ES2284368B1 - Microcapsulas de doble pared con pared exterior termoplastica y procedimiento para la aplicacion de las mismas. - Google Patents
Microcapsulas de doble pared con pared exterior termoplastica y procedimiento para la aplicacion de las mismas. Download PDFInfo
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Abstract
Microcápsulas del tipo que se aplican en fibras para producir una liberación lenta de productos, tales como fragancias, sustancias antimicrobianas, insecticidas, antioxidantes, vitaminas, o que pueden ser utilizadas como materiales tales como pigmentos termocromáticos, que cambian de color cuando son calentados, o ¿materiales de cambio de fase¿ (PCM), que proporcionan aislamiento/control térmico, caracterizadas porque presentan dos paredes de polímero, siendo la pared exterior termoplástica con el objetivo de alcanzar su fusión térmica sobre un sustrato textil.
Description
Microcápsulas de doble pared con pared exterior
termoplástica y procedimiento para la aplicación de las mismas.
La presente invención se refiere a unas
microcápsulas de doble pared con una pared exterior termoplástica y
a un procedimiento para la aplicación de las mismas sobre
sustratos, es decir, sustrato textil.
Las microcápsulas se aplican sobre fibras para
producir una liberación lenta de productos, como fragancias,
sustancias antimicrobianas, insectidicas, desinfectantes,
antioxidantes o vitaminas, o para utilizarse como materiales tales
como los pigmentos termocromáticos, que cambian de color cuando son
calentados, o "materiales de cambio de fase" (PCM), que
proporcionan aislamiento/control térmico.
El modo en que las microcápsulas se enlazan con
las fibras generalmente consiste en utilizar aglutinantes que
recubren toda la superficie de las fibras y las microcápsulas.
Generalmente se aplican microcápsulas de
liberación controlada con aglutinantes sobre la superficie de
tejidos o prendas de punto, de tal modo que se rompan por fricción,
liberando el producto activo, ya sea una fragancia, una sustancia
antimicrobiana, un repelente de insectos, un desinfectante, un
antioxidante o vitaminas.
También se aplican de este modo pigmentos
termocromáticos. Los PCM requieren un material más grueso para que
puedan actuar eficientemente como material de aislamiento o
regulador de la temperatura. La aplicación de microcápsulas de PCM
sobre fibras con aglutinantes se describe en la patente US nº
5.366.801. La patente WO 0 212 607 describe una aplicación sobre
tramas de fibras en las que las microcápsulas de PCM se encuentran
totalmente dentro del aglutinante, y éste forma una película en la
intersección de las fibras.
La patente US nº 4.774.133 describe la
incorporación de microcápsulas en artículos textiles con una
película termoplástica que se aplica con calor y presión.
Esta aplicación de aglutinante significa que se
forma una película entre las fibras que dificulta la permeabilidad
al aire y al vapor, y por lo tanto la transpiración corporal.
La patente US nº 5.437.909 reivindica unas
disposiciones de fibras en las que las fibras se funden
conjuntamente (thermobonded).
Cuando se aplican en materiales flexibles, como
tejidos o cuero, los PCM deben aplicarse en forma de microcápsulas,
es decir microcápsulas de PCM, de modo que se dispersen a través de
todo el material de forma homogénea y con la máxima cobertura, como
se describe en las patentes US nº 5.366.801 y US nº 6.207.738. Otra
alternativa consiste en introducir las microcápsulas de PCM en las
fibras durante su producción, como se describe en las patentes US
nº 4.756.958 y US nº 5.885.475, o en introducir el PCM en fibras
huecas, como se describe en la patente US nº 4.871.615. Como la
aplicación de microcápsulas de PCM sobre tejidos no resulta muy
efectiva, ya que resulta difícil fijar un número suficiente de
microcápsulas al tejido, con lo que el exceso de microcápsulas se
elimina fácilmente durante el lavado o al llevar puesta la prenda,
generalmente las microcápsulas de PCM se aplican sobre una espuma,
generalmente compuesta por poliuretano, o sobre materiales no
tejidos, donde se fijan a las fibras mediante aglutinantes, como se
describe en la patente US nº 581.338. A continuación, estos
materiales que contienen microcápsulas se incorporan a las prendas
de deportes de invierno o al calzado deportivo. También se pueden
incorporar en materiales compuestos, como se describe en la patente
US nº 6.004.662. La patente WO 0 226 911 describe un agregado de
microcápsulas de PCM en macrocápsulas de gel reticulado. Estas
cápsulas presentan un tamaño mínimo de 1.000 micras, y no se
consideran microcápsulas, clasificándose como macrocápsulas. Se
fijan sobre las fibras mediante aglomerantes. En la patente WO 0
224 789 se describe un método de incorporación de microcápsulas en
polímeros, con los que a continuación se constituyen fibras o
esferas.
