ES2259369T3

ES2259369T3 - Procedimiento de obtencion de monofilamentos finos de polipropileno, monofilamentos finos de polipropileno y su utilizacion.

Info

Publication number: ES2259369T3
Application number: ES02704535T
Authority: ES
Inventors: Gustav Schutze; Max Kurt
Original assignee: Rhodia Industrial Yarns AG
Current assignee: ExNex AG
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2006-10-01
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: EP1392897A1; ATE325910T1; CN1505704A; DE50206749D1; US6805955B2; JP2004524455A; US20050129940A1; US20040142169A1; US20040265584A1; US7214426B2; TW579394B; EP1392897B1; PT1392897E; WO2002086207A1; CN100355952C

Abstract

Procedimiento para la obtención de monofilamentos finos con resistencia a la abrasión mejorada, de un polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)230oC/2,16kg de 2-16 g/10 min, caracterizado porque a la extrusora se añade un material compuesto constituido por 80 a 99,9% en peso de granulado de polipropileno y 20 a 0,1% en peso de un aditivo, la masa fundida se hila con una velocidad de al menos 1200 m/min, se enfría en baño de aire a la temperatura ambiente, se estira ulteriormente y se bobina a una temperatura de 110 a 150ºC hasta un título de 5-20 dtex (0,027 mm-0,053 mm).

Description

Procedimiento de obtención de monofilamentos finos de polipropileno, monofilamentos finos de polipropileno y su utilización.

La invención se refiere a un procedimiento para la obtención de finos monofilamentos de polipropileno con resistencia a la abrasión mejorada, con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)_{230^{o}C/2,16kg} de 2-16 g/10 min, un monofilamento de polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)_{230^{o}C/2\text{.}16kg} de 2-16 g/10 min, con resistencia a la abrasión mejorada y con un título de 5-20 dtex (0,027 mm-0,053 mm), así como a su utilización.

Estructuras textiles planas de polipropileno ganan creciente interés en la industria del automóvil frente a otros materiales sintéticos termoplásticos sobre todo debido a su peso relativamente más ligero y a su mejorada resistencia frente a las influencias climáticas y a las solicitaciones mecánicas. En este sentido, se demandan especialmente monofilamentos finos, que hagan posible una mayor reducción de peso. Como monofilamentos finos se entienden aquéllos menores de 30 dtex, en especial menores de 25 dtex.

Sin embargo, los monofilamentos de polipropileno puro presentan la desventaja de una fuerte formación de polvo como consecuencia de su baja resistencia a la abrasión en el proceso textil. El problema de la abrasión también es conocido en otros termoplásticos. Así, el documento EP-A2-0 784 107 menciona monofilamentos de poliamida, poliéster y polipropileno hilados en estado fundido. Después, se obtienen monofilamentos resistentes a la abrasión con 70 a 99% en peso de polímero formador de hilos y 1-30% en peso de un caucho de polipropileno/polietileno modificado con anhídrido de ácido maleico y otros aditivos. No obstante, los ejemplos se limitan a poliamida 6 y tereftalato de polietileno, así como a una copoliamida de PA66 y PA6 como polímero formador de hilos. No se indican velocidades de hilado. Los monofilamentos relativamente gruesos según los ejemplos son adecuados sobre todo para cedazos de máquinas de papel y alambres para cortacéspedes. No se da dato alguno para la obtención de monofilamentos de polipropileno relativamente finos.

Del documento EP-A-1059370 se conoce un procedimiento para la obtención de filamentos múltiples de polipropileno para fines textiles. Como material de partida sirve un polipropileno isotáctico catalizado por metaloceno con un índice de fluencia en estado fundido que debe ser menor de 25 g por 10 minutos para alcanzar las propiedades de contracción deseadas. Para la obtención de filamentos que se caractericen por una profunda contracción, hay que utilizar preferentemente granulados de polipropileno con un alto valor del MFI. Sobre los hilos fabricados únicamente se dan datos generales. No se describen monofilamentos.

También el documento EP-A-0028844 describe un hilo textil multifilamento de filamentos de polipropileno. El polímero de partida es un polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido comprendido entre aproximadamente 20 y 60. Entre las condiciones de hilado y estirado indicadas, así como en la elaboración posterior, evidentemente no se constató el problema de la abrasión que se presenta en la elaboración de monofilamentos finos.

