ITMI20010516A1

ITMI20010516A1 - Processo per la produzione di un tessuto non tessuto microfibroso scamosciato senza l'uso di solventi organici

Info

Publication number: ITMI20010516A1
Application number: IT2001MI000516A
Authority: IT
Inventors: David Latini
Original assignee: Alcantara Spa
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2002-09-12
Also published as: ES2312500T3; EP1243691A1; PT1243691E; EP1243691B1; DE60228907D1; US20030017773A1; US6921508B2; ATE408727T1

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione avente per titolo:

“PROCESSO PER LA PRODUZIONE DI UN TESSUTO NON TESSUTO MICROFIBROSO SCAMOSCIATO SENZA L’USO DI SOLVENTI ORGANICI”

La presente invenzione riguarda un processo di produzione di un tessuto non tessuto microfibroso sintetico, del tipo cosiddetto scamosciato che non richiede l’uso di solventi organici, ma che permette di ottenere un prodotto con caratteristiche fisico-meccaniche e “di mano” ottimali.

E’ noto, ed è attualmente sfruttato commercialmente, un processo produttivo tradizionale per la produzione di tessuti non tessuti microfibrosi scamosciati, che è tipicamente descritto nei brevetti italiani n. 823055, 839921, 858373. 873699, 905222, 921871 e nei brevetti n. US-A-3531368 e US-A-3889292.

Secondo questi brevetti, si prepara una fibra a due componenti, del tipo “isola” nel “mare” alimentando due polimeri ad una filiera in modo tale che uno dei componenti “mare” circondi completamente l'altro costituito da vari filamenti che fonnano le diverse “isole”. Nella fibra a due componenti il componente “mare” è generalmente costituito da polistirene (PST) 0 altro polimero che abbia, in filatura le caratteristiche tali da disporsi intorno alle microfibre del componente “isola” e sia inoltre facilmente solubile in solventi organici usuali. Tipicamente il componente “mare” è costituito da polietilentereftalato (PET). Con la fibra ottenuta si prepara un feltro mediante agugliatura, si impregna con una soluzione acquosa di polivinil alcool (PVA), si scioglie il componente “mare” in tricloroetilene (“trielina”), si impregna con una soluzione di poliuretano (PU) in dimetilformammide (DMF) ed, infine, si elimina il PVA. 11 prodotto così ottenuto viene tagliato in due nella sezione, smerigliato, tinto in opportuni jet di tintura, e finito. Nella Figura 1 allegata viene riportato uno schema a blocchi semplificato del processo accennato sopra.

E’ ben evidente che tale processo richiede l<'>utilizzo di due solventi organici (la trielina e la dimetilformammide), che devono essere recuperati per il loro reinserimento nel processo produttivo e/o smaltiti, ciò che richiede un grande carico di lavoro ed elevati costi industriali, compresi quelli per la salvaguardia ambientale.

Allo scopo di eliminare o ridurre il ricorso ai suddetti solventi sono stati proposti altri processi per la produzione di tessuti non tessuti microfibrosi scamosciati, dove la componente “mare<" >è costituita da altri polimeri quali il polietilene, estraibile con toluene, il nylon 6, solubile in acido formico o solforico, certi poliesteri modificati, solubili in soluzioni alcaline o acide, ecc. Analogamente sono stati descritti poliuretani dispersi in emulsione acquosa che dovrebbero sostituire le soluzioni di poliuretani in dimetilformammide o in altri solventi organici della tecnica. Questi processi, tuttavia, anche se sembrano aver risolto il problema dell'impiego di solventi organici, sollevano gli inconvenienti legati alle caratteristiche fisiche e chimico-fisiche del prodotto. Infatti, il processo che prevede l’impregnazione diretta del feltro, fatto con fibra bicomponente, con PU in emulsione acquosa e la successiva dissoluzione del componente “mare", che dovrebbe eliminare l'impiego della dimetilformammide e la fase di impregnazione con PVA ed il suo allontanamento, porta ad un prodotto finito con caratteristiche di “mano” e caratteristiche fisico-meccaniche non ottimali, soprattutto in termini di resistenza all’abrasione, poiché il legame PU-micro fibra risulta indebolito dopo l’estrazione della componente “mare”. Nei processi in cui il feltro viene impregnato, preventivamente, con una soluzione di PVA, seguito dalla dissoluzione della componente “mare” con un solvente organico e successiva impregnazione con una soluzione di PU in solvente organico (generalmente DMF o DMAc), il legame tra PU e microfibra è migliore e, di conseguenza, sono migliori tutte le caratteristiche fisico-meccaniche, soprattutto la resistenza ail'abrasione.