La patente US nº 6.080.418 describe
microcápsulas revestidas de adhesivo para su aplicación en plantas
y árboles por pulverización. Dicha patente no se refiere a la
aplicación de las microcápsulas en fibras, y éstas no se aplican por
fusión térmica de la pared con el sustrato.
En la patente US nº 4.166.800 de Fong se
describe un ejemplo del proceso de microencapsulación de partículas
sólidas. En dicha patente, el polímero se precipita mediante un
agente de separación de fases, un no-solvente para
el polímero. Por otro lado, el revestimiento puede formarse por
polimerización de un prepolímero alrededor del núcleo sólido, como
se menciona en la patente EP 1 088 584, la cual describe la
polimerización de un prepolímero de
melamina-formaldehído sobre una partícula
sólida.
La presente invención, en cambio, se refiere a
la aplicación sobre fibras de microcápsulas individuales con una
pared exterior termoplástica. De este modo, no se forma ninguna
película y la permeabilidad al aire y al vapor no se ve afectada
significativamente, como en el caso de disponer una película de
aglutinante entre las fibras.
El aglutinante o película también provoca que el
material sea menos flexible y adaptable, lo que resulta importante
en aplicaciones como, por ejemplo, ciertas indumentarias y
edredones. Con microcápsulas individuales fusionadas en las fibras,
la flexibilidad y adaptabilidad del material no se ven tan
afectadas.
Con estas nuevas microcápsulas, la pared
exterior se fusiona dentro de las fibras textiles, realizadas a
modo de hilado, tejido o material no tejido, calentando hasta la
temperatura de reblandecimiento o hasta la temperatura de fusión de
la pared termoplástica.
Los dibujos muestran las diferentes
posibilidades de enlace por fusión entre las microcápsulas y las
fibras.
La figura 1 representa fibras o filamentos
fusionados junto con las microcápsulas con una pared exterior
termoplástica.
La figura 2 representa fibras bicomponente o
filamentos fusionados junto con las microcápsulas con una pared
exterior termoplástica.
Las microcápsulas de la presente invención, es
decir, microcápsulas de doble pared, también denominadas en la
presente memoria microcápsulas bicomponente, presentan una pared
exterior termoplástica. La pared exterior está realizada en un
polímero termoplástico tal como polietileno, polipropileno,
poliamida, poliéster, poliestireno, poliacrilato,
polimetilmetacrilato, poliuretanos, policarbonatos o cualquier otro
polímero termoplástico, o copolímeros de estos polímeros.
Las paredes exteriores de las microcápsulas
mencionadas anteriormente se fusionan dentro de las fibras
textiles, realizadas a modo de hilado, tejido o material no tejido,
calentando hasta la temperatura de reblandecimiento o hasta la
temperatura de fusión de la pared termoplástica.
La presión puede aplicarse también para
favorecer la fusión de las microcápsulas junto con las fibras.
Las microcápsulas mencionadas anteriormente se
pueden aplicar sobre las fibras por calentamiento de la estructura
fibrosa que contiene las microcápsulas, en un estricador o una
calandria de rodillos calientes, a una temperatura que debe ser
superior a la temperatura de reblandecimiento de las paredes
exteriores de termoplástico de las microcápsulas y/o las
fibras.
