ES2980951T3

ES2980951T3 - Fibras de polipropileno mejoradas, métodos para producirlas y sus usos para la producción de productos de fibrocemento

Info

Publication number: ES2980951T3
Application number: ES15805491T
Authority: ES
Inventors: Noureddin Moussaif; Lhoneux Benoit De
Original assignee: Etex Services NV
Current assignee: Etex Services NV
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2024-10-03
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: MX2017007933A; ZA201702073B; PE20170813A1; AU2015366578A1; AR103031A1; EP3034659A1; CN107207345A; US20180022644A1; CR20170168A; CN107207345B; WO2016096523A1; NZ730446A; CL2017001445A1; EP3234235A1; AU2015366578C1; AU2015366578B2; JP2018500466A; EP3234235B1; BR112017008540A2; CA2965230A1

Abstract

La presente invención se refiere a fibras de polipropileno mejoradas y a métodos para producirlas, así como a usos de dichas fibras de polipropileno para la producción de productos de fibrocemento. La presente invención se refiere además a productos de fibrocemento, tales como láminas de fibrocemento planas u onduladas, que comprenden las fibras de polipropileno de la presente invención. Los productos de fibrocemento de la presente invención tienen una resistencia al impacto mejorada en comparación con los productos de fibrocemento que no contienen las fibras de polipropileno de la presente invención. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Fibras de polipropileno mejoradas, métodos para producirlas y sus usos para la producción de productos de fibrocemento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a fibras de polipropileno mejoradas y a métodos para producirlas, así como a usos de dichas fibras de polipropileno para la producción de productos de fibrocemento.

Antecedentes de la invención

El polipropileno es una resina termoplástica que se obtiene polimerizando propileno. Las fibras de polipropileno se producen mediante un conocido proceso de hilado por fusión, en el que se bombea polímero fundido a través de un troquel que tiene una gran cantidad de aberturas pequeñas para producir un haz de filamentos continuos. Los filamentos se enfrían y se estiran o alargan para aumentar la resistencia a la tracción. Generalmente se aplica un apresto o acabado a los filamentos, seguido de secado y templado si es necesario y opcionalmente cortado en la longitud deseada para proporcionar haces de fibras.

Dado que el polipropileno tiene excelentes características tales como una baja densidad, una alta resistencia y una excelente resistencia al calor y a los productos químicos, las fibras de polipropileno se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, tales como textiles, materiales de embalaje, envases, componentes de automóviles, etc.

La patente europea EP1812628, así como la solicitud estadounidense equivalente US2013/0302608, divulgan un proceso para producir multifilamentos de polipropileno hilado por fusión e hilos formados a partir de los mismos. El proceso implica formar una composición polimérica fundida que requiere como característica esencial la presencia de un agente nucleante, extrusión de la composición polimérica fundida formada, templado de los filamentos formados en un baño líquido a una temperatura de entre 50 °C y 130 °C y estiramiento de los filamentos mientras se calientan a una temperatura de entre aproximadamente 120 °C y aproximadamente 150 °C, en donde tanto la presencia del agente de nucleación como el tiempo de permanencia suficientemente largo del filamento en el baño líquido aseguran un grado suficiente de cristalización del filamento. Las fibras divulgadas son de hecho altamente cristalinas, presentando más de aproximadamente el 80 % de cristalinidad medida usando técnicas WAXS y SAXS. Se divulga además en el documento EP1812628 (así como en el documento US2013/0302608) que estas fibras de polipropileno producidas mediante este proceso se pueden utilizar para formar cuerdas y telas tejidas o no tejidas. Si bien las fibras de polipropileno altamente cristalinas pueden tener sus ventajas en determinadas aplicaciones, tal como, por ejemplo, para la producción de textiles, una alta cristalinidad no es, de hecho, una propiedad ventajosa para la producción de productos de cemento reforzado con fibras. En efecto, se sabe que las fibras de polipropileno que tienen un alto grado de cristalinidad, normalmente presentan una tenacidad relativamente baja (es decir, una baja resistencia de la fibra). Para el refuerzo de productos de fibrocemento, sin embargo, la tenacidad de las fibras incorporadas es la propiedad principal y esencial que contribuye a la resistencia mecánica del producto final de fibrocemento. Por lo tanto, los filamentos y fibras altamente cristalinos como se divulgan en el documento EP1812628 (y equivalente US2013/0302608) no son adecuados para la producción de productos de cemento reforzado con fibras, especialmente teniendo en cuenta el hecho de que en todos los países del mundo estos productos están sujetos a estrictas normas y regulaciones nacionales, que establecen los requisitos mínimos de resistencia mecánica de dichos productos para garantizar tanto la seguridad de los trabajadores de la construcción como productos de alto rendimiento para los usuarios finales.

A pesar de que se han desarrollado varias variantes adicionales de los métodos de producción divulgados en el documento EP1812628, las fibras de polipropileno producidas mediante estos procesos conocidos muestran un rendimiento insuficiente para ser adecuadas para aplicaciones en las que se exige una resistencia de fibra muy alta, tal como en aplicaciones de fibrocemento. Asimismo, mientras que diferentes grupos de investigación han intentado desarrollar métodos alternativos a los procesos industriales conocidos para obtener fibras de polipropileno con al menos una mayor resistencia de la fibra, estos métodos resultaron no ser viables a escala industrial. En efecto, la ampliación de la escala de laboratorio a la industrial presenta diferentes desafíos con respecto a la viabilidad técnica y económica. Igualmente, ciertos métodos a escala de laboratorio dan lugar a calidades inconsistentes y variables de filamentos o fibras cuando se realizan incluso solo a escala semiindustrial.

También se puede encontrar más información relevante en el documento US 2006/280924 A1.

Sumario de la invención

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar métodos, en particular, métodos industriales, para producir fibras de polipropileno con propiedades mejoradas, que sean adecuados para su uso en la producción de productos de fibrocemento (es decir, productos de cemento reforzado con fibras), más particularmente para su uso en la producción de láminas de fibrocemento planas o corrugadas.

En este sentido, los presentes inventores han desarrollado un nuevo proceso industrial para la producción de monofilamentos o multifilamentos de polipropileno y fibras derivadas de los mismos, con características mejoradas con respecto a la densidad y la resistencia de las fibras. Al contrario de los procesos anteriormente descritos en la técnica anterior, los procesos de la presente invención no requieren la presencia o adición de un agente de nucleación.

Por otra parte, en contraste con los procesos de la técnica anterior, los procesos de la presente invención permiten por primera vez la producción de alto rendimiento de mono o multifilamentos y fibras derivadas de los mismos con propiedades mecánicas mejoradas, a escala de producción industrial.

En particular, se descubrió que ciertos parámetros durante el proceso de extrusión eran cruciales para obtener filamentos y fibras de polipropileno, que son particularmente adecuados para el refuerzo de productos cementosos y, por tanto, para la producción de productos de cemento reforzado con fibras.

En particular, se ha descubierto que templando las fibras de polipropileno de una manera específica durante el proceso de producción, se obtienen filamentos y fibras particularmente adecuados para su uso en materiales de fibrocemento.

Los métodos de acuerdo con la presente invención comprenden la etapa de templar un filamento de polipropileno extruido en un baño líquido que tiene una temperatura de entre aproximadamente 5 °C y aproximadamente 45 °C, en donde la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la hilera de la extrusora está en un intervalo entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 200 mm y en donde el proceso se realiza en ausencia de un agente de nucleación.

En realizaciones particulares, los procesos de la presente invención comprenden la etapa de templar un filamento de polipropileno extruido en un baño líquido que tiene una temperatura entre aproximadamente 35 °C y 45 °C.

En realizaciones particulares adicionales, los procesos de la presente invención comprenden la etapa de templar un filamento de polipropileno extruido en un baño líquido en donde la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la hilera de la extrusora está en un intervalo entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 15 mm.

En determinadas realizaciones, el tiempo de residencia del filamento extruido en el baño líquido está entre aproximadamente 1 segundo y 30 segundos, preferentemente menos de 10 segundos, preferentemente entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10 segundos, más preferentemente entre aproximadamente 1 y 5 segundos. Sin pretender quedar ligado a una teoría o hipótesis particular, los inventores creen que, en los procesos de la invención, la temperatura del baño líquido, el tiempo de residencia del filamento extruido en el baño líquido y la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la hilera de la extrusora son tres parámetros que contribuyen beneficiosamente al rendimiento general de los filamentos y las fibras producidos en un producto final de fibrocemento.

De hecho, los inventores han descubierto que templando un filamento de polipropileno extruido durante un tiempo de residencia limitado en un baño líquido que tiene una temperatura de entre 5 °C y 45 °C, en donde la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la hilera de la extrusora está en un intervalo entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 200 mm, se obtiene un filamento con una cristalinidad relativamente baja a media y con una muy buena resistencia de la fibra. Más en particular, los mono y multifilamentos o fibras obtenidos de acuerdo con los procesos de la invención tienen un grado de cristalinidad relativamente bajo a medio de entre aproximadamente el 40 % y aproximadamente el 60 % (medido usando técnicas de medición SAXS y DSC) y tienen una tenacidad de al menos al menos 7 cN/dtex, tal como entre aproximadamente 7 cN/dtex y aproximadamente 20 cN/dtex.

Los agentes nucleantes suelen inducir un alto grado de cristalización de los filamentos y fibras resultantes, lo cual no es deseable para los filamentos y fibras de la presente invención.

Por tanto, los procesos de acuerdo con la presente invención se realizan en ausencia de un agente de nucleación.

Mediante el uso del proceso de producción de la presente invención, los presentes inventores han logrado producir monofilamentos de polipropileno, multifilamentos y fibras derivadas de los mismos, que se caracterizan por una densidad lineal que varía de aproximadamente 1 a aproximadamente 75 dtex por filamento (dpf) y una resistencia o tenacidad de la fibra que varía de aproximadamente 7 cN/dtex a aproximadamente 15 cN/dtex o más, tal como entre aproximadamente 8 cN/dtex y aproximadamente 20 cN/dtex o más. Además y de manera importante, se encontró que cuando se utilizan las fibras obtenibles mediante los métodos de acuerdo con la presente invención como materia prima en la producción de fibrocemento, se obtuvieron productos de fibrocemento con una resistencia al impacto significativamente mejorada (es decir, resistencia al impacto Charpy).

En un primer aspecto, la presente invención proporciona procesos para la producción de un filamento de polipropileno estirado (es decir, monofilamento o multifilamento) o fibra (o fibras) derivada del mismo para el refuerzo de productos cementosos, realizándose dichos procesos en ausencia de un agente de nucleación y comprendiendo las etapas de:

(i) formar una composición de polipropileno fundido que comprende al menos un polipropileno,

(ii) extruir la composición polimérica fundida a través de una hilera para formar un filamento de la composición polimérica,

(iii) templar el filamento de polipropileno extruido en un baño líquido que tiene una temperatura de entre aproximadamente 5 °C y aproximadamente 45 °C, en donde la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la superficie de dicha hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 200 mm, y

(iv) estirar dicho filamento a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y 180 °C para formar un filamento de polipropileno estirado, y opcionalmente

(v) cortar dicho filamento en fibras que tengan una longitud de entre aproximadamente 3 y aproximadamente 50 mm.

En realizaciones particulares, los procesos de la presente invención son procesos industriales, es decir, procesos que se pueden realizar a escala industrial con una alta consistencia y sin afectar en la calidad y las propiedades mecánicas de los filamentos y fibras producidos.

