BRPI0915246B1

BRPI0915246B1 - Fibra elástica com múltiplos componentes, artigo, e processo para produzir uma fibra elástica com múltiplos componentes

Info

Publication number: BRPI0915246B1
Application number: BRPI0915246-6A
Authority: BR
Inventors: Steven Wayne Smith; David A. Wilson; Hong Liu; James B. Elmore
Original assignee: Invista Technologies S.A R.L.
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2019-07-30
Also published as: US20180195208A1; KR101781314B1; EP2347043B1; JP2015052198A; CN102257194A; MX2011003994A; EP2347043A4; TR201820493T4; TW201022495A; US9869040B2; KR20160093086A; BRPI0915246A2; MX346046B; EP2347043A2; TWI537440B; US20110275265A1; KR20110070916A; JP5676457B2; WO2010045155A3; KR101644065B1

Abstract

fibra elástica com múltiplos componentes, artigo, e processo para produzir uma fibra elástica com múltiplos componentes a presente invenção refere-se a uma fibra elástica 5 com múltiplos componentes que compreende uma seção transversal, sendo que pelo menos uma primeira região da dita seção transversal compreende uma composição de poliuretano-ureia; e compreende uma segunda região.

Description

“FIBRA ELÁSTICA COM MÚLTIPLOS COMPONENTES, ARTIGO, E PROCESSO PARA PRODUZIR UMA FIBRA ELÁSTICA COM MÚLTIPLOS COMPONENTES”

Campo da Invenção

Incluem-se fibras elásticas preparadas através de um processo de fiação em solução, tal como spandex que inclui composições de poliuretanoureia tendo uma seção transversal que compreende pelo menos duas regiões separadas com limites definíveis, sendo que pelo menos uma região definida pelos limites da seção transversal inclui uma composição de poliuretano-ureia.

Antecedentes da Invenção

Historicamente, vem-se buscando fibras com múltiplos componentes (multicomponente) elastoméricas altamente funcionais através de polímeros processáveis por fusão, tal como poliuretano termoplástico (TPU), poliésteres, poliolefinas, e poliamidas. No entanto, essas estruturas são desprovidas de uma recuperação suficiente de energia, sofrem de baixa resistência térmica, ou proporcionam grande ajuste permanente quando estendidas além de determinados níveis. Uma classe de polímeros preferencial e bem conhecida com recuperação superior, resistência térmica, e baixo ajuste são os sistemas à base de poliuretano-ureia genericamente classificados como spandex ou elastano. No entanto, devido à forte ligação intermolecular, as fibras desta classe devem ser formadas a partir de soluções poliméricas extrudadas com um gás inerte quente para recuperação de solvente.

As fibras elásticas, tal como spandex (também conhecida como elastano) são usadas nos dias de hoje em uma ampla variedade de produtos. Exemplos incluem lingerie, trajes de banho, vestuário, produtos de higiene, tais como fraldas, entre muitos outros. As composições de poliuretano-ureia que são usadas para preparar fibras de spandex apresentam algumas limitações que levaram a modificações, tal como a inclusão de aditivos ou a alteração da

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 8/35 composição polimérica para evitar a degradação e garantir a tingibilidade, entre muitos outros.

Na Patente U.S. No. 5.626.960, incluem-se aditivos de huntita e hidromagnesita que reduzem a degradação com o passar do tempo devido à 5 exposição ao cloro.

A Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2005/0165200A1 fornece uma composição específica de poliuretano-ureia que inclui um número aumentado de terminações amina, aumentando a tingibilidade da fibra de spandex.

A Patente U.S. No. 6.403.682 fornece uma composição de poliuretano-ureia que inclui aminas quaternárias como aditivos, aumentando a tingibilidade da fibra de spandex. Embora cada uma dessas composições de spandex proporcione uma funcionalidade adicional à fibra, isto pode ocorrer à custa de propriedades favoráveis da fibra. Por exemplo, a alteração da composição de spandex ou a inclusão de aditivos pode reduzir a elasticidade da fibra ou aumentar a probabilidade de que a fibra se rompa durante o processamento ou tenha algum outro efeito negativo.

Portanto, existe uma necessidade por novas fibras de spandex que manterão as propriedades favoráveis da fibra, tal como a elasticidade, 20 enquanto também fornecem outros benefícios que aumentam a funcionalidade da fibra, particularmente em produtos de uso final, tais como peças de vestuário, trajes de banho, e lingerie.

Descrição Resumida da Invenção

A presente invenção se refere a produtos e a um processo para produção de fibras de spandex multicomponentes com uma funcionalidade aperfeiçoada.

Em algumas modalidades, fibras elásticas com múltiplos componentes incluem uma seção transversal, sendo que pelo menos uma

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 9/35 primeira região da seção transversal compreende uma composição de poliuretano-ureia; e compreende uma segunda região. Em algumas modalidades, a primeira e a segunda regiões incluem diferentes composições.

Em algumas modalidades, fibras elásticas com múltiplos componentes fiadas em solução incluem uma seção transversal, sendo que pelo menos uma primeira região da seção transversal compreende uma composição de poliuretano ou poliuretano-ureia; e inclui uma segunda região.

Em algumas modalidades, fibras elásticas bicomponentes incluem uma seção transversal de revestimento nuclear, em que uma região de núcleo que inclui uma composição de poliuretano ou poliuretano-ureia e uma região de revestimento que inclui uma composição de poliuretano ou poliuretano-ureia, sendo que a região de núcleo e a região de revestimento são de composições diferentes.

Em algumas modalidades, um artigo que inclui uma fibra elástica com múltiplos componentes que compreende uma seção transversal, sendo que pelo menos uma região da seção transversal compreende uma composição de poliuretano-ureia.

Em algumas modalidades, encontram-se os processos destinados à preparação de fibras com múltiplos componentes. Um processo inclui:

(a) o fornecimento de pelo menos duas composições poliméricas, sendo que pelo menos uma das composições inclui uma solução de poliuretano-ureia;

(b) a combinação de composições através de placas e orifícios de distribuição para formar filamentos tendo uma seção transversal;

(c) a extrusão dos filamentos através de um capilar comum; e (d) a remoção do solvente dos filamentos;

sendo que a seção transversal inclui um limite entre as composições poliméricas.

