Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FIBRA PARA TECIDOS NÃO-TECIDOS DE FIOS LIGADOS, PROCESSO DE FIAÇÃO EM FUNDIDO PARA A PRODUÇÃO DA MESMA, BEM COMO COMPOSI- ÇÕES E PROCESSOS PARA PREPARAÇÃO DAS REFERIDAS COMPO- SIÇÕES".
Refere-se o presente invento a fibras termicamente ligadas compreendendo composições poliméricas de propileno, aos tecidos não- tecidos de fios ligados obtidos a partir das ditas fibras e composições poli- propilênicas para a produção das ditas fibras.
A definição de fibras inclui as fibras e/ou filamentos ligados.
As fibras formadas com copolímeros olefínicos ou composições poliolefínicas já são conhecidas do estado da técnica. Em particular, o uso de copolímeros estatísticos de propileno já foi contemplado para melhorar a capacidade de ligação térmica (i.e. a resistência da ligação) de fibras e/ou da velocidade de calandragem.
As fibras de copolímero estatístico de propileno também são tipi- camente usadas para tecidos não-tecidos para melhorar a maciez do não- tecido, e geralmente são obtidas boas propriedades em teores elevados de fração solúvel.
Entretanto, a desvantagem é que teores elevados de solúveis em solvente reduzem substancialmente a tenacidade do tecido não-tecido.
Exemplos das fibras formadas com copolímeros olefínicos e mis- turas de poliolefinas são descritos na patente europeia 416 620. Os ditos polímeros que tem uma cristalinidade menor que 45% provem fibras tendo menor tenacidade e menor módulo que aqueles formados a partir de políme- ros de propileno mais cristalinos, porém com maciez melhorada e são capa- zes de manter as características do tecido.
Um outro exemplo a provido pela patente US 4 211 819, descre- vendo fibras adesivas termofundidas, obtidas pela fiação de um poli(pro- pileno-co-etileno-co-buteno-1) cristalino. Estas fibras tendo uma baixa tem- peratura de adesão por fusão são usadas somente como material adesivo, segue-se página 1a/25 portanto as propriedades mecânicas são conferidas por outros materiais. De fato, quando os tecidos não-tecidos são preparados nos exemplos, as ditas fibras são misturadas com fibras de rayon antes da calandragem.
O depositante descobriu agora que copolímeros olefínicos parti- culares e composições copoliméricas olefínicas provem fibras tendo uma capacidade de ligação térmica aperfeiçoada associada com um bom balanço de propriedades mecânicas, e tecidos não-tecidos tendo um melhor balanço de características de ligação térmica e propriedades físicas. Assim, na mes- ma temperatura ou mesmo em temperaturas inferiores de ligação, o tecido não-tecido do presente invento exibe propriedades aperfeiçoadas tais como tenacidade e alongamento, em comparação com os tecidos não-tecidos de fios ligados bem conhecidos compostos de homopolímeros e copolímeros de propileno com taxa de fluxo de fundido (MFR) similar.
Uma outra vantagem dos tecidos não-tecidos de fins ligados é a maciez aperfeiçoada. A maior maciez contribui, com o toque macio, para aperfeiçoar a qualidade final do tecido não-tecido, em particular para aplicações de higiene em que o mercado aprecia tecidos não-tecidos muito macios com aparência de tecido.
Uma outra vantagem é que pela escolha apropriada de algumas propriedades do material polimérico de propileno, são obtidos tecidos não- tecidos com excelentes propriedades, tais como tenacidade, mesmo em combinação com um alto alongamento, e baixos teores de solúveis em solventes.
Portanto, o presente invento provê fibras para tecidos não- tecidos de fios ligados compreendendo uma composição polimérica de propileno (A) tendo um valor de MFR (MFR(1)) de 6 a 150 g/10 min., preferencialmente de 10 a 60, mais preferencialmente de 15 a 35, escolhido dentre o grupo que consiste de:
i) um copolímero estatístico cristalino de propileno ou uma composição polimérica cristalina de propileno escolhida dentre:
a) uma composição copolimérica ou polimérica contendo pelo menos 0,8% em peso de etileno e opcionalmente uma ou mais α-olefinas C4-C10 e tendo uma temperatura de fusão de 155°C ou maior, um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 5% em peso, um valor da razão da fração polimérica coletada na faixa de temperatura de 25° a 95°C por fracionamento de eluição por elevação da temperatura (TREF) com xileno para a fração solúvel em xileno à temperatura ambiente maior que 8; e
b) uma composição copolimérica ou polimérica contendo mais de 2,5% em peso de etileno e opcionalmente uma ou mais α-olefinas C 4-C10 e tendo uma temperatura de fusão de 153°C ou maior, um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 10% em peso, preferencialmente menor que 8% em peso, e um valor da razão da fração polimérica coletada na faixa de temperatura de 25° a 95°C por fracionamento de eluição por elevação da temperatura (TREF) com xileno para a fração solúvel em xileno à temperatura ambiente maior que 4, preferencialmente maior que 4,5; e
ii) uma composição polimérica cristalina de propileno contendo pelo menos 0,64% em peso de unidades recorrentes de etileno e/ou α-olefina C4-C10 e compreendendo (percentagens em peso):
I) de 20 a 80%, preferencialmente de 30 a 70%, de um homopolímero cristalino de propileno ou de um copolímero estatístico cristalino de propileno contendo até 1,5%, preferencialmente até 0,5% em peso de etileno α-olefina C4-C10; e
II) de 20 a 80%, preferencialmente de 30 a 70%, de um copolímero estatístico
cristalino de propileno escolhido dentre o grupo que consiste de: lia) um copolímero cristalino de propileno com de 0,8 a 10% em peso de etileno; desde que a diferença no teor de etileno entre o polímero (I) e o polímero (IIa) seja de pelo menos 0,8 unidades percentuais, preferencialmente de 1 unidade percentual, mais preferencialmente de 2 unidades percentuais, com respeito ao peso do relativo (co)polímero;
llb) um copolímero cristalino de propileno com de 1,5 a 18% em peso de uma a- olefina C4-C10 e opcionalmente etileno; desde que a diferença no teor de comonômero entre o polímero (I) e o polímero (IIb) seja de pelo menos 1,5 unidades percentuais, preferencialmente de 2 unidades percentuais, com respeito ao peso do relativo (co)polímero; e llc) uma mistura dos copolímeros (IIa) e (llb).