En realizaciones particulares adicionales, los procesos de la presente invención son para la producción de multifilamentos o fibras de polipropileno estirados y comprenden las etapas de:

(ii) extruir la composición polimérica fundida a través de una hilera para formar múltiples filamentos de la composición polimérica,

(iii) templar el filamento de polipropileno extruido en un baño líquido que tiene una temperatura de entre aproximadamente 5 °C y aproximadamente 45 °C, en donde la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la superficie de dicha hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 200 mm,

(iv) recoger los múltiples filamentos para formar un multifilamento,

(v) estirar dicho multifilamento a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y 180 °C para formar un multifilamento de polipropileno estirado, y opcionalmente cortar dicho filamento en fibras que tienen una longitud entre aproximadamente 3 y aproximadamente 50 mm, en donde el proceso de acuerdo con la presente invención se realiza en ausencia de un agente nucleante.

En realizaciones particulares adicionales de los procesos de la presente invención, el tiempo de residencia del filamento extruido en el baño líquido está entre aproximadamente 1 segundo y 30 segundos, preferentemente menos de 10 segundos, preferentemente entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10 segundos, más preferentemente entre aproximadamente 1 y 5 segundos.

En aún otras realizaciones particulares, en los procesos de acuerdo con la presente invención, el baño líquido tiene una temperatura entre 35 °C y 45 °C.

En determinadas realizaciones particulares, en los procesos de acuerdo con la presente invención, la distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 160 mm, tal como, pero sin limitación, entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 10 mm.

En algunas otras realizaciones particulares, en los procesos de acuerdo con la presente invención, la distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 15 mm, tal como, pero sin limitación, entre aproximadamente 10 mm y aproximadamente 15 mm.

En determinadas realizaciones particulares, en los procesos de acuerdo con la presente invención, después de haber realizado la etapa (ii) de extrusión y antes de realizar la etapa (iii) de templado, la composición polimérica fundida se mantiene a una temperatura que varía entre aproximadamente 150 °C y aproximadamente 200 °C, tal como, pero sin limitación, una temperatura que varía entre aproximadamente 165 °C y aproximadamente 180 °C.

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención proporciona filamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los filamentos o multifilamentos se caracterizan por una densidad lineal de entre aproximadamente 1 dtex y aproximadamente 75 dtex por filamento (dpf) y una tenacidad de entre aproximadamente 7 cN/dtex y aproximadamente 15 cN/dtex o más.

En realizaciones particulares, la presente invención proporciona monofilamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados o fibras derivadas de los mismos que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los monofilamentos o multifilamentos se caracterizan por una densidad lineal de entre aproximadamente 1 dtex y aproximadamente 75 dtex por filamento (dpf) y una tenacidad de entre aproximadamente 7 cN/dtex y aproximadamente 20 cN/dtex o más.

En realizaciones particulares, la presente invención proporciona filamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los filamentos o multifilamentos se caracterizan por una densidad lineal de entre aproximadamente 5 dtex por filamento y aproximadamente 25 dtex por filamento y una tenacidad de entre aproximadamente 10 y aproximadamente 15 cN/dtex.

En realizaciones particulares adicionales, la presente invención proporciona monofilamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados o fibras derivadas de los mismos que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los monofilamentos o multifilamentos o fibras se caracterizan por una densidad lineal de entre aproximadamente 5 dtex por filamento y aproximadamente 25 dtex por filamento y una tenacidad de entre aproximadamente 8 y aproximadamente 20 cN/dtex.

En realizaciones particulares, la presente invención proporciona monofilamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados o fibras derivadas de los mismos que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los monofilamentos o multifilamentos o fibras se caracterizan por una cristalinidad entre aproximadamente el 40 % y aproximadamente el 60 % según se determina usando técnicas de medición WAXS y DSC.

En realizaciones particulares adicionales, la presente invención proporciona monofilamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados o fibras derivadas de los mismos que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los monofilamentos o multifilamentos o fibras se caracterizan por una cristalinidad entre aproximadamente el 45 % y aproximadamente el 50 % según se determina usando técnicas de medición WAXS y DSC.

En realizaciones particulares adicionales, la presente invención proporciona filamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados que se pueden obtener mediante los procesos definidos en el presente documento, en donde los filamentos o multifilamentos se caracterizan por tener un alargamiento a la rotura de entre aproximadamente el 5 % y el 40 %, tal como, pero sin limitación, un alargamiento a la rotura de entre aproximadamente el 10 % y aproximadamente el 25 %.

En un tercer aspecto, la presente invención proporciona usos de los filamentos de polipropileno estirados o multifilamentos de polipropileno estirados, obtenibles mediante los procesos definidos en el presente documento, para la producción de un producto de fibrocemento.

En un cuarto aspecto, la presente invención proporciona procesos para la producción de productos de fibrocemento, procesos que comprenden al menos la etapa de fabricar un producto de fibrocemento a partir de material de fibras derivado de filamentos de polipropileno estirados que se pueden obtener mediante los procesos como se definen en el presente documento.

En un quinto aspecto, la presente invención proporciona productos de fibrocemento que se pueden obtener mediante los procesos para la producción de productos de fibrocemento como se definen en el presente documento, que al menos comprenden la etapa de fabricar un producto de fibrocemento a partir de material de fibras derivado de filamentos de polipropileno estirados obtenibles mediante los procesos como se definen en el presente documento.

Las reivindicaciones independientes y dependientes establecen características particulares y preferidas de la invención. Las características de las reivindicaciones dependientes pueden combinarse con características de las reivindicaciones independientes u otras reivindicaciones dependientes, y/o con características expuestas en la descripción anterior y/o a partir de ahora en el presente documento según corresponda.

Las características anteriores y otras características, rasgos y ventajas de la presente divulgación serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos adjuntos, que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de la invención. La presente descripción se proporciona solamente como ejemplo, sin limitar el alcance de la invención. Las figuras de referencia que se citan a continuación se refieren a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1es una vista esquemática de una línea de extrusión de monofilamentos.

(1) Aparato extrusor

(2) Entrada

(3) Hilera

(4) Filamento

(5) Baño líquido

(6) Rodillo

(7 ) Horno

(8) Rodillo(s) de estiramiento

(9) Primer rodillo de estiramiento

(10) Último rodillo de estiramiento

Los mismos signos de referencia se refieren a los mismos elementos, o a elementos similares o análogos en las diferentes figuras.

Descripción de realizaciones ilustrativas

La presente invención se describirá con respecto a realizaciones particulares.

Ha de observarse que la expresión "que comprende", utilizada en las reivindicaciones, no debe interpretarse como una restricción a los medios que se enumeran a continuación; no excluye otros elementos o etapas. Por tanto, ha de interpretarse como que especifica la presencia de los rasgos, etapas o componentes indicados que se mencionan, pero no excluye la presencia o adición de una o más de otros rasgos, etapas o componentes, o grupos de los mismos. Así pues, el alcance de la expresión "un dispositivo que comprende medios A y B" no debe limitarse a los dispositivos que consisten únicamente en los componentes A y B. Significa que, con respecto a la presente invención, los únicos componentes relevantes del dispositivo son A y B.

En toda la presente memoria descriptiva, se hace referencia a "una realización" o "la realización". Dichas referencias indican que un rasgo en particular, descrito con respecto a la realización, se ha incluido en al menos una realización de la presente invención. Así pues, no todas las apariciones de las expresiones "en una realización" o "en la realización" en diversos puntos de la presente memoria descriptiva se refieren necesariamente a la misma realización, aunque podrían hacerlo. Asimismo, los rasgos o características particulares pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones, como sería evidente para un experto en la materia.

Los siguientes términos se proporcionan solamente para ayudar a entender la invención.

Tal como se utiliza en el presente documento, las formas en singular "un", "una", "el" y "la" incluyen las referencias en singular y plural a menos que el contexto indique claramente otra cosa.

Los términos y expresiones "que comprende", "comprende" y "compuesto por", como se usan en el presente documento, son sinónimos de "que incluye", "incluye" o "que contiene", "contiene", y son inclusivos o abiertos y no excluyen información adicional, miembros no citados, elementos o etapas del método.

La enumeración de intervalos numéricos por valores extremos incluye todos los números y fracciones incluidos dentro de los intervalos respectivos, así como los valores extremos enumerados.

El término "aproximadamente", como se usa en el presente documento cuando se refiere a un valor mensurable, tal como un parámetro, una cantidad, una duración temporal y similares, tiene por objeto abarcar variaciones de /-10 % o menos, preferentemente /-5 % o menos, más preferentemente de /-1 % o menos y aún más preferentemente de /- 0,1 % o menos de y desde el valor especificado, en la medida en que dichas variaciones sean adecuadas para su aplicación en la invención divulgada. Debe entenderse que el valor al que se refiere el modificador "aproximadamente" también se refiere a sí mismo de forma específica y, preferentemente, y preferente.

El término "cementoso" como en "producto cementoso" o "material cementoso" como se usa en el presente documento se refiere a cualquier producto o material que comprende cemento, tal como, pero sin limitación, cemento Portland, cemento con alto contenido de alúmina, cemento Portland de hierro, cemento trass, cemento de escoria, yeso, silicatos de calcio formados por tratamiento en autoclave y combinaciones de aglutinantes particulares. En realizaciones más particulares, el cemento en los productos de la invención es cemento Portland.

La expresión "producto de fibrocemento", como se usa en el presente documento, se refiere a productos que comprenden al menos fibras y cemento. Los productos de fibrocemento como se usa en el contexto de la presente invención también puede comprender otros componentes, tales como, pero sin limitación, caliza, creta, cal viva, cal apagada o hidratada, arena molida, harina de arena de sílice, harina de cuarzo, sílice amorfa, humo de sílice condensado, microsílice, metacaolín, wollastonita, mica, perlita, vermiculita, hidróxido de aluminio, pigmentos, agentes antiespumantes, floculantes y otros aditivos.

La expresión "producto de cemento reforzado con fibras", como se usa en el presente documento, se refiere a productos que comprenden al menos fibras de refuerzo y cemento. Los productos de cemento reforzado con fibras tal como se usan en el contexto de la presente invención también pueden comprender además fibras no de refuerzo (también denominadas "fibras de proceso") así como otros componentes, tales como, pero sin limitación, caliza, creta, cal viva, cal apagada o hidratada, arena molida, harina de arena de sílice, harina de cuarzo, sílice amorfa, humo de sílice condensado, microsílice, metacaolín, wollastonita, mica, perlita, vermiculita, hidróxido de aluminio, pigmentos, agentes antiespumantes, floculantes y otros aditivos.

El término "filamento", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a una fibra de polipropileno sin fin.

El término "monofilamento", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a un filamento que ha sido extruido o hilado a partir de una masa fundida como un filamento individual. Es decir, mientras que el filamento extruido puede someterse a un procesamiento posterior a la extrusión (por ejemplo, templado, secado, estiramiento, procesamiento térmico, acabado, etc.), el filamento se extruye o hila inicialmente a partir de una masa fundida en su forma individual.

El término "multifilamento", tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a una multiplicidad de filamentos que han sido extruidos o hilados a partir de una masa fundida como filamentos múltiples. Es decir, mientras que la multiplicidad extruida de filamentos puede someterse a un procesamiento posterior a la extrusión (por ejemplo, templado, secado, estiramiento, procesamiento térmico, acabado, etc.), los múltiples filamentos se extruyen o hilan inicialmente a partir de una masa fundida simultáneamente, es decir, en su forma múltiple.

