Proceso para la aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante encapsulación de los aditivos en nanoporos,

utilizado en numerosas industrias, p.ej. farmacéutica, agrícola, cosmética, alimentaria y textil, que comprende:

la encapsulación del aditivo en el nanoporo de una cápsula de aluminosilicato resistente a las temperaturas y demás condiciones de los distintos procesos de fabricación a que se someten las fibras, incorporación de la cápsula, preferiblemente una nano/microcápsula, en la matriz polimérica de la fibra, e;

hilado de la fibra, e introducción del aditivo encapsulado en la matriz polimérica de las fibras

Proceso para la aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante la encapsulación de aditivos en nanoporos.

Objeto de la invención

Como se indica en el título de estas especificaciones, la siguiente invención hace referencia a un proceso para la aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante la encapsulación de aditivos en nanoporos, en el que la encapsulación de aditivos tiene como objetivo protegerlos de las condiciones del proceso de fabricación de fibras y polímeros y permitir su dosificación controlada.

La presente invención aporta ventajas importantes en comparación con procesos de encapsulación existentes, puesto que se permite la incorporación de aditivos en el interior de las fibras o polímeros en las fases de reacción, extrusión o hilado, protegiéndolos de este modo del uso, el lavado y el frotamiento y al mismo tiempo permitiendo su liberación de manera sostenida.

Esta invención permite la fabricación de fibras y polímeros con propiedades especiales, cuya duración en el tiempo se prolonga en comparación con procesos de aditivación existentes.

Más concretamente, la presente invención proporciona un método alternativo de aditivación de fibras y polímeros que posibilita la introducción de los aditivos en el interior de la matriz polimérica, prolongando la duración del efecto deseado.

Ámbito de aplicación

En estas especificaciones se describe un proceso para la aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros por medio de la encapsulación de los aditivos en nanoporos, que tiene una aplicación especial en el campo de la aditivación de fibras y polímeros mediante encapsulación, preferiblemente nano/microencapsulación de dichos aditivos en nanoporos.

Antecedentes de la invención

Existe una bibliografía extensa relativa a la encapsulación de sustancias y su aplicación en campos tan diversos como la agricultura, la cosmética, la alimentación y la industria textil.

Así pues, se conoce un gran número de procesos de encapsulación y microencapsulación para aditivos, con cápsulas de diferentes tipos y para distintos aditivos y/o sustancias, que se aplican en campos muy diversos. La mayoría de ellos hacen referencia a encapsulaciones y/o microencapsulaciones con polímeros u otros compuestos orgánicos, y no son capaces de proteger los aditivos de las condiciones de procesamiento de la mayoría de productos basados en polímeros. En consecuencia, muchas de estas microcápsulas orgánicas se utilizan en las etapas de acabado pero no en los procesos de fabricación, y su aplicación se realiza en un proceso superficial, por lo que la duración de su efecto está limitada por la acción de la fricción, el lavado o el uso en general que se da al producto.

Así, la patente WO-01/06054 A1 registrada por la empresa Avant-Garb, LLC., reivindica un método de síntesis de nanopartículas para tratamientos de fibras, hilo y tejidos, a los que se aplican compuestos con un revestimiento polimérico que contiene grupos funcionales durante el acabado de la fibra.

También existen numerosas patentes en las que se utiliza algún tipo de aluminosilicatos para encapsular sustancias, principalmente iones y complejos que generan catalizadores (p.ej.: US-5944876, US-4199478), para encapsular perfumes y aditivos para detergentes y suavizantes (p.ej.: US-5691303, WO-98/12298), para encapsular tintes y pigmentos (p.ej.: US-4874433), para encapsular gases y residuos radioactivos o tóxicos de manera permanente (p.ej: EP-0 049936) e, intercambiados con cationes de plata, se utilizan como agentes antimicrobianos en fibras (p.ej.: US-2002023304, KR-9702893), pero en ninguno de los casos se utilizan para la aditivación interna de fibras y polímeros donde el objetivo de la encapsulación es la liberación sostenida o prolongada de los aditivos y/o su protección frente al procesamiento o las condiciones externas, como es el caso en la presente invención.