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Da mesma forma, incluem-se fibras elásticas com múltiplos componentes que compreendem uma seção transversal, sendo que pelo menos uma região da seção transversal inclui uma composição de poliuretano ou poliuretano-ureia e pelo menos uma região da fibra é fiada em solução.

Em outra modalidade, encontra-se uma fibra elástica bicomponente que inclui uma seção transversal lado-a-lado tendo uma primeira região e uma segunda região que compreendem, cada, um poliuretano-ureia de composições diferentes.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 mostra exemplos de seções transversais de fibras que podem ser obtidas em algumas modalidades.

A Figura 2 é uma representação esquemática de uma seção transversal de uma fiandeira de algumas modalidades.

A Figura 3 is a representação esquemática de uma seção transversal de uma fiandeira de algumas modalidades.

A Figura 4 é uma representação esquemática de uma seção transversal de uma fiandeira de algumas modalidades.

A Figura 5 é uma descrição dos resultados da calorimetria diferencial de varredura para uma fibra de uma modalidade.

Descrição Detalhada da Invenção

Definições

O termo “fibra com múltiplos componentes” conforme o uso em questão significa uma fibra tendo pelo menos duas regiões separadas e distintas de diferentes composições com um limite discernível, isto é, duas ou mais regiões de diferentes composições que são contínuas ao longo do comprimento de fibra. Este se opõe às misturas de poliuretano ou poliuretanoureia onde se combina mais de uma composição de modo a formar uma fibra sem limites distintos e contínuos ao longo do comprimento de fibra. No

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 11/35 presente documento, os termos “fibra com múltiplos componentes” e “fibra multicomponente” são sinônimos e usados de modo intercambiável.

O termo “de composições diferentes” é definido como duas ou mais composições que incluem diferentes polímeros, copolímeros ou misturas ou duas ou mais composições tendo um ou mais aditivos diferentes, onde o polímero incluído nas composições pode ser igual ou diferente. Duas composições comparadas também são “de composições diferentes” pelo fato de incluírem diferentes polímeros e diferentes aditivos.

Os termos “limite,” “limites,” e “região limiar” são usados para descrever o ponto de contato entre as diferentes regiões da seção transversal de fibra multicomponente. Este ponto de contato é “bem definido” pelo fato de existir uma sobreposição mínima, ou não existir uma sobreposição, entre as composições das duas regiões. Onde não existir uma sobreposição entre as duas regiões, a região limiar incluirá uma mistura das duas regiões. Esta região misturada pode ser uma seção homogeneamente separada com limites separados entre a região limiar misturada e cada uma das duas outras regiões. Alternativamente, a região limiar pode incluir um gradiente de concentração superior da composição da primeira região adjacente à primeira região a uma concentração superior da composição da segunda região adjacente à segunda região.

Conforme o uso em questão, o termo “solvente” se refere a um solvente orgânico, tal como dimetil acetamida (DMAC), dimetil formamida (DMF) e N-metil pirrolidona.

O termo “fiação em solução” conforme o uso em questão inclui a preparação de uma fibra a partir de uma solução que pode ser um processo de fiação a úmido ou um processo de fiação a seco, sendo que ambos consistem em técnicas comuns para produção de fibras.

Em algumas modalidades da presente invenção, as fibras

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 12/35 multicomponentes ou bicomponentes incluem uma composição de poliuretanoureia de fiação em solução, que também é referida como spandex ou elastano. As composições para as diferentes regiões das fibras multicomponentes incluem diferentes composições de poliuretano-ureia onde o polímero é 5 diferente, os aditivos são diferentes, ou tanto o polímero quanto os aditivos são diferentes. Fornecendo-se uma fibra com múltiplos componentes, pode-se conceber uma variedade de diferentes benefícios. Por exemplo, reduzem-se os custos devido ao uso de aditivos ou de uma composição de poliuretano-ureia mais dispendiosa em apenas uma região da fibra enquanto se mantém as 10 propriedades comparáveis. Da mesma forma, podem-se conceber propriedades aperfeiçoadas de fibra mediante a introdução de novos aditivos que seriam incompatíveis a um fio de spandex mono-componente convencional ou através de um efeito sinérgico de combinar duas composições.

Com o intuito de ajudar a garantir adequabilidade da fibra de 15 spandex ao processamento de fios, fabricação de tecidos, e satisfação do consumidor quando estiver usando uma roupa, pode-se ajustar uma série de propriedades adicionais. As composições de spandex são bem conhecidas na técnica e podem incluir muitas variações, tais como aquelas descritas em Monroe Couper. Handbook of Fiber Science and Technology: Volume III, High 20 Technology Fibers Part A. Marcel Dekker, INC: 1985, páginas 51-85. Alguns exemplos desses são listas no presente documento.

A fibra de spandex pode conter um delusterante, tal como TiO2, ou outra partícula com um índice de refração diferente do polímero de fibra de base, em níveis de 0,01 a 6%, em peso. Um nível inferior também é útil quando 25 for desejada uma aparência brilhosa ou lustrosa. À medida que o nível aumenta, o atrito superficial do fio pode alterar, podendo conferir atrito nas superfícies dos contatos de fibra durante o processamento.

A resistência à ruptura da fibra medida em gramas de força para

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 13/35 romper por denier unitário (tenacidade em gramas/denier) pode ser ajustada a partir de 0,7 a 1.2 gramas/denier dependendo do peso molecular e/ou condições de fiação.

O denier da fibra pode ser produzido a partir de 5 a 2000 com base na construção desejada do tecido. Um fio de spandex com 5 a 30 denier pode ter uma contagem de filamentos entre 1 e 5, e um fio com 30 a 2000 denier pode ter uma contagem de filamentos de 20 a 200. A fibra pode ser usada em tecidos de qualquer tipo (tecidos, malhas de urdidura, ou malhas de trama) em um teor de 0,5% a 100% dependendo do uso final desejada do tecido.