El término "fibra" o "fibra cortada", tal como se utiliza en el contexto de la presente invención, se refiere a filamentos, que han sido cortados, rotos o rasgados hasta cierta longitud, es decir, la longitud cortada.

El término "longitud (cortada) de la o las fibras", como se usa en el presente documento, se refiere a la longitud promedio de un grupo de fibras (cortadas) de cualquier composición. Para cortar fibras sintéticas, tal como, fibras de polipropileno, la longitud (cortada) se refiere a la longitud discreta a la que se han cortado estas fibras y, por tanto, es la misma para todas las fibras presentes en el grupo. Para fibras sintéticas rotas o rasgadas, tal como, fibras de polipropileno, la longitud (cortada) se refiere a la longitud promedio a la que se han roto o desgarrado estas fibras.

En el contexto de la presente invención, el término "polipropileno" pretende incluir cualquier composición polimérica que comprenda monómeros de propileno, ya sea como homopolímero o copolímero con otras poliolefinas, dienos u otros monómeros (tal como etileno, butileno y similares). El término también pretende abarcar cualquier configuración y disposición diferente de los monómeros constituyentes (tales como sindiotácticos, isotácticos y similares). Así pues, el término tal como se aplica a filamentos, monofilamentos, multifilamentos o fibras en el presente documento, pretende abarcar tramos infinitos, hebras largas reales, hilos y similares, de homopolímero o copolímero de polipropileno.

La expresión "agente de nucleación" como se usa en el presente documento puede ser generalmente cualquier material que pueda proporcionar sitios de nucleación que permitan la formación de cristales de polipropileno durante la transición del polipropileno del estado fundido a la estructura sólida. En general, "un agente de nucleación", como se usa en el presente documento, se refiere por lo tanto a un agente que facilita o aumenta la velocidad de cristalización del polipropileno durante la transición del polipropileno del estado fundido a la estructura sólida. Una lista no limitativa de ejemplos de agentes nucleantes puede incluir, por ejemplo, agentes nucleantes de dibenciliden sorbitol, como se conocen generalmente en la técnica, tal como dibenciliden sorbitol (DBS), monometildibenciliden sorbitoles tales como 1,3:2,4-bis(p-metilbenciliden) sorbitol (p-MDBS), dimetildibenciliden sorbitoles tales como 1,3:2,4-bis(3,4-dimetilbenciliden)sorbitol (3,4-DMDBS), y similares. Otros agentes de nucleación adecuados pueden incluir benzoato de sodio, sales de éster de fosfato, tales como NA-11 y NA-21, desarrolladas por Asahi Denka de Japón, o los agentes hipernucleantes desarrollados por Milliken Chemical de Carolina del Sur como, por ejemplo, Hiperform(R) HPN-68L.

La invención se explicará ahora más detalladamente con referencia a diversas realizaciones. Se entenderá que cada realización se proporciona a modo de ejemplo y de ningún modo limita el alcance de la invención. En este sentido, será evidente para los expertos en la materia que se pueden realizar diversos cambios y modificaciones en la presente invención sin apartarse del alcance o el espíritu de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización, pueden usarse en otra realización para producir una realización más adicional. Así pues, se pretende que la presente invención cubra las modificaciones y variaciones incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y equivalentes de las mismas.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona procesos para la producción de filamentos de polipropileno. En particular, el proceso de la presente invención permite producir un tipo específico de filamentos de polipropileno que tienen una combinación única de características ventajosas, incluyendo una alta densidad de fibra, una alta resistencia de la fibra y un alto porcentaje de alargamiento de la fibra.

Los presentes inventores han descubierto que los filamentos o fibras que se pueden obtener mediante los procesos de la invención y/o que tienen la combinación de características específicas como se describe adicionalmente en el presente documento, son particularmente adecuados para su uso en la producción de productos de fibrocemento y, por tanto, para el refuerzo de productos cementosos, tales como, pero sin limitación, láminas de fibrocemento planas o corrugadas.

Con referencia a la Figura 1, se ilustra esquemáticamente una realización del proceso actualmente divulgado. De acuerdo con la realización que se ilustra, se puede proporcionar una masa fundida a base de polipropileno a un aparato extrusor (1). En efecto, la primera etapa en los procesos de acuerdo con la presente comprende formar una composición de polipropileno fundido que comprende al menos un polipropileno. Posteriormente, en una asegunda etapa, la composición polimérica fundida se extruye a través de una hilera para formar un monofilamento o un multifilamento de la composición polimérica.

En general, en el proceso de la invención se puede utilizar cualquier polipropileno adecuado para formar filamentos o fibras estirados.

Por ejemplo, el polipropileno adecuado para la presente invención generalmente puede tener cualquier flujo de fusión estándar. Por ejemplo, en una realización, se puede utilizar una resina de polipropileno de grado de extrusión estándar que posee intervalos de índices de fluidez (MFR, por sus siglas en inglés; medido de acuerdo con la norma ISO 1133) entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 30 para formar los filamentos y fibras de la invención. En determinadas realizaciones particulares, se puede utilizar polipropileno que posea un MFR de entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 25. En determinadas realizaciones más particulares, el polipropileno utilizado para formar los filamentos o fibras estirados puede tener un MFR entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 26, incluyendo entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 8, tal como entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 7, tal como en particular entre aproximadamente 0,5 y aproximadamente 6. En realizaciones particulares adicionales, el polipropileno utilizado para formar los filamentos o fibras estirados puede tener un MFR entre aproximadamente 0,5 y 2,8, tal como entre aproximadamente 0,5 y 2,0.

En realizaciones particulares de la invención, el material de polipropileno usado para formar filamentos o fibras estirados en el proceso de la invención es polipropileno de alto peso molecular. Así pues, en realizaciones particulares, el material de polipropileno usado en el proceso de la presente invención tiene un peso molecular de aproximadamente 200.000 g/mol o más, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 250.000 g/mol o más, particularmente de aproximadamente 300.000 g/mol o más, tal como más particularmente aproximadamente 350.000 g/mol o más, tal como aproximadamente 400.000 g/mol, al menos aproximadamente 500.000 g/mol o al menos aproximadamente 600.000 g/mol, tal como un peso molecular de al menos aproximadamente 700.000 g/mol.

En realizaciones particulares de los procesos de la presente invención, los inventores han descubierto que cuando se utiliza material de partida de polipropileno, con un peso molecular medio de entre aproximadamente 180.000 g/mol y 190.000 g/mol y un índice de polidispersidad de peso molecular de aproximadamente 2,6, la velocidad de todo el proceso de producción de filamentos de polipropileno se puede aumentar en aproximadamente un 30 %, mientras que el proceso se mantiene muy estable.

Los componentes individuales de una composición polimérica para formar los filamentos o fibras estirados se pueden proporcionar a la extrusora ya sea por separado o juntos, como por ejemplo a través de una entrada (2). Por ejemplo, se pueden proporcionar componentes individuales tales como una o más resinas de polipropileno a la extrusora (1) ya sea por separado o juntos en forma de polvo o gránulos.

En determinadas realizaciones particulares, se pueden proporcionar una o más resinas de polipropileno en forma de gránulos y alimentar a la extrusora (1) en la entrada (2).

La mezcla que incluye la resina de polipropileno también puede incluir otros varios aditivos, que son generalmente conocidos en la técnica.

Por ejemplo, en determinadas realizaciones, cuando se desea que los filamentos tengan un color determinado, la mezcla puede incluir agentes colorantes adecuados, tales como tintes u otros pigmentos, que se añaden a la mezcla mediante la denominada mezcla maestra. Otros aditivos que se pueden combinar con la mezcla pueden incluir, por ejemplo, uno o más de agentes antiestáticos, agentes antioxidantes, agentes antimicrobianos, agentes de adhesión, estabilizantes, plastificantes, compuestos abrillantadores, agentes de clarificación, agentes estabilizadores de luz ultravioleta, agentes tensioactivos, agentes potenciadores o preventivos de olores, agentes de dispersión de luz, eliminadores de halógenos y similares. De manera adicional, se pueden incluir aditivos en la masa fundida a través de una mezcla maestra o, en algunas realizaciones, se pueden aplicar como tratamiento superficial a la fibra no estirada u opcionalmente a la fibra estirada, como se conoce generalmente en la técnica.

En realizaciones particulares de los procesos de acuerdo con la invención, los filamentos o fibras de polipropileno de la invención pueden formarse a partir de una mezcla de poliolefinas, una de las cuales es polipropileno. Por ejemplo, la poliolefina se puede combinar en el aparato extrusor con un segundo polímero. El segundo polímero puede ser un polipropileno diferente u otra poliolefina. En determinadas realizaciones adicionales, el componente polimérico de los filamentos o fibras es una mezcla de polipropileno/polietileno. En otras realizaciones particulares, se pueden mezclar otros polímeros con el polipropileno. Por ejemplo, en una realización particular, los filamentos o fibras de polipropileno de la invención pueden formarse a partir de una mezcla de polipropileno/poliolefina cíclica.

En realizaciones particulares del proceso de la invención, el aparato extrusor (1) puede ser un aparato de hilado por fusión como se conoce generalmente en la técnica. Por ejemplo, resina de polipropileno, opcionalmente, una o más poliolefinas adicionales y cualquier otro aditivo deseado se pueden colocar en una tolva de alimentación que alimenta la resina al sistema. Posteriormente, los gránulos de resina se empujan hacia el interior de un barril mediante un tornillo giratorio mientras los calentadores aumentan la temperatura gradualmente. Hacia el final del tornillo giratorio, se obtiene un polímero fundido. La formación de la mezcla fundida generalmente se puede llevar a cabo a una temperatura que asegure la fusión de esencialmente todo el polipropileno, tal como por ejemplo a una temperatura de entre aproximadamente 175 °C y aproximadamente 325 °C.

Después de la formación de la mezcla de polímero fundido, se puede ser transportar bajo presión a la hilera (3) del aparato extrusor (1), donde puede ser extruida a través de un orificio, abertura o poro para formar un filamento de polipropileno (4). Como se ha analizado anteriormente, la mezcla puede extruirse como monofilamento o como multifilamento, por ejemplo, en la orientación de la lámina o en la orientación cilindrica, y cortarse, rebanarse o romperse por estiramiento en fibras individuales durante el procesamiento posterior del monofilamento o multifilamento. La hilera (3) generalmente puede calentarse a una temperatura que permita la extrusión del polímero fundido evitando al mismo tiempo la rotura del filamento (4) durante la formación. En determinadas realizaciones específicas, la hilera (3) puede calentarse a la misma temperatura que aquella a la que se está formando el polímero fundido, por ejemplo, a una temperatura de entre aproximadamente 175 °C y aproximadamente 325 °C. En realizaciones particulares adicionales, la hilera (3) puede calentarse durante el proceso de extrusión a una temperatura de entre aproximadamente 220 °C y aproximadamente 300 °C. Sin embargo, en realizaciones alternativas, la hilera (3) puede estar a diferente temperatura, tal como por ejemplo a una temperatura más baja o más alta, que la temperatura a la que se forma el polímero fundido.

En realizaciones particulares adicionales, la mezcla puede encontrar temperaturas crecientes a medida que avanza desde la tolva de alimentación hasta el tornillo giratorio hacia la hilera. En una realización, la mezcla puede progresar a través de varias zonas antes de la extrusión, por ejemplo, una primera zona, en la que la temperatura puede ser relativamente baja, p.ej. entre aproximadamente 75 °C y aproximadamente 150 °C, una segunda zona, en la que la temperatura puede estar entre aproximadamente 125 °C y aproximadamente 275 °C, y una tercera zona en la hilera, que puede incluir opcionalmente tanto el cabezal de giro como el troquel de giro que se pueden mantener a una temperatura entre aproximadamente 175 °C y aproximadamente 325 °C, a la cual se extruye la masa fundida.