La temperatura y la presión aplicadas a las
microcápsulas puede variar en función del polímero que conforma la
pared exterior de la fibra o las microcápsulas. Generalmente, los
materiales termoplásticos presentan una temperatura de transición a
la que el material pasa de un estado vítreo (vidrio) a un estado
visco-elástico, en el que el material se comporta
más como un fluido viscoso. Esta temperatura ("temperatura de
transición vítrea") depende de varios factores, tales como la
estructura del polímero, su peso molecular y la presencia de
aditivos como los plastificadores.
Las fibras también pueden ser bicomponentes, con
una pared exterior más blanda y un núcleo, compuesto por un
polímero con una temperatura de fusión más elevada que la pared
exterior y superior a la temperatura de proceso utilizada para la
fusión de las paredes de las microcápsulas con la pared exterior de
las fibras. Un ejemplo de fibras bicomponentes son las que se
utilizan en tramas de fibras no tejidas, unidas entre sí por un
proceso llamado "thermobonding". Otro ejemplo son los
filamentos termoplásticos continuos utilizados en las materiales no
tejidos ("spunbondecf").
El sustrato textil (disposición de fibras),
constituido por fibras y microcápsulas conectadas entre sí
únicamente por los puntos de contacto de sus paredes, no requiere
un aglutinante para enlazar las microcápsulas y las fibras. Este
hecho supone diversas ventajas en comparación con los materiales
sobre los que se dispone aglutinante, entre ellas que los
aglutinantes son conductores térmicos y reducen la resistividad
térmica de la disposición de fibras, mientras que si está atrapado
más aire entre las fibras, como ocurre en las microcápsulas
fundidas con las fibras, la resistividad de la disposición de
fibras permanece prácticamente igual que sin la presencia de
microcápsulas. Los aglutinantes utilizados para fijar las fibras en
tramas no tejidas presentan una conductividad térmica superior a la
del aire entre las fibras, lo que resulta contraproducente para el
objetivo de dichos tejidos, que es proporcionar aislamiento
térmico. Por este motivo, las disposiciones de fibras en las que las
fibras se funden conjuntamente (thermobonded) (como se
reivindica en la patente US nº 5.437.909 referida anteriormente en
el apartado "Antecedentes de la Invención") constituyen una
mejor alternativa. En el caso de aglutinantes utilizados para
materiales no tejidos con microcápsulas de PCM, materiales de
cambio de fase, se requiere un exceso de aglutinante para fijar las
microcápsulas a las fibras. Los materiales de cambio de fase se
utilizan en tramas no tejidas para regular la temperatura del
cuerpo, en artículos como chaquetas de invierno o prendas
deportivas para montañismo y esquí, por lo que resulta recomendable
que las propiedades de aislamiento térmico estático de las tramas
no tejidas permanezcan inalteradas.
Los materiales de cambio de fase, o PCM, son
materiales que pasan de la fase sólida a la líquida y de la fase
líquida a la sólida con la particularidad de absorber grandes
cantidades de energía al pasar de sólidos a líquidos, y liberando
esta misma energía al pasar de líquidos a sólidos. Su capacidad de
retención de energía entre los cambios de fase se puede utilizar
también como control de la temperatura dentro de unos límites
predefinidos en ropa de invierno y calzado, manteniendo la
temperatura entre 26 y 29ºC, que son las temperaturas límite de
confort para el cuerpo humano. Los PCM deben disponerse dentro de
recipientes o cápsulas para evitar que se dispersen por el
tejido.
Actualmente, las microcápsulas de PCM están
constituidas por polímeros de urea, o derivados de la urea, y
formaldehído, o bien por polímeros de
melamina-formaldehído. En estos polímeros,
especialmente en los de melamina-formaldehído, una
desventaja en su realización consiste en que son porosas e
higroscópicas, lo que puede constituir un problema al dispersarlas
en aglutinantes acuosos o en espuma, por ejemplo la espuma de
poliuretano.
