Proceso para la incorporación de partículas termoestables a cuero o piel
A. CAMPO DE LA INVENCIÓN.
La presente invención está relacionada con procesos para la modificación de las propiedades termodinámicas de pieles y cueros de animales para su uso en la industria automotriz, doméstico y del vestido, y mas particularmente con un proceso para la modificación de las propiedades termodinámicas de piel, cuero curtido o en crust mediante la incorporación de microcápsulas con PC 's (parafinas, sales hidratadas u otros), cargas inertesy pigmentarias orgánicas e inorgánicas y otros materiales aislantes o con propiedades reflectivas de luz ultravioleta y/o infrarroja, en fase acuosa dentro de la matriz del cuero y/o en las partículas que forman su acabado.
B. DESCRIPCIÓN DEL ARTE RELACIONADO.
El confort térmico del mobiliario y de Ja vestimenta es muy importante cuando Ja temperatura ambiente y humedad -índice de confort- se encuentra fuera de los rangos dentro de los cuales el ser humano se encuentra cómodo.
Dicho confort térmico es vital especialmente cuando se permanece dentro de ambientes cerrados como por ejemplo un vehículo, dentro del cual, las temperaturas pueden exceder los 50° C. En tales temperaturas extremas, los asientos, tablero y puertas del vehículo, -en especial si están forrados de cuero o sintético-, pueden estar tan calientes ai contacto, que pueden causar lesiones a la piel.
Con el fin de lograr un ambiente más confortable dentro del vehículo y amortiguar Jos cambios de temperatura, se han desarrollado de forma constante varios sistemas de acondicionamiento de aire, sin embargo la tendencia al uso de
más vidrio en los vehículos ha provocado restricciones en la concepción de nuevos diseños de aire acondicionado desde el punto de vista económico y de consumo de energía, lo cual se encuentra relacionado con el tamaño, capaddad y tecnología de dichos sistemas requeridos para lograr el confort deseado. Dadas las restricciones de consumo energético y económicas en los nuevos equipos de aire acondicionado para vehículos, en los últimos años, la industria ha enfaíizado sus esfuerzos ha a el desarrollo de materiales con propiedades termodinámicas especiales para su uso en interiores automotrices; cuero en asientos, tablero, volante, accesorios, etc., de modo que sus temperaturas superficiales se comporten de manera mas estable cuando son sometidos a temperaturas tanto frías como calientes, y que de esta manera sean mas confortables al tacto y además disminuyan las necesidades de enfriamiento dentro del vehículo junto con el consumo de energía de los sistemas de aire acondicionado. Además, el cuero en el interior automotriz debe de cumplir con especificaciones de resistencia al uso, conferir confort y seguridad al usuario, contribuir con el diseño, apariencia, además de ser un componente en el control térmico reduciendo el consumo de energía y la capacidad requerida en las partes que integran el sistema de aire acondicionado. Co o ya se mencionó con anterioridad, ios interiores de cuero tienen baja capaddad para amortiguar los cambios de temperatura, por Jo cual son espedaJmente incómodos en ambientes calurosos y muy fríos.
Por lo tanto existe Ja necesidad de contar con un cuero que incorpore un control dinámico de temperatura semejante al que regula la temperatura del cuerpo humano, amortiguando para un rango de temperatura y tiempo
predeterminado, que influya en el confort psicológico y fisiológico, redudendo los problemas causados en la piel del cuerpo humano por sudoración excesiva.
£1 cuero sin urtir es normalmente llamado pie!, y tanto la piel cruda como el cuero, están formados de un material fibroso que forma una estructura interna IJamada matriz Ja cual, tanto en su superfide como en su interior cuentan con una pluralidad de espacios.
Una de las maneras de lograr un cuero con capacidades termodinámicas espedales y adecuadas para confort es mediante la incorporación de icrocápsuJas con PCM's (parafinas, sales hidratadas u otros), cargas inertes, pigmentarias orgánicas e inorgánicas y otros ateriaJes aislantes o con propiedades refJectivas de luz ultravioleta y o infrarroja, en fase acuosa dentro de la matriz 4ei cuero y/o en ias partículas que forman su acabado, que contribuyen con la modificación de la conductividad térmica y el calor específico del sustrato, con el aumento en la capacidad de disipación de energía térmica, aumento del efecto termoamortiguador ante los cambios de temperatura: en frío y caliente y con ello contribuye al aumento de percepción de confort físico, psicológico y fisiológico.