Durante el proceso de la presente invención, el uno o más orificios, aberturas o poros de la hilera a través de los cuales se puede extruir el polímero tienen generalmente menos de aproximadamente 1,0 mm en distancia máxima en sección transversal (por ejemplo, diámetro en el caso particular de un orificio circular). Por ejemplo, en una realización, los orificios de la hilera pueden estar entre aproximadamente 0,1 mm y aproximadamente 0,5 mm, tal como entre aproximadamente 0,1 mm y aproximadamente 0,3 mm, incluyendo entre aproximadamente 0,1 mm y aproximadamente 0,25 mm en la distancia máxima en sección transversal.

De acuerdo con la presente invención, el polímero se puede extruir a través de la hilera con un rendimiento relativamente alto. Se puede detectar un cizallamiento excesivo en el proceso mediante una disminución dramática en la tenacidad y el módulo de la fibra con un aumento adicional en el rendimiento del polímero por orificio. El rendimiento de cizallamiento excesivo específico generalmente puede variar dependiendo de uno o más del material de exudado específico, el tamaño de apertura de la hilera, así como la temperatura del exudado. Los expertos en la materia conocen generalmente los valores de rendimiento de cizallamiento excesivos para cualquier sistema y material particular, así como los métodos para obtenerlos.

En la presente invención y nuevamente haciendo referencia a la Figura 1, después de la extrusión, el filamento de polipropileno (4) se templa en un baño líquido (5) con una temperatura de entre aproximadamente 5 °C y 45 °C, y se dirige mediante un rodillo (6). El baño líquido (5) en el que se templa el filamento extruido puede ser un líquido en el que el polímero sea insoluble. Por ejemplo, el líquido puede ser agua, etilenglicol, o cualquier otro líquido adecuado como se conoce generalmente en la técnica. En realizaciones adicionales específicas, durante la etapa de templado, el baño líquido tiene una temperatura de entre 35 °C y aproximadamente 45 °C.

En el proceso de acuerdo con la invención, la distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 200 mm, tal como particularmente entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 160 mm. En realizaciones particulares adicionales, la distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 100 mm.

En aún otras realizaciones particulares, la distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 10 mm, incluyendo, pero sin limitación, aproximadamente 5 a 6 mm.

En determinadas realizaciones adicionales del proceso de la presente invención, entre la etapa de extrusión y la etapa de templado en un baño líquido, la composición polimérica fundida se mantiene a una temperatura que varía entre aproximadamente 100 °C y 200 °C. En efecto, en determinadas realizaciones específicas de la presente invención, se ha descubierto que es ventajoso en determinadas realizaciones específicas de la invención, que la parte del filamento o de los filamentos expuesta al aire, es decir, después de ser extruidos de la hilera, se mantiene en un estado amorfo manteniendo la temperatura al menos por encima de aproximadamente 130 °C, y más particularmente entre aproximadamente 150 °C y aproximadamente 200 °C, más particularmente entre aproximadamente 150 °C y aproximadamente 180 °C, tal como entre aproximadamente 165 °C y aproximadamente 180 °C. Por ejemplo, el filamento (4) puede pasar a través de un collar calentado antes de entrar en el baño líquido (5).

Pueden estar presentes uno o más rodillos (6) dentro del baño líquido (5) para transportar el filamento (4) a través del baño (5). El tiempo de residencia del material en el baño (5) puede variar, dependiendo de los materiales particulares incluidos en el material polimérico, velocidad de la línea particular, etc. En realizaciones particulares, el tiempo de residencia del material en el baño (5) puede ser de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 1 minuto, tal como más particularmente de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 30 segundos, tal como más particularmente de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 10 segundos. En aún otras realizaciones particulares de los procesos de la presente invención, el tiempo de residencia del material en el baño (5) puede ser de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 5 segundos, tal como más particularmente de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 4 segundos, tal como más particularmente de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 3 segundos. En determinadas realizaciones particulares de la invención, el tiempo de residencia del material en el baño (5) es de aproximadamente 5 segundos.

En o cerca del lugar donde el filamento (4) sale del baño (5), se puede eliminar el exceso de líquido del filamento (4) de acuerdo con cualquier proceso conocido en la técnica, como por ejemplo usando una serie de rodillos de presión, mediante la utilización de un vacío, un proceso de prensa utilizando un escurridor, una o más cuchillas de aire, y similares.

Después del templado del filamento (4), se puede aplicar cualquier etapa de proceso opcional.

En determinadas realizaciones particulares, después del templado del filamento (4), opcionalmente el filamento se estira sobre rodillos sin aplicar calor, es decir, una etapa de proceso opcional que también puede denominarse estiramiento en frío del filamento (4).

En determinadas realizaciones diferentes, el filamento puede someterse a etapas de proceso adicionales, tal como, por ejemplo, la adición de un lubricante.

Después del templado del filamento y opcionalmente de otras etapas del proceso como se describe anteriormente, el filamento se estira mientras se aplica calor a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y 180 °C.

En determinadas realizaciones particulares, el filamento (4) se puede estirar en un horno (7) calentado a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y aproximadamente 180 °C. De acuerdo con estas realizaciones, los rodillos de estiramiento (8) pueden ser interiores o exteriores al horno (7), como se conoce generalmente en la técnica.

En realizaciones alternativas, y como quedará claro para el experto en la materia, en lugar de utilizar un horno como fuente de calor, los rodillos de estiramiento (8) pueden calentarse para estirar el filamento mientras se calientan. Por ejemplo, los rodillos de estiramiento pueden calentarse a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y aproximadamente 180 °C.

De acuerdo con otras realizaciones adicionales, los filamentos pueden estirarse sobre una placa calefactora calentada a una temperatura similar (es decir, entre aproximadamente 130 °C y aproximadamente 180 °C).

Así pues, debe entenderse que en el contexto de la presente invención, se puede utilizar cualquier fuente de calor adecuada para calentar los filamentos durante el estirado a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y aproximadamente 180 °C.

De acuerdo con determinadas realizaciones específicas de la invención, el(los) filamento(s) se puede(n) estirar con una relación de estiramiento (definida como la relación entre la velocidad del segundo o último rodillo de estiramiento (10) y el primer rodillo de estiramiento (9)) de entre aproximadamente 9 y 15. Por ejemplo, en determinadas realizaciones adicionales, la relación de estiramiento está entre aproximadamente 10 y aproximadamente 15, tal como, pero sin limitación, aproximadamente 10, particularmente, aproximadamente 11, más particularmente, aproximadamente 12, aún más particularmente, aproximadamente 13, tal como aproximadamente 14 o más particularmente aproximadamente 15.

Adicionalmente, el(los) filamento(s) producido(s) se puede(n) enrollar en bobinas o conos como se conoce generalmente en la técnica.

Debe entenderse que cualquier proceso adecuado, aparte de usar rodillos de estiramiento, que pueden ejercer una fuerza sobre el(los) filamento(s) para alargarlos después de la etapa de templado, opcionalmente se puede utilizar para estirar el(los) filamento(s). Por ejemplo, cualquier aparato mecánico, incluyendo rodillos de presión, rodillos godet, bobinas, conos, tanques de vapor, aire, vapor u otros chorros gaseosos se pueden utilizar opcionalmente para estirar el(los) filamento(s).

Después de la etapa de estiramiento, el(los) filamento(s) estirado(s) se puede(n) enfriar.

En determinadas realizaciones, después de enfriar el(los) filamento(s) estirado(s), se puede llevar a cabo un procesamiento opcional adicional del(los) filamento(s) estirado(s).

Por ejemplo, en determinadas realizaciones, el(los) filamento(s) estirado(s) puede(n) someterse a una o más etapas de estiramiento adicionales separadas. De manera general, estas una o más etapas de estiramiento separadas se pueden llevar a cabo a una temperatura similar o superior a la del primer estiramiento. Por ejemplo, los elementos de calentamiento utilizados en la segunda, tercera, cuarta etapa de estiramiento, etc., se puede calentar a una temperatura entre aproximadamente 10 °C y aproximadamente 50 °C superior a la del elemento de calentamiento de la primera etapa de estiramiento. De manera adicional, un segundo, tercer, cuarto estiramiento, etc., generalmente puede tener una proporción de estiramiento más baja que el primer estiramiento. Por ejemplo, un segundo, tercer, cuarto estiramiento, etc., puede llevarse a cabo con una relación de estiramiento inferior a aproximadamente 5. En determinadas realizaciones, un segundo, tercer, cuarto estiramiento, etc., puede llevarse a cabo con una relación de estiramiento inferior a aproximadamente 3.

Opcionalmente, el(los) filamento(s) estirado(s) se puede(n) termofijar. Por ejemplo, el(los) filamento(s) puede(n) relajarse o someterse a una relación de estiramiento muy baja (por ejemplo, una relación de estiramiento de entre aproximadamente 0,7 y aproximadamente 1,3) y someterse a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y aproximadamente 150 °C durante un corto período de tiempo, generalmente menos de 3 minutos, tal como menos de un minuto, o por ejemplo, aproximadamente menos de 5 segundos. Esta etapa opcional de termofijación puede servir para "cerrar" la estructura cristalina del(los) filamento(s) después del estiramiento. De manera adicional, puede reducir la termocontracción, que se puede desear en algunas realizaciones.

En otras realizaciones, el(los) filamento(s) estirado(s) puede(n) ser tratado(s) superficialmente para mejorar determinadas características, tal como la humectabilidad o la adherencia. Por ejemplo, el(los) filamento(s) puede(n) fibrilarse, someterse a tratamientos de plasma o corona, o pueden incluir un apresto superficial de fibras añadido, todos los cuales son métodos generalmente conocidos en la técnica. Típicamente, tales métodos ayudan a mejorar la dispersabilidad de las fibras en un medio hidratado, tal como por ejemplo una matriz cementosa, y/o a mejorar la interacción entre la interfaz de la fibra y uno o más ingredientes presentes en un medio hidratado, tal como por ejemplo una matriz cementosa.

En determinadas realizaciones particulares, el(los) filamento(s) estirado(s) se enrolla(n) en un rodillo de recogida.

En otras realizaciones, sin embargo, los monofilamentos o multifilamentos estirados pueden procesarse adicionalmente para formar las fibras (cortadas) de la presente invención, p.ej. cortando, rasgando o rompiendo los filamentos en fibras de cierta longitud. Las fibras cortadas se pueden cortar, rasgar, romper o formar a partir de los mono o multifilamentos de acuerdo con cualquier proceso generalmente conocido en la técnica que incluye, por ejemplo, mediante el uso de cuchillas de metal, cuchillos giratorios y similares.

De manera general, la(s) fibra(s) terminada(s) se empaqueta(n) en bolsas o se prensa(n) en balas y se transporta(n) a una segunda ubicación para la formación de un producto secundario. Como alternativa, la(s) fibra(s) terminada(s) se puede(n) alimentar a una segunda línea de procesamiento, para su posterior procesamiento para formar un producto secundario, tal como, pero sin limitación, un producto de fibrocemento.