Esto no ocurre en las microcápsulas de esta
invención, que presentan una segunda pared termoplástica,
resultando especialmente adecuadas para su mezcla directa en
revestimientos poliméricos o espumas.
Otro problema asociado a la porosidad consiste
en que, en el interior, el PCM puede evaporarse a través de los
poros cuando las microcápsulas se calientan por encima del punto de
ebullición del PCM, o puede ser extraído por la acción de
solventes.
Esto no ocurre en las microcápsulas de la
presente invención, que presentan una segunda pared
termoplástica.
Una desventaja de que el polímero esté
constituido por formaldehído consiste en que el formaldehído libre
puede transmitirse, en condiciones húmedas, a la atmósfera o a la
piel.
Generalmente, los aglutinantes son acrílicos o
aglutinantes de poliuretano, pero pueden contener una pequeña
cantidad de formaldehído por motivos de reticulación. El
formaldehído provoca irritación en la piel e inflamación de la nariz
y los ojos, y resulta tóxico en cantidades elevadas o tras una
exposición reiterada, creyéndose que puede ser cancerígeno. En
consecuencia, está sometido a limitaciones muy severas.
Con la segunda pared propuesta en la presente
patente, el formaldehído está contenido dentro de dicha segunda
pared.
En la presente invención, las microcápsulas de
PCM presentan una pared exterior constituida por polietileno,
polipropileno, poliamida, poliéster, poliestireno, poliacrilato,
polimetacrilato de metilo, poliuretanos o cualquier otro polímero
termoplástico, o copolímeros de los mismos. Para una mayor
resistencia de las microcápsulas, deben presentar una pared
interior de un material no termoplástico, o de un material con una
TG, temperatura de transición vítrea, y un punto de fusión muy
superiores a la temperatura aplicada para reblandecer o fundir la
pared exterior.
Para la pared interior, se pueden utilizar
polímeros tipo urea-formaldehído o
melamina-formaldehído, y para la pared exterior se
puede utilizar un polímero termoplástico.
El proceso de microencapsulación de partículas
sólidas, como en este caso, se designa generalmente como
revestimiento, como lo es de hecho la capa resultante de dicho
proceso. El polímero utilizado para revestir las microcápsulas de
urea-formaldehído o de
melamina-formaldehído es un polímero termoplástico.
Uno de los métodos de microencapsulación es una técnica de
separación de fases. Para un material de núcleo soluble o miscible
en agua, el proceso de separación generalmente incluye la técnica
de dispersar el material sólido nuclear con el tamaño de partícula
deseado, o una solución acuosa, o una suspensión, en un material de
revestimiento polimérico disuelto en un solvente orgánico. A
continuación se deposita el material polimérico en el material
nuclear por precipitación gradual del polímero. Esto se consigue
mediante el uso de precipitantes, mediante cambios de temperatura o
por eliminación del solvente por dilución o destilación. En este
caso, el prepolímero puede estar formado por los monómeros que
constituyen los polímeros termoplásticos anteriormente mencionados.
Estos monómeros experimentan una polimerización alrededor de las
microcápsulas de urea-formaldehído o de
melamina-formaldehído, formando así una segunda
pared termoplástica.
El polímero termoplástico aglutinante entre las
microcápsulas y las fibras debe ser resistente al lavado en agua o
lavado en seco para resistir más tiempo durante la vida útil del
artículo textil. Los artículos más apropiados para la aplicación de
microcápsulas con paredes exteriores termoplásticas son las redes no
tejidas utilizadas en las chaquetas de invierno o de deporte y
edredones. En el caso de los edredones, las fibras deben estar
preferentemente constituidas por fibras bicomponente
(thermobonded).
También pueden aplicarse, por ejemplo, sobre un
material no tejido (spunbonded) que puede utilizarse junto
con la red como alternativa a la aplicación directa de
microcápsulas de PCM a la red. El material no tejido
(spunbonded) se dispone en la cara más cercana al cuerpo, de
modo que las microcápsulas de PCM se sitúen más cerca del cuerpo.