No presente invento, o termo "copolímero" significa um polímero com duas ou mais unidades recorrentes diferentes, tal como um bipolímero e um terpolímero.
Os polímeros cristalinos acima exibem uma estereorregularidade do tipo isotática.
Quando o etileno está presente como único comonômero no componente (i)(a), o dito componente exibe aproximadamente um teor de etileno de 0,8 a3% em peso, com relação ao peso de todo o componente.
Quando o etileno está presente como único comonômero no componente (i)(b), o dito componente exibe aproximadamente um teor de etileno de até5% em peso.
Quando as α-olefinas também estão presentes no componente (i), elas estão geralmente dentro de 1 a 6% em peso, com relação ao peso de todo o componente.
Preferencialmente, a composição (ii) de dita composição polimérica (A) exibe as seguintes características:
.1) uma temperatura de fusão de 153°C ou maior; e
.2) um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 10%, preferencialmente menor que 9% em peso.
Quando o etileno estiver presente como comonômero no copolímero estatístico (N)(IIb)1 o teor de etileno geralmente está dentro de 1% em peso com relação ao peso do próprio copolímero. Numa forma preferida de reação, dita composição polimérica (ii) compreende (percentagem em peso):
l) de 20 a 80%, preferencialmente de 30 a 70%, de um homopolímero e/ou copolímero estatístico cristalino de polipropileno contendo até 1,5%, preferencialmente de até 0,5% de etileno e/ou α-olefina C4-Ci0; e
ll) de 20 a 80%, preferencialmente de 30 a 70%, de um copolímero estatístico cristalino escolhido dentre:
lla) um copolímero de propileno com de 0,8 a 5% de etileno; desde que a diferença no teor de etileno entre o polímero (I) e o polímero (IIa) seja de pelo menos 0,8 unidades percentuais, com respeito ao peso do relativo (co)polímero;
llb) um copolímero de propileno com de 1,5 a 12% de uma α-olefina C4-C10 e opcionalmente etileno; desde que a diferença no teor de comonômero entre o polímero (I) e o polímero (IIb) seja de pelo menos 1,5 unidades percentuais, com respeito ao peso do relativo (co)polímero; e llc) uma mistura dos copolímeros (IIa) e (llb).
Dita composição (ii) tem preferencialmente uma temperatura de fusão de 155°C ou maior, um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 5% em peso e um valor da razão entre a fração polimérica coletada na faixa de temperatura de 25° a 95°C por TREF com xileno e a fração solúvel em xileno à temperatura ambiente, maior que 8.
Os valores de MFR dos dois polímeros propilênicos que constituem a composição polimérica (ii) podem ser similares ou diferentes.
É particularmente preferida uma composição polimérica cristalina de propileno (ii) em que o componente (I) é um homopolímero de propileno e o componente (II) é um copolímero estatístico de etileno-propileno.
Os tecidos não-tecidos de fios ligados tendo valores particularmente altos de ambos tenacidade e alongamento na ruptura são tipicamente obtidos a partir de fibras preparadas com composições (A) tendo um valor de MFR (1) de 10 a 40 g/10 min, preferencialmente de 20 a 40 g/10 min. Preferencialmente, dita composição (A) exibe um valor de índice de polidispersidade tipicamente de 3 a 6, mais preferencialmente de 3,5 a 6. Os tecidos não-tecidos de fios ligados produzidos com fibras compreendendo ditas composições (A) têm tipicamente um valor de tenacidade de 90 N/5 cm, medido na direção da máquina, e 60 N/5cm medido na direção transversal. O alongamento na ruptura é tipicamente de pelo menos 90%, preferencialmente de 100%, medido em ambas as direções.
As fibras de acordo com o presente invento têm tipicamente um valor de tenacidade maior que 22 cN/tex, preferencialmente maior que 23 cN/tex, com produtividade padrão.
O alongamento na ruptura mostrado pelas fibras de acordo com o presente invento é tipicamente maior que 140%, preferencialmente de pelo menos 150%, com produtividade padrão.
As fibras de acordo com o presente invento têm tipicamente um titre variando de 0,8 a 8 dtex.
As fibras adequadas para tecidos de fios ligados também são preparadas com dita composição polipropilênica (A) obtenível submetendo-se a degradação química uma composição polimérica precursora (B) tendo um valor de MFR (MFR (2)) de 0,5 a 50 g/10 min., desde que a razão de MFR (1) para MFR (2) seja de 1,5 a 60, preferencialmente de 6 a 30.
A degradação química das cadeias poliméricas do polímero precursor (B) é executada pelo uso de técnicas apropriadas e bem conhecidas.
Uma de ditas técnicas é baseada no uso de peróxidos que são adicionados numa extrusora para o material polimérico numa quantidade que permita obter o grau desejado de degradação química. Tal degradação é alcançada trazendo-se o material polimérico a uma temperatura pelo menos igual à temperatura de decomposição dos peróxidos e em condições de tensão de cisalhamento mecânico.
Os peróxidos que são mais convenientemente empregáveis para a degradação química têm uma temperatura de decomposição preferencialmente variando de 150° a 250°C. Exemplos de ditos peróxidos são peróxido de di-t-butila, peróxido de dicumila, 2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)hexina, e 2,5-dimetil-2,5-di(t- butilperoxi)hexano, que é comercializado sob a marca Luperox™ 101.
Preferencialmente, dita composição (A) quimicamente degradada tem um valor de índice de polidispersidade de 2 a 6, preferencialmente de 2 a3.
As α-olefinas C4-C10 que podem estar presentes como co- monômeros em ditas composições copoliméricas ou poliméricas de propileno são representadas pela fórmula CH2=CHR1 em que R é um radical alquila, linear ou ramificado, com de 2 a 8 átomos de carbono, ou um radical arila (em particular fenila). Exemplos de ditas α-olefinas C4-Ci0 são buteno-1, penteno-1, hexeno-1, 4-metilpenteno-1 e octeno-1. O buteno-1 é particularmente preferido.