Mediante el uso del proceso de producción de la presente invención, los presentes inventores han logrado producir filamentos y fibras de polipropileno estirados, con una combinación única y favorable de características físicas, que hacen que estas fibras sean adecuadas para su uso en productos que exigen una alta resistencia al impacto, tal como, por ejemplo, productos de fibrocemento. De manera más específica, la presente invención proporciona filamento(s) y fibra(s) que tienen una alta densidad, una alta tenacidad y una alta elasticidad, lo que los hace extremadamente bien adaptados para su uso en materiales que normalmente deben ser resistentes a impactos fuertes, tales como productos de fibrocemento.

Así pues, en un segundo aspecto, la presente invención proporciona filamento(s) y fibra(s) de polipropileno que se pueden obtener de acuerdo con los procesos de la invención.

De manera más específica, el(los) monofilamento(s) de polipropileno y la(s) fibra(s) derivada(s) del(los) mismo(s) de acuerdo con la presente invención generalmente tienen una densidad lineal estirada de entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 75 dtex (por filamento). En realizaciones particulares, el(los) monofilamento(s) y la(s) fibra(s) derivada(s) del(los) mismo(s) de acuerdo con la presente invención tienen una densidad lineal estirada de entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 50 dtex (por filamento). En realizaciones particulares adicionales, el(los) monofilamento(s) y la(s) fibra(s) derivada(s) del(los) mismo(s) de acuerdo con la presente invención tienen una densidad lineal estirada de entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 30 dtex (por filamento). En aún otras realizaciones particulares, el(los) monofilamento(s) y la(s) fibra(s) de la presente invención tienen una densidad estirada de entre aproximadamente 10 dtex (por filamento) y aproximadamente 25 dtex (por filamento).

Asimismo, el(los) multifilamento(s) de polipropileno y la(s) fibra(s) derivada(s) del(los) mismo(s) de acuerdo con la presente invención generalmente tienen una densidad lineal estirada de entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 75 dtex (por filamento), tal como entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 50 dtex (por filamento), tal como en particular entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 30 dtex (por filamento). En realizaciones particulares, el(los) multifilamento(s) y la(s) fibra(s) derivada(s) del(los) mismo(s) de acuerdo con la presente invención tienen una densidad lineal estirada de entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 25 dtex (por filamento). En realizaciones particulares adicionales, el(los) multifilamento(s) y la(s) fibra(s) derivada(s) del(los) mismo(s) de acuerdo con la presente invención tienen una densidad lineal estirada de entre aproximadamente 1 dtex (por filamento) y aproximadamente 20 dtex (por filamento). En aún otras realizaciones particulares, el(los) multifilamento(s) y la(s) fibra(s) de la presente invención tienen una densidad estirada de entre aproximadamente 5 dtex (por filamento) y aproximadamente 20 dtex (por filamento).

En realizaciones particulares de la invención, se prefieren los filamentos y las fibras con una densidad lineal disminuida, una mayor tenacidad y una mayor interacción de la interfaz de la matriz para su uso en la producción de productos de fibrocemento y productos de hormigón con fibras como se prevé en el presente documento.

De manera adicional, el(los) monofilamento(s), los multifilamentos y la(s) fibra(s) derivada(s) de los mismos de acuerdo con la presente invención tienen una alta tenacidad, que varía entre aproximadamente 7 y 15 cN/dtex o más, medido usando una máquina de prueba "Favimat" de la empresa Textechno.

En efecto, las caracterizaciones mecánicas de los filamentos fueron ensayadas mediante un equipo FAVIMAT (Textechno) a 20 °C, utilizando una longitud de calibración de 50 mm. Las curvas de fuerza frente a alargamiento se realizaron a una velocidad de cruceta de 10 seguido de 50 mm/min para determinar la densidad lineal y, a continuación, las demás propiedades de tracción (módulo, resistencia a la tracción y porcentaje de alargamiento a la rotura).

En realizaciones particulares, el(los) filamento(s) y la(s) fibra(s) de la presente invención tienen una tenacidad de entre aproximadamente 7 cN/dtex y aproximadamente 15 cN/dtex, tal como entre aproximadamente 8 cN/dtex y aproximadamente 15 cN/dtex, más particularmente entre aproximadamente 9 cN/dtex y aproximadamente 15 cN/dtex, más particularmente entre aproximadamente 10 cN/dtex y 15 cN/dtex. Así pues, en realizaciones particulares, el(los) filamento(s) y la(s) fibra(s) de la presente invención tienen una tenacidad de aproximadamente 10 cN/dtex o más, tal como de aproximadamente 11 cN/dtex o más, incluyendo de aproximadamente 12 cN/dtex o más, particularmente de entre 13 cN/dtex o más, más particularmente de aproximadamente 14 dtex o más, más particularmente de aproximadamente 15, aproximadamente 16, aproximadamente 17, aproximadamente 18, aproximadamente 19 o aproximadamente 20 dtex/cN o más.

De manera adicional, los filamentos y fibras de la presente invención tienen un módulo alto, en general mayor que aproximadamente 50 cN/dtex. En realizaciones particulares, los filamentos y fibras de la presente invención presentan un módulo mayor que aproximadamente 60 cN/dtex, tal como más particularmente mayor que aproximadamente 80 cN/dtex, tal como más particularmente mayor que aproximadamente 100 cN/dtex, tal como mayor que aproximadamente 150 cN/dtex, más particularmente mayor que aproximadamente 160 cN/dtex. En determinadas realizaciones particulares, los filamentos y fibras de la presente invención presentan un módulo de entre aproximadamente 100 cN/dtex y aproximadamente 150 cN/dtex.

De manera adicional, los filamentos y fibras estirados de la presente invención también presentan características de alargamiento específicas.

Las caracterizaciones mecánicas de los filamentos fueron ensayadas mediante un equipo FAVIMAT (Textechno) a 20 °C, utilizando una longitud de calibración de 50 mm. Las curvas de fuerza frente a alargamiento se realizaron a una velocidad de cruceta de 10 seguido de 50 mm/min para determinar la densidad lineal y, a continuación, las demás propiedades de tracción (módulo, resistencia a la tracción y porcentaje de alargamiento a la rotura).

Por ejemplo, los filamentos y fibras de la presente invención presentan un porcentaje de alargamiento (a la rotura) de entre aproximadamente el 1 % y aproximadamente el 50 %, tal como entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 50 %. En realizaciones particulares adicionales, los filamentos y fibras de la presente invención presentan un porcentaje de alargamiento (a la rotura) de entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 40 %, tal como entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 30 %. En determinadas realizaciones adicionales, los filamentos y fibras de la presente invención presentan un porcentaje de alargamiento (a la rotura) de entre aproximadamente el 10 % y aproximadamente el 30 %, tal como entre aproximadamente el 10 % y aproximadamente el 25 %, tal como más particularmente entre aproximadamente el 10 % y aproximadamente el 20 %.

También se cree que los filamentos y fibras inventivos de la presente invención poseen una estructura cristalina única en comparación con otros filamentos de polipropileno previamente conocidos. Existen varios medios ampliamente aceptados para medir la orientación molecular en sistemas poliméricos orientados, entre ellos la dispersión de la luz o rayos X, mediciones de absorbancia, análisis de propiedades mecánicas, y similares. Los métodos cuantitativos incluyen la dispersión de rayos X de gran ángulo (WAXS), dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) y calorimetría diferencial de barrido (DSC).

Mediante la utilización de técnicas WAXS, los filamentos y fibras divulgados se muestran como cristalinos medios, permitiendo una flexibilidad suficientemente alta así como una resistencia a la tracción suficientemente alta, que son características que son necesarias para las aplicaciones de estos filamentos y fibras en productos de fibrocemento como se divulga adicionalmente en el presente documento. En particular, los filamentos y fibras poseen entre aproximadamente un 40 % y aproximadamente un 60 % de cristalinidad, tal como entre aproximadamente un 40 % y aproximadamente un 55 %, tal como entre aproximadamente un 45 % y aproximadamente un 50 % de cristalinidad determinada usando técnicas de medición WAXS y DSC, como saben generalmente los expertos en la materia. Los grados de cristalinidad mencionados anteriormente permiten además que los filamentos y fibras de la presente invención sean particularmente adecuados para aplicaciones de fibrocemento, en particular la producción de productos de fibrocemento y para el refuerzo de materiales de fibrocemento.

El(los) filamento(s) y/o fibras de la presente invención son materiales a base de polipropileno. En determinadas realizaciones, descritas con más detalle a continuación, el(los) filamento(s) y/o fibras de la invención se pueden formar con uno o más homopolímeros y/o copolímeros de polipropileno como único componente polimérico del (los) filamento(s) y/o fibras. Sin embargo, en realizaciones alternativas, el(los) filamento(s) y/o fibra(s) de la presente invención se pueden formar con mezclas de polipropileno, por ejemplo mezclas de polipropileno/polietileno.

En realizaciones particulares, los filamentos y fibras de polipropileno de la presente invención se fabrican usando resinas de alto grado de isotacticidad (por ejemplo, pero sin limitación, al menos un 90 % de grado de isotacticidad, tal como al menos un 94 % de grado de isotacticidad, tal como aproximadamente un 95 % de grado de isotacticidad).

De manera general, los filamentos y fibras divulgados se pueden utilizar para añadir resistencia a un material estructural compuesto. De acuerdo con estas realizaciones, las fibras, cuando se incorpora al material compuesto, pueden fortalecer y reforzar la matriz estructural del material compuesto.

En particular, se encontró que cuando se utilizan las fibras obtenibles mediante los métodos de acuerdo con la presente invención como materia prima en la producción de fibrocemento, se obtienen productos de fibrocemento con una resistencia al impacto significativamente mejorada. Por lo tanto, la presente invención también está dirigida a métodos para usar el(los) filamento(s) y/o fibras de la presente invención en productos o materiales de fibrocemento.

Por consiguiente, en un tercer aspecto, la presente invención proporciona el uso de filamentos de polipropileno estirados o fibras de polipropileno estiradas como se divulga en el presente documento para la producción de un producto de fibrocemento.

Así pues, de acuerdo con determinadas realizaciones de la presente invención, los filamentos y fibras divulgados se pueden utilizar beneficiosamente como material de refuerzo en materiales de fibrocemento. Como alternativa, en otras realizaciones, siguiendo el proceso de producción como se describe en el presente documento, los filamentos y fibras se pueden procesar adicionalmente antes de usarlos como material de refuerzo en un producto de fibrocemento. Por ejemplo, antes de su uso como material de refuerzo en productos de fibrocemento, las fibras de la presente invención se pueden cortar, fibrilar, aplanar, doblar o deformar de otro modo como se conoce generalmente en la técnica.

Después de cualquiera de dichos procesos de formación posterior deseados, las fibras se pueden combinar con hormigón o con un material cementoso para formar un material de fibrocemento en bruto para formar un producto de fibrocemento que puede presentar características de resistencia mejoradas en comparación con el producto de fibrocemento que no incluye las fibras de la invención.

En efecto, otro objeto de la presente invención es proporcionar productos de fibrocemento que tengan una resistencia a la flexión satisfactoria combinada con una excelente resistencia al impacto, incluso después del envejecimiento. Por lo tanto, los productos de fibrocemento de acuerdo con la invención se caracterizan por que se fabrican a partir de fibras de polipropileno de acuerdo con la presente invención.

Por consiguiente, en una realización, la presente invención está dirigida a productos de fibrocemento que incluyen las fibras de la presente invención. En este sentido, las fibras de la invención sirven para reforzar las características de resistencia del material de fibrocemento curado. En particular, la función de las fibras de la presente invención mejora tanto la resistencia (la capacidad de la matriz curada para resistir el inicio de grietas) como la tenacidad a la fractura (la capacidad de la estructura para resistir la propagación de una grieta existente en la estructura) de los materiales y productos de fibrocemento que contienen estas fibras.