O fio de spandex pode ser usado sozinho ou pode ser dobrado, torcido, co-inserido, ou mesclado com qualquer outro fio, tal como aquele adequado para usos finais para vestuário, conforme reconhecido pela FTC (Comissão Federal do Comércio). Este inclui, mas não se limita a, fibras feitas de náilon, poliéster, poliéster ou náilon com múltiplos componentes, algodão, lã, juta, sisal, cânhamo, linho, bambu, polipropileno, polietileno, polifluorocarbonetos, raiom, elementos celulósicos de qualquer tipo, e fibras acrílicas.

A fibra de spandex pode ter um lubrificante ou acabamento aplicado durante o processo de fabricação para aperfeiçoar o processamento a jusante da fibra. O acabamento pode ser aplicado em uma quantidade de 0,5 a 10%, em peso. A fibra de spandex pode conter aditivos para ajustar a cor inicial do spandex ou evitar ou disfarçar os efeitos de amarelamento após uma exposição aos elementos que possam iniciar a degradação polimérica, tal como cloro, fumos, UV, NOx, ou gás queimado. Pode-se produzir uma fibra de spandex de modo que tenha uma brancura “CIE” na faixa de 40 a 160.

Composições de Poliuretano-ureia e Poliuretano

As composições de poliuretano-ureia destinadas à preparação de

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 14/35 polímeros fibrosos ou polímeros sintéticos de cadeia longa que incluem pelo menos 85%, em peso, de um poliuretano segmentado. Tipicamente, essas incluem um glicol ou poliol polimérico que é reagido com um diisocianato para formar um pré-polímero terminado por NCO (um “glicol terminado”), que é, 5 então, dissolvido em um solvente adequado, tal como dimetil acetamida, dimetil formamida, ou N-metil pirrolidona, e, então, reagido com um extensor de cadeia bifuncional. Os poliuretanos são formados quando os extensores de cadeia forem dióis (e podem ser preparados sem solvente). Os poliuretanos-ureia, uma subclasse de poliuretanos, são formados quando os extensores de cadeia 10 forem diaminas. Na preparação de um polímero de poliuretano-ureia que pode ser fiado em spandex, os glicóis são estendidos por reação sequencial dos grupos terminais de hidróxi com diisocianatos e uma ou mais diaminas. Em cada caso, os glicóis devem se submeter à extensão de cadeia de modo a fornecer um polímero com as propriedades necessárias, que incluem 15 viscosidade. Se desejado, pode-se utilizar dilaurato de dibutiltina, octoato estanhoso, ácidos minerais, aminas terciárias, tal como trietilamina, N, N'dimetil piperazina, e similares, e outros catalisados conhecidos para auxiliar na etapa de terminação.

Os componentes de poliol adequados incluem poliéter glicóis, 20 policarbonato glicóis, e poliéster glicóis com peso molecular numérico médio igual à cerca de 600 a cerca de 3.500. Podem-se incluir misturas de dois ou mais polióis ou copolímeros.

Exemplos de poliéter glicóis que podem ser usados incluem esses glicóis com dois ou mais grupos hidróxi, a partir de polimerização e/ou 25 copolimerização por abertura de anel de óxido de etileno, óxido de polietileno, óxido de trimetileno, tetraidrofurano, e 3-metil tetraidrofurano, ou a partir de polimerização por condensação de um álcool poliídrico, tal como diol ou misturas de diol, com menos de 12 átomos de carbono em cada molécula, tal

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 15/35 como etileno glicol, 1,3-propanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol 1,6hexanodiol, neopentil glicol, 3-metil-1,5-pentanodiol, 1,7-heptanodiol, 1,8octanodiol, 1,9-nonanodiol, 1,10-decanodiol e 1,12-dodecanodiol. Um poliéter poliol bifuncional linear é preferencial, e um poli(tetrametileno éter) glicol com 5 peso molecular de cerca de 1.700 a cerca de 2.100, tal como Terathane® 1800 (INVISTA de Wichita, KS, EUA) com uma funcionalidade de 2, consiste em um exemplo de um poliol adequado específico. Os copolímeros podem incluir poli(tetrametileno-co-etileno éter) glicol.

Exemplos de poliéster polióis que podem ser usados incluem 10 aqueles éster glicóis com dois ou mais grupos hidróxi, produzidos através de polimerização por condensação de ácidos e polióis policarboxílicos alifáticos, ou suas misturas, com baixos pesos moleculares tendo não mais de 12 átomos de carbono em cada molécula. Exemplos de ácidos policarboxílicos adequados são: ácido malônico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido 15 pimélico, ácido subérico, ácido azeláico, ácido sebácico, ácido undecano dicarboxílico, e ácido dodecano dicarboxílico. Exemplos de polióis adequados destinados à preparação de poliéster polióis são: etileno glicol, 1,3-propanodiol, 1 ,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol 1 ,6-hexanodiol, neopentil glicol, 3-metil-1,5pentanodiol, 1,7-heptanodiol, 1 ,8-octanodiol, 1 ,9-nonanodiol, 1,10-decanodiol 20 e 1,12-dodecanodiol. Um poliéster glicol bifuncional linear com uma temperatura de fusão de cerca de 5°C a cerca de 50°C consiste em um exemplo de um poliéster poliol específico.

Exemplos de polióis de policarbonato que podem ser usados incluem glicóis carbonato com dois ou mais grupos hidróxi, produzidos através 25 de polimerização por condensação de fosgênio, ácido clorofórmico éster, dialquil carbonato ou dialil carbonato e polióis alifáticos, ou suas misturas, com baixos pesos moleculares tendo não mais de 12 átomos de carbono em cada molécula. Exemplos de polióis adequados destinados à preparação de polióis

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 16/35 de policarbonato são: dietileno glicol, 1,3-propanodiol, 1,4-butanodiol, 1,5pentanodiol, 1,6-hexanodiol, neopentil glicol, 3-metil-1,5-pentanodiol, 1,7heptanodiol, 1,8-octanodiol, 1,9-nonanodiol, 1,10-decanodiol e 1,12dodecanodiol. Um poliol de policarbonato bifuncional linear com uma temperatura de fusão de cerca de 5°C a cerca de 50°C consiste em um exemplo de um poliol de policarbonato específico.