La presente invenzione si propone di ovviare a tutti gli inconvenienti sopra menzionati. Più particolarmente la presente invenzione è diretta ad un processo per la produzione di tessuti non tessuti microfibrosi del tipo della pelle scamosciata, che non utilizza solventi organici che presentano un elevato costo di smaltimento e di recupero, pur permettendo la produzione di prodotti con caratteristiche chimico-fisiche sostanzialmente uguali se non superiori a quelle dei prodotti della tecnica nota.

Gli scopi della presente invenzione si conseguono con un processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata che prevede i seguenti stadi: a) filatura di una fibra bicomponente del tipo “isole<” >nel “mare” nella quale l'isola” è costituita da un polimero scelto fra quelli impiegati nelle applicazioni tessili mentre il “mare” è un polimero che deve poter essere sciolto e asportato mediante trattamento con acqua, con soluzioni acquose alcaline o acide, con solventi organici non inquinanti da soli o in soluzione acquosa;

b) preparazione di un feltro con la fibra bicomponente;

c) impregnazione del feltro con soluzione acquosa di polivinilalcool con ridotta solubilità in acqua;

d) asportazione della componente “mare” mediante trattamenti con solventi definiti in a); e) impregnazione con emulsione o dispersione acquosa di poliuretano;

f) asportazione del polivinilalcol;

g) trattamenti di finissaggio del tessuto non tessuto ottenuto.

Secondo la presente invenzione la componente “isola” può essere costituita da polietilentereftalato o da poliesteri modificati, da poliesteri cationici, da nylon o altri tipi di poliammidi, da polietilene, da polipropilene o altri tipi di poliolefine.

La figura 2 riporla uno schema a blocchi semplificato del processo secondo l'invenzione per la produzione di tessuto non tessuto.

Le componenti “mare” possono essere costituite da nylon o altre poliammidi, da poliesteri modificati ed, in generale, da altri polimeri filabili con la caratteristica essenziale di essere solubili in solventi “ecologicamente puliti" , preferenzialmente in soluzioni acquose acide o alcaline.

Il rapporto tra la componente “isola” e la componente “mare” utilizzato nella filatura bicomponente deve essere compreso tra 20 80 e 80/20.

Il polivinilalcol, impiegato nel processo della presente invenzione per impregnare il feltro di fibra bicomponente, deve presentare una solubilità in acqua o in solventi acquosi, utilizzati per la sua rimozione, nettamente inferiore alla solubilità della componente “mare” della fibra bicomponente. Questa minore solubilità può essere intrinseca del polimero o può essere creata dopo impregnazione mediante trattamenti a caldo successivi all'impregnazione o per aggiunta di composti che possano causare una reticolazione del polivinilalcool.

Come polivinilalcool a ridotta solubilità si deve utilizzare un polivinilalcool ad elevato indice di saponificazione, tipicamente superiore al 95% e, preferibilmente, superiore al 99,5%. Questo polivinilalcol presenta un elevato grado di cristallinità e una viscosità molto bassa (a 25°C, una soluzione al 12% deve avere una viscosità compresa tra 100÷300 mPa*s ed a 20°C, una soluzione al 4% deve avere una viscosità compresa tra 10÷16 mPA-s).

La minore solubilità del polivinilalcol può, come accennato sopra, essere anche ottenuta mediante trattamenti sul polivinilalcol dopo impregnazione. Un modo per rendere più difficile la asportazione del polivinilalcol, nel corso della rimozione della componente “mare”, è quello di trattare ad elevata temperatura, compresa tra 150° e 200°C, per un periodo di tempo tra 5 e 40 minuti, il feltro impregnato. Un altro modo per rendere il polivinilalcol più resistente al trattamento di rimozione della componente "mare”, è quello di aggiungere alla soluzione di PVA di impregnazione, un reticolante "cross-linker " scelto fra acido borico H3B03, o composti di zirconio o di vanadio come zirconato o vanadato, l'acido borico essendo il preferito, in una quantità nell' intervallo 0,5÷7 % rispetto al PVA, preferibilmente tra 1÷5%. Si possono anche utilizzare ambedue i metodi descritti sopra per ridurre la solubilità del Polivinilalcol ed impedire la rimozione del polivinilalcol nel corso del trattamento per asportare la componente “mare”. L'aggiunta di agenti reticolanti, in particolare di acido borico riduce la solubilità del polivinalcol in ambiente alcalino, mentre l'estrazione in ambiente acido non viene sostanzialmente modificata.