Misión de la invención es poner a disposición un procedimiento económico para la producción de monofilamentos finos de polipropileno resistentes a la abrasión. Otra misión de la invención es la producción de monofilamentos finos de polipropileno con resistencia frente a la abrasión mejorada durante el tejido.

Otra misión más de la invención es poner a disposición la utilización de un monofilamento fino con buena resistencia a la abrasión para la producción de estructuras planas técnicas.

La misión se resuelve conforme a la invención porque a la extrusora se añade un material compuesto que consta de 80 a 99,9% en peso de granulado y 20 a 0,1% en peso de un aditivo, la masa fundida se hila con una velocidad de al menos 1200 m/min, se enfría en baño de aire a la temperatura ambiente, se estira ulteriormente y se bobina a una temperatura de 110 a 150ºC hasta una titulación de 5-20 dtex (0,027 mm-0,053 mm). En este caso, es esencial que el aditivo esté bien disperso en el polipropileno y no se detecte ninguna diferencia en el monofilamento resultante.

Por primera vez se ha podido obtener monofilamentos finos de polipropileno con una velocidad de hilado de 1200 m/min. Ha resultado ventajoso utilizar como aditivos poliolefinas modificadas y diésteres alifáticos.

Especialmente ventajosos como aditivos son las poliolefinas modificadas en una cantidad de 4,5 a 15% en peso, en especial 6 a 13% en peso, preferentemente 8 a 12% en peso de polipropileno/polietileno con un punto de fusión > 140ºC. Un punto de fusión inferior a 140ºC tiene el inconveniente de una dosificación laboriosa. A temperaturas inferiores a 140ºC aparecen adherencias del granulado en la extrusora. Con una utilización inferior a 4,5% en peso y superior a 15% en peso en polipropileno/polietileno se alcanza una resistencia a la abrasión insatisfactoria. Sorprendentemente, en esta variante no son necesarios otros aditivos para conseguir una excelente resistencia a la abrasión.

En otra variante es conveniente utilizar como aditivo 3-10% en peso, en especial de 3 a 7% en peso, preferentemente de 3 a 6% en peso de un modificador de la resistencia al choque. Como modificadores de la resistencia al choque son adecuados aquellos que no muestran reblandecimiento alguno hasta 100ºC y que están constituidos por copolímeros de bloque lineales de estireno-etileno/butileno-estireno o aleaciones de copolímeros de bloque lineales de estireno-etileno/butileno-estireno//estireno-etileno/butileno bibloque.

En otra variante es conveniente utilizar como aditivo 0,1-0,2% en peso de un suavizante. Como suavizante el más adecuado es di-iso-noniladipato.

En otra variante es conveniente utilizar como aditivo 0,05-1,0% en peso, en especial 0,3 a 1,0% en peso de un agente de deslizamiento. Como agentes de deslizamiento son especialmente adecuadas las sales metálicas de ácidos carboxílicos, hidrocarburos lineales o ramificados, elastómeros fluorados, polidimetilsiloxanos.

En otra variante es conveniente utilizar como aditivo sustancias de carga. Como sustancias de carga han resultado especialmente adecuadas 0,01-0,1% en peso de aerosiles y 0,1-1,0% en peso de carbonato de calcio.

En otra variante, el aditivo consiste en un material compuesto a base de una combinación de 2-10% en peso de un modificador de la resistencia al choque, 0,1-0,2% en peso de suavizante, sustancias de carga, 0,01-0,1% en peso de aerosil o 0,1-1,0% en peso de carbonato de calcio, 0,05-1,0% en peso de agentes de deslizamiento y 0,1-0,5% en peso de estabilizantes térmicos. Como estabilizantes térmicos se pueden emplear fenoles impedidos estéricamente, fosfitos y fosfonitos.

Para los monofilamentos conformes a la invención definidos en la reivindicación 9 se ha previsto como polímero principal un polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)_{230^{o}C/2\text{.}16kg} de 2-16 g/10 min y un título de 5-20 dtex (0,027 mm-0,053 mm). Un índice de fluencia en estado fundido inferior a 2 g/10 min tiene el inconveniente de que sean necesarias temperaturas demasiado elevadas en el hilado en estado fundido, lo cual conduce a la destrucción del polímero. Un índice de fluencia en estado fundido superior a 16 g/10 min tiene la desventaja de que la resistencia a la abrasión es insuficiente. Una resistencia a la abrasión con una calificación \leq 2 proporciona un monofilamento que se puede tejer sin problemas en una estructura textil plana y proporciona una limpieza sorprendente.