Uma outra forma de realização do presente invento é uma composição polimérica de propileno (A) quimicamente degradada, tendo um valor de MFR (1) de 6 a 150 g/10 min., preferencialmente de 10 a 60, mais preferencialmente de15 a 35, sendo escolhida dentre:
i) um copolímero estatístico cristalino de propileno ou uma composição polimérica cristalina de propileno escolhida dentre:
a) uma composição copolimérica ou polimérica contendo pelo menos 0,8% em peso de etileno e opcionalmente uma ou mais α-olefinas C4-C10 e tendo uma temperatura de fusão de 155°C ou maior, um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 5% em peso, um valor da razão da fração polimérica coletada na faixa de temperatura de 25° a 95°C por TREF com xileno para a fração solúvel em xileno à temperatura ambiente maior que 8; e
b) uma composição copolimérica ou polimérica contendo mais de 2,5% em peso de etileno e opcionalmente uma ou mais α-olefinas C 4-C10 e tendo uma temperatura de fusão de 153°C ou maior, um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 10% em peso, preferencialmente menor que 8% em peso, e um valor da razão da fração polimérica coletada na faixa de temperatura de .25° a 95°C por TREF com xileno para a fração solúvel em xileno à temperatura ambiente maior que 4, preferencialmente maior que 4,5; e ii) uma composição polimérica cristalina de propileno contendo pelo menos 0,64% em peso de unidades recorrentes de etileno e/ou α-olefina C4-C10 e compreendendo (percentagens em peso):
I)de 20 a 80%, preferencialmente de 30 a 70%, de um homopolímero cristalino de propileno ou de um copolímero estatístico cristalino de propileno contendo até .1,5%, preferencialmente até 0,5% em peso de etileno α-olefina C4-C10; e
II)de 20 a 80%, preferencialmente de 30 a 70%, de um copolímero estatístico cristalino de propileno escolhido dentre:
lla) um copolímero cristalino de propileno com de 0,8 a 5% em peso de etileno; desde que a diferença no teor de etileno entre o polímero (I) e o polímero (lla) seja de pelo menos 0,8 unidades percentuais, preferencialmente de 1 unidade percentual, mais preferencialmente de 2 unidades percentuais, com respeito ao peso do relativo (co)polímero; llb) um copolímero cristalino de propileno com de 1,5 a 12% em peso de uma a- olefina C4-Ci0 e opcionalmente etileno; desde que a diferença no teor de comonômero entre o polímero (I) e o polímero (IIb) seja de pelo menos 1,5 unidades percentuais, preferencialmente de 2 unidades percentuais, com respeito ao peso do relativo (co)polímero; e llc) uma mistura dos copolímeros (IIa) e (llb).
Dita composição polimérica é obtenível submetendo-se à degradação química uma composição polimérica (B) precursora tendo um valor de MFR (2) de 0,5 a 50 g/10 min., desde que a razão de MFR (1) para MFR (2) seja de 1,5 a 60, preferencialmente de 6 a 30.
Dita composição polimérica (A) tem preferencialmente as
seguintes características: 1)uma temperatura de fusão de 155°C ou maior; e 2)um teor de fração solúvel em xileno à temperatura ambiente menor que 4%, preferencialmente menor que 3% em peso, mais preferencialmente menor que 2,5% em peso; e 3)um valor da razão do polímero coletado na faixa de temperatura de 25° a 95°C por TREF com xileno para a fração solúvel em xileno à temperatura ambiente maior que 8, preferencialmente maior que 10, mais preferencialmente maior que 12, em peso.
Preferencialmente, dita composição (A) tem um valor de índice de polidispersidade de 2,0 a 4,5, mais preferencialmente de 2,0 a 3,0.
A composição polimérica (A) pode ser preparada com um processo compreendendo os seguintes estágios:
.1) preparar previamente dita composição precursora (B) pela polimerização dos monômeros em um ou mais estágios seqüenciais, operando-se em cada estágio na presença do polímero formado e do catalisador usado no estágio precedente, e dosar o regulador de peso molecular (preferencialmente hidrogênio) em tais quantidades para se obter um valor de MFR (2) para a composição precursora de 0,5 a 50 g/10 min.; e
.2) submeter a composição precursora (B) obtida no estágio (1) a um tratamento de degradação a fim de se obter ditos valores de MFR (1) para a composição final de 6 a 150 g/10 min., mais preferencialmente de 10 a 60 g/10 min., com uma razão de degradação, em termos da razão de MFR (1) para MFR (2) de 1,5 a 60, preferencialmente de 6 a 30.
A composição precursora (B) é submetida à degradação química das cadeias poliméricas de acordo com processos bem conhecidos do estado da técnica. Por exemplo, o processo de degradação é executado por meio de iniciadores de radicais livres, tais como peróxidos. Exemplos de peróxidos que podem ser usados para esta finalidade são o 2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)hexano e peróxido de dicumila. A degradação é executada usando-se quantidades apropriadas de iniciadores de radicais livres, e preferencialmente ocorre numa atmosfera inerte, tal como nitrogênio. Podem ser usados para executar tal processo os métodos, aparelhos e condições de operação conhecidos do estado da técnica.
A partir da descrição acima, deve estar claro que na composição precursora (B) os teores de comonômero e as quantidades relativas são os mesmos na composição final (A) (após a degradação). O tratamento de degradação tem o efeito de aumentar os valores de MFR da composição de MFR (2) para MFR (1), com os ditos valores da razão de MFR (1) para MFR (2) de 1,5 a 60, preferencialmente de 6 a 30.
As composições de acordo com o presente invento podem ser preparadas por polimerização em uma ou mais etapas de polimerização. Tal polimerização é executada na presença de catalisadores estereoespecíficos Ziegler- Natta. Um componente essencial de ditos catalisadores é um componente catalítico sólido compreendendo um composto de titânio tendo pelo menos uma ligação titânio- halogênio, e um composto doador de elétrons, ambos suportados em um haleto de magnésio na forma ativa. Um outro componente essencial (cocatalisador) é um composto organoalumínio, tal como um composto alquil-alumínio.
Um doador externo é opcionalmente adicionado. Os catalisadores geralmente usados no processo de acordo com o presente invento são capazes de produzir polipropileno com um índice de isotaticidade (determinado como fração insolúvel em xileno a 25°C e descrita abaixo) maior que 90%, preferencialmente maior que 95%.