L'impregnazione con poliuretano del feltro dopo eliminazione del componente “mare” può essere realizzata con poliuretano in soluzione di dimetilformammide o di dimetilacetammide, analogamente a quanto avviene nei sistemi convenzionali accennati sopra, oppure, preferibilmente, con impregnazione di poliuretano in emulsione o dispersione acquosa. Se si segue il processo con poliuretano in emulsione o dispersione acquosa è necessario che il legame fra il poliuretano e il feltro ed il poliuretano stesso, possa resistere all'estrazione del polivinilalcol. A questo proposito, analogamente a quanto avviene per il polivinlalcol nell'estrazione della componente “mare”, sarà necessario fissare il poliuretano perché possa resistere al trattamento del feltro per estrarre il polvinilalcol. Il fissaggio del poliuretano può avvenire mediante aggiunta di agenti reticolanti noti nella tecnica che, a seconda del tipo, sono attivi a temperature ambiente o a temperature relativamente elevate (100°-200°C).

Il feltro impregnato viene quindi trattato con acqua calda preferibilmente in vibro-washer a temperature comprese tra 50° e 110°C, preferibilmente fra 85 e 95°C. Nel caso di aggiunta di acido borico o di altro reticolante il pH della soluzione dovrà essere compreso tra 3 e 5.

Verranno qui di seguito descritte in maggior dettaglio le operazioni che vengono eseguite per realizzare il processo della presente invenzione, mentre gli esempi di realizzazione riportati permetteranno di apprezzare i vantaggi del processo stesso.

Si fila una fibra bicomponente attraverso una filiera ben nota agli esperti e che permette di ottenere una fibra composita nella quale uno dei polimeri si dispone intorno alle fibre elementari dell'altro polimero. La fibra così ottenuta viene trattata secondo i metodi di finissaggio noti nella tecnica della filatura; in particolare la fibra bicomponente, prima di venire stirata, deve avere una denaratura compresa tra 10÷13 denari, ancor meglio se compresa tra 11÷12.5 denari lo stiro viene eseguito con rapporti di stiro che variano generalmente nell' intervallo 2÷5, preferibilmente nell' intervallo 3÷4, con una denaratura finale della fibra bicomponente compresa tra 2÷6 denari e una denaratura della componente “isola” compresa nell’ intervallo 0.08÷0.5 denari.

Nella presente invenzione è preferibile l'utilizzo di una fibra bicomponente costituita da polietilentereftalato, come componente «isola», e da un poliestere modificato, come componente «mare», solubile in una soluzione acquosa alcalina.

Con tale fibra bicomponente viene preparato un feltro tramite agugliatura; la densità apparente del feltro deve essere, preferenzialmente, neH<'>intervallo 0.1 —0.5 g/cm<3>, meglio ancora se è compresa tra 0.15÷0.3 g/cm<3>, con uno spessore compreso tra 2÷4 mm, al fine di ottenere un non tessuto finale con buona morbidezza.

Il feltro così ottenuto viene impregnato con una soluzione acquosa di alcool polivinilico (PVA), ad una concentrazione compresa tra 5 e 30% preferibilmente tra 8÷15%, meglio ancora se compresa tra l' 10÷13%, e ad una temperatura compresa tra 60÷90°C. A differenza dei processi tradizionali che utilizzano il PVA per la produzione di tessuti non tessuti, il PVA utilizzato nella presente invenzione deve avere un grado di cristallinità più alto, un valore di saponificazione compreso tra l<'>85% e il 100%, preferibilmente superiore al 99.5, e una viscosità molto bassa (a 25°C. una soluzione al 12% deve avere una viscosità compresa tra 100÷300 mPa-s ed a 20°C, una soluzione al 4% deve avere una viscosità compresa tra 10÷16 mPA-s). Nel seguito il polivinilacool ad elevato tasso di saponificazione viene semplicemente chiamato H.S.PVA.

Il H.S.PVA applicato al feltro in questo stadio, deve resistere successivamente alle condizioni drastiche di dissoluzione della componente “mare” poliestere in ambiente alcalino, per cui necessita di essere sottoposto, oltre ad un normale essiccamento, ad un trattamento di termofissaggio (Curing) a temperature elevate, comprese tra 150÷200°C, per un tempo compreso tra 5÷40 minuti. Al fine di ottenere un prodotto finale con caratteristiche di morbidezza e con un<'>apparenza simile a quella del prodotto ottenuto con un processo tradizionale, che utilizza solventi organici, il H.S.PVA nella sezione del non tessuto, è presente per la maggior palle nella superficie, e. in minima parte, nella zona centrale.

La figura 3 è una rappresentazione della distribuzione del H.S.PVA lungo lo spessore del tessuto non tessuto secondo l<'>invenzione dopo la dissoluzione della componente mare.

Al fine di ottimizzare tale distribuzione dell' H.S.PVA e di aumentare la sua capacità di resistere alla dissoluzione del componente “mare” in ambiente basico, si aggiunge alla soluzione di H.S.PVA di impregnazione, una quantità di acido borico H3BO3, usato come cross-linker del H.S.PVA. variante nell<'>intervallo 0.5÷7 % rispetto al PVA, preferibilmente tra 1÷5%.

Per realizzare l' estrazione del componente “mare” della fibra bicomponente, si effettua un trattamento con una soluzione acquosa di sodio idrossido, con una concentrazione compresa tra 1÷15% e ad una temperatura tra 40÷90°C; il tempo di dissoluzione della componente “mare” varia, a seconda delle condizioni, da 4 a 40 minuti. In generale, le condizioni di dissoluzione vengono ottimizzate allo scopo di dissolvere la componente “mare” nel minore tempo possibile ed, in tale tempo, di dissolvere la minima quantità possibile di H.S.PVA applicato.

La pezza, successivamente, viene lavata abbondantemente con acqua a temperatura ambiente, al fine di allontanare il residuo di soda rimasto impregnato nel non tessuto, evitando la parziale dissoluzione della componente “isola”.

Il non tessuto cui è stato estratto il componente “mare”, viene impregnato con poliuretano disperso in emulsione acquosa, a temperatura ambiente, con una concentrazione variante tra il 10% ed il 20 %, e viene dosato sulla pezza tramite opportuni rulli spremitori.

1 polioli che costituiscono il poliuretano (PU) possono essere di tipo polietere, di tipo poliestere, di tipo policarbonato e di tipo polestere-policarbonato; il PU può essere preparato usando uno o più tipi di tali polioli, che devono avere un peso molecolare medio numerico compreso tra 500÷5000.

I diisocianati usati per la sintesi del PU potrebbero essere sia alifatici che aromatici; estensori di catena utilizzati, invece, sono generalmente molecole a basso peso molecolare, che possiedono due o più idrogeni attivi che reagiscono con i gruppi isocianici.

La sintesi del PU viene generalmente condotta preparando preliminarmente il prepolimero con gruppi isocianici terminali, portandolo in emulsione acquosa tramite violenta agitazione ed estendendolo, con un opportuno estensore, fino al raggiungimento del peso molecolare desiderato.

Per portare in emulsione il prepolimero si può ricorrere o all’uso di emulsionanti esterni, oppure si preparano prepolimeri contenenti una frazione di polioli con carattere idrofilico e/o con gruppi carichi, tali da ottenere un self-emulsifìer prepolimero poliuretanico.

Gli emulsionanti esterni possono essere tensioattivi sia ionici che non ionici, e vengono generalmente aggiunti in una quantità che va dallo 0.5 al 10% rispetto al PU.