La microencapsulación es un proceso en el cual un delgado recubrimiento de polímero inerte envuelve a micro partículas de sólidos o micro gotas de líquidos, el producto formado se llama microcápsulas. La rrrórecápsula se forma de dos partes: la parte interna (ingrediente activo) llamado núcleo (core) y Ja externa que esta compuesta de un recubrimiento que generalmente es de un polímero o copolímero de alto peso molecular.
Las partículas de 1 a 2000 micrones de diámetro son llamadas microcápsulas y las menores a 1 icr n nanoGápsulas. En la estructura física de
microencapsuiación están involucradas las esferas: mononucleares, multinucíeares y partículas irregulares.
Un ejemplo de procesos para la adición de rnicrocápsulas es la patente norteamericana . No. 6,173,8.79 de Robinson et,. la cual, redama una piel termoesíable y un proceso de curtido dé pieles para incorporar microcápsulas rellenas de material termoéstable, el cual comprende material de cambio de fases í Cm , dicho proceso incluyendo los pasos de: colocar él n aíeriai -piel- en un contenedor; agregar un agente curtiente al contenedor;, combinar una pluralidad uc icrccaρsu<as coníenien o un materia* estabilizaucr uβ temperatura con un Jíquido para formar una suspensión; agregar Ja suspensión al contenedor; y agitar Jos contenidos dentro ÚQ contenedor hasta ue las rnicTocápsulas queden incorporadas a la matriz de fibras de la piel de is fóriftá que las ííiicrocópsülas mβjcrβit «as caracieπsucas «.ermo mamicas u la ριeι.
E¡ proceso de Robmson tiene Jas siguientes desventajas: * Genera una suspensión inestable (baja estabilidad), y la acción mecánica dentro de un tambor en movimiento contribuye romper Ja suspensión de baja estabilidad muy fácilmente. * Las suspensiones de aja estabilidad generan una d fci nte disíribucJón y -penetración -de n^rocapsulas, ias -cuales se quedan en la superficie de la matriz de la piel o el cuero, lo cual causa una baja eficiencia de proceso y un gran desperutcic e material. » ι_a Sita concentración ue el GwjQS,. <a carga, y e* H ue ciertos rodu o curtientes Q auxiliares presentes en ciertas etapas de curtido, contribuye a romper la suspensión formada ϊe Jas microcápsuJas y el ba ú de: proceso.
• No aplica a tambores de compartimientos de alto agotamiento.
• No aplica a procesos de manufactura de cuero automotriz, por las especificaciones de seguridad que este requiere.
• Afecta las propiedades de desempeño del acabado ya que por Ja baja estabilidad de Ja suspensión, Jas microcápsuJas se depositan de forma superficial, generando problemas de adherencia. -* Se genera desperdicio de material en ia etapa de pulido cuando por la baja estabilidad de la suspensión se deposita de forma superficial. -« o aplica para los procesos de manufactura de cuero flor corregida. • Cualquier PCM encapsulado no puede ser aplicado como tal en procesos de manufactura de cuero automotriz, por las especificaciones de seguridad que este requiere.
En vista de las desventajas anteriormente descritas, el solicitante desarroJJó un proceso para la incorporación de microcápsulas con PCM s (parafinas, sales hidratadas u otros), cargas inertes, pigmentarias orgánicas e inorgánicas y otros materiales aislantes o con propiedades refiectivas de luz ultravioleta y/o infrarroja, en fase acuosa dentro de la matriz del cuero y/o en las partículas que forman su acabado.