O componente de diisocianato também pode incluir um diisocianato único ou uma mistura de diferentes diisocianatos que incluem uma mistura isomérica de difenil metano diisocianato (MDI) contendo 4,41-metileno bis(fenil isocianato) e 2,4'-metileno bis(fenil isocianato). Pode-se incluir qualquer diisocianato aromático ou alifático adequado. Exemplos de diisocianatos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, 1isocianato-4-[(4-isocianato fenil)metil]benzeno, 1 -isocianato-2-[(4-cianato fenil)metil]benzeno, bis(4-isocianato cicloexil)metano, 5-isocianato-1-(isocianato metil)-1,3,3-trimetil cicloexano, 1,3-diisocianato-4-metil-benzeno, 2,2'-tolueno diisocianato, 2,4'-tolueno diisocianato, e misturas dos mesmos. Exemplos de componentes de poliisocianato específicos incluem Mondur® ML (Bayer), Lupranate® Ml (BASF), e Isonate® 50 O,P' (Dow Chemical), e combinações destes. Um extensor de cadeia pode ser água ou um extensor de cadeia de diamina para um poliuretano-ureia. Combinações de diferentes extensores de cadeia podem ser incluídas dependendo das propriedades desejadas do poliuretano-ureia e da fibra resultante. Exemplos de extensores de cadeia de diamina adequados incluem: hidrazina; 1,2-etileno diamina; 1,4-butano diamina; 1,2-butano diamina; 1,3-butano diamina; 1,3-diamino-2,2-dimetil butano; 1,6-hexametileno diamina; 1,12-dodecano diamina; 1,2-propano diamina; 1,3-propano diamina; 2-metil-1,5-pentano diamina; 1-amino-3,3,5trimetil-5-aminometil cicloexano; 2,4-diamino-1-metil cicloexano; N-metil aminobis(3-propilamina); 1,2-cicloexano diamina; 1,4-cicloexano diamina; 4,4'Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 17/35 metileno-bis(cicloexil amina); isoforona diamina; 2,2-dimetil-1,3-propano diamina; meta-tetrametilxileno diamina; 1-3-diamino-metilcicloexano; 1,3cicloexano-diamina; 1,1-metileno-bis(4,4’-diamino hexano); 3-aminometil-3,5,5trimetil cicloexano; 1,3-pentano diamina (1,3-diamino pentano); m-xilileno 5 diamina; e Jeffamine® (Texaco).

Quando for desejado um poliuretano, o extensor de cadeia é um diol. Exemplos de tais dióis que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, etileno glicol, 1,3-propanodiol, 1,2-propileno glicol, 3-metil-1,5-pentanodiol, 2,2-dimetil-1,3-trimetileno diol, 2,2,4-trimetil-1,5-pentanodiol, 2-metil-2-etil-1,310 propanodiol, 1,4- bis(hidróxi etóxi)benzeno, e 1,4-butanodiol e misturas dos mesmos.

Um agente de bloqueio que consiste em um álcool monofuncional ou em uma dialquilamina monofuncional pode opcionalmente ser incluído para controlar o peso molecular do polímero. As misturas de um 15 ou mais alcoóis monofuncionais com uma ou mais dialquilaminas também podem ser incluídas.

Exemplos de alcoóis monofuncionais úteis de acordo com a presente invenção incluem pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em alcoóis primários e secundários alifáticos ou 20 cicloalifáticos com 1 a 18 átomos de carbono, fenol, fenóis substituídos, alquil fenóis etoxilados e alcoóis graxos etoxilados tendo um peso molecular menor que cerca de 750, incluindo um peso molecular menor que 500, hidroxiaminas, aminas terciárias de hidroximetila e hidroxietila substituídas, compostos heterocíclicos de hidroximetila e hidroxietila substituídos, e combinações dos 25 mesmos, incluindo álcool furfurílico, álcool tetraidrofurfurílico, N-(2hidroxietil)succinimida, 4-(2-hidroxietil)morfolina, metanol, etanol, butanol, álcool neopentílico, hexanol, cicloexanol, cicloexano metanol, álcool benzílico, octanol, octadecanol, N,N-dietil hidroxilamina, 2-(dietilamino)etanol, 2Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 18/35 dimetilamino etanol, e 4-piperidina etanol, e combinações dos mesmos. Exemplos de agentes de bloqueio de dialquilamina monofuncionais incluem: NN-dietilamina, N-etil-N-propilamina, N,N-diisopropilamina, N-terc-butil-Nmetilamina, N-terc-butil-N-benzilamina, N,N-dicicloexilamina, N-etil-N5 isopropilamina, M-terc-butil-N-isopropilamina, N-isopropil-N-cicloexilamina, Netil-N-cicloexilamina, N-N-dietanolamina, e 2,2,6,6-tetrametil piperidina.

Polímeros Desprovidos de Poliuretano

Outros polímeros que são úteis às fibras com múltiplos componentes e/ou bicomponentes da presente invenção incluem outros 10 polímeros que são solúveis ou podem ser incluídos sob a forma de particulado.

Os polímeros solúveis podem ser dissolvidos na solução de poliuretano-ureia ou co-extrudados com a composição de poliuretano-ureia de fiação em solução. O resultado da co-extrusão pode ser uma fibra com múltiplos componentes ou bicomponente tendo uma seção transversal lado-a-lado, 15 revestimento nuclear concêntrico, ou revestimento nuclear excêntrico onde um componente é uma solução de poliuretano-ureia e o outro componente contém outro polímero. Exemplos de outros polímeros solúveis incluem poliuretanos (conforme descrito anteriormente), poliamidas, acrílicos, e poliaramidas, entre outros.