El monofilamento conforme a la invención presenta una resistencia de al menos 47 cN/tex con un alargamiento de ruptura máximo menor de 45%.

El monofilamento conforme con la invención presenta una constante mecánica (Constante Mechanique) menor de 285 cN/tex.

El invento se debe describir con más detalle por medio de ejemplos.

Ejemplo 1 Polímero

Como filamento formador de hilos se utilizó en todos los ensayos un polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)_{230^{o}C/2\text{.}16kg} de 12,0 g/10 min. En cada caso, se mezclan 5 kg de granulado de polipropileno utilizando recipientes de chapa blanca y una mezcladora de vaivén. La mezcladura se llevó a cabo, según el aditivo, según tres procedimientos distintos. Los distintos procedimientos se aclararán en los ejemplos. La mezcla de granulado/aditivo se añade directamente a la extrusora y se funde.

Condiciones de hilado

Extrusora diámetro 38 mm:

\hskip1.4cm

p máxima = 100 bar

\hskip1.4cm

rendimiento: 1-10 kg/h

\hskip1.4cm

6 zonas de calefacción

Bloque de hilado: calentado por diphyl; 1 punto de hilado

Bomba de titulación: 3-27 U/min

Hileras: diámetro interior/exterior = 85/70 mm

Caja de soplado: 450-1100 m^{3}/h; l = 1,3 m

Temperaturas de la extrusora para las zonas 1 a 5: 180/230/250/250/265/275ºC.

Bloque + hileras: 275/275ºC

Rendimiento: 1,64 kg/h

Aire soplado: 700 m^{3}/h

Temperatura de fusión: \approx 280ºC

Velocidad de devanado: 1200 m/min

Condiciones de estirado

El estirado se lleva a cabo utilizando una instalación de estirado de laboratorio equipada con dos mecanismos de estirado, los cuales están equipados respectivamente con un capullo (\varnothing = 10 cm) y un rodillo de separación.

En el proceso de estirado los monofilamentos recorren los siguientes órganos:

\bullet: Freno del hilo

\bullet: Mecanismo de estirado V1, el cual está equipado con un rodillo de transporte o de goma adicional.- Sin espigas de estirado

\bullet: Plancha calentable de 20 cm de longitud a la distancia de 20 cm del mecanismo de estirado

\bullet: Mecanismo de estirado V2

\bullet: Huso anular "Traveller"

El estirado de las variantes tiene lugar con una relación de estirado de 1:3,6 y una temperatura de la plancha (20 cm) de 130ºC. La velocidad de devanado del mecanismo de estirado V2 es 514 m/min.

Ejemplo 2

(Ensayos 2-4)

En el caso de las poliolefinas modificadas, la mezcla de granulado, constituida por polipropileno y poliolefina modificada, punto de fusión de PP/PE > 140ºC, se mezcla durante una hora.

Ejemplo 3

(Ensayos 5-7)

En el caso de las poliolefinas modificadas, la mezcla de granulado, constituida por polipropileno y modificador de la resistencia al choque, se mezcla durante una hora. En estas mezclas es ventajosa la adición de un agente antiestático tal como 0,1% de Atmer 110 (marca comercial de la razón social Uniqema).

Ejemplo 4

(Ensayos 8 y 9)

El suavizante se añade al granulado de polipropileno, después se mezcla durante dos horas.

Ejemplo 5

(Ensayos 10-12)

En el caso de los aditivos pulveriformes tales como sustancias de carga, agentes de deslizamiento, estabilizantes térmicos, etc., el granulado se remueve primeramente durante media hora con un inductor de adherencia tal como Basilon M100 (marca comercial de la razón social Bayer AG), a continuación se añaden los aditivos restantes y se sigue mezclando durante 1,5 horas. Esta serie de ensayos comprende la incorporación de carbonato de calcio en el polipropileno, análogamente a la descripción anterior.