En realizaciones particulares, los productos de fibrocemento de la presente invención pueden incluir una multitud de longitudes relativamente cortas de fibras distribuidas por toda la matriz de fibrocemento. Por ejemplo, los productos de fibrocemento de la presente invención pueden incluir una multitud de fibras de monofilamento y/o fibras de multifilamento como se definen en el presente documento que han sido cortadas o picadas a una longitud de entre aproximadamente 3 mm y aproximadamente 50 mm, tal como entre aproximadamente 3 y aproximadamente 25 mm. En determinadas realizaciones particulares, las fibras pueden tener una longitud discreta menor que aproximadamente 20 mm, más particularmente menor que aproximadamente 15 mm, tal como lo más particularmente de aproximadamente 12 mm.

En determinadas realizaciones, las fibras de la presente invención se pueden combinar con otras fibras de refuerzo en la producción de los materiales de fibrocemento de la presente invención. Por ejemplo, una determinada cantidad de las fibras de la invención junto con una determinada cantidad de una o más de cualquier otro tipo de fibra de refuerzo conocida en la técnica se puede incorporar en los productos de fibrocemento de la invención.

Una lista no limitativa de otros tipos de fibras de refuerzo puede incluir, por ejemplo, fibras de acero, fibras de carbono, fibras de Kevlar(R) (poliparafenileno tereftalamida), fibras de polietileno de peso molecular ultraalto, fibras de cristal líquido, fibras de alcohol polivinílico, fibras de vidrio, fibras de polipropileno de diferente densidad lineal y/o tenacidad, fibras de celulosa, tal como pulpas kraft, etc.

El material de matriz adecuado para combinar con las fibras de la presente invención en la producción de productos de fibrocemento puede ser generalmente cualquier material de matriz en bruto comúnmente utilizado en la producción de productos de fibrocemento.

Así pues, en un cuarto aspecto, la presente invención proporciona procesos para la producción de productos de fibrocemento, que comprenden al menos la etapa de fabricar un producto de fibrocemento a partir de un filamento de polipropileno estirado o una fibra de polipropileno estirado de la invención.

Típicamente, en los procesos para producir productos de fibrocemento de la presente invención, se mezclan los diversos materiales componentes de partida, se curan y/o se procesan de otro modo de acuerdo con cualquier método estándar generalmente conocido en la técnica.

En el contexto de la presente invención, los productos de fibrocemento deben entenderse como productos cementosos que comprenden cemento y fibras sintéticas (y opcionalmente naturales). Los productos de fibrocemento están hechos de lechada de fibrocemento, que se forma en un llamado producto de fibrocemento "verde" y luego se cura.

Dependiendo en cierta medida del proceso de curado utilizado, la lechada de fibrocemento normalmente comprende agua, fibras de proceso o de refuerzo que son fibras orgánicas sintéticas (y opcionalmente también fibras orgánicas naturales, tales como celulosa), cemento (por ejemplo, cemento Portland), caliza, creta, cal viva, cal apagada o hidratada, arena molida, harina de arena de sílice, harina de cuarzo, sílice amorfa, humo de sílice condensado, microsílice, caolín, metacaolín, wollastonita, mica, perlita, vermiculita, hidróxido de aluminio (ATH), pigmentos, agentes antiespumantes, floculantes y/u otros aditivos. Opcionalmente se añade un aditivo colorante (por ejemplo, pigmentos), para obtener un producto de fibrocemento denominado coloreado en masa.

Los productos de fibrocemento, tales como placas de fibrocemento, láminas de fibrocemento o paneles de fibrocemento, normalmente se fabrican mediante el conocido proceso Hatschek, el proceso continuo o el proceso Magnani, o combinaciones de los mismos.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el producto de fibrocemento sin curar se puede obtener mediante un proceso Hatschek.

Después de la producción, los productos de fibrocemento se pueden dejar curar durante un tiempo en el entorno en el que se forman o, como alternativa, pueden someterse a un curado térmico (por ejemplo, en autoclave o similar).

En realizaciones particulares, el producto de fibrocemento "verde", después de haber sido elaborado mediante el proceso Hatschek (o proceso continuo o proceso Magnani o combinaciones de los mismos), se cura, normalmente mediante curado al aire (productos de fibrocemento curados al aire) o a presión en presencia de vapor y temperatura elevada (curado en autoclave). Para productos curados en autoclave, normalmente se añade arena a la lechada de fibrocemento original. El curado en autoclave en principio da como resultado la presencia de Tobermorita de 11,3 A (angstrom) en el producto de fibrocemento.

En realizaciones particulares adicionales, el producto de fibrocemento "verde", después de haber sido elaborado mediante el proceso Hatschek (o proceso continuo o proceso Magnani o combinaciones de los mismos), puede ser primero precurado al aire, después de lo cual el producto precurado se cura al aire hasta que alcanza su resistencia final o se cura en autoclave usando presión y vapor, para proporcionar al producto sus propiedades finales.

Después del curado, el producto de fibrocemento que es un panel, lámina o placa, aún puede comprender un peso significativo de agua, presente como humedad. Esto puede ser hasta 10, incluso 15 % p, expresado en peso del producto seco. El peso del producto seco se define como el peso del producto cuando el producto se somete a secado a 105 °C en un horno ventilado, hasta que se obtenga un peso constante.

En determinadas realizaciones, el producto de fibrocemento se seca. Dicho secado se realiza preferentemente mediante secado al aire y se termina cuando el porcentaje en peso de humedad del producto de fibrocemento es inferior o igual al 8 % en peso, incluso inferior o igual al 6 % en peso, expresado en peso de producto seco, y mucho más preferentemente entre el 4 % en peso y el 6 % en peso, ambos inclusive.

En un quinto aspecto, la presente invención proporciona productos de fibrocemento que se pueden obtener mediante dichos procesos.

Los productos de fibrocemento a los que se hace referencia en el presente documento incluyen productos de revestimiento de techos o paredes hechos de fibrocemento, tales como tejas de fibrocemento, pizarras de fibrocemento, revestimientos de fibrocemento, tableros de fibrocemento, láminas planas de fibrocemento, láminas corrugadas de fibrocemento y similares.

De acuerdo con realizaciones particulares, los productos de fibrocemento de acuerdo con la invención pueden ser elementos de tejado o de fachada, láminas planas o láminas corrugadas.

En determinadas realizaciones particulares, las fibras de polipropileno de la presente invención son particularmente adecuadas para la fabricación de láminas de fibrocemento corrugadas.

De acuerdo con otras realizaciones particulares, los productos de fibrocemento de la presente invención tienen la forma de una tubería, un elemento de tanque de almacenamiento o cualquier otro objeto de fibrocemento de cualquier otra forma.

De acuerdo con realizaciones particulares adicionales, los productos de fibrocemento de la presente invención son láminas de fibrocemento, en particular láminas corrugadas de fibrocemento.

Una lámina tal como se utiliza en el presente documento, también denominada panel o placa, debe entenderse como un elemento plano, por lo general rectangular, un panel de fibrocemento o una lámina de fibrocemento fabricados a partir de un material de fibrocemento. El panel o lámina tiene dos caras o superficies principales, siendo estas superficies las que tienen mayor superficie específica. La lámina se puede usar para proporcionar una superficie exterior a las paredes, tanto internas como externas, en una construcción o edificio, por ejemplo, como placa de fachada, revestimiento, etc.

De acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el producto de fibrocemento puede ser un producto de fibrocemento curado con aire, tal como una lámina plana curada con aire o una lámina corrugada curada con aire.

Los productos de fibrocemento de la presente invención presentan características estructurales mejoradas en comparación con los productos de fibrocemento conocidos anteriormente que utilizan materiales de refuerzo, distintos de las fibras de la presente invención.

Sin quedar unido a una teoría específica, se cree que las características de refuerzo mejoradas presentadas por los productos de fibrocemento se deben principalmente a las características mecánicas mejoradas de las fibras individuales, es decir, densidad, tenacidad, elasticidad, módulo, etc., pero también al hecho de que estas características mecánicas conducen a un entrelazamiento óptimo entre las fibras y, por lo tanto, a una resistencia mejorada y al impacto del material de fibrocemento en el que se incorporan estas fibras. De manera adicional, las fibras de la presente invención también poseen un entrelazamiento óptimo dentro de los productos de fibrocemento curados y, por lo tanto, estos productos también pueden presentar una tenacidad a la fractura mejorada en comparación con los materiales de fibrocemento que incluyen materiales de refuerzo de fibras previamente conocidos.

Los productos de fibrocemento de la presente invención comprenden de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 5 % en peso, tal como particularmente de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 4 % en peso de fibras, tal como, más particularmente, entre aproximadamente el 1 y el 3 % en peso de fibras con respecto al peso total de las pizarras de fibrocemento.

De acuerdo con una realización particular, el producto de fibrocemento de acuerdo con la invención se caracteriza por que comprende, además de las fibras de polipropileno de la invención, otras fibras de refuerzo, tales como fibras de celulosa u otras fibras de refuerzo inorgánicas u orgánicas en un % en peso de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5. En realizaciones particulares, las fibras orgánicas se seleccionan del grupo que consiste en fibras de poliacrilonitrilo de alcohol polivinílico, polietileno, fibras de celulosa (tales como madera o pulpas kraft anuales), fibras de poliamida, fibras de poliéster, fibras de aramida y fibras de carbono. En realizaciones particulares adicionales, las fibras inorgánicas se seleccionan del grupo que consiste en fibras de vidrio, fibras de lana de roca, fibras de lana de escoria, fibras de wollastonita, fibras cerámicas y similares.

En realizaciones particulares adicionales, los productos de fibrocemento de la presente invención pueden comprender fíbridos de fibrillas, tales como, por ejemplo, pero sin limitación, un % de fíbridos de fibrillas poliolefínicas en un % en peso de aproximadamente 0,1 a 3, tal como "pulpa de madera sintética".

De acuerdo con determinadas realizaciones particulares, los productos de fibrocemento de la presente invención comprenden del 20 al 95 % en peso de cemento blanco como aglutinante hidráulico. El cemento en los productos de la invención se selecciona entre el grupo que consiste en cemento Portland, cemento con alto contenido de alúmina, cemento Portland de hierro, cemento trass, cemento de escoria, yeso, silicatos de calcio formados por tratamiento en autoclave y combinaciones de aglutinantes particulares. En realizaciones más particulares, el cemento en los productos de la invención es cemento Portland.

De acuerdo con realizaciones particulares, los productos de fibrocemento de acuerdo con la invención opcionalmente comprenden componentes adicionales. Estos componentes adicionales en los productos de fibrocemento de la presente invención pueden seleccionarse del grupo que consiste en cenizas voladoras, sílice amorfa, cuarzo molido, roca molida, arcillas, pigmentos, metacaolín, escoria de alto horno, carbonatos, puzolanas, hidróxido de aluminio, wollastonita, mica, perlita, carbonato de calcio, etc. La cantidad total de dichos componentes adicionales es, preferentemente, inferior al 70 % en peso en comparación con el peso seco inicial total de la composición.

Los aditivos adicionales que pueden estar presentes en los productos de fibrocemento de la presente invención pueden seleccionarse del grupo que consiste en dispersantes, plastificantes, agentes antiespumantes y floculantes. La cantidad total de aditivos está, preferentemente, entre aproximadamente el 0,1 y aproximadamente el 1 % en peso en comparación con el peso seco inicial total de la composición.