Outros polímeros que são úteis às fibras com múltiplos componentes e/ou bicomponentes da presente invenção incluem outros polímeros insolúveis semicristalinos incluídos sob a forma de um particulado. As poliamidas úteis incluem náilon 6, náilon 6/6, náilon 10, náilon 12, náilon 6/10, e náilon 6/12. As poliolefinas úteis incluem polímeros preparados a partir 25 de monômeros C2 a C20. Estes incluem copolímeros e terpolímeros, tais como copolímeros de etileno-propileno. Exemplos de copolímeros de poliolefina úteis são descritos na Patente U.S. No. 6.867.260 por Datta et al., aqui incorporada a título de referência.

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Configurações de Seção Transversal da Fibra

Uma variedade de diferentes seções transversais é útil de acordo com a invenção de algumas modalidades. Estas incluem seções transversais de revestimento nuclear concêntrico ou excêntrico com múltiplos componentes ou bicomponente e seções transversais lado-a-lado com múltiplos componentes ou bicomponente. Exemplos de diferentes seções transversais são mostrados na Figura 1.

Todas as seções transversais de fibra mostradas na Figura 1 apresentam uma primeira região e uma segunda região de composições diferentes. Um fio de filamento 44dtex/3 é mostrado nas Figuras 1A e 1B, enquanto um fio de filamento 44dtex/4 é mostrado nas Figuras 1 C e 1D. A primeira região inclui um pigmento e a segunda região não. As Figuras 1A e 1B incluem uma seção transversal de revestimento nuclear 50/50; a Figura 1C inclui uma seção transversal de revestimento nuclear 17/83; e a Figura 1D inclui uma seção transversal lado-a-lado 50/50.

Cada uma das seções transversais de revestimento nuclear e lado-a-lado inclui uma área limiar entre pelo menos duas composições de poliuretano-ureia de composições diferentes. O limite aparenta ser um limite bem definido em cada uma das figuras, porem, o limite pode incluir uma região misturada. Quando o limite incluir uma região misturada, o próprio limite é uma região distinta que consiste em uma mistura das composições das primeiras e segundas (ou terceiras, quartas, etc.). Esta mistura pode ser uma mistura homogênea ou pode incluir um gradiente de concentração a partir da primeira região até a segunda região.

Aditivos

As classes de aditivos que podem ser opcionalmente incluídas nas composições de poliuretano-ureia são listadas abaixo. Inclui-se uma lista exemplificadora e não limitante. No entanto, aditivos adicionais são bem

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 20/35 conhecidos na técnica. Exemplos incluem: antioxidantes, estabilizadores UV, colorantes, pigmentos, agentes de reticulação, materiais de alteração de fase (cera de parafina), microbicidas, minerais (isto é, cobre), aditivos microencapsulados (por exemplo, aloe vera, vitamina E em gel, aloe vera, 5 cinzas de algas marinhas, nicotina, cafeína, fragrâncias ou aromas), nanopartículas (isto é, sílica ou carbono), nanoargila, carbonato de cálcio, talco, retardadores de chama, aditivos anti pegajosidade, aditivos resistentes à degradação de cloro, vitaminas, medicines, fragrâncias, aditivos eletricamente condutivos, tingibilidade e/ou agentes de auxilio a tingimento (tais como sais de 10 amônio quaternário). Outros aditivos que podem ser adicionados às composições de poliuretano-ureia incluem promotores de adesão, agentes antiestáticos, agentes antifluência, clareadores ópticos, agentes coalescentes, aditivos eletrocondutores, aditivos luminescentes, lubrificantes, cargas orgânicas e inorgânicas, preservativos, agentes de texturização, aditivos 15 termocrômicos, repelentes de insetos, e agentes umectantes, estabilizadores (fenóis impedidos, óxido de zinco, amina impedida), agentes de deslizamento (óleo de silicone) e combinações dos mesmos.

O aditivo pode fornecer uma ou mais propriedades benéficas que incluem: tingibilidade, hidrofobicidade (isto é, politetrafluoroetileno (PTFE)), 20 hidrofilicidade (isto é, celulose), controle de atrito, resistência a cloro, resistência à degradação (isto é, antioxidantes), adesividade e/ou fusibilidade (isto é, adesivos e promotores de adesão), retardância de chama, comportamento antimicrobiano (prata, cobre, sal de amônio), de barreira, condutividade elétrica (negro de fumo), propriedades de tensão, cor, luminescência, reciclabilidade, biodegrabilidade, fragrância, controle de pegajosidade (isto é, estearatos metálicos), propriedades táteis, ajustabilidade, regulação térmica (isto é, materiais de alteração de fase), nutracêutica, delustrante, tal como dióxido de titânio, estabilizados, tal como hidrotalcita, uma

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 21/35 mistura de huntita e hidromagnesita, bloqueadores UV, e combinações dos mesmos.

Aparelho

As referências convenientes referentes a fibras e filamentos, incluindo aquelas de fibras bicomponentes artificiais, e aqui incorporadas a título de referência, são, por exemplo:

a. Fundamentais of Fibre Formation-The Science of Fibre Spinning and Drawing, Adrezij Ziabicki, John Wiley and Sons, Londres/Nova York, 1976;

b. Bicomponent Fibres, R Jeffries, Merrow Publishing Co. Ltd, 1971 ;

c. Handbook of Fiber Science and Technology, T. F. Cooke, CRC Press, 1993;

Referências similares incluem as Patentes U.S. Nos. 5.162.074 e 5.256.050 aqui incorporadas a título de referência, sendo que descrevem métodos e equipamentos para produção de fibras bicomponentes.

A extrusão do polímero através de uma matriz para formar uma fibra é realizada com equipamentos convencionais, tais como, exemplo, extrusoras, bombas de engrenagem e similares. Prefere-se empregar bombas de engrenagem separadas para fornecer as soluções poliméricas à matriz. Quando os aditivos de mistura para funcionalidade, a mistura de polímero é, de preferência, misturada em um misturador estático, por exemplo, a montante da bomba de engrenagem com a finalidade de obter uma dispersão mais uniforme dos componentes. Anteriormente à extrusão, cada solução de spandex pode ser separadamente aquecida por um recipiente encamisado com temperatura controlada e filtrada de modo a aperfeiçoar o rendimento de fiação.