De entre las patentes disponibles, algunas describen numerosos procesos para la incorporación de microcápsulas en textiles. Estas patentes reivindican procesos de incorporación de microcápsulas en artículos textiles en las fases de acabado, dado que las diferentes cápsulas utilizadas hasta el momento son de origen orgánico y no resistirían las condiciones de los distintos procesos de fabricación de fibras (p.ej.: WO-0290643-A1, WO-03040453- A1).

Descripción de la invención

En las presentes especificaciones se describe un proceso para la aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante la encapsulación de los aditivos en nanoporos de una cápsula de aluminosilicato, proceso que comprende:

• encapsulación del aditivo en el nanoporo

• incorporación de la cápsula, preferiblemente una nano/microcápsula, en la matriz polimérica de la fibra, e

• hilado de la fibra,

y que resiste las temperaturas y demás condiciones de los distintos procesos de fabricación a los que pueden someterse las fibras: polimerización, extrusión, hilado, urdido, trefilado, teñido, tejedura y acabados, lo que permite la introducción del aditivo en su matriz polimérica.

El proceso de aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante la encapsulación de los aditivos en nanoporos protege los aditivos de los procesos de fabricación de las fibras hasta una temperatura de procesamiento de 300ºC.

El proceso de aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante la encapsulación de los aditivos en nanoporos protege los aditivos del lavado y la fricción, prolongando la duración del efecto del aditivo cuando se introducen las cápsulas en la matriz polimérica.

Proceso de aditivación de fibras en el que las cápsulas son aluminosilicatos con una razón Si/Al variable de 1 a infinito, con un tamaño de partícula entre 50 nm y 40 micras, de tal modo que, en el caso de aditivos para aplicaciones textiles, los aluminosilicatos deben tener preferiblemente un tamaño de partícula entre 50 nm y 10 micras, y más preferiblemente entre 50 nm y 5 micras.

Proceso de aditivación de fibras en el que las condiciones de encapsulación del aditivo conllevan la encapsulación no permanente del mismo dentro de un aluminosilicato nanoporoso que posibilita una dosificación controlada del aditivo.

Proceso de aditivación de fibras en el que el contenido de humedad (desorbible) de los aluminosilicatos debe ser preferiblemente inferior al 15% y más preferiblemente inferior al 5%, para lo que los aluminosilicatos deben ser activados/deshidratados mediante calentamiento a una temperatura de 150-350ºC y después ser desgasificados con una bomba de vacío durante 1 hora aproximadamente.

Proceso de aditivación de fibras en el que el aditivo encapsulado se mezcla con el aluminosilicato durante un periodo de tiempo que puede variar entre cinco y veinticuatro horas, con agitación continua para fomentar el contacto aditivo-cápsula, y a una temperatura entre 25 y 200ºC para acelerar el equilibrio de absorción entre el aditivo y las partículas de aluminosilicato, de tal manera que las proporciones cápsula-aditivo puedan oscilar entre 1/3 y 1/200, prefiriéndose 1/200.

Proceso de aditivación de fibras en el que los tratamientos realizados consisten en el centrifugado de la muestra, el secado de las cápsulas que contienen el aditivo a una temperatura y tiempo variables dependiendo del tipo de aditivo pudiendo ser de 25 a 100ºC y de 1 a 8 horas, y el triturado de las mismas durante un periodo de tiempo que puede variar de 3 a 30 minutos, con el fin de romper los posibles grumos formados durante el proceso de encapsulación.

Proceso de aditivación de fibras en el que la fuerza motriz para la dosificación del aditivo es la diferencia de concentración del mismo entre la cápsula y el polímero y, a su vez, entre el polímero y el exterior.

Proceso de aditivación de fibras en el que las condiciones de encapsulación del aditivo suponen la encapsulación permanente del mismo en un aluminosilicato de modo tal que se mantenga retenido durante el proceso de fabricación y durante la vida del artículo, confiriendo así una propiedad permanente a la fibra.

Proceso de aditivación de fibras en el que, para lograr la encapsulación permanente de un aditivo, se escoge un aluminosilicato con un tamaño de poro inferior al de las moléculas de aditivo que, para poder ser introducidas, se someten a un tratamiento previo como por ejemplo oxidación, de...