Los componentes adicionales que pueden estar presentes en los productos de fibrocemento de la presente invención pueden seleccionarse del grupo que consiste en agua, arena, harina de arena de sílice, humo de sílice condensado, microsílice, caolín, metacaolín, wollastonita, mica, perlita, vermiculita, hidróxido de aluminio (ATH), pigmentos, agentes antiespumantes, floculantes y/u otros aditivos (por ejemplo, aditivos colorantes), cada uno de los cuales está presente en cantidades adecuadas dependiendo del tipo de producto de fibrocemento específico y cada uno de los cuales puede ser determinado por el experto en la materia.

En realizaciones particulares adicionales, los productos de fibrocemento de acuerdo con la presente invención son productos de hormigón con fibras, que además comprende al menos uno seleccionado del grupo que consiste en grava, arena, polvo de piedra y piedras rotas.

Los productos de fibrocemento de la invención se caracterizan por una alta resistencia al impacto Charpy (medida de acuerdo con la norma ISO180 o ASTM D256) incluso después del envejecimiento durante la exposición al dióxido de carbono. De manera adicional, los productos de acuerdo con la presente invención tienen un módulo de flexión elevado.

Por consiguiente, los productos de fibrocemento de la presente invención presentan una resistencia al impacto Charpy mejorada de entre aproximadamente 4 kJ/m2 a aproximadamente 7 kJ/m2, tal como de entre aproximadamente 5 kJ/m2 a aproximadamente 6 kJ/m2 (medido con la conocida prueba de impacto Charpy en muestras secas al aire), en comparación con los materiales de fibrocemento previamente conocidos que incluyen fibras de refuerzo similares o incluso más largas con valores de carga de fibra iguales o incluso mayores.

Asimismo, incluso después del envejecimiento (que puede simularse experimentalmente a través de un extenso tratamiento con CO2), los productos de fibrocemento de la presente invención presentan una resistencia al impacto Charpy mejorada de entre aproximadamente 3 kJ/m2 a aproximadamente 6 kJ/m2, tal como por ejemplo de entre aproximadamente 4 kJ/m2 a aproximadamente 5 kJ/m2 (como se demostró con la conocida prueba de impacto Charpy), en comparación con los materiales de fibrocemento previamente conocidos después del envejecimiento que incluyen fibras de refuerzo similares o incluso más largas con valores de carga de fibra iguales o incluso mayores.

La invención se ilustrará adicionalmente a continuación con detalle con referencia a los ejemplos siguientes.

Debe entenderse que aunque se han analizado realizaciones y/o materiales preferidos para proporcionar realizaciones de acuerdo con la presente invención, se pueden realizar diversas modificaciones o cambios sin apartarse del alcance y el espíritu de esta invención.

Ejemplos

Se apreciará que los ejemplos siguientes, proporcionados con fines ilustrativos, no deben interpretarse como limitantes del alcance de la presente invención. Aunque solo se han descrito anteriormente con detalle unas pocas realizaciones de la presente invención, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que son posibles muchas modificaciones en las realizaciones de ejemplo sin apartarse materialmente de las nuevas enseñanzas y ventajas de la presente invención. Por consiguiente, se pretende que todas estas modificaciones estén incluidas dentro del alcance de la presente invención que se define en las siguientes reivindicaciones y todos los equivalentes de las mismas. Además, se reconoce que pueden concebirse muchas realizaciones que no logren todas las ventajas de algunas realizaciones, sin embargo, la ausencia de una ventaja particular no debe interpretarse como que necesariamente significa que tal realización está fuera del alcance de la presente invención.

Ejemplo 1: Efecto del templado líquido a bajas temperaturas sobre las propiedades mecánicas de las fibras de polipropileno

Se estudiaron fibras de polipropileno isotáctico que tenían un peso molecular (Mw) de aproximadamente 400.000 g/mol.

1.1 Métodos y materiales

1.1.1 Producción de fibras de polipropileno de acuerdo con el proceso de la invención

El hilado por fusión de polipropileno se realizó (como se conoce generalmente en la técnica) con temperaturas de extrusión entre aproximadamente 230 °C y aproximadamente 270 °C y temperaturas de la zona del troquel de en promedio aproximadamente 250 °C.

Los multifilamentos se prepararon extruyendo el polipropileno a través de una hilera con presión hidráulica aplicada desde bombas dosificadoras. Después del hilado, los filamentos extruidos se templaron en un baño de agua a diferentes temperaturas de entre aproximadamente 20 °C y 45 °C. Después del templado, los filamentos se recogieron mediante un godet de velocidad variable a una velocidad de entre aproximadamente 4 y aproximadamente 10 m/min y se estiraron a una temperatura de aproximadamente 150 °C y se enrollaron en un tubo usando una bobinadora. Se usó una placa de hilado que tenía orificios de 0,3 mm de diámetro y un L/D de 4.

1.1.2 Caracterización de fibras de polipropileno producidas de acuerdo con el proceso de la invención

Las propiedades mecánicas de las fibras (es decir, módulo, resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura) de 11 muestras se midieron utilizando la máquina de ensayo Favimat (probador automático de densidad lineal y tracción para fibras individuales; empresa: Textechno) a 20 °C con una celda de carga de 200 cN de capacidad (véase la Tabla 2).

1.2. Resultados

La Tabla 1 muestra la relación entre las propiedades de la fibra (densidad lineal, tenacidad y módulo) y la temperatura del baño líquido utilizado durante la etapa de templado del proceso de producción. Los resultados de la Tabla 2 representan valores promedio de varias pruebas de muestra.

Con el proceso descrito anteriormente, se obtuvieron fibras de polipropileno con una densidad lineal de entre aproximadamente 4 dtex (por filamento) y aproximadamente 30 dtex (por filamento). Por otra parte, se observó que la tenacidad de las fibras era mayor en el caso del templado líquido con agua a 20 °C en comparación con el templado con aire a 20 °C.

De manera adicional, los presentes inventores han descubierto que, mientras que las etapas de templado conocidas en la técnica se realizan típicamente a temperaturas muy por encima de 50 °C, sorprendentemente suficiente, la tenacidad de las fibras aumenta al realizar el proceso de producción a bajas temperaturas de templado líquido de entre 5 °C y 50 °C, más particularmente de entre aproximadamente 20 °C y 30 °C, más particularmente alrededor de aproximadamente 20 °C (véase la Tabla 1).

Tabla 1. Propiedades mecánicas de las fibras obtenidas de acuerdo con la invención en diferentes condiciones de tem lado

1.3 Conclusión

En los presentes experimentos, se demostró que el templado con líquido a un intervalo de temperatura entre aproximadamente 20 °C y aproximadamente 40 °C contribuye beneficiosamente al rendimiento mecánico y, en particular, a la tenacidad, de las fibras producidas de acuerdo con la presente invención.

Ejemplo 2: Efecto de la distancia entre la superficie del baño líquido utilizado para el templado y la superficie de la hilera sobre las propiedades mecánicas de las fibras de polipropileno

2.1 Métodos y materiales

2.1.1 Producción de fibras de polipropileno de acuerdo con el proceso de la invención

Los multifilamentos se prepararon extruyendo el polipropileno a través de una hilera con presión hidráulica aplicada desde bombas dosificadoras. Después del hilado, los multifilamentos extruidos se templaron en un baño de agua a una temperatura de aproximadamente 40-45 °C.

En particular, se estudió el efecto de la distancia entre la superficie del baño líquido utilizado para el templado y la superficie de la hilera sobre las propiedades mecánicas de las fibras de polipropileno.

En una serie de experimentos, la distancia entre la superficie del baño de agua y la superficie de la hilera era de aproximadamente 5-6 mm, mientras que en otra serie de experimentos la distancia entre la superficie del baño de agua y la superficie de la hilera era de unos 100 mm.

Después del templado, los filamentos se recogieron mediante un godet de velocidad variable a una velocidad determinada y se estiraron a una temperatura de aproximadamente 150 °C y se enrollaron en un tubo con una bobinadora.

Se usó una placa de hilado que tenía orificios de 0,3 mm de diámetro y un L/D de 4.

2.1.2 Caracterización de fibras de polipropileno producidas de acuerdo con el proceso de la invención

Para cada una de las condiciones experimentales, las propiedades mecánicas de las fibras (es decir, módulo, resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura) de 11 muestras se midieron utilizando la máquina de ensayo Favimat (probador automático de densidad lineal y tracción para fibras individuales; empresa: Textechno) a 20 °C con una celda de carga de 200 cN de capacidad (véase la Tabla 2).

2.2. Resultados

La Tabla 2 muestra la relación entre las propiedades de la fibra (densidad lineal, tenacidad y módulo) y la distancia entre la superficie del baño líquido utilizado para el templado y la superficie de la hilera. Los resultados de la Tabla 2 representan valores promedio de varias pruebas de muestra.

Con el proceso descrito anteriormente, se obtuvieron fibras de polipropileno con una alta densidad lineal de entre aproximadamente 9 dtex (por filamento) y aproximadamente 30 dtex (por filamento). Por otra parte, se observó que tanto la tenacidad como el alargamiento de las fibras era mayor cuanto mayor era la distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera (véase la Tabla 2).

Tabla 2. Propiedades mecánicas de las fibras obtenidas de acuerdo con la invención a diferentes distancias n r l ñ lí i r l m l l rfi i l hil r

2.3 Conclusión

Ejemplo 3: Resistencia al impacto de productos de fibrocemento fabricados utilizando las fibras de polipropileno de la invención

Las fibras de polipropileno isotáctico como se describen en el Ejemplo 1 anterior (refs. 1 a 6 en la Tabla 1) se utilizaron para la producción de fibrocemento.

3.1 Métodos y materiales

3.1.1 Producción de fibrocemento en máquina mini-Hatschek

Los productos cementosos se fabricaron mediante la técnica de Hatschek según un proceso piloto que reproduce las principales características de los productos obtenidos por el proceso industrial. Las fibras de polipropileno como se describen en el Ejemplo 1 anterior (refs. 1 a 6 en la Tabla 1) se utilizaron como material de refuerzo del material matriz en bruto.

Las láminas de fibrocemento se endurecieron durante una noche a 50 °C, y luego bajo una lámina de plástico durante 14 días a temperatura ambiente.