Na modalidade ilustrada da invenção, introduzem-se duas soluções poliméricas diferentes a um trocador de calor segmentado e

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 22/35 encamisado operando a 40-90°C. As matrizes e placas de extrusão são dispostas de acordo com a configuração de fibra desejada e ilustradas na Figura 2 para seção transversal de revestimento nuclear, na Figura 3 para seção transversal de revestimento nuclear excêntrico, e na Figura 4 para seção 5 transversal lado-a-lado. Em todos os casos, os fluxos de componente são combinados logo acima do capilar. As soluções pré-aquecidas são direcionadas a partir das portas de suprimento (2) e (5) através de uma tela (7) até uma placa de distribuição (4) e sobre a fiandeira (9) que é posicionada por um calço (8) e sustentada por uma porca (6).

As matrizes e placas de extrusão descritas nas Figuras 2, 3, e 4 são usadas com uma célula em espiral de spandex convencional, tal como aquela mostrada na Patente U.S. No. 6.248.273, aqui incorporada a título de referência.

As fibras bicomponente de spandex também podem ser 15 preparadas por capilares separados de modo a formar filamentos separados que são subsequentemente coalescidos de modo a formar uma fibra única.

Processo de Fabricação de Fibras

A fibra de algumas modalidades é produzida por fiação em solução (seja fiação a úmido ou fiação a seco) do polímero de poliuretano-ureia 20 a partir de uma solução com solventes de polímero de uretano convencionais (por exemplo, DMAc). As soluções de polímero de poliuretano-ureia podem incluir qualquer uma das composições ou aditivos descritos anteriormente. O polímero é preparado reagindo-se um diisocianato orgânico com glicol apropriado, em uma razão molar entre diisocianato e glicol na faixa de 1,6 a 25 2,3, de preferência, 1,8 a 2,0, de modo a produzir um “glicol terminado”. O glicol terminado é, então, reagido com uma mistura de extensores de cadeia de diamina. No polímero resultante, os segmentos macios são as partes de poliéter/uretano da cadeia polimérica. Os segmentos macios exibem

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 23/35 temperaturas de fusão menores que 60°C. Os segmentos duros são as partes de poliuretano/ureia das cadeias poliméricas; estes têm temperaturas de fusão maiores que 200°C. Os segmentos duros têm uma quantidade de 5,5 a 9%, de preferência, 6 a 7,5%, do peso total do polímero.

Em uma modalidade da preparação de fibras, as soluções poliméricas contendo 30 a 40% de sólidos poliméricos são medidas através de uma disposição desejada de placas e orifícios de distribuição de modo a formar filamentos. As placas de distribuição são dispostas para combinar os fluxos poliméricos em uma disposição de revestimento nuclear concêntrico, 10 revestimento nuclear excêntrico, e lado-a-lado seguida pela extrusão através de um capilar comum. Os filamentos extrudados são secos através da introdução de gás inerte quente a 300°C a 400°C e uma razão de massa gás:polímero de pelo menos 10:1 e extraídos a uma velocidade de pelo menos 400 metros por minuto (de preferência, pelo menos 600 m/min) e, então, 15 enrolados em uma velocidade de pelo menos 500 metros por minuto (de preferência, pelo menos 750 m/min). Todos os exemplos fornecidos abaixo foram realizados a uma temperatura de extrusão de 80°C em uma atmosfera de gás inerte a uma velocidade de recolhimento de 762 m/min. As condições de processo padrão são bem conhecidas na técnica.

Os fios formados a partir de fibras elásticas constituídas de acordo com a presente invenção têm, em geral, uma tenacidade em ruptura de pelo menos 0,6 cN/dtex, um alongamento de ruptura de pelo menos 400%, um módulo de descarga em 300% de alongamento de pelo menos 27 mg/dtex.

As propriedades de resistência e elásticas do spandex foram medidas de acordo com o método geral de ASTM D 2731-72. Para os exemplos reportados nas Tabelas abaixo, os filamentos de spandex tendo um comprimento útil de 5 cm foram ciclados entre 0% e 300% de alongamento em uma taxa constante de alongamento de 50 cm por minuto. O módulo foi

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 24/35 determinado como a força a 100% (M100) e 200% (M200) de alongamento no primeiro ciclo e reportado em gramas. O módulo de descarga (U200) foi determinado em 200% de alongamento no quinto ciclo e reportado nas Tabelas em gramas. O alongamento percentual em ruptura e força em ruptura foi 5 medido no sexto ciclo de extensão.

O ajuste percentual foi determinado como o alongamento restante entre o quinto e o sexto ciclos conforme indicado pelo ponto no qual a quinta curva de descarga retornou para uma tensão substancialmente igual a zero. O ajuste percentual foi medido 30 segundos após as amostras terem sido 10 submetidas a cinco ciclos de alongamento/relaxamento de 0 a 300%. O ajuste percentual foi, então, calculado como Ajuste % =100(Lf-Lo)/Lo, onde Lo e Lf são os comprimentos do filamento (fio), quando mantido retilíneo sem tensão, antes (Lo) e após (Lf) os cinco ciclos de alongamento/relaxamento.

Os recursos e vantagens da presente invenção são mostrados de 15 modo mais completo através dos exemplos a seguir que são fornecidos por propósitos de ilustração, e não devem ser construídos de forma alguma como limitantes à invenção.