El proceso desarrollado por el solicitante comprende; el incorporar microcápsulas que -contienen en su interior algún material aislante-, de forma profunda dentro de la matriz de la piel cuero curtido o en crusi mediante la adición de una suspensión de microcápsuJas en cuaJquier etapa del proceso de curtido de pieles, en donde dicha soludón de microcápsulas es obtenida mediante ios siguientes pasos: calcular el porcentaje total de microcápsulas que se desean incorporar al cuero en base al peso total del cuero; calcular el peso total de las
microcápsulas que se desean incorporar al cuero; determinar el porcentaje de uno o mas tipos de microcápsulas que se desean agregar, en función del peso total calculado en el paso anterior; formar una mezcla de microcápsuJas que tenga un peso y un porcentaje de uno o mas tipos de microesferas de acuerdo a los datos calculados en los pasos anteriores; agregar la mezcla de microcápsulas de forma lenta a un tanque continuamente agitado que contenga agua hasta formar una solución; y agregar a la solución obtenida en el paso anterior un aditivo tesnsαactivo y continuar agitando la soludón así obtenida hasta lograr obtener una solución final estable que tenga una distribución homogénea de las microcápsuJas. Con el proceso motivo de la presente invención se obtiene una suspensión termorreguladora que genera (as siguientes ventajas:
• Permite la aplicación de la suspensión termorreguladora en cualquiera de las etapas de del proceso de tratamiento de piejes; píele, curtido, basificado, recurtido, teñido, engrase preacabado y acabado sin afectar las propiedades de desempeño y apariencia del cuero.
• Permite la acción mecánica generada dentro de un tambor en movimiento - presente en algunas etapas del proceso húmedo- evitándose el rompimiento la suspensión formada~
• Resiste la alta concentración de electrolitos, la carga y el pH de ciertos productos curtientes o auxiliares presentes en Jas etapas de píele, curtido, basificado, recurtido, teñido, engrase preacabado y acabado y contribuye a mantener ia suspensión formada con el baño del proceso.
• Aplica a tambores de alto agotamiento.
Con lo cual se obtienen ias siguientes ventajas globales en el proceso: * Se logra una distribución homogénea de microcápsulas el la matriz de ia piel o
cuero.
• Se logra una eficiente y profunda penetración de microcápsulas en la matriz de la piel o el cuero y reducdón del desperdicio del material.
• Permite la incorporación de microcápsulas en cueros que han sido sometidos a un deficiente proceso de pelambre, que presentan queratina y pelo residual, así como también baja apertura fibrilar.
• Permite la aplicación de micraesferas a productos de cuero para el sector automotriz^ por las especificaciones de seguridad, que este requiere.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN. Es por lo tanto un objetivo prindpal de la presente invención, el proporcionar un proceso para la modificadón de las propiedades termodinámicas de piel, cuera curtido o en crust mediante la incorporación de microcápsulas con PCM's (parafinas, sales hidratadas u otros), cargas inertes, pigmentarias orgánicas e inorgánicas y otros materiales aislantes o con propiedades reflectivas de luz ultravioleta y/o infrarroja, en fase acuosa dentro de la matriz del cuero y/o en las partículas que forman su acabado.
Es también otro objetivo principal de la presente inven ón, el proporcionar un proceso de la naturaleza anteriormente descrita, mediante el cual se logra una profunda penetración de las, microcápsulas dentro de la matriz de la piel o el cuero.
Es asimismo un objetivo adicional de la presente invendónf el proporcionar un proceso de la naturaleza anteriormente descrita, el cual incluye la etapa de la obtención de una suspensión de microcápsulas que se puede incorporar en cualquier etapa del proceso a partir del pide sin que las propiedades de apariencia y desempeño del cuero sean afectados.
Es así mismo un objetivo adicional de la presente invendón, el propordonar un proceso de la naturaleza anteriormente descrita, mediante el cual se produce una suspensión de microcápsulas la cual tiene las siguientes ventajas: soporta la acción mecánica generada dentro de un tambor en movimiento -presente en algunas etapas del proceso del tratado de pieles- evitándose el rompimiento de la suspensión formada, resiste la alta concentración de electrolitos, la carga y el pH de ciertos productos curtientes o auxiliares presentes en algunas etapas del proceso de tratamiento de pieles y contribuye a mantener la suspensión formada entre las microcápsulas y el baño de proceso y aplica a tambores de alto agotamiento.
Es todavía un objetivo adicional de la presente invención, el proporcionar un proceso de la naturaleza anteriormente descrita, el cual Jogra una distribución homogénea de la microcápsulas en la matriz de la piel o el cuero.