Los materiales no tejidos (spunbonded) pueden utilizarse en
diversas capas en aquellos artículos en los que el volumen no es
importante ni deseable.
La pared exterior también puede fundirse con una
espuma o un revestimiento compuesto por un material termoplástico,
facilitándose así su aplicación en un proceso de termofusión.
Como se aprecia en los dibujos adjuntos en la
presente memoria, la figura 1 representa fibras
no-termoplásticas o filamentos continuos (1), con
microcápsulas bicomponente (2) con pared exterior termoplástica
externa (3).
La figura 2 representa fibras bicomponente o
filamentos continuos (4) con pared exterior termoplástica (5), con
cápsulas termoplásticas bicomponente (6) con pared termoplástica
exterior (7).
Ejemplo
Se dispersó 1 Kg de microcápsulas de materiales
de cambio de fase con una pared de
melamina-formaldehído en 10 litros de agua, y se
añadieron 5 Kg. de estireno junto con 100 g de peróxido de
benzoilo. Se calentó la mezcla hasta una temperatura entre 50 y
100ºC, y se dejó reaccionar por un periodo entre 20 minutos y 2
horas. A continuación se filtró y se dejó secar a una temperatura de
60ºC.
Claims (12)
1. Microcápsulas del tipo que se aplican en
fibras para producir una liberación lenta de productos, tales como
fragancias, sustancias antimicrobianas, insecticidas,
antioxidantes, vitaminas, o que pueden ser utilizadas como
materiales tales como pigmentos termocromáticos, que cambian de
color cuando son calentados, o "materiales de cambio de fase"
(PCM), que proporcionan aislamiento/control térmico,
caracterizadas porque presentan dos paredes de polímero,
siendo la pared exterior termoplástica con el objetivo de alcanzar
su fusión térmica sobre un sustrato textil.
2. Microcápsulas según la reivindicación 1,
caracterizadas porque presentan una pared exterior que
consiste en un polímero termoplástico, tal como polietileno,
polipropileno, poliamida, poliéster, poliestireno, poliacrilato,
polimetacrilato de metilo, poliuretanos, policarbonatos o cualquier
otro polímero termoplástico, o copolímeros de dichos polímeros.
3. Microcápsulas según la reivindicación 1,
caracterizadas porque la pared interior de polímero está
constituida por un polímero de
melamina-formaldehído.
4. Microcápsulas según la reivindicación 1,
caracterizadas porque la pared interior está constituida por
urea, o derivados de la misma, y polímero de formaldehído.
5. Microcápsulas según la reivindicación 1,
caracterizadas porque el material microencapsulado es un
material regulador de la temperatura.
6. Microcápsulas según la reivindicación 5,
caracterizadas porque el material regulador de la
temperatura es un material de cambio de fase.
7. Microcápsulas según la reivindicación 1,
caracterizadas porque en la microcápsula se encuentra un
pigmento termocromático.
8. Microcápsulas según la reivindicación 1,
caracterizadas porque el material microencapsulado puede ser
una fragancia, una sustancia antimicrobiana, un repelente de
insectos, un desinfectante, un antioxidante o vitamina, para su
liberación controlada tras la ruptura de la pared por fricción.
9. Procedimiento de aplicación de microcápsulas
con una composición según la reivindicación 1, caracterizado
porque la pared exterior de las microcápsulas se funde sobre fibras
textiles, manufacturadas como hilado, tejido o material no tejido,
por calentamiento hasta la temperatura de reblandecimiento, o hasta
la temperatura de fusión de la pared termoplástica.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque también se aplica presión para favorecer
la fusión conjunta de las microcápsulas y las fibras.
11. Procedimiento de aplicación de microcápsulas
según la reivindicación 9, caracterizado porque la pared
exterior se puede fundir junto con una espuma o un revestimiento
termoplásticos.
12. Artículo constituido por fibras y
microcápsulas con una composición según la reivindicación 1,
caracterizado porque las microcápsulas se fijan a las fibras
por fusión de su pared termoplástica sobre las fibras.
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