Exemplos

Exemplo 1 - Modificação de Tensão-Deformação

Um polímero tipo A com alto alongamento e módulo baixo (um spandex à base de co-poliéter) foi fiado como o polímero de núcleo com polímero tipo B (um spandex convencional à base de politetrametileno éter) como o revestimento em razões variáveis para constituir um produto 44/4 (44 decitex/4 filamento). A análise de propriedade de tensão mostra um aperfeiçoamento surpreendente com um alongamento/tenacidade maior do que o esperado (isto é, por adição linear) e um módulo inferior (M200) com 25% e 50% do polímero tipo A a base de co-poliéter. A capacidade de combinar e ajustar as propriedades de tensão-deformação aumenta a adequabilidade de

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 25/35 fibra em aplicações mais abrangentes a partir de uma seleção limitada de materiais à base de polímeros.

Tabela 1 - Resposta De Tensão - Deformação Da Fibra De Bainha - Núcleo

De Polímero B/Polímero A

Fio 44/4	A	B	C	D	E
Polímero A - núcleo	0	25%	50%	75%	100%
Polímero B - bainha	100%	75%	50%	25%	0

Alongamento %	491	542	566	578	601
Força de ruptura (g)	40,1	49,7	46,8	40,1	35,0
M100	3,4	2,84	2,65	2,31	2,38
M200	7,14	6,06	5,55	4,83	4,76
Adição Linear
Alongamento %	491	519	546	573	601
Força de ruptura (g)	40,1	38,8	37,6	36,3	35,0
M100	3,4	3,12	2,89	2,6	2,4
M200	7,1	6,5	5,95	5,4	4,8

Exemplo 2 - Bainha Fusível

Um adesivo de poliuretano termoplástico cristalino termofusível (Pearlbond 122 disponível junto a Merquinsa Mercados Químicos) foi preparado como uma mistura 50/50 com spandex convencional à base de politetrametileno éter como 35% de solução em DMAC e fiado como o 10 revestimento com núcleo de spandex convencional de modo a constituir um

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 26/35 fio de filamento 44 decitex/3. O teor geral de bainha foi de 20% com base no peso da fibra para produzir um fio passível de união quando aquecido acima de 80°C.

A fusibilidade do fio foi medida montando-se uma amostra de 15 cm de comprimento em um quadro ajustável em formato triangular com o vértice centralizado no quadro e dois comprimentos laterais iguais de 7,5cm. Um segundo filamento do mesmo comprimento é montado no quadro a partir do lado oposto, de tal modo que os dois filamentos se intersectem e se cruzem em um único ponto de contato. As fibras são relaxadas até 5 cm, então, expostas a um banho de desengorduramento durante uma hora, enxaguadas, secas por ar, e subsequentemente expostas a um banho de tintura durante 30 minutos, enxaguadas, e secas a ar. O quadro com fibras é ajustado de 5 cm para 30 cm de comprimento, e exposto a vapor a 121°C durante 30 segundos, resfriado durante 3 minutos, e relaxado. Os fios são removidos do quadro e transferidos para uma máquina de teste de tensão com cada fio fixado por uma extremidade deixando o ponto de contato posicionado entre os grampos. Os fios são estendidos em 100%/min e a força para romper o ponto de contato é gravada como a resistência à fusão.

Um fio com excelentes características de fusão combinadas com alto desempenho de extensão/recuperação é vantajoso. Os fios exemplificadores podem ser revestidos com fios e tecidos de poliamida ou poliéster construídos em uma máquina de malharia de urdidura ou circular. A malha de fio revestida em uma construção de tricô em todas as direções permite a fusão do fio elástico em cada ponto de contato da estrutura de malha. Da mesma forma, pode-se obter uma fusão adequada onde o fio fusível é incluído em direções alternadas.

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 27/35

Tabela 2 - Resultados de propriedades para spandex convencional com BAINHA MISTURADA ADESIVA

	Ex. 2
Bainha % (p/p)	20%
Adesivo % (p/p)	10%
Alongamento %	452
Força de ruptura (g)	39,8
M200 (g)	7,20
U200 (g)	0,93
Ajuste %	43
Resistência à fusão (g)	10,2

Exemplo 3 - Spandex de regulação térmica

O polietileno glicol (PEG PM=600 disponível junto a Sigma

Aldrich, calor latente = 146J/g, Tm = 16C) foi misturado como uma mistura

50/50 com um polímero de spandex convencional em uma solução DMAC a

35% e fiado como a seção de núcleo com um revestimento de spandex convencional para constituir um fio de filamento 44 decitex/3. O teor de aditivo final era de 16,5%, em peso, da fibra. A Tabela 3 mostra a resposta térmica da 10 fibra medida com instrumentos TA modelo 2010 e fornece um calor latente de

10,7 J/g associado ao aditivo PEG na faixa de temperatura de 15 a 25°C. Uma comparação ao calor latente máximo teórico com base no teor de PEG fornece uma eficiência de 44% na matriz de poliuretano-ureia.

A Figura 5 mostra os resultados de calorimetria diferencial de varredura para a fibra de spandex do Exemplo 3. O texto foi conduzido em uma taxa de elevação de 5°C/min.

Os fios exemplificadores podem ser revestidos com fios de poliamida ou poliéster ou combinados com fibras naturais, tal como algodão de

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 28/35 modo a fornecer um fio elástico termicamente ativo. Esses fios podem ser formados em tecidos tecendo-se ou tricotando-se de modo a produzir uma aparência fundamental confortável com características de regulação térmica aperfeiçoadas.

Tabela 3 - Propriedades de tensão e capacidade térmica para fibra de

SPANDEX

	Ex. 3
Núcleo (p/p)	33%
PEG (p/p)	16,5%
Alongamento %	448%
Força de ruptura (g)	31,1
M200 (g)	5,52
U200 (g)	1,14
Ajuste %	22%
ÁHTheo (J/g)	24,1
ÁHMeas (J/g)	10,7
Eficiência	44%

Exemplo 4 - Spandex Condutivo

Dissolveu-se um negro de fumo condutivo (Conductex® 7055

Ultra® disponível junto a Columbian Chemical Company) como uma mistura a 40/60 com um polímero de spandex convencional como uma solução a 35% em DMAC e fiado como a seção de núcleo com uma baixa de spandex convencional (razão 1:1) de modo a produzir um fio de filamento 44 decitex/3. O teor de negro de fumo final era de 20% em fio. Os novelos de fio foram montados com epóxi carregado com prata e a

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 29/35 resistência elétrica foi medida com um multímetro Fluke. A Tabela 3 resume os resultados e demonstra uma redução de 10⁴ na resistência em repouso (1X) e em uma extensão 2X.