Os catalisadores tendo as características mencionadas acima são bem conhecidos da literatura de patente; são particularmente vantajosos os catalisadores descritos na patente US 4 399 054 e na patente européia 45977. Outros exemplos podem ser encontrados na patente US 4 472 524.
Os componentes catalíticos sólidos usados em ditos catalisadores compreendem, como doadores de elétrons (doadores internos), compostos escolhidos dentre o grupo que consiste de éteres, cetonas, lactonas, succinatos, compostos contendo átomos de Ν, P e/ou S, e ésteres de ácidos mono- e di-carboxílicos.
Os compostos doadores de elétrons particularmente adequados são os succinatos não-extraíveis; são particularmente preferidos os succinatos de fórmula (I) abaixo: <formula>formula see original document page 10</formula>
em que os radicais R1 e R2, iguais ou diferentes um do outro, são grupos C1-C2O alquila, alcenila, cicloalquila, arila, arilalquila ou alquilarila, lineares ou ramificados, opcionalmente contendo heteroátomos; os radicais de R3 e R4, iguais ou diferentes uns dos outros, são hidrogênio ou grupos C1-C20 alquila, cicloalquila, arila, arilalquila ou alquilarila, lineares ou ramificados, opcionalmente contendo heteroátomos, com a condição de que pelo menos um deles é uma alquila ramificada; ditos compostos sendo, com relação aos dois átomos carbono assimétricos identificados na estrutura de fórmula (I), estereoisômeros do tipo (S,R) ou (R1S) que estão presentes na forma pura ou em misturas.
R1 e R2 são preferencialmente grupos C1-C8 alquila, cicloalquila, arila, arilalquila e alquilarila.
São particularmente preferidos os compostos em que R1 e R2 são escolhidos dentre alquilas primárias, e em particular alquilas primárias ramificadas. Exemplos de grupos R1 e R2 adequados são metila, etila, n-propila, n-butila, isobutila, neopentila, 2-etilhexila. São particularmente preferidos a etila, a isobutila e a neopentila.
São particularmente preferidos os compostos em que R3 e/ou R4 são alquilas secundárias como isopropila, sec-butila, 2-pentila, 3-pentila ou cicloalquilas como ciclohexila, ciclopentila, ciclohexilmetila.
Exemplos dos compostos mencionados acima são as formas (S1R) (S,R) pura ou em mistura, opcionalmente na forma racêmica, de 2,3- bis(trimetilsilil) succinato de dietila, 2,3-bis(2-etilbutil) succinato de dietila, 2,3-dibenzil succinato de dietila, 2,3-diisopropil succinato de dietila, 2,3-diisopropil succinato de diisobutila, 2,3-bis(ciclohexilmetil) succinato de dietila, 2,3-diisobutil succinato de dietila,2,3-dineopentil succinato de dietila, 2,3-diciclopentil succinato de dietila, 2,3-diciclohexil succinato de dietila.
Outros compostos doadores de elétrons adequados são os1,3-diéteres de fórmula:
<formula>formula see original document page 11</formula>
em que R1 e R111 iguais ou diferentes um do outro, são radicais alquila C1-C18, cicloalquila C3-C18 ou arila C7-C18; Rm e Riv, iguais ou diferentes um do outro, são radicais alquila C1- C4; ou são os 1,3-diéteres em que o átomo de carbono na posição 2 pertence a uma estrutura cíclica ou policíclica composta de 5, 6 ou 7 átomos de carbono ou de 5-n ou 6-n' átomos de carbono, e respectivamente η átomos de nitrogênio e n' átomos escolhidos dentre o grupo que consiste de N, O, S e Si, em que η é 1 ou 2 e n' é 1, 2 ou 3, dita estrutura contendo duas ou três insaturações (estrutura ciclopoliênica), e opcionalmente sendo condensada com outras estruturas cíclicas, ou substituída com um ou mais substituintes escolhidos dentre o grupo que consiste de radicais alquila lineares ou ramificados; radicais cicloalquila, arila, arilalquila, alquilarila e halogênios, ou sendo condensada com outras estruturas cíclicas e substituída com um ou mais dos substituintes mencionados acima que também podem estar ligados às estruturas cíclicas condensadas; um ou mais dos radicais alquila, cicloalquila, arila, arilalquila ou alquilarila mencionados acima e as estruturas cíclicas condensadas opcionalmente contendo um ou mais heteroátomos como substituintes para átomos de carbono ou hidrogênio, ou para ambos.
Os éteres deste tipo são descritos nos pedidos de patente européia 361 493 e 728 769.
Exemplos representativos de ditos diéteres são 2-metil-2- isopropil-1,3-dimetoxipropano, 2,2-diisobutil-1,3-dimetoxipropano, 2-isopropil-2-ciclopentil-1,3-dimetoxipropano, 2-isopropil-2-isoamil-1,3-dimetoxipropano, 9.9- bis(metoximetil)fluoreno.
A preparação dos componentes catalíticos mencionados acima é executada de acordo com vários métodos.
Por exemplo, um aduto de MgCI^ nROH (em particular na forma de partículas esferoidais) em que η é geralmente de 1 a 3 e ROH é etanol, butanol ou isobutanol, é reagido com um excesso de TiCI4 contendo o composto doador de elétrons. A temperatura de reação é geralmente de 80 a 120°C. O sólido é então isolado e reagido mais uma vez com TiCI4, na presença ou ausência do composto doador de elétrons, após o quê ele é separado e lavado com alíquotas de um hidrocarboneto até que todos os íons de cloro tenham desaparecido.
No componente catalítico sólido, o composto de titânio, expresso como Ti, está presente geralmente numa quantidade de 0,5 a 10% em peso. A quantidade de composto doador de elétrons que permanece fixada ao componente catalítico sólido é geralmente de 5 a 20% em moles com relação ao dihaleto de magnésio.
Os compostos de titânio que podem ser usados para a preparação do componente catalítico sólido são os haletos e os halogeno-alcoolatos de titânio. O composto preferido é o tetracloreto de titânio.
As reações descritas acima resultam na formação de um haleto de magnésio na forma ativa. São conhecidas da literatura outras reações que levam à formação de haleto de magnésio na forma ativa partindo de compostos de magnésio diferentes de haletos, tais como os carboxilatos de magnésio.