Es aún un objetivo adicional de la presente invención el proporcionar un proceso de la naturaleza anterbrmente descrita, el cual logra la incorporación de microcápsuJas en ieles o cueros que .han sido sometidos a un deficiente proceso de pelambre, que presentan queratina y pelo residual, así como también baja apertura fibrilar.
Estos y otros objetivos y ventajas de la presente invención se harán i evidentes a las personas con conocimientos medios en el ramo, de la siguiente descripción detallada de invendón.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.
La figura 1 , es un corte transversal de cuera en crust en donde se muestra
Ja matriz del cuero y la deposiíación de microesferas de forma superficial no óptima.
La figura 2 es un corte transversal de cuero en crust donde se muestra la matriz y la penetración de microesferas por el lado carne en forma óptima.
La figura 3r es un corte transversal del cuero en crust, donde se muestra la matriz de la piel y la penetración de microesferas a través de los folículos pilosos, en forma óptima.
La figura 4, es un corte transversal del cuero en cust en donde se muestra la matriz y la penetración de microesferas a través de los folículos pilosos en forma óptima.
La figura 5, es un corte transversal del cuero acabado, donde se muestra la matriz y una depositación no óptima de microesferas en las películas de su acabado, ya que presenta aglomeraciones de microesferas.
La figura 6, es un corte transversal del cuero acabado donde se muestra su matriz con una penetradón óptima de micoresferas a través del espesor y una distribudón uniforme y óptima de micoesferas en la película de acabado. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA I VENCIÓN.
Antes.de describir el proceso motivo de la presente invención, se describirá el proceso de curtido de pieles mas comúnmente usado por Ja industria curtidora, el cual comprende los siguientes pasos: remojo (Hidratación de la piel), las pieles crudas o que han sufrido algún proceso de conservación, son sometidas en un tambor o pila con paleto, con o sin acdón mecánica a una re-humectadón a través del uso de: agua 50%, 0.5 % agente humectante, 0.1 % de un bactericida (los porcentajes son en base al peso de la piel), el tiempo de proceso depende del grado de hidratación inicial, pudiendo repetirse este paso dependiendo de la limpieza deseada y del tipo de conservación;
descame (remoción de la endodermis), las pieles se drenan y se descarnan por el uso de una máquina con rodillo de cuchillas o bien manualmente; pelambre (apertura de fibras, destrucción y/o remoción de pelo y queratina), las pieles descarnadas son colocadas nuevamente dentro del tambor o pila con paleto donde se agrega una solución consistente en: agua 50%, Cal 4 %, reductores: sulfuro de sodio 2% y sulfhidrato de sodio 1%, carbonato de sodio 0.15 % y bicarbonato de sodio 0.15% ( % en base a peso de la piel) y algún desengrasante y/o enzima sí fuese necesario y dependiendo el tipo de piel, obteniéndose un ph mínimo 13. El tiempo de proceso mínimo es de 24 horas y la temperatura no deberá exceder de 28° C. Posteriormente se drena la solución del tambor o pila y se lavan las pieles en tripa. En cueros de especies mayores pudiese existir la etapa de dividido en cal; desencalado (remoción de cal interna y superficial de la piel en tripa), las pieles en tripa son puestas en un contenedor en presencia de una solución consistente en: 50 a 200 % de agua, 5% de sulfato de amonio, 0.5% de ácido sulfúrico (% en base a peso de piel), pudiéndose emplear también algún desencalante de marca o alguna sal débil que provenga de un ácido fuerte y base orgánica débil. El tiempo mínimo de estancia dentro del contenedor en presencia de la solución desencalante es de 40 minutos y dependerá de su extensión del espesor de la piel en tripa, porcentajes de cal usada y producto final deseado; rendido, (limpieza de queratina de la flor, eliminar restos de proteína no curtible) se agrega 0.15 % enzima de origen bacteriano ( % en base a peso de la piel) en el baño de desencalado del paso anterior sin sacar la piel del contenedor. El porcentaje de uso puede variar dependiendo del tipo de enzima: bacteriana o pancreática y de su concentración en unidades enzimáticas, y el tiempo de