Ejemplo 6

(Ensayos 13-16)

En este ejemplo se añade al polímero, en diferentes cantidades, un agente de deslizamiento.

La misma elaboración que en el ejemplo 5.

\newpage

Ejemplo 7

(Ensayos 17-19)

En el caso de aditivos en forma de una combinación de diferentes compuestos, el ensayo 17 comprende dos agentes de deslizamiento diferentes (0,2 y 0,05%) y 0,05% de Aerosil. Los ensayos 18 + 19 se basan en tres aditivos

0,35% de estabilizante térmico,	0,3% de carbonato de calcio y	0,15% de agente de deslizamiento 4
0,5% de estabilizante térmico,	0,2% de agente de deslizamiento 4 y	0,01% de aerosol

La misma elaboración que en el ejemplo 5.

Los resultados se recopilan en la Tabla 1

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 1

Nº de	ADITIVO	Calificación	Título	Resistencia	Alargamiento	Constante	Fuerza de
ensayo		ABTER	[dtex]	[cN/tex]	de ruptura	mecánica	ruptura
					[%]	[cN/tex]	específica
							[cN.cm/dtex]
1	0	4	9,9	51,4	32,6	293,47	61,4
2	5%	1,8	10,4	53,5	31,7	301,22	62,69
3	10%	1,0	10,4	54,1	30,3	297,80	59,57
4	15%	2,0	10,8	53,3	30,6	294,84	59,20
5	3%	2,0	10,8	47,7	41,1	305,80	76,52
6	4,5%	0,8	10,4	48,9	42,9	320,29	82,50
7	6,0%	0,8	10,4	48,4	41,1	308,78	77,07
8	0,10%	1,66	10,8	48,8	34,5	286,63	62,92
9	0,15%
10	0,4%	2,5	10,4	49,5	29,3	267,94	51,46
11	1,2%	0,83	11,2	47,2	43,4	310,95	81,67
12	2,0%
13	0,2%	3,66	10,1	50,5	31,8	284,78	58,53
14	0,5%	1,33	10,4	51,2	34,9	302,47	67,17
15	0,8%	0,83	10,4	51,4	32,1	291,22	60,81
16	1,0%	1,16	10,4	51,9	30,3	285.69	67,36
17	0,2/0,05/0,05%	0,83	10,4	51,6	34,1	301,32	65,65
18	0,35/0,3/0,15%	0,83	10,8	49,3	37,1	300,29	69,53
19	0,50/0,2/0,01%	1,16	10,8	51,5	40,7	328,55	78,97
Ensayos 2-4 polipropileno MF1 12,0 g/min con PP/PE, p.f.>140ºC como aditivo;
Ensayos 5-7 polipropileno MF1 12,0 g/min con un modificador de resistencia al choque;
Ensayos 8-9 polipropileno MF1 12,0 g/min con un suavizante como aditivo;
Ensayos 10-12 polipropileno MF1 12,0 g/min con un agente de carga como aditivo;
Ensayos 13-16 polipropileno MF1 12,0 g/min con un agente de deslizamiento como aditivo;
Ensayos 17-19 polipropileno MF1 12,0 g/min con un material compuesto como aditivo;

Los resultados se han representado gráficamente para una explicación más detallada.

Muestran:

Fig. 1 el comportamiento a la abrasión en función de la adición de un aditivo conforme al Ejemplo 2.

Fig.2 el comportamiento a la abrasión en función de la adición de un aditivo conforme al Ejemplo 3.

Fig. 3 el comportamiento a la abrasión en función de la adición de un aditivo conforme al Ejemplo 6.

En la Fig. 1 se muestra el transcurso de la curva en el caso de la adición de un polipropileno/polietileno modificado, con un punto de fusión > 140ºC conforme al Ejemplo 2. Sin la adición de un aditivo, el polipropileno puro en el ensayo de la abrasión muestra una calificación 4, lo cual representa un rozamiento insatisfactorio en el material tejido. Es sorprendente que al ir aumentando la adición, primero se puede mejorar la abrasión hasta una adición del 10% en peso y se empeora de nuevo con adiciones más elevadas.

En la Fig. 2 se muestra el transcurso de la curva en el caso de la adición de un modificador de la resistencia al choque. Al ir aumentando la adición de aditivo la abrasión primero disminuye y con 5% en peso alcanza un mínimo. Un incremento ulterior no aporta ya ninguna ventaja.

