os comportamentos resultantes nas polpas de sulfato, de sulfito e de outras polpas "quírni cas" em comparação com as polpas de origem mecânica TMP, CTMP, etc. Assim, os segmentos de poliéter podem variar até valores superiores, por exemplo, até cerca de 85% em peso desse copoliéster, tal como dentro do intervalo de cerca de 50 - 85% em peso e os agrupamentos de éster de tereftalato de etileno podem constituir muito menos, e tão pouco como cerca de 10% em peso, e estarem compreendidos dentro do intervalo (aproximadamente) de 10 - 35% em peso, constituindo o que pode ser considerado como um componente de ligação de poliéster, em contraste com o componente da cadeia de poliéter que proporciona hidrofilicidade e outros atributos desejados para a fibra revestida.

A modificação com o grupo multipolarea subsequente reticulação do copoliéster de acordo com a presente invenção e os produtos químicos operativos (e os resíduos gue ficam no copoliéster melhorado) que são apropriados são tam bém indicados com mais pormenor no pedido de patente de invenção copendente DP-4349-A e em PCT/US 89/00829, deposita-13 dos em 6 de Março de 1989, cujos conteúdos foram incorpora dos na presente memória descritiva como referência. Este último pedido de patente de invenção apresenta uma explica, ção simples da maneira como esses copoliésteres actuam e como eles podem ser preparados e como o processo descrito difere das sugestões da técnica anterior e como eles podem ser reticulados. No entanto, em relação às fibras dispersa, veis em água, de acordo com a presente invenção, é particu larmente importante reconhecer que, mediante modificação que pode parecer variar apenas ligeiramente de uns casos para outros, é possível obter produtos completamente diferentes que são especialmente apropriados para utilizações finais completamente separadas, tais como fabricação de pa. pel ou de cartão, e de polpa leve para finalidades de incontinência .

As quantidades usadas, de igual forma, dependem dos objectivos pretendidos e dos materiais usados e podem compreender, por exemplo, tanto como cerca de 20% em peso, por exemplo, de um (resíduo de um) composto de poli-hidroxi que contém pelo menos três átomos de carbono com grupos funcionais hidroxilo.

As quantidades do revestimento de copoliéster sobre a fibra variam de acordo com os objectivos pretendidos e es pera-se que sejam relativamente pequenas, sendo convencionalmente inferiores a cerca de 1% em peso da fibra, como se refere nos pedidos de patente de invenção copendentes mencionados antes.

ϊ

-14De igual forma, as reacções do tipo de reticulação e os compostos polifuncionais operativos para as efectuar são indicados aí com mais pormenor e as quantidades variam e dependem de objectivos específicos (por exemplo, das utâ^ lizações finais pretendidas) e podem ser tanto como cerca de 10 ou 12% em peso do copoliéster, por exemplo, estarem compreendidas no intervalo de cerca de 0,5% até cerca de 20% em peso.

Acredita-se que uma vantagem particular dos grupos polares preferidos se verifica quando há grupos que são com pativeis com a polpa de madeira e formam ligações químicas com a mesma. Estas ligações podem tornar-se permanentes para evitar a lixiviação, como se descreveu previamente, por reticulação com uma variedade de produtos químicos, eles me^jnQs.,Xiomportando grupos livres suficientes disponíveis pa ra ligar os segmentos de poliéter em volta de e sobre o subs trato de fibra θ também para ligar quimicamente ou formar ligações de hidrogénio mais fracas com a polpa de madeira nas eventuais estruturas de lâmina. As ligações mais fracas são geralmente preferidas quando é desejável nermitir a reciclagem de produtos de papel, dependendo do objectivo.

Os agentes de reticulação podem em si próprios também ter benefícios específicos e possivelmente não usuais, por exemplo, alguns vendidos sob a designação de TYZOR, podem, dependendo do tipo escolhido, ser activados nos sistemas de fabricação de papel ácidos ou alcalinos para originar uma opacidade aperfeiçoada,assim como melhoria de resis tência mecânica, visto que podem também ligar-se a cargas

-15(por exemplo, argila, carbonato de cálcio, talco, etc.), como se menciona na patente de invenção europeia número EP Al 0261820, referida antes.

As fibras do substrato de poliéster preferidas es tão normalmente compreendidas dentro do intervalo de 0,5 - 20 den.; no entanto, podem ser desejáveis deniers maiores para utilizações finais em papel especial. A secção transversal da fibra pode ser redonda, como se descreve em algumas referências, tais como as mencionadas antes, e pode ser tratada por efeito de coroa, de radiação ultraviole ta, de raios laser, de estiramento-ruptura, de encolhimento ou outro tratamento químico, etc., e/ou modificações para afectar a superfície, caso assim se pretenda.

A melhoria da dispersibilidade em água melhora a CârpáéiSakiê· de ligação das fibras revestidas, como se indicou. Outras vantagens são referidas na presente memória de£ critiva mais adiante e incluem a capacidade de permitir utjL lizar temperaturas de ligação química mais baixas e, dessa forma, obter uma macieza da chapa aperfeiçoada θ um melhor drapejar, particularmente nas estruturas não urdidas assentes em húmido. A capacidade para incorporar outros grupos proporciona o objectivo de conferir uma larga gama de propriedades, tais como propriedades bacteriostáticas e contro lo de cheiros, como se menciona nos pedidos de invenção cope ndentes .

O Exemplo seguinte ilustra melhor a invenção; todas as partes indicadas são expressas em peso, a menos que se indique de outro modo.

-16EXEMPLO

O Quadro 1 compara as determinações realizadas em folhascom a estrutura de cartão aberto, arranjadas de modo a proporcionar 75 - 80 gramas/metro quadrado (sendo de facto de 70 - 80 g/m e com valores normalizados para com pensar as pequenas variações de peso entre as várias amos tras), preparadas a uma velocidade de 3 metros/minuto, nu ma máquina de rede de arame inclinada laboratorial Bruder haus, usando 550 gramas de polpa de CTMP adicionada a 100 litros de água e repolpada durante 15 minutos, antes de adicionar quaisquer fibras de poliéster, adicionando em seguida 16,5 gramas de fibras de poliéster (com excepção do controlo) e repolpando durante mais dois minutos para se obter uma boa dispersão e distribuição das fibras de

- '' "r—— poliéster. Esta carga foi em seguida transferida Para a caixa da máquina de modo que pudesse ser diluida para poder avançar para a caixa de alimentação, isto é, uma consistência de 566 gramas de sólidos por 500 litros de mate rial.

controlo utilizou 100% de polpa CTMP (sera fibras de poliéster), como base para a comparação.

Os artigos 1, 2 e 3 utilizaram fibras de poliéster adicionadas, como se descreveu antes. As fibras eram fibras de pms comerciais não encrespadas normais de 1,7 dtex e com o comprimento de corte de 6 milímetros, a se tinha apli. cado um revestimento do tipo de dispersão em água comercial de modo que o revestimento de acordo com a presente inven-17ção fosse substituído por meio da seguinte maneira:

Removeu-se o revestimento comercial lavando a 60°C; em seguida aplicou-se 0,5% de sólidos em relaçao ao peso da fibra com uma proporção do banho (BR) de 1 : 3,75, isto é, usando 200 gramas de fibras em 750 ml de revestimento aquoso, a um teor de 17% de sólidos para o artigo 1 e 13% de sólidos para os artigos 2 e 3. As fibras revestidas foram secas a 90°C e em seguida estabilizadas termicamente a 130° C para simular um processo típico oara controlar o encolhime nto.

Os copoliésteres usados nos revestimentos foram, no caso do artigo 1, preparados como se refere no Exemplo 12 da memória descritiva da patente de invenção PCT/US 89/00829, e. Para os artigos 2 e 3, como se preparou no Exemplo 15 da paJcent^_de invenção PCT/US 89/00829.

Os agentes de reticulação utilizados foram TYZOR LA, Para os artigos 1 e 2, e ácido cítrico, para o artigo 3, usan do 0,5% em relação ao peso do revestimento, em todos os casos

-18QUADRO 1

Ensaio_Controlo_1_2_3

Densidade (g/cm )

0,103 0,093 0,103 0,100 índice de resistência à tracção Ave (MD+XD/2)

9,34

9,56 8,70

9,75 índice de rasgamento Ave (MD+XD/2)

9,62 10,00 10,28 10,39

Capacidade de gotejamento (ml)

2,22 3,43 1,84

2,04

Absorção (ml)

11,46 13,26 12,03 12,43

Quantidade absorvida em escoamento (de 15 milil£ tros)

Comprimento da mecha

8,21 8,73 8,38

8,36 depois de 30 segundos

51,00 49,00 55,00 52,00 depois de 60 segundos

69,00 68,00 73,00 70,00

A melhoria da hidrofilicidade é evidente a partir de alguns resultados destes ensaios. As propriedades de resistência à tracção foram surpreendentemente boas, mostrando que, não obstante o tratamento de assentamento em húmido, as características de dispersibilidade em água eram suficientemente duráveis para resistir a esse tratamento e proporcionar uma distribuição uniforme da relativamente pequena proporção de poliéster através das folhas. As melhorias do índice de resistência ao rasgamento foram particularmente impressionantes.

Como se indica e se conhece na técnica, como se refere, por exemplo, em "Pulp and Paper", volumes 1 e 2, por J. Casey, várias espécies de polpa são usadas comercialmente nos processos de assentamento em húmido e os seus métodos de preparação e os tratamentos a que as polpas são submetidas variam de acordo com a utilização final ou o objectivo pretendido e é desde há muito tempo desejável incorporar nas mesmas fibras sintéticas. Assim, espera-se que a presente invenção proporcione vantagens importantes e permita satisfazer várias necessidades que têm afligi do.os entgndidos na matéria, mas não foram até hoje capazes de ser resolvidas sem custos económicos não razoáveis, por causa de deficiências nos materiais existentes.

Além de proporcionar fibras de poliéster aperfeiçoa das, referidas na presente memória descritiva e nos pedidos de patente de invenção copendentes, deve fazer-se uma referência especial aos Exemplos 22 - 25 do pedido de patente de invenção copendente DP-4349-A (tal como são incorporados na presente memória descritiva), demonstrando o revestimento de fibras diferentes de fibras de poliéster e especifica mente fibras de polipropileno e de aramida, visto que esses aperfeiçoamentos podem ser de grande benefício para a sua utilização nos processos de assentamento em húmido. Aperfei_ çoamentossemelhantes podem ser demonstrados em fibras acrí-20 licas e de poliamida ou outras fibras sintéticas.

Outra utilização que pode ser aberta oelos auerfei. çoamentos de dispersibilidade na água reside na obtenção de polpa leve, tal como é usada para produtos absorventes, por exemplo, utilizados para a incontinência. Até aqui, as tentativas para proporcionar integridade, isto é, integridade da teia ou da almofada a estes produtos, incorporando várias fibras sintéticas, não obteve sucesso de ordem prática ou obteve apenas um sucesso muito pequeno, a não ser que se recorra a fibras de ligação térmica. Isto é referido por R. lyengar e colab.,, "Textile Research Journal", Maio de 1987; produtos promissores, depois do primeiro con tacto com a urina, perdem a vantagem e demonstram ser inaceitáveis relativamente à sua utilização depois de remolha dos. Os materiais super-absorventes podiam também ser aper í—<· - ' '!--feiçoados incorporando (economicamente viável) fibras sintéticas para evitar o gel-bloqueio e proporcionar conforto aperfeiçoado aos utilizadores no que respeita aos produtos para incontinência húmida.

Surpreendentemente, as fibras revestidas de acordo com a presente invenção podem ser processadas de maneira a obter-se uma polpa leve especialmente aperfeiçoada, juntamente com polpa de madeira, e a sua natureza hidrofilica é aperfeiçoada suficientemente e permanentemente de maneira suficiente para aguentar o processamento da polpa leve e múltiplas molhagens pelo consumidor último, com um comportamento aperfeiçoado do produto em relação às tentativas anteriores. Estas fibras podem ter 6 milímetros de compriL

mento ou mais e 0,5 denier a 20 denier com ou sem encrespamento, sendo a sua secção recta redonda ou irregular e tendo uma área superficial maior, como se indicou antes.

Os produtos de polpa, quer branqueada,quer não branqueada, com um grau de e polpa leve não refinada

ram preparados em máquinas piloto de fabricação de papel ou em máquinas de arames inclinados laboratoriais Bruderbaus para demonstrar que estas fibras sintéticas revestidas podem ser uniformemente dispersas em percentagens de até 60% de fibra sintética usando comprimentos de corte de 12 milímetros e 80 a 90% no caso de comprimentosde cor te de 6 milímetros usando fibras com 1-6 denier. Os niveis preferidos de adição de fibra sintética à polpa leve sã.o,,eiji^geral pequenos (2 - 10%) por razões de ordem econó mica. Os benefícios inesperados que foram observados incluem a desidratação rápida e que a humidade à saída da extremidade húmida da máquina possa ser reduzida em 5 - 20%, permitindo uma secagem mais rápida e que seja necessária menor sucção sobre os arames (para facilitar o esgoto da água do fornecimento de material que sai da caixa de alimentação) , 0 aperfeiçoamento no rendimento de passagem é muito significativo na prática.

Esses benefícios inesperados em qualquer secção da prensa significam que se podem aplicar maiores cargas de prensagem antes de esmagar ou danificar a polpa com resultantes economias de energia na secagem. Como variante, com os mesmos pontos de regulação da prensa, pode obter-se um rolo de cartao leve mais volumoso (por exemplo, de menor

-22densidade) para facilitar ainda mais a abertura da polpa leve no moinho de martelos. São também possíveis menores temperaturas de secagem ou maiores produtividades na sec ção de secagem.

Conseguem-se maiores resistências mecânicas iniciais da teia húmida e ao rasgamento guando as fibras sintéticas são misturadas com as polpas utilizadas na fa bricação de papel em que as polpas tenham sido bem refinadas. No entanto, surpreendentemente neste caso, quando se usa polpa leve não refinada ou apenas ligeiramente re finada de aproximadamente 15° SR, tanto a resistência à tracção em seco como o rasgamento podem ser diminuídos, beneficiando assim o processo de abertura usado na fabri^ cação de fraldas, nomeadamente a redução da energia nece.$sárXa_ao funcionamento do moinho de martelos para abrir a massa de elevado volume para o seu estado final no produto de protecção contra a incontinência.

Também, quando o revestimento hidrofílico pode ficar firmemente ligado às novas fibras, os desoerdícios (produzidos na fabricação de fraldas ou de outros orodutos de protecção contra a incontinência e a absorção de humidade) podem ser reciclados sem provocar prejuízos ao moinho de martelos, ou ficarem aderentes no sistema, ou serem inadequadamente reabertos quando se pretenda obter uma polpa leve isenta de borbotos.

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES

   1.- Processo para a fabricação de uma fibra aperfeiçoada de polímero sintético dispersávei em ãgua, caracterizado pelo facto de se submeter o polímero a extrusão para se obterem filamentos, de se processar um feixe de filamentos sob a forma de uma mecha, eventualmente de se estirar e eventualmente recozer para melhorar a orientação e a cristalinidade, de se encrespar eventualmente para produzir filamentos encrespados e de se relaxar os ditos filamentos encrespados, e de se converter os filamentos em fibras têxteis cortadas, apos o que se reveste com um revestimento que se dispersa em ãgua de um copoliéster, tendo segmentos de poliéster assim como ligações de poliéster e contendo o copoliester resíduos de um composto químico que contém grupos polares tais como grupos hidroxilo (OH) e grupos amónio quaternário e grupos arnino (designados genericamente por NH).

   7. - Processo de acordo com as reivindicações 4, 5 ou 5, caracterizado pelo facto de se modificar posteriormente o copoliéster mediante reticulação com um composto de um metal polivalente tal como, por exemplo, titânio, zircónio ou alumínio.

   8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações a 7, caracterizado pelo facto de a quantidade de copoliéster sér substancialmente igual a 0,5 a 1,2%, com base no peso da fibra de poliéster,