permanencia de la piel dentro del contenedor en presencia de la enzima es de 20 minutos, pudiendo ser mayor dependiendo del producto final deseado; se drena del contenedor la mezcla de solución desencalante y enzimas y se lavan las pieles; pi e (proporcionar a la piel y al baño el pH necesario para permitir la difusión de Jos productos curtientes), se coloca la piel en un baño que consta de una solución que contiene: 50% de agua, 8 % de cloruro de sodio grado industrial, 1% de formiato de sodio rodar 30, 2.5% de ácido sulfúrico diluido (mínimo 1/10) y frío (% en base a peso de la piel). El tiempo de residencia de la piel dentro del baño debe ser como mínimo 60 minutos y dependerá del producto final deseado, pudiendo existir un drenado parcial o total de baño de píele; curtido (esta etapa consiste, en la difusión de los productos curtientes al interior de la piel en pide). El tipo de curtido a seguir depende de la acidez del pide y al producto deseado, y consiste en impregnar la piel con las siguientes sustancias dependiendo del curtido a seguir: con sulfato básico de cromo u otras sales metálicas, con extracto vegetal, con algún producto sintético o polimérico, con algún aldehido, con alguna combinadón de los anteriores. El tiempo de impregnación requerido es de por lo menos 60 minutos, pudiendo variar de acuerdo al espesor del cuero y al tipo de producto; Gasificación (a través de un cambio de un pH de 3.54-4) medíante el cual los curtientes se fijan o se sustituyen en las cadenas de colágeno, por un cambio de pH. El tiempo de permanencia de la piel en el proceso dependerá del producto final deseado, Al final de proceso el baño es drenado. La piel después de ser basificada es llamada cuero y posee estabilidad a cierta temperatura dependiendo del tipo y grado de curtido;
lavado, los cueros son lavados para remover el exceso de sales y evitar manchas durante el tiempo de reposo. Se drenan los cueros y baño de lavado; escurrido, los cueros son drenados y después escurridos a presión, a través de una máquina que tiene una banda transportadora de un fieltro especial y unos rodillos; y raspado, los cueros son divididos de acuerdo a su espesor y luego raspados a precisión a un espesor predeterminado.
Los cueros después de la etapa de raspado están listos para ser sometidos a las etapas de recurtido, teñido y engrase en las cuales se les pre-confieren las características deseadas entre las cuales se encuentran: color, suavidad, llenura, repelencia al agua, y se influye en ciertas resistencias físicas.
La temperatura y pH del baño de recurtido, así como la combinación y el orden de adición de las sustancias recurtienteas al baño juegan un papel muy importante en el producto final. Para cada clase de producto existen procesos y productos químicos diferentes en las etapas de recurtido, teñido y engrase.
En cierto tipo de curtido libre de metales existen las etapas siguientes de proceso: precurtido (base sintéticos y aldehidos) curtido (base polímeros, naftalénicos, fenólicos y vegetales)
RTE ( base polímeros y sintéticos)
El proceso de incorporación del modificador de propiedades termodinámicas, constituyen la parte más importante de la presente invención. El proceso de la presente invención compren de la incorporación de
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microcápsuías con PCM's (parafinas, sales hidratadas u otros), cargas inertes, pigmentarias orgánicas e inorgánicas y otros materiales aislantes o con propiedades reflectivas de luz ultravioleta y/o infrarroja, en fase acuosa dentro de la matriz del cuero y/o en las partículas que forman su acabado y será descrito en función del proceso de curtido estándar anteriormente descrito, en donde el proceso de la presente invención comprende los pasos de: preparar una suspensión de microcápsulas con PCM's (parafinas, sales hidratadas u otros), cargas inertes, pigmentarias orgánicas e inorgánicas y otros materiales aislantes formada por un 85% en peso de agua, un 10% en peso de microcápsulas y un 5% de un aditivo hipotensor formado por una mezcla de tenso-activos no iónicos, mediante: calcular un porcentaje total de microcápsulas que se debe incorporar al cuero, que puede ir desde un 3% a un 15% en base al peso total del cuero y en base a la eficiencia térmica que se desea lograr. determinar el porcentaje de tipos diferentes de microcápsulas en base al peso total calculado en el paso anterior, tomando en cuenta el rango de control dinámico de temperaturas deseado el cual depende de la sustancia que contenga el núcleo de la microcápsula, por ejemplo: si el rango deseado es de 28 a 30 C, el núcleo de parafina será de n- octadecaeno y con un peso de microesferas del 12% (determinado experimentalmente) del peso del cuero, con esto podremos lograr un amortiguamiento de 2 grados centígrados por debajo de la temperatura de un cuero estándar sin partículas termoestables utilizado como referencia o control, durante un tiempo de 1hr. Dichas microcápsulas
pudiendo tener un tamaño de partícula de 1 a 60 mieras, y ser inertes o reactivas, que puedan contener en su núcleo: parafinas, sales hidratadas, compuestos orgánicos o inorgánicos y materiales aislantes como hidrocarburos en fase gas y otros gases inertes, dichas sustancias pudiendo ser seleccionadas de la siguiente tabla dependiendo de las propiedades termodinámicas deseadas:
Nombre del compuesto Temperatura de punto de fusíónt=] βC n-Tridecano -5.5 n-Tetradecano 5.9 n-Pentadecano 10.0 n-Hexadecano 18.2 n-Heptadecano 22.0 n-Octadecano 28.2 n-Nonadecano 32.1 n-E¡cosano 36.8 n-Heneicosano 40.5 n-Docosano 44.4 n-Tricosano 47.6 n-Tetracosano 50.9 π-Pentacosano 53.7 n-Hexacosano 56.4 n-Heptacosano 59.0 n-Octacosano 61.4 calcular el peso de microesferas requeridas en base al porcentaje calculado, mediante la siguiente formula: peso de microesferas = (peso de cuero) X (% de mícroesferas definido)/100 agregar la mezcla de microcápsulas de forma lenta a un tanque continuamente agitado incluyendo medios agitadores tales como una
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pluralidad de paletas, que contenga agua a una temperatura de aproximadamente 5o C a 80° C. agregar a la solución obtenida en el paso anterior el aditivo tenso-activo no iónico que comprende: de un 10% a un 35% de alcoholes grasos (alcohol isodecílico, alcohol laurico, alcohol tridecilico, alcohol cetilico, alcohol cetoestearilico, alcohol estearilico y alcohol oleilico), de un 30% a un 80% de derivados de ácidos grasos
(ácido laurico, ácido palmitico, monoestearato de polietilen glicol, ácido esteárico y ácido oleico), de un 30% a un 80% de esteres de sorbitan, de un 1% a un 10% de aminas grasas y derivados etoxilados de las sustancias anteriores y continuar agitando la solución así obtenida hasta lograr obtener una solución final estable que tenga una distribución homogénea de las microcápsulas evitando la aglomeración de las mismas; agregar la solución final estable en cualquier etapa del proceso de tratamiento de pieles en donde se tenga que aplicar un movimiento mecánico, por ejemplo en la etapa de recurtido, con el fin de incorporar las microcápsulas a la matriz de la piel mediante su exposición en la solución final estable a la piel en presencia de movimiento mecánico por un tiempo de 1 hora.
El aditivo tenso-activo, cambia la tensión superficial de la solución final estable, permitiendo la formación de una suspensión estable en fase acuosa y permite una difusión de las microcápsulas a través del espesor del cuero.
Con el proceso de la presente invención, se logra una penetración profunda de las microesferas por la carne o el folículo de la piel tal y como se muestra en
las figuras 2, 3, 4, 5 y 6, mostrando la figura 1 una depositación superficial deficiente de las microcápsulas que se logra con procesos del arte previo.
EJEMPLO Se preparó una suspensión estable de micoresferas, incorporando una mezcla de microesferas de 2% en peso con un pico de transición de 28° C, y un λ[=] J/g de 186, una mezcla de microesferas de 2% en peso con un pico de transición de 35° C, y un λ[=] J/g de 180 y una mezcla de microesferas de 2% en peso con un pico de transición de 50° C, y un λ[=] J/g de 160 obteniéndose 1 hora de amortiguamiento térmico con un rango de control dinámico de 2 a 4° C.