En la Fig. 3 se muestra el transcurso de la curva en el caso de la adición de diferentes agentes de deslizamiento. Aquí, cantidades de adición bajas aportan primero una acusada mejora del comportamiento a la abrasión. Un incremento no aporta ninguna mejora ulterior del comportamiento a la abrasión.

Procedimientos de medida

-: Índice de fluencia en estado fundido según ASTM D1238

-: Ensayo de la abrasión - método de ensayo (ABTER)

En el ensayo de la abrasión se trata de una simple simulación del proceso de tejer en un dispositivo de ensayo sin introducción de trama. En este caso, los monofilamentos se llevan a velocidad constante a través de los elementos más importantes de un telar tales como peine y lizas, los cuales realizan también los movimientos correspondientes. La velocidad del hilo es de 9 m/h, el peine realiza 525 empujes dobles por minuto.

El enjuiciamiento del comportamiento a la abrasión con el aparato de ensayos ABTER se realiza tal como sigue.

\bullet: se examina el comportamiento a la abrasión en todos los monofilamentos durante un tiempo de funcionamiento de 16 horas

\bullet: los peines se extraen del aparato de ensayo y se fotografían

\bullet: el enjuiciamiento visual de las deposiciones en los peines se realiza por tres personas, teniendo lugar la clasificación por atribución de calificaciones (0-1 = ninguna abrasión, 5 = mucha abrasión)

-: determinación del título según SN 197 012 y SN 197 015 adicionalmente DIN 53 830

-: ensayos de tracción según DIN 53 815, DIN 53 834 y adicionalmente BISFA

-: el cálculo se la constante mecánica, CM, tiene lugar según la fórmula

CM =\surdD \cdot F[cN/tex]

en donde significan D, alargamiento en [%] y F, resistencia en [cN/tex].

Los finos monofilamentos conformes a la invención son adecuados para la producción exenta de abrasión de tejidos tamizantes para la filtración y serigrafía.

Claims

1. Procedimiento para la obtención de monofilamentos finos con resistencia a la abrasión mejorada, de un polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)_{230^{o}C/2.16kg} de 2-16 g/10 min, caracterizado porque a la extrusora se añade un material compuesto constituido por 80 a 99,9% en peso de granulado de polipropileno y 20 a 0,1% en peso de un aditivo, la masa fundida se hila con una velocidad de al menos 1200 m/min, se enfría en baño de aire a la temperatura ambiente, se estira ulteriormente y se bobina a una temperatura de 110 a 150ºC hasta un título de 5-20 dtex (0,027 mm-0,053 mm).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utilizan poliolefinas modificadas y diéster alifáticos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utilizan 4,5 a 15% en peso de una poliolefina de polipropileno/polietileno con un punto de fusión > 140ºC.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utiliza 3-10% en peso de un modificador de la resistencia al choque.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utiliza 0,1-0,2% en peso de un suavizante.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utiliza 0,05 a 1,0% en peso de un agente de deslizamiento.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utiliza 0,01-1,0% en peso de agentes de carga.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como aditivo se utiliza un material compuesto a base de una combinación de modificador de la resistencia al choque, suavizante, agentes de carga, agentes de deslizamiento y estabilizantes térmicos.

9. Monofilamentos de un polipropileno con un índice de fluencia en estado fundido (MFI)_{230^{o}C/2.16kg} de 2-16g/10 min, con resistencia a la abrasión mejorada, que se pueden obtener según el procedimiento de la reivindicación 1, con una resistencia de al menos 47 cN/tex en el caso de un alargamiento de ruptura máximo menor de 45%, con una constante mecánica (Constante Mechanique) de al menos 285 cN/tex y con un título de 5-20 dtex (0,027 mm-0,053 mm).

10. Monofilamentos según la reivindicación 9, caracterizados por una fuerza de ruptura específica superior a 61,5 cN \cdot cm/dtex.

11. Utilización de los monofilamentos según las reivindicaciones 9 a 10 para la producción de estructuras planas técnicas.

12. Utilización de las estructuras planas según la reivindicación 11 como tejidos para filtración.

13. Utilización de las estructuras planas según la reivindicación 11 en serigrafía.