A forma ativa do haleto de magnésio no componente catalítico sólido pode ser reconhecida pelo fato que no espectro de raios-X do componente catalítico, a reflexão de máxima intensidade que aparece no espectro do haleto de magnésio não ativado (tendo uma área de superfície menor que 3 m2/g) já não está presente, mas em seu lugar está um halo com a intensidade máxima deslocada com relação à posição da reflexão de máxima intensidade do dihaleto de magnésio não ativado, ou pelo fato que a reflexão de máxima intensidade mostra uma largura de meio pico pelo menos 30% maior que aquela da reflexão de máxima intensidade que aparece no espectro do haleto de magnésio não ativado. As formas mais ativas são aquelas em que o halo mencionado acima aprece no espectro de raios-X do componente catalítico sólido.
Dentre os haletos de magnésio, o cloreto de magnésio é o preferido. No caso das formas mais ativas de cloreto de magnésio, o espectro de raios-X do componente catalítico sólido mostra um halo em vez da reflexão que aparece em 2,56 Â no espectro do cloreto não ativado.
Os compostos alquil-AI usados como co-catalisadores compreendem os trialquilalumínios, tais como trietil-AI, triisobutil-AI, tri-n-butil-AI e compostos alquil-AI lineares ou cíclicos contendo dois ou mais átomos de Al ligados por meio de átomos de O ou N, ou grupos SO3 ou SO4.
O composto alquil-AI é geralmente usado em quantidades tais que a razão Al/Ti seja de 1 a 1000.
Os compostos doadores de elétrons que podem ser usados como doadores externos incluem os ésteres de ácidos aromáticos, tais como benzoatos de alquila, e em particular compostos de silício contendo pelo menos uma ligação Si-OR, em que R é um radical hidrocarboneto.
Exemplos de compostos de silício são (t-butil)2Si(OCH3)2, (ciclohexil)(metil)Si(OCH3)2, (fenil)2Si(OCH3)2 e (cíclopentíl)2Si(OCH3)2. Os 1,3-diéteres tendo a fórmula descrita acima também podem ser vantajosamente usados. Se o doador interno for um destes diéteres, os doadores externos podem ser omitidos.
Em particular, mesmo que muitas outras combinações dos componentes catalíticos previamente mencionados possam permitir obter polímeros e composições poliméricas tendo as características 1) e 2) previamente ditas, os copolímeros estatísticos são preferencialmente preparados pelo uso de catalisadores contendo ftalato como doador interno e (ciclopentil)2Si(OCH3)2 como doador externo, ou os ditos 1,3-diéteres como doador interno e (ciclopentil)2Si(OCH3)2 como doador externo.
Como previamente dito, o processo de polimerização pode ser executado em uma ou mais etapas. No caso da composição (ii), ela pode ser executada em pelo menos duas etapas seqüenciais, em que o primeiro (co)polímero de propileno e o segundo copolímero estatístico de propileno são preparados em etapas subsequentes separadas, operando-se em cada etapa, exceto na primeira, na presença do polímero formado e do catalisador usado na etapa precedente. Claramente, quando a composição (ii) contém (co)polímeros adicionais, torna-se necessário adicionar etapas de polimerização adicionais para produzi-los. As ditas etapas de polimerização podem ser executadas em reatores separados, ou em um ou mais reatores em que são gerados gradientes de concentração de monômero e condições de polimerização. O catalisador é geralmente adicionado somente na primeira etapa, entretanto sua atividade é tal que ele ainda permanece ativo para todas as etapas subsequentes.
A regulagem do peso molecular é executada pelo uso de reguladores conhecidos, em particular hidrogênio.
Pela dosagem apropriada da concentração de regulador de pesos moleculares nas etapas relevantes, são obtidos os valores de MFR (2) previamente descritos.
Todo o processo de polimerização, que pode ser contínuo ou em lotes, é executado seguindo técnicas conhecidas e operando em fase líquida, na presença ou não de um diluente inerte, ou em fase gasosa, ou por técnicas mistas de líquido-gás. O tempo de reação, a pressão e a temperatura relativos às duas etapas não são críticos, entretanto, seria melhor se a temperatura fosse de 20 a 100°C. A pressão pode ser a atmosférica ou maior. Os catalisadores podem ser precontactados com pequenas quantidades de olefinas (prepolimerização).
Também é possível empregar um processo para a polimerização cataiítica na fase gasosa executada em pelo menos duas zonas de polimerização interconectadas, o processo compreendendo alimentar um ou mais monômeros em ditas zonas de polimerização na presença de catalisador sob condições de reação e coletar o produto polimérico a partir de ditas zonas de polimerização, em cujo processo as partículas de polímero em crescimento fluem para cima através de uma de ditas zonas de polimerização (elevadora) sob condições de fluidização rápida, deixam dita zona elevadora e entram em outra zona de polimerização (descida) através da qual eles fluem para baixo sob a ação da gravidade, deixam dito tubo de descida e são reintroduzidas na elevadora, estabelecendo assim uma circulação de polímero entre a zona elevadora e a zona de descida, o processo sendo opcionalmente caracterizado pelo fato de:
- serem providos meios que são capazes de evitar totalmente ou parcialmente que a mistura gasosa presente na zona elevadora entre na zona de descida, e
- ser introduzido na zona de descida um gás e/ou mistura líquida tendo uma composição diferente da mistura gasosa presente na zona elevadora.
Um tal processo de polimerização é ilustrado no pedido de patente internacional WO 00/02929.
De acordo com uma forma particularmente vantajosa de realização do presente processo, a introdução, na zona de descida, de dito gás e/ou mistura líquida tendo uma composição diferente da mistura gasosa presente na zona elevatória é efetiva para evitar que esta última mistura entre na zona de descida.
A composição polimérica de propileno (A) usada para fibras e tecidos não-tecidos de acordo com o presente invento também pode conter aditivos freqüentemente empregados no estado da técnica, tais como antioxidantes, estabilizantes de luz, estabilizantes térmicos, agentes antiestáticos, retardantes de chama, cargas, agentes nucleantes, pigmentos, agentes antifuligem, fotosensibilizantes.
Como dito acima, uma das formas de realização do presente invento é um tecido não-tecido. Ele tem um peso tipicamente abaixo de 200 g/m2.