Tabela 4 - Propriedades de resistência

Parte	Padrão	Ex. 4
Núcleo (p/p)	0%	50%
Negro de Fumo (p/p)	0	20%
Ω/cm (1X)	>10¹⁰	1,3 x 10⁶
Ω/cm (2X)	>10¹⁰	2 x 10⁶

Os fios da invenção podem ser úteis para aparelhos eletrônicos que podem ser vestidos e servem como uma plataforma de comunicação com aplicações em roupas para esportes, cuidados médicos, militares e trabalho. O spandex condutivo fornece extensão, recuperação, caimento e manuseio aos tecidos e retém o comportamento têxtil convencional sem eletrodos metálicos firmes e rígidos. Os fios exemplificadores com polímeros condutores podem ser integrados a estruturas convencionais de malha, tecido, e não tecido.

Muito embora tenha sido descrito o que se acredita presentemente ser as modalidades preferenciais da invenção, os indivíduos versados na técnica compreenderão que alterações e modificações podem ser feitas sem que se divirja do espírito da invenção, e se destina a incluir tais alterações e modificações que se enquadram ao verdadeiro escopo da invenção.

Claims

Reivindicações

1. FIBRA ELÁSTICA COM MÚLTIPLOS COMPONENTES, caracterizada pelo fato de que compreende uma seção transversal, a dita seção transversal compreendendo uma primeira região e uma segunda região que são regiões separadas e distintas de diferentes composições com um limite discernível, e que são contínuas ao longo do comprimento da fibra, em que a primeira região da dita seção transversal compreende uma composição de poliuretano-ureia e pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo que consiste em corante, pigmento, poliolefina, nanoargila, quitosana, náilon, poliéster, celulose, politetrafluoroetileno (PTFE), materiais de alteração de fase, e combinações dos mesmos; e em que a dita primeira região e a dita segunda região compreendem, cada, um poliuretano-ureia de composições diferentes.
2. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os múltiplos componentes da fibra são: (a) extrudados através do mesmo capilar em um único filamento; ou (b) extrudados através de capilares separados em filamentos separados e coalescidos em uma única fibra fundida.
3. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, ainda, uma terceira região que compreende uma região limiar entre a dita primeira região e a dita segunda região que inclui uma mistura da dita primeira região e da dita segunda região.
4. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita seção transversal inclui uma configuração selecionada a partir do grupo que consiste em revestimento nuclear concêntrico, revestimento nuclear excêntrico e filamentos lado-a-lado e fundidos.
5. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita seção transversal é não-arredondada.
6. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 31/35 pelo fato de que a dita primeira região e a dita segunda região incluem pelo menos um aditivo diferente ou o mesmo aditivo em diferentes concentrações.
7. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita fibra é fiada em solução.
8. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita região de revestimento compreende um aditivo selecionado a partir do grupo que consiste em náilon, celulose, poliéster, poliacrilonitrila, poliolefina, e combinações dos mesmos.
9. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fibra é uma fibra elástica com múltiplos componentes compreendendo uma seção transversal, em que pelo menos uma região da fibra é fiada em solução.
10. FIBRA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fibra é uma fibra elástica bicomponente compreendendo uma seção transversal lado-a-lado, tendo uma primeira região e uma segunda região que compreendem, cada, um poliuretano-ureia de composição diferente.
11. ARTIGO, caracterizado pelo fato de que compreende uma fibra elástica com múltiplos componentes, como definida na reivindicação 1.
12. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito artigo é um tecido.
13. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito tecido é selecionado a partir de tecido, não tecido e malha.
14. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a dita seção transversal fornece pelo menos uma primeira região e uma segunda região que compreendem composições de poliuretanoureia de composições diferentes.
15. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma região inclui pelo menos um aditivo que

Petição 870190031497, de 01/04/2019, pág. 32/35 fornece pelo menos uma propriedade selecionada a partir do grupo que consiste em tingibilidade, hidrofobicidade, redução de atrito, resistência ao cloro, adesividade, fusibilidade, retardância de chama, antimicrobiana, de barreira, condutividade, e combinações dos mesmos.
16. ARTIGO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito artigo é: (a) um têxtil, (b) um vestuário; ou (c) lingerie.
17. PROCESSO PARA PRODUZIR UMA FIBRA ELÁSTICA COM MÚLTIPLOS COMPONENTES, como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:

(a) o fornecimento de pelo menos duas composições poliméricas, sendo que pelo menos uma das composições inclui uma solução de poliuretano-ureia;

em que ditas pelo menos duas composições poliméricas incluem duas soluções de poliuretano-ureia de composição diferentes;

e em que pelo menos um dos ditos pelo menos duas composições poliméricas compreende uma composição de poliuretano-ureia e pelo menos um aditivo selecionado a partir do grupo que consiste em corante, pigmento, poliolefina, nanoargila, quitosana, náilon, poliéster, celulose, politetrafluoroetileno (PTFE), materiais de alteração de fase, e combinações dos mesmos;

(b) a combinação das composições através de placas e orifícios de distribuição para formar filamentos tendo uma seção transversal;

(c) a extrusão dos filamentos através de um capilar comum; e (d) a remoção do solvente a partir dos ditos filamentos;

sendo que a dita seção transversal inclui um limite entre as ditas composições poliméricas.
18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o solvente é removido do filamento por um gás inerte quente.

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19. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que mais de uma fibra com múltiplos componentes é simultaneamente fabricada.
20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 17,

5 caracterizado pelo fato de que a dita seção transversal é selecionada a partir do grupo que consiste em revestimento nuclear concêntrico, revestimento nuclear excêntrico e filamentos lado-a-lado e fundidos.