1. Proceso para la aditivación de fibras artificiales sintéticas y polímeros mediante encapsulación de los aditivos en nanoporos, utilizado en numerosas industrias, p.ej. farmacéutica, agrícola, cosmética, alimentaria y textil, que comprende:

la encapsulación del aditivo en el nanoporo de una cápsula de aluminosilicato resistente a las temperaturas y demás condiciones de los distintos procesos de fabricación a que se someten las fibras, incorporación de la cápsula, preferiblemente una nano/microcápsula, en la matriz polimérica de la fibra, e;

hilado de la fibra, e introducción del aditivo encapsulado en la matriz polimérica de las fibras.

2. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de los procesos de fabricación de las fibras llega hasta 300ºC.

3. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque la cápsula incorporada en la matriz polimérica de la fibra es un aluminosilicato que presenta una razón Si/Al variable de 1 a infinito, con un tamaño de partícula entre 50 nm y 40 micras, preferiblemente entre 50 nm y 10 micras, y más preferiblemente entre 50 nm y 5 micras.

4. Proceso para la aditivación de fibras, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque las condiciones de encapsulación del aditivo suponen la encapsulación no permanente del mismo dentro de un aluminosilicato nanoporoso, que posibilita la dosificación controlada del aditivo.

5. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 4, caracterizado porque el contenido de humedad de los aluminosilicatos es inferior al 15%, preferiblemente inferior al 5%.

6. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 5, caracterizado porque los aluminosilicatos son activados/deshidratados mediante calentamiento a una temperatura de 150-350ºC y después desgasificados con una bomba de vacío durante 1 hora aproximadamente.

7. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 4, caracterizado porque el aditivo encapsulado se mezcla con el aluminosilicato durante un periodo de tiempo que puede variar entre cinco y veinticuatro horas, con agitación continua, para fomentar el contacto aditivo-cápsula, y a una temperatura entre 25 y 200ºC (dependiendo del tipo de aditivo que se vaya a encapsular) para acelerar el equilibrio de absorción entre el aditivo y las partículas de aluminosilicato.

8. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 7, caracterizado porque las proporciones cápsula-aditivo pueden variar entre 1/3 y 1/200, prefiriéndose 1/200.

9. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 4, caracterizado porque los tratamientos posteriores realizados después del contacto entre el aditivo y la cápsula de aluminosilicato para permitir la encapsulación consisten en el centrifugado de la muestra, el secado de las cápsulas que contienen el aditivo a una temperatura y durante un tiempo variables, dependiendo del tipo de aditivo, pudiendo ser de 25 a 100ºC y de 1 a 8 horas, y el triturado de las mismas durante un periodo de tiempo que puede variar de 3 a 30 minutos, con el fin de romper los posibles grumos formados durante el proceso de encapsulación.

10. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 4, caracterizado porque la fuerza motriz para la dosificación del aditivo es la diferencia de concentración del mismo entre la cápsula y el polímero y, a su vez, entre el polímero y el exterior.

11. Proceso para la aditivación de fibras, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque, para conseguir la encapsulación permanente de un aditivo, se escoge un aluminosilicato con un tamaño de poro inferior al de las moléculas de aditivo que, para ser introducidas, se someten a un tratamiento previo como por ejemplo oxidación, de modo que su estructura se modifica y pueden atravesar los poros y, una vez encapsulado el aditivo según las reivindicaciones 5-9, se aplica el proceso inverso por el cual las moléculas recuperan su tamaño.

12. Proceso para la aditivación de fibras, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque, para conseguir la encapsulación permanente de un aditivo, se utiliza un aluminosilicato con un tamaño de poro suficientemente grande para que el aditivo pueda atravesar sus poros y, posteriormente a la encapsulación del aditivo según las reivindicaciones 5-9, se realiza un tratamiento posterior con xilanos, boranos o germanos que son adsorbidos en la boca de los poros del aluminosilicato nanoporoso y posteriormente son oxidados mediante un tratamiento con vapor u otros agentes oxidantes con el fin de bloