PT95647A

PT95647A - Processo para a producao de fibras de polimeros

Info

Publication number: PT95647A
Application number: PT9564790A
Authority: PT
Inventors: Dai W Kim; Joseph J Dibiase; Joseph Pickton
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1991-09-13
Also published as: EP0425269A3; EP0425269A2

Description

Antecedentes do Invento 1. Campo do Invento

Este invento refere-se a artigos de polímeros absorventes e a processos para a sua produção, Mais especificamente, o invento refere-se a fibras sintéticas que contêm um polímero superabsor-vente e a processos para a sua produção. 2. Arte Anterior

Recentemente, tem havido interesse na produção de materiais cada vez mais absorventes, particularmente para uso em produtos como pensos higiénicos fraldas, panos de pó descartáveis, etc. Gs materiais da arte anterior utilizados para constituir esses produtos têm sido tecidos não tecidos, papeis, polpas, resinas de uretano esponjosas, esponjas naturais e similares. Contudo, esses materiais exibem absorvtncia relativamente baixa, não satisfazendo, por isso, a necessidade de um material altamente absorvente de pequeno volume.

Também tem havido interesse na produção de materiais tecidos com absorvência de fluidos aumentada. Gs materiais tecidos convencionais, quer sintéticos quer naturais, não possuem a alta absorvência útil para aplicações como pensos cirúrgicos, roupa para atletas, produtos de higiéne, etc.

Para resolver alguns destes problemas têm sido descritos produtos fortemente absorventes/ novos e melhorados. Por exemplo, a Ko-Kai Japonesa n° 57-92 ©32 (1982) descreve uma espuma de poliuretano que contém uma resina absorvente de água. Essa resina altamente absorvente de água é particularmente útil nesta patente. No entanto, não é descrito o uso da resina absorvente de água numa fibra.

As patentes U.S. nQs 4 56© 372 e 4 676 784 descrevem produtos absorventes descartáveis, com.uma estrutura em camadas nasturaao composta por um material absorvente/com uma camada fibrosa, constituída por diversas fibras sintéticas seleccionadas, tais como poliéster, polietileno, polipropileno e similares. Apesar de essas patentes descreverem uma mistura de fibras sintéticas com

71 651 G—1328 produtos absorventes de fluidos, nlo descrevem um processo para. a produção de fibras sintéticas que contenham em si mesmas um material absorvente de água. A patente U.S. nG 4 076 663 descreve um polímero biodegradável altamente absorvente de água muito útil. Ho entanto, mais uma vez, a patente só descreve a mistura desse polímero, na forma de partículas ou de pó, em certos produtos, tais como pensos higiénicos, iraioas e outros produtos cesse cxpo. Veja—se também a patente U.S. n2 3 669 1Θ3.

As patentes U.S. nGs 4 454 263, 4 337 181 e 4 133 7S4 descrevem diversos tipos de películas, parcialmente constituídos por polímeros absorventes de égua.. No entanto, essas patentes não descrevem a combinação desses polímeros absorventes de égua com fibras sintéticas. T@m sido preparados diversos tipos de produtos nos quais se combinam materiais absorventes de água com materiais convencionais, tais como uretanos, amidos, ésteres, fibras de madeira e similares. Por exemplo, a patente U.S. n<2 4 767 825 descreve u.m processo para a preparação de composições termoplásticas superabsorventes e de malhas não tecidas formados por difusão em fusão de um material termoplástico superabsorvente numa composição de polpa de fibras.

As patentes U.S. n2s 4 6Θ4 313 e 4 655 757 descrevem processos para a preparação de materiais em camadas que contem produtos superabsorventes, em que os materiais são preparados por um processo de difusão em fusão sobre uma cinta em movimento contínuo. A patente U.S. π9 4 786 55Θ descreve um produto de difusão em fusão que contém materiais absorventes, tais como fibras de celulose e materiais superabsorventes, para utilização como cama para sementes. 0 processo para a produção deste produto é algo semelhante ao descrito nas patentes '757 e '313. A patente U.S. nG 4 8Θ2 574 descreve um sistema absorvente que contém uma tira absorvente ensanduichada entre camadas de —4— 71 651 Q-1328 tecido não-tecido para formarem uma combinação de tecido não— —tecido. No interior do material absorvente pode estar contido um produto superabsorvente.

Se bem que muitas destas patentes descrevam produtos, incluindo produtos compostos, que contem materiais absorventes de fluidos, nenhuma descreve um processo para a produção de materiais sintéticos que contenham produtos superabsorventes, que sejam produzidos na forma de fibras por um processo de fiação sob fusão e que, depois disso, sejam tecidos na forma de produtos absorventes de água.

Em conformidade, é um objectivo deste invento preparar fibras sintéticas que contêm um polímero superabsorvente.

Outro objectivo deste invento é preparar fibras sintéticas que contêm um polímero superabsorvente por utilização de um processo de fiação sob fusão.

Um outro objectivo deste invento é preparar fibras que contenham um polímero superabsorvente que sejam fáceis de produzir e que conservem muitas das propriedades dos materiais sintéticos, para além de absorvência aumentada de água.

Estes e outros objectivos, bem como o âmbito, a natureza e a utilização do invento, serão evidentes da seguinte descrição detalhada.

Sumário do Invento

De acordo com o presente invento, proporciona-se um processo para a produção de uma fibra que contém um polímero superabsorvente, compreendendo: a) preparar uma mistura de material sintético; b) misturar partículas de polímero superabsorvente com a mistura de material sintético; e c) fiar sob fusão essa mistura, para formar uma fibra sintética que contêm um polímero superabsorvente.

Outra concretização deste invento é uma fibra sintética

71 651 0-1-^28 superabsorvente preparada por fiação sob fusão de uma mistura de um polímero superabsorvente em partículas e de um material sintético.

As fibras produzidas por este processo podem ser muito úteis para a produção de materiais tecidos em que é crítica uma grande absorvincia de água., tal como na produção de pensos médicos, roupas, vestuário para atletas, embalagens para alimentos, material de embalagem e outros usos relacionados.

Descrição Detalhada do Invento 0 material sintético que se combina com o polímero supe— rabsorvente para formar a fibra sintética superabsorvente é se-leccionado do grupo de materiais que usam, normalmemte, um processo de fiacção sob fusão como meio de formação de fibras a partir dos referidos materiais.Beralmente, todos estes materiais são cristalizáveis e t'ê'm uma margem de não menos do que 30°C entre o seu ponto de fusão e a temperatura à qual o polímero fundido sofre decomposição. Além disso, certos polímeros que, normalmente, são fiados a partir de solução por se decomporem antes de se fundirem suficientemente para eKtrusão sob fusão, também podem ser fiados sob fusão por este processo se forem plastificados por incorporação de um solvente de ponto de ebulição elevado. Por exemplo, o poliacrilonitrilo contendo 30% a de dimetilformamida pode ser fiado sob fusão a 160Qc e o triacetato de celulose contendo quantidades semelhantes de ciclo-hexanona, também é fiável sob fusão. 0 plastificante permanece no filamento e pode ser removido subsequentemente por evaporação ou lavagem.

Os materiais preferidos escolhidos para a fibra sintética deste invento incluem poliamidas, tais como o nylon—6, o nylon-11, o nylon—6,10, etc.p poliésteres, poliolefinas, tais como o polietileno ou o polipropileno, copolímeros de poliícloreto de vinilideno), acetatos de celulose e outros polímeros sintéticos que são tipicamente fiados sob fusão, na forma de fibras. 0 material sintético escolhido também pode ser um copolíme—

71 651 G—1328 -6- ro dos materiais supramencionados, tal como copolímeros de poli-etileno e acetato de vinilo.

Os materiais mais preferidos escolhidos para esta invenção incluem polipropileno, copolímeros de polietileno e de acetato de vinilo e acetato de celulose. A maior limitação na escolha do material sintético é a de que a sua temperatura de fiacção sofa fusão tem de ser inferior a cerca de 25Θ°0, uma vez que, a essa temperaturas o polímero superabsorvente preferido começa a decompôr-se.

Uma vez escolhido o material sintético apropriado é preparado para o processo de fiação sob fusão por processos convencionais.Por exemplo, num processo preferido, o material sintética é moído em partículas finas, i. e., menos de cerca de 5€* micra, antes da fiacção sob fusão. A moagem desses materiais pode ser feita através de qualquer processo convencional de moagem, comummente utilizado na indústria para o material sintético especificado, é importante que estes materiais sintéticos sejam moídos finamente para que o material sintético e o polímero superabsorvente em partículas possam ser bem misturadas. A seguir, as partículas superabsorventes são misturadas com o material sintético. Os polímeros superabsorventes úteis neste invento são polímeros insolúveis em água mas que incham com a água, capazes de absorverem muitas vezes a sua massa de água ou de soluçSes aquosas. Estes polímeros superabsorventes são polímeros de monómeros vinilicos ou acrílicos, solúveis em água, que são ligeiramente reticuladas com um reagente polifuncional. Esses polímeros incluem polivinilpirrolidona, poliestireno sulfonado, poli(acrilato de sulfoetilo), poli(2-hidroxietil-acrilato), poliacrilamida, poli(ácido acrílico), sais de metais alcalinos, parciais e completos, de poli(ácido acrílico) e similares. Também incluídos, estão poli(ácidos acrílicos) modificados pelo amido e poliacrilonitrilo hitírolisado e seus sais de metais alcalinos.

Podem produzir-se polímeros superabsorventes úteis, polime-rizando ácido acrílico e amido num meio aquoso utilizando um mo- 71 651 Q— í 328 nómero polifuncional, e.g. Ν,Ν-alquileno-bis-acrilamida, como agente de reticulação. Este processo está descrito na patente U.S. n9 4 ©76 663. Também se podem produzir polímeros superabsor-ventes como é descrito na patente U.S. nS 4 34® 7©fe, através da polimerização inversa de ácido acrílico seguida por reticulação com um componente polifuncional, e.g, epicloro-hidrina. As patentes U.S. n9s 4 654 ©39, 3 669 1®3 e 3 67© 731 descrevem outros polímeros superabsorventes e processos para o seu fabrico. Todas as patentes referidas acima são aqui incorporadas por referência.

Os polímeros superabsorventes em particulas, particularmente úteis neste invento, são as descritas nas patentes U.S. nQs 4 ©76 663 e 4 34© 7Θ6. Estes polímeros superabsorventes em partículas tem um tamanho de partícula de cerca de ©,5 micra a cerca de 45© micra e são capazes de absorver, pelo menos, cerca de 12 vezes a sua massa de fluído aquoso. Numa concretização preferida existem capacidades de absorção superiores em que o tamanho das partículas de polímero superabsorvente é inferior a cerca de 5 micra, muito preferivelmente menos do que cerca de 1 micra. Estas partículas de polímero super absorvente incham quando absorvem fluídos aquosos. As partículas conservam, aproximadamente, as formas e a geometria que tinham antes do contacto com o fluido mas as suas dimensSes são grandemente aumentadas.

Uma vez preparados, o material sintético e as partículas de polímero superabsorvente, eles são misturados entre si hum recipiente convencional de mistura antes de fiação sob fusão, fi razão entre o material sintético e o polímero superabsorvente em partículas dependerá do resultado final pretendido. Por exemplo, quanto maior for a quantidade de polímero superabsorvente em partículas contida na fibra sintética, maior será a absorção de fluído pelas fibras. No entanto, quando a percentagem do polímero superabsorvente na fibra resultante se torna, maior do que cerca de Z0 por cento, degradam-se muitas das qualidades desejáveis das fibras sintéticas. Assim, numa concretização preferida, a percentagem do polímero superabsorvente na mistura do polímero

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-8-superabsorvente cd® o material sintético deverá situar—se entre cerca de í% e cerca ue 3€»% e, preferi%felmente, entre cerca de 5% e cerca de 2&’Á.

Uma vez misturados o material sintético e as partículas de polímero superabsorvente fiam-se sob fusão, através de processos convencionais de fiação sob fusão. Preferivelmente, coloca-se a mistura dentro de um recipiente e pressiona—se a frio sob uma pressão de pelo menos cerca de 5&ΘΘ psi (34Θ atm), para criar um material sólido. A seguir, põe—se esse material sólido no fiador de fusão e aquece-se até à temperatura normalmente associada com a fiação sob fusão do material sintético. Tal como se disse anteriormente, á crítico que a temperatura desse fiador de fusão seja mantida em menos do que cerca de 25®DC ou o polímero superabsorvente preferido decompor—se—á. Numa concretização preferida a temperatura de fiação sob fusão é menos do que cerca de 2€>e°C. 0 material é fiado por qualquer processo convencional de fiação sob fusão que seja consistente com a fiação sob fusão do material sintético. Dependendo do material sintético particular escolhido, as fibras são fiadas para um ambiente inerte, tal como azoto. Depois da fiação, arrefecem-se as fibras por refrigeração a ar e enrolam-se num dispositivo convencional de enrolamento sob pressão, para estirar as fibras. A grandeza do estiramento dependerá do material sintético escolhido e da utilização final preferida para as fibras. Este estiramento encorajará a orientação correcta das fibras e aumentará a sua resistência. 0 caudal de material fundido de fibras sintéticas contendo o polímero superabsorvente dependerá também da escolha do material sintético.

As fibras preparadas por este processo de fiação sob fusão, podem ser usadas em materiais tecidos para aplicações tais como pensos para feridas, equipamento para atletas ou roupas e outros usos consistentes com o tipo de material sintético escolhido.

Os exemplos seguintes são dados como ilustrações específicas do invento. Todas as partes e percentagens são em massa, excepto

se indicado de outro modo. Entende-se, no entanto, que o invento n3o se limita aos detalhes especificas apresentados nesses exemplos*

Exemplo 1

Misturaram—se dezoito gramas de polimero de polipropileno de baixa densidade com dois gramas de um polimero superabsorvente. D polímero superabsorvente usado foi uia copolímero de enxerto de cerca de 91% de ácido acrílico e de 9% de amido oxidado, reticulado com €*,1% de N,N' —metileno—bis—acrilamida, produzido pelo processo descrito na patente U.S, n9 4 Θ76 663» 0 material de polipropileno foi finamente moído até o tamanho das partículas ser de menos do que cerca de 5© micra, As partículas de polímero superabsorvente escolhidas tinham menos de 5 micra de tamanho de partícula e, preferivelmente, em média, cerca de 1 micra. Introduziu-se o material num cilindro de 1 polegada quadrada (6,45 cni2) e prensou-se a frio a u.ma pressão de 5ΘΘΘ psi (34© atm). Colocou-se o cilindro numa unidade James Ram de fiação e aqueceu-se até uma temperatura de cerca de 225°C. Este material foi enrolado a uma velocidade de 4Θ metros por minuto.

As fibras produzidas por este processo revelaram um denier de 3,7© dl/g, uma tenacidade de 0,6 grama/denier, um módulo inicial de 18,0 grama e uma percentagem de elongação até â ruptura de 231%. A percentagem de absorção de água deste material foi de 128% da massa do material fibroso produzido e de 49% da massa do material fibroso numa solução salina a 1%.

Exemplo 2

Prepararam-se fibras semelhantes às produzidas no Exemplo 1, excepto em que o material sintético escolhido foi um copolímero de polietileno e de um atileno acetato de vinilo. A composição global de copolímero/polímero superabsorvente compreendia 20 gramas, com o polímero superabsorvente constituindo 10% do material sólido total. Executaram—se processos semelhantes aos apresentados no Exemplo 1. A fibra produzida por este processo revelou um denier de 3,3 — 10—

71 651 Q-132B dl/g, uma tenacidade de 1,7 g/denier, um módulo inicial de 8,5 grama e uma percentagem de elongação até à ruptura de 331%. A percentagem em massa de absorção de água desta fibra foi de 18©% da massa do material fibroso e de 62% da massa do material fibroso numa solução salina a 1%.

Tal como é evidente destes exemplos, podem combinar-se polímeros superabsorventes com materiais sintéticos convencionais, para produzir fibras fiadas sob fusão que revelam grande utilidade em áreas em que a absorvÊncia de fluídos é importante, tal como em pensos para feridas, roupas para atletas epara muitos outros produtos similares.

Claims

-11- 71 651 Q—1328

1 - Processo para a produção de uma fibra que contém um polímero superabsorvente, caracterizado por compreender: ía) a preparação de um material sintético; <b> a mistura de partículas do polímero superabsorvente com esse material sintético; e (c) a fiação sob fusão dessa mistura para formar fibras sintéticas que contêm um polímero superabsorvente. 2 — Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ponto de fusão do material sintético ser inferior a cerca de 250°C-
3 - Processo de acordo com a reivindicação í, caracterizado por se seleccionar o material sintético do grupo que consiste em poliamidas, poliésteres, poliolefinas, copolímeros de poliíclore-to de vinilideno) e acetatos de celulose.
4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material sintético ser um polietileno.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material sintético ser um polipropileno.
6 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material sintético ser uma combinação de dois ou mais polímeros sintéticos. 7 — Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material sintético ser um copolímero de polipropileno e e-tileno acetato tíe vinilo.
8 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração do polímero superabsorvente, na mistura, ser de cerca tíe 17. até cerca de 3em massa. 9 — Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração do polímero superabsorvente, na mistura, ser de cerca de 57. até cerca de 2€*%, em massa. 71 651 η t-ι .....—
10 - Processo de acordo com a reivindicação í, caracterizado por o tamanho das partículas de polímero superabsorvente ser menor do que cerca de 5 micra. lí - Processo de acordo com a reivindicação i, caracterizado por a fiação sob fusão ser conduzida a uma temperatura inferior a cerca de 250°C.
12 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as fibras sintéticas, contendo um polímero superabsorvente, absorverem água numa quantidade de pelo menos cerca de 15 porcento da massa de polímero superabsorvente contido na fibra. ✓ 13 — Processo para a produção de fibras que contêm um polímero superabsorvente, caracterizado por compreender: (a) a preparação de partículas moídas de material sintético, sendo as partículas menores do que cerca de 5Θ micra e sendo o material sintético seleccionado do grupo que consiste de poliami— das, poliésteres, poliolefinas, copolímeros de poli(cloreto de vinilideno) e acetatos de celulose; (b) a mistura das partículas de polímero superabsorvente com esse material sintético: e (c) a fiação sob fusão dessa mistura a uma temperatura inferior a cerca de 25Θ°0, para formar fibras sintéticas que contêm um polímero superabsorvente.
14 - Processo para a produção de fibras que contêm um polímero superabsorvente caracterizado por compreender: (a) a preparação de partículas moídas de polietileno, sendo o tamanho das partículas inferior a cerca de 5Θ micra; (b) a mistura dessas partículas de polietileno moídas com partículas de polímero superabsorvente, consistindo em copolímeros de enxerto de ácido acrílico e amido oxidado; e (c) a fiação sob fusão dessa mistura, a uma temperatura inferior a cerca de 25€*DC, para formar fibras de polietileno contendo um polímero superabsorvente. 71 651 0—1328
15 - Processo de acordo com a reivindicação 13=, caracteriza-do por a temperatura da fiação sob fusão do material sintático ser inferior a cerca de 250DC.
16 - Processo de acorda com a reivindicação 13, caracteriza-dopor o material sintético ser um polipropileno.
17 - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracteriza-do por o material sintético ser uma combinação de dois ou mais polímeros sintéticos. 10 - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracteriza-do por o material sintético ser um copolímero de polipropileno e de etileno—acetato de vinilo.
19 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14,caracterizado por a concentração do polímero superabsor-vente, na mistura, ser de cerca de 1% até cerca de 3θ%, em massa, da mistura. 2& - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14,caracterizado por a concentração do polímero superabsor-vente ser de cerca de 5% até cerca de 25%, em massa, da mistura.
21 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado por o tamanho das partículas de polímero superabsorvente ser inferior a cerca de 5 micra.