3.1.2 Medición de la resistencia al impacto Charpy

La resistencia al impacto Charpy se midió de acuerdo con la norma ASTM D-256-81, utilizando un aparato Zwick DIN 5102.100/00 sobre muestras mini-Hatschek secadas al aire de 15 mm*120 mm y una separación de 100 mm. ;;Dos semanas después de la producción se midieron diez muestras de mini-Hatschek en dos direcciones (dirección de la máquina y dirección perpendicular a esta). ;;Se volvió a medir la resistencia al impacto de las mismas muestras tras envejecer en un horno de 600 l a 60 °C y 90 % de humedad relativa, con inyección de 1,5 l de CO2/min durante 24 horas. La concentración de CO2 varía por tanto del 7 % al comienzo del acondicionamiento al 12 % al final del acondicionamiento. ;;3.2. Resultados ;;La Tabla 3 muestra los resultados que se obtuvieron con respecto a la resistencia al impacto Charpy de productos de fibrocemento fabricados utilizando las fibras de polipropileno enumeradas en la Tabla 1 (Ejemplo 1). Los resultados de la Tabla 3 representan valores promedio de varias pruebas de muestra. Se observó que la resistencia al impacto Charpy de los productos de fibrocemento obtenidos fue mayor en el caso del templado líquido con agua a 20 °C en comparación con el templado con aire a 20 °C. ;;De manera adicional, los presentes inventores han descubierto que, mientras que las etapas de templado líquido conocidas en la técnica se realizan típicamente a temperaturas muy por encima de 50 °C, sorprendentemente suficiente, la resistencia al impacto Charpy de los productos de fibrocemento obtenidos pareció ser óptima cuando se realizó el proceso de producción a bajas temperaturas de templado líquido de entre 5 °C y 50 °C, más particularmente de entre aproximadamente 20 °C y 30 °C, más particularmente alrededor de aproximadamente 20 °C (véase la Tabla 3). ;;Por otra parte, la Tabla 3 muestra que los productos de fibrocemento obtenidos tienen una resistencia al impacto mejorada tanto inmediatamente después de la producción como cuando envejecen (después de la carbonatación). ;;Tabla 3. Resistencia al impacto Charpy de productos de fibrocemento obtenidos utilizando fibras de oli ro ileno obtenidas en diferentes condiciones de tem lado;; ;;; 3.3 Conclusión ;;Para concluir, está claro que los productos de fibrocemento fabricados a partir de fibras de polipropileno de acuerdo con la presente invención mostraron propiedades mejoradas con respecto a la resistencia al impacto. ;Ejemplo 4: Efecto del peso molecular sobre la tenacidad de las fibras de polipropileno utilizando una etapa de templado líquido a temperatura ambiente;Se estudiaron tres fibras de polipropileno isotáctico diferentes con diferentes pesos moleculares (Mw) que variaron entre 200.000 g/mol y 400.000 g/mol. ;4.1 Métodos y materiales ;4.1.1 Producción de fibras de polipropileno de acuerdo con el proceso de la invención;El hilado por fusión de polipropileno se realizó (como se conoce generalmente en la técnica) con una temperatura de extrusión y de la zona del troquel de aproximadamente 230 °C. ;Las fibras se prepararon extruyendo el polipropileno a través de una hilera con presión hidráulica aplicada desde bombas dosificadoras. Después del hilado, los filamentos extruidos se enfriaron en un baño de agua a temperatura ambiente (es decir, aproximadamente 20 °C). Después del templado, los monofilamentos se recogieron mediante un godet de velocidad variable a una velocidad determinada y se estiraron a una temperatura de aproximadamente 150 °C y se enrollaron en un tubo con una bobinadora. ;Se utilizaron dos tipos de placas de hilado, es decir, una placa de hilatura que tiene 8 orificios y un diámetro de 0,5 mm y una placa de hilatura con 36 orificios que tiene un diámetro de 0,4 mm. ;4.1.2 Caracterización de fibras de polipropileno producidas de acuerdo con el proceso de la invención;Las caracterizaciones mecánicas de los filamentos fueron ensayos mediante un equipo FAVIMAT (Textechno) a 20 °C con una celda de carga de 200 cN de capacidad, utilizando una longitud de calibración de 50 mm. Las curvas de fuerza frente a alargamiento se realizaron a una velocidad de cruceta de 10 seguido de 50 mm/min para determinar la densidad lineal y, a continuación, las demás propiedades de tracción (módulo, resistencia a la tracción y porcentaje de alargamiento a la rotura) (véase la Tabla 1). ;4.2. Resultados ;Los efectos de la relación de estiramiento y el peso molecular sobre las propiedades de la fibra de polipropileno a temperaturas de templado líquido constantes de 20 °C se resumen en la Tabla 4. ;En particular, la Tabla 4 muestra la relación entre, por un lado, la densidad lineal, tenacidad y módulo de las fibras y por otro lado la relación de estiramiento para 2 tipos de fibras de polipropileno, uno con un índice de fluidez (MFI por sus siglas en inglés) alto y otro bajo. Los resultados de la Tabla 4 representan valores promedio de varias pruebas de muestra. ;Puede verse en la Tabla 4 que se obtuvieron fibras de polipropileno con una alta densidad lineal de entre aproximadamente 25 (por filamento) y aproximadamente 37 dtex (por filamento) para ambos tipos de polipropileno que tienen un alto y bajo índice de fluidez, respectivamente. ;De manera adicional, La Tabla 1 muestra que al comparar la ref. 2 (IMF alto) a ref. 8 (IMF bajo), para una densidad lineal similar dada, la tenacidad obtenida usando un peso molecular alto (y por lo tanto un MFI bajo) es mayor que la tenacidad obtenida en el caso de polipropileno de bajo peso molecular (es decir, un MFI alto). ;4.3 Conclusión ;En resumen, el rendimiento de los filamentos de polipropileno producidos de acuerdo con los procesos de la presente invención está correlacionado con el peso molecular del polipropileno. ;Tabla 4. Propiedades mecánicas de las fibras obtenidas de acuerdo con la invención en diferentes;; ; continuación ;; ;;; Ejemplo 5: Resistencia al impacto de productos de fibrocemento fabricados utilizando las fibras de polipropileno de la invención;;Para la producción de láminas corrugadas de fibrocemento se utilizaron fibras de polipropileno isotáctico producidas de acuerdo con los procedimientos de la invención. ;;5.1 Métodos y materiales ;;5.1.1 Producción de fibrocemento en máquina mini-Hatschek;;Los productos cementosos se fabricaron mediante la técnica de Hatschek según un proceso piloto que reproduce las principales características de los productos obtenidos por el proceso industrial. Se utilizaron fibras de polipropileno producidas en cinco lotes independientes de acuerdo con el proceso de la invención como material de refuerzo del material de matriz en bruto. De manera adicional, se produjeron muestras de referencia reforzadas con fibras de polipropileno disponibles en el mercado (Daiwabo D120-PP). ;;Las láminas de fibrocemento se endurecieron durante una noche a 50 °C, y luego bajo una lámina de plástico durante 14 días a temperatura ambiente. ;;5.1.2 Medición de la resistencia al impacto Charpy;;La resistencia al impacto Charpy se midió de acuerdo con la norma ASTM D-256-81, utilizando un aparato Zwick DIN 5102.100/00 sobre muestras mini-Hatschek secadas al aire de 15 mm*120 mm y una separación de 100 mm.

La resistencia al impacto de muestras mini-Hatschek se midió en dos direcciones (dirección de la máquina y dirección perpendicular a esta) dos semanas después de la producción.

5.2. Resultados

La Tabla 5 muestra los resultados que se obtuvieron con respecto a la resistencia al impacto Charpy de productos de fibrocemento fabricados usando fibras de polipropileno producidas de acuerdo con la invención y un producto de fibrocemento de referencia fabricado usando fibras de polipropileno disponibles en el mercado (Daiwabo D120-PP). Los resultados de la Tabla 5 representan valores promedio de varias pruebas de muestra. Se observó que la resistencia al impacto Charpy de los productos de fibrocemento obtenidos era significativamente mayor para los productos de fibrocemento que comprendían fibras de polipropileno producidas de acuerdo con los procesos de la invención en comparación con los productos de fibrocemento de referencia que comprendían fibras de polipropileno disponibles en el mercado (Daiwabo D120 -PÁGINAS).

De manera adicional, los presentes inventores han descubierto que, mientras que las etapas de templado líquido conocidas en la técnica se realizan típicamente a temperaturas muy por encima de 50 °C, sorprendentemente suficiente, la resistencia al impacto Charpy de los productos de fibrocemento obtenidos pareció ser óptima cuando se realizó el proceso de producción a temperaturas de templado líquido más bajas, de entre aproximadamente 35 °C y 40 °C (véase la Tabla 5).

Tabla 5. Resistencia al impacto Charpy de productos de fibrocemento obtenidos utilizando fibras de li r il n r i r n l r l inv n i n

5.3 Conclusión

Para concluir, resulta claro que los productos de fibrocemento fabricados a partir de fibras de polipropileno de acuerdo con la presente invención mostraron propiedades mejoradas con respecto a la resistencia al impacto en comparación con los productos de fibrocemento fabricados a partir de fibras de polipropileno disponibles en el mercado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la producción de al menos un mono o multifilamento de polipropileno estirado o al menos una fibra derivada del mismo para el refuerzo de productos cementosos, dicho proceso se realiza en ausencia de un agente de nucleación que comprende las etapas de:

(iii) templar el filamento de polipropileno extruido en un baño líquido con una temperatura de entre 5 °C y 45 °C, en donde la distancia entre la superficie de dicho baño líquido y la superficie de dicha hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 200 mm, y

(iv) estirar dicho filamento a una temperatura de entre aproximadamente 130 °C y 180 °C para formar un filamento de polipropileno estirado, y

cortar dicho filamento en una o más fibras con una longitud entre aproximadamente 3 y aproximadamente 50 mm.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tiempo de residencia de dicho filamento de polipropileno extruido en dicho baño líquido es de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 5 segundos.

3. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde dicha distancia entre la superficie del baño líquido y la superficie de la hilera varía entre aproximadamente 5 mm y aproximadamente 160 mm.

4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde después de la etapa (ii) de extrusión y antes de la etapa (iii) de templado, la composición polimérica fundida se mantiene a una temperatura que varía entre aproximadamente 150 °C y 200 °C.

5. Un mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo, para el refuerzo de productos cementosos y obtenible mediante el proceso tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dicho mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo secaracterizan poruna cristalinidad de entre aproximadamente el 40 % y aproximadamente el 60 % tal como se determina usando técnicas de medición WAXS y DSC.

6. Monofilamento o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicho mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo secaracterizan poruna cristalinidad de entre aproximadamente el 45 % y aproximadamente el 50 % tal como se determina usando técnicas de medición WAXS y DSC.

7. Mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, que secaracterizan poruna tenacidad de entre aproximadamente 7 cN/dtex y aproximadamente 20 cN/dtex o más, determinado usando una máquina de ensayo "Favimat" de la empresa Textechno tal como se menciona en la descripción.

8. Mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que secaracterizan poruna densidad lineal de entre aproximadamente 5 dtex por filamento y aproximadamente 25 dtex por filamento y una tenacidad de entre aproximadamente 7 y aproximadamente 20 cN/dtex, determinado usando una máquina de ensayo "Favimat" de la empresa Textechno tal como se menciona en la descripción.

9. Mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, que secaracterizan porun alargamiento a la rotura de entre aproximadamente el 5 % y el 40 %, determinado usando una máquina de ensayo "Favimat" de la empresa Textechno tal como se menciona en la descripción.

10. Mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, que secaracterizan porun alargamiento a la rotura de entre aproximadamente el 10 % y aproximadamente el 25 %, determinado usando una máquina de ensayo "Favimat" de la empresa Textechno tal como se menciona en la descripción.

11. Uso del mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10 para la producción de un producto de cemento reforzado con fibras y/o para el refuerzo de un material cementoso.

12. Un proceso para la producción de un producto de cemento reforzado con fibras, que comprende al menos la etapa de fabricar un producto de cemento reforzado con fibras a partir de material de fibras derivado de un mono o multifilamento de polipropileno estirado o fibra(s) derivada(s) del mismo tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11.

13. Producto de cemento reforzado con fibras que comprende fibra(s) tal como se define en las reivindicaciones 5 a 12 para el refuerzo de productos cementosos, en donde dicha(s) fibra(s) secaracterizan poruna cristalinidad de entre aproximadamente el 40 % y aproximadamente el 60 % tal como se determina usando técnicas de medición WAXS y DSC.