Alla soluzione acquosa di poliuretano usato per impregnazione, al fine di raggiungere le caratteristiche fisico-meccaniche e di resistenza ai solventi desiderate, si può aggiungere una quantità di reticolante variabile compresa tra 0.5÷8 %; tali reticolanti, che possono essere

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata comprendente i seguenti stadi: a.) filatura di una fibra bicomponente del tipo "isole" nel "‘mare" nella quale l'isola" è costituita da un polimero scelto fra quelli impiegati nelle applicazioni tessili mentre il “mare" è un polimero che può essere disciolto e asportato mediante trattamento con acqua, con soluzioni acquose alcaline o acide, con solventi organici non inquinanti da soli o in soluzione acquosa; b) preparazione di un feltro con la fibra bicomponente mediante agugliatura; c) impregnazione del feltro con soluzione acquosa di polivinilalcool con ridotta solubilità in acqua; d) asportazione della componente “mare" mediante trattamenti con solventi definiti in a); e) impregnazione con emulsione o dispersione di poliuretano; f) asportazione del polivinilalcol; g) trattamenti di finissaggio del tessuto non tessuto ottenuto.
2. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il polivinilalcol di ridotta solubilità è costituito da un polivinilalcol con indice di saponificazione compreso fra 85 a 100%, preferibilmente superiore al 99,5%.
3. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che viene ridotta la solubilità del polivinlalcol mediante trattamenti a caldo successivi alla impregnazione e/o per aggiunta alla soluzione acquosa del polivinilalcol destinata impregnazione di composti che possano causare una reticolazione del polimero.
4. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il trattamento a caldo del feltro impregnato con polivinilalcol viene eseguito a temperature comprese fra 150 e 200°C.
5. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto mi ero fibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i composti che causano la reticolazione del polivinilalcol sono costituiti dagli acidi borici, in particolarmente dall'acido ortoborico.
6. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la componente “isola" della fibra bicomponente può essere scelta dal gruppo costituito da polietilentereftalato, da poliesteri modificati, da poliesteri canonici, da nylon o altri tipi di poliammidi, da polietilene, da polipropilene o altri tipi di poliolefine.
7. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la componente “mare" della fibra bicomponente può essere scelta dal gruppo costituito da nylon o altre poliammidi, da poliesteri modificati ed, in generale, da altri polimeri filabili solubili in solventi acquosi o in solventi non inquinanti.
8. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti; caratterizzato dal fatto che l’estrazione del componente “mare” della fibra bicomponente, si effettua mediante un trattamento con una soluzione acquosa di sodio idrossido, con una concentrazione compresa tra 1÷15% e ad una temperatura tra 40÷90°C; per un tempo che varia da 4 a 40 minuti, le condizioni di dissoluzione essendo tali da dissolvere la componente “mare” nel minore tempo possibile e da dissolvere la minima quantità possibile del polivinilalcol impregnato.
9. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti; caratterizzato dal fatto che l'impregnazione con poliuretano si realizza trattando il feltro dal quale è stato estratto il componente “mare” con una soluzione di poliuretano in dimetilformammide o dimetilacetammide.
10. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 8; caratterizzato dal fatto che l'impregnazione con poliuretano si realizza trattando il feltro dal quale è stato estratto il componente “mare” con una emulsione o dispersione acquosa di poliuretano.
11. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 10. caratterizzato dal fatto che l'impregnazione con poliuretano in emulsione o dispersione acquosa è seguita da un trattamento del feltro impregnato ad alta temperatura e/o con agenti reticolanti per aumentare la resistenza del poliuretano impregnato all'azione dei solventi.
12. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che 1 trattamento del feltro impregnato con agenti reticolanti, per aumentare la resistenza del poliuretano impregnato all'azione dei solventi, viene eseguito a temperature comprese tra 110 e 180°C e che gli agenti reticolanti sono scelti tra le aziridine, melannnine, carbodiimidi, epossidi, composti di zirconio, o base isocianato.
13. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 9 o10, caratterizzato dal fatto che i polioli che costituiscono il poliuretano sono scelti tra quelli di tipo polietere, di tipo poliestere, di tipo policarbonato e di tipo polestere-policarbonato o loro miscele.
14. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che i polioli che costituiscono il poliuretano hanno un peso molecolare medio numerico compreso tra 500÷5000.
15. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che il poliuretano viene ottenuto preparando preliminarmente un prepolimero con gruppi isocianici terminali, portandolo in emulsione acquosa mediante energica agitazione della miscela prepolimeroacqua ed estendendo il prepolimero con un estensore di catena convenzionale.
16. Processo per la preparazione di un tessuto non tessuto microfibroso del tipo della pelle scamosciata secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che il poliuretano in emulsione o dispersione acquosa viene ottenuto utilizzando un prepolimero che contiene polioli con carattere idrofilo o con sostituenti polari.