O tecido do presente invento pode ser preparado com os processos bem conhecidos para a preparação de tecidos não-tecidos de fios ligados, com o qual as fibras são espalhadas para formar diretamente uma teia de fibras e são calandradas para se obter o tecido não-tecido.
Num processo típico de ligação de fios, o polímero é aquecido numa extrusora até o ponto de fusão do polímero ou da composição polimérica e então o polímero fundido é bombeado sob pressão através de uma fiandeira contendo vários orifícios de diâmetro desejado, produzindo com isso filamentos de polímero fundido e sem submeter os filamentos a um estiramento subsequente.
O equipamento é caracterizado pelo fato de incluir uma extrusora com um molde na sua cabeça de fiação, uma torre de resfriamento, um dispositivo de recolhimento de ar de sucção que usa tubos Venturi.
Por baixo deste dispositivo que usa a velocidade do ar para controlar a velocidade de recolhimento, os filamentos são geralmente coletados sobre uma correia transportadora, onde são distribuídos, formando uma teia para ligação térmica numa calandra.
Ao usar o equipamento típico de ligação de fios, é conveniente aplicar as seguintes condições de processo:
- a saída por furo varia de 0,1 a 2 g/min, preferencialmente de 0,2 a 1 g/min;
- os filamentos de polímero fundido alimentados a partir da face da fiandeira são geralmente resfriados por meio de um fluxo de ar e são solidificados como resultado do resfriamento;
- a temperatura da fiandeira é geralmente de entre 200° e 300°C, preferencialmente de entre 220° e 250°C.
O tecido pode ser constituído de não-tecidos monocamada ou multicamadas.
Numa forma preferida de realização do presente invento, o tecido não-tecido tem multicamadas e pelo menos uma camada compreende fibras formadas a partir de dita composição polimérica de propileno (A). As outras camadas podem ser obtidas pelos processos diferentes de ligação de fios e podem compreender outros tipos de polímeros.
Tipicamente, o tecido não-tecido de fios ligados composto de fibras compreendendo a composição (A) quimicamente degradada de acordo com o presente invento tem uma tenacidade de pelo menos 30 N medida na direção da máquina (MD) e de pelo menos 7,7 N medidos na direção transversal (CD) e um alongamento na ruptura de pelo menos 38% medido na direção da máquina e de pelo menos 58% medido na direção transversal.
O tecido não-tecido de acordo com o presente invento, com tenacidade, maciez e alongamento na ruptura aperfeiçoados, é útil em várias aplicações. Por exemplo, o tecido não-tecido pode ser convertido em capa de materiais e fraldas.
Os seguintes exemplos são dados para ilustrar e não para
limitar o presente invento.
Os dados relativos aos materiais poliméricos e às fibras da descrição e dos exemplos são determinados por meio dos métodos relatados abaixo:
- MFR: método ISO 1133 (230°C„ 2,16 kg).
- Temperatura de fusão e de cristalização: por análise DSC, com variação de temperatura de 20°C por minuto.
- Teor de etileno: por espectroscopia de infravermelho (IR).
- índice de polidispersidade (PI): medida da distribuição de pesos moleculares do polímero. Para determinar o valor de Pl1 o módulo de separação em baixos valores de módulo, p.ex. 500 Pa, é determinado a uma temperatura de 200°C pelo uso de um reômetro de placas paralelas RMS-800 comercializado por Rheometrics (USA), operando a uma freqüência de oscilação que aumenta de 0,01 rad/s a 100 rad/s. A partir do valor do módulo de separação, o Pl pode ser derivado usando-se a seguinte equação:
Pl = 54.6 χ (módulo de separação)"176 em que o módulo de separação (MS) é definido como:
MS = (freqüência em G' = 500 Pa) / (freqüência em G" = 500 Pa) em que G' é o módulo de armazenagem, e G" é o módulo inferior.
- Frações solúveis e insolúveis em xileno a 25°C: 2,5 g de polímero são dissolvidas em 250 mL de xileno a 135°C sob agitação. Após 20 minutos, a solução é deixada a resfriar até 25°C, ainda sob agitação, e então é deixada a decantar por 30 minutos. O precipitado é filtrado com papel filtro, a solução é evaporada em fluxo de nitrogênio, e o resíduo é secado sob vácuo a 80°C até que se obtenha um peso constante. Assim, calcula-se o percentual em peso de polímero solúvel e insolúvel à temperatura ambiente.
- Fracionamento de eluição por elevação da temperatura com xileno: Cerca de 1 g de amostra é dissolvido em 200 mL de o-xileno, estabilizado com 0,1 g/L de Irganox 1010 (tetraquis-3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propanoato de pentaeritritila). A temperatura de dissolução está na faixa de 125 a 135°C. A solução resultante é vertida em uma coluna preenchida com contas de vidro e subseqüentemente resfriada lentamente em 16,5 h até 25°C.
A primeira fração é obtida à temperatura ambiente eluindo com o-xileno. A segunda fração é recolhida após ter elevado a temperatura da coluna até 95°C. O componente polimérico solúvel entre 25 e 95°C é recolhido como uma única fração. As sucessivas frações são eluídas com o-xileno enquanto que a temperatura é elevada linearmente entre 95 e 125°C. Cada fração, recuperada como 200 mL de solução, é coletada a incrementos de temperatura de 1°C. As frações poliméricas são subseqüentemente precipitadas com acetona, filtradas em um filtro de PTFE de 0,5 μm, secadas sob vácuo a 70°C, e pesadas.
- titre dos filamentos: a partir de uma mecha de 10 cm de comprimento, são escolhidas aleatoriamente 50 fibras e pesadas. O peso total das 50 fibras, expresso em mg, é multiplicado por 2, obtendo com isso o titre em dtex.
- Tenacidade e alongamento (na ruptura) dos filamentos: a partir de uma mecha de 500 m é cortado um segmento de 100 m de comprimento. A partir deste segmento, são aleatoriamente escolhidas as fibras unitárias a serem testadas. Cada fibra individual a ser testada é fixada aos grampos de um dinamômetro Instron (modelo 1122) e tensionada até romper com uma velocidade de tração de 20 mm/min. para alongamentos menores que 100% e 50 mm/min. para alongamentos maiores que 100%, a distância inicial entre os grampos sendo de 20 mm. São determinados a resistência final (carga na ruptura) e o alongamento na ruptura.
A tenacidade é derivada usando-se a seguinte equação:
Tenacidade = resistência final (cN) χ 10/titre (dtex)
- Força de ligação: quando são preparadas amostras de não-tecido, a resistência de ligação é determinada em amostras de 20 cm de comprimento e 5 cm de largura. As extremidades da largura de 5 cm são fixadas aos grampos do dinamômetro e tensionadas numa velocidade de grampo de 100 mm/min. (a distância inicial dos grampos sendo de 10 cm). A força máxima medida na direção da máquina e na direção transversal, com relação à etapa de calandragem, representa a resistência das fibras.
Exemplos 1 e 2
Os polímeros são preparados pela polimerização de propileno e etileno sob condições contínuas numa instalação compreendendo um aparelho de polimerização em fase gasosa.
O catalisador empregado compreende um componente catalítico preparado por analogia com o exemplo 5 da patente EP-A-728 769, porém usando MgCI2 1.7C2H5C>H microesferoidal em vez de MgCI2 ZIC2H5OH.
Sistema catalítico e tratamento de prepolimerização
Antes de introduzir o componente catalítico nos reatores de polimerização, o componente catalítico sólido descrito acima é contactado a 12°C por 24 minutos com trietilalumínio (TEAL) e diciclopentildimetoxisilano (DCPMS) numa quantidade tal que a razão em peso de TEAL para o componente catalítico sólido seja igual a 5 e a razão em peso de TEAL para DCPMS seja 4.
O sistema catalítico é então submetido à prepolimerização mantendo-o em suspensão em propileno líquido a 20°C por cerca de 5 minutos antes de introduzi-lo no primeiro reator de polimerização.
Polimerização
A polimerização é conduzida em modo contínuo numa série de dois reatores equipados com dispositivos para transferir o produto de um reator para o outro imediatamente seguinte a ele. Os dois reatores são reatores de fase líquida. O polímero (I) é preparado no primeiro reator, enquanto que o polímero (II) é preparado no segundo.
É usado hidrogênio como regulador de peso molecular.
A fase gasosa (propileno, etileno e hidrogênio) é continuamente analisada por cromatografia gasosa.
No final da polimerização, o pó é descarregado e secado sob fluxo de nitrogênio.
As condições principais de polimerização e os dados analíticos relativos aos polímeros produzidos nos dois reatores são relatados na Tabela 1.
A composição polimérica assim obtida é submetida a extrusão/granulação numa extrusora de rosca dupla (L/D = 35) na presença de cerca de .0,05% em peso de Luperox™ 101 (i.e., 2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)hexano, 0,05% em peso de estearato de cálcio e 0,15% em peso de Irganox® B215 (i.e. 50% em peso de pentaeritril-tetraquis[3(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil]propionato e 50% em peso de bis(2,4-di- t-butiIfeηiI)fosfito) comercializado por Ciba® Speciality Chemicals. As condições de operação são como segue: temperatura do cabeçote de 250°C, temperatura de fusão de .239°C e produtividade de 21 kg/hora.
As propriedades das composições poliméricas após a degradação química são relatadas na Tabela 1.
Exemplos comparativos 1 e 2 (1c e 2c)
Homopolímeros cristalinos de propileno comerciais para processamento por ligação de fios tendo as características relatadas na Tabela 1 foram submetidos à degradação química nas mesmas condições e com os mesmos agentes dos empregados nos exemplos 1 e 2. As propriedades principais dos homopolímeros degradados são relatadas na Tabela 1.
TABELA 1
<table>table see original document page 18</column></row><table> <table>table see original document page 19</column></row><table>
Nota: Divisão = quantidade de polímero produzido
Exemplos 3 e 4 e Exemplo comparativo 3 (3c)
As composições poliméricas dos exemplos 1 e 2 e o homopolímero do exemplo comparativo 1 foram fiados numa linha piloto Leonard 25 com uma razão de comprimento/diâmetro de rosca de 25, diâmetro de rosca de 25 mm e razão de compressão de 1:3. A linha é comercializada por Costruzione Meccaniche Leonard-Sumirago (VA).
As características da fiação e as propriedades dos filamentos assim produzidos são relatadas na Tabela 2.
TABELA 2
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Com relação ao filamento do exemplo comparativo 3, os filamentos de acordo com o presente invento apresentam uma tenacidade aperfeiçoada. A capacidade de produzir filamentos de resistência tênsil maior pode ser vantajosamente usada para a produção de tecidos não-tecidos de fios ligados.
Exemplo 5 e Exemplo comparativo 4 (4c) A composição polimérica do exemplo 1 e o homopolímero do exemplo comparativo 1 foram processados numa linha de ligação de fios. Os testes foram conduzidos a plena capacidade da linha.
Os tecidos não-tecidos assim produzidos tinham um peso de15 g/m2.
Exemplo 6
O exemplo 5 foi repetido, exceto que a temperatura da calandra foi diminuída em 5°C.
Exemplo 7
O exemplo 6 foi repetido, exceto que os filamentos foram processados sob condições mais rigorosas pelo aumento da pressão do ar de arrasto.
As condições operacionais e as propriedades dos tecidos não-tecidos obtidos nos exemplos de 5 a 7 e no exemplo comparativo 4 são relatadas na Tabela 3.
TABELA 3
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1> Ordem de maciez: 1 = ruim; 2 = menor que a referência; 3 = igual à referência;4 = melhor que a referência; 5 = muito boa.
Os dados acima mostram que os filamentos do exemplo 3 exibem boa processabilidade, alta consistência e nenhuma quebra sob todas as condições testadas. Os tecidos não-tecidos assim produzidos de acordo com o presente invento mostram maior maciez e maior tenacidade do tecido que o tecido não-tecido comparativo. Exemplo 8 e Exemplo comparativo 5 (5c)
A composição polimérica do exemplo 2 e o homopolímero do exemplo 2 são testados numa linha de ligação de fios sob as mesmas condições.
As condições principais da extrusora, fieira e calandragem são relatadas na Tabela 4.
Exemplo 9
A composição polimérica do exemplo 2 foi fiada sob um maior estiramento por ar e temperatura menor de calandragem que no exemplo 8. TABELA 4
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Os dados na Tabela 4 mostram que os tecidos não-tecidos de acordo com o presente invento têm um aumento no alongamento na ruptura e tenacidade equivalente ou ainda melhor em comparação com o tecido não-tecido comparativo. Em particular, o tecido não-tecido do exemplo 9 mostra uma maior tenacidade em ambas direções MD e CD que o tecido não-tecido do exemplo 8, mantendo ainda bons valores de alongamento na ruptura em ambas direções MD e CD.
Exemplo 10
A composição polimérica é preparada e extrusada como no exemplo 1, exceto que nenhum peróxido é adicionado durante a extrusão.
As condições de polimerização e as características principais do polímero são relatadas na Tabela 5.
Exemplo comparativo 6 (6c)
Homopolímeros convencionais de propileno para processamento por ligação de fios tendo as características relatadas na Tabela 5 são submetidos à degradação química como no exemplo 1, com as quantidades e tipos de peróxidos e aditivos sendo as mesmas do exemplo 1. As propriedades principais do precursor e dos polímeros granulados são relatadas na Tabela 5.
TABELA 5
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Nota: Divisão = quantidade de polímero produzido
Exemplo 11 e Exemplo comparativo 7 (7c)
A composição polimérica do exemplo 10 e o homopolímero do exemplo comparativo 6 foram testados numa linha de ligação de fios sob as mesmas condições.
Os testes foram conduzidos na capacidade padrão da linha. Os tecidos não-tecidos assim produzidos tinham um peso de 35 g/m2
As condições operacionais e as propriedades dos tecidos não-tecidos obtidos no exemplo 11 e no exemplo comparativo 7 são relatados na Tabela 6.
TABELA 6 <table>table see original document page 23</column></row><table>
A composição polimérica do exemplo 10 exibe boa processabilidade, alta consistência e nenhuma ruptura foi experimentada durante os testes. O tecido não-tecido assim produzido de acordo com o presente invento mostra um maior alongamento e maior tenacidade que o tecido não-tecido comparativo.
Exemplo 12
Foi preparada uma composição polimérica usando-se o mesmo sistema catalítico do exemplo 1.
O catalisador foi enviado a um aparelho de polimerização em fase gasosa compreendendo dois reatores cilíndricos interconectados, de descida 1 e de subida 2. Foram estabelecidas condições de fluidização rápida no reator 1 pela reciclagem de gás do separador de gás-sólido. A forma de diferenciar a composição do gás nas duas pernas do reator é a barreira de alimentação. Esta corrente é o propileno alimentado na parte superior maior do reator de descida.
A composição polimérica foi então extrusada como no exemplo 1 na presença de 0,030% em peso de estearato de cálcio, 0,19% em peso de Irganox® B 501 W e 0,0730% em peso de peróxido (i.e. Luperox 101, marca de Akzo). Irganox® B 501 W é uma combinação de Irgafos® 168 e Irganox® 1425 WL numa razão1:1, em que Irgafos® 168 é tris(2,4-di-t-butilfenil)fosfito e Irganox® 1425 WL é uma combinação de cera de polietileno e bis(((3,5-bis(1,1-dimetiletil)-4- hidroxifenil)metil)etilfosfonato de cálcio numa razão 1:1, todos comercializados por Ciba® Speciality Chemicals.
As condições de polimerização e as propriedades da composição polimérica antes e depois da degradação química são relatadas na Tabela 7.
TABELA 7
<table>table see original document page 24</column></row><table>
Notas: C2" = etileno; C3" = propileno; C2" / (C2" + C3") = razão de alimentação de monômero.
Exemplo 13
A composição polimérica obtida no exemplo 12 acima foi fiada numa linha piloto Leonard 25 com uma razão de comprimento/diâmetro de rosca de .25, diâmetro de rosca de 25 mm e razão de compressão de 1:3. A linha é comercializada por Costruzione Meccaniche Leonard-Sumirago (VA).
Os testes de fiação foram executados com as seguintes condições: diâmetro de furo de 0,6 mm, produção de 0,6 g/min χ furo, e os valores mecânicos foram medidos em filamentos produzidos em velocidade de enrolamento de .2700 m/min, a fieira tinha 37 furos. A fiação foi estável sem nenhuma inconveniência.
Exemplo comparativo 7 (7c) O exemplo 13 foi repetido, exceto que o polímero é uma resina comercial composta de um homopolímero de propileno tendo um valor de MFR de25 g/10 min, um índice de polidispersidade de 2,6, uma temperatura de fusão de 1610C e uma quantidade de fração solúvel em xileno de 3,2 g/mL.
Na Tabela 8 são relatadas as propriedades dos filamentos
assim obtidos, em comparação com as propriedades dos filamentos feitos a partir de dito homopolímero comercial.
TABELA 8
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Vale notar a elevada tenacidade dos filamentos com uma
boa força de ligação do exemplo 13 em comparação com o produto comercial do exemplo comparativo 7. A retração também resultou ser muito maior. Estas características devem melhorar a qualidade do produto não-tecido.
Exemplo 14
O exemplo 12 foi repetido, exceto que foi preparada uma composição polimérica como a composição polimérica do exemplo 1. A composição polimérica foi então extrusada e granulada como no exemplo 1. As condições de polimerização e propriedades da composição polimérica são relatadas na Tabela 9.
TABELA 9
<table>table see original document page 25</column></row><table> <table>table see original document page 26</column></row><table>
Notas: C2" = etileno; C3" = propileno;
C2" / (C2" + C3") = razão de alimentação de monômero.
A composição polimérica foi então fiada como no exemplo 3. As propriedades dos filamentos assim produzidos são relatadas na Tabela 10.
TABELA 10
<table>table see original document page 26</column></row><table>
Exemplo 15
A composição polimérica do exemplo 14 foi processada numa linha de ligação de fios a plena capacidade nas mesmas condições do exemplo 7. Os tecidos não-tecidos assim produzidos tinham um peso de 15 g/m2.
As configurações principais da linha de ligação de fios e as principais propriedades dos tecidos não-tecidos são resumidos na Tabela 11.
TABELA 11
<table>table see original document page 26</column></row><table> <table>table see original document page 27</column></row><table>
Os filamentos processados no exemplo 15 exibem boa processabilidade, alta consistência, e nenhum rompimento. Os tecidos não-tecidos assim produzidos exibem boa maciez e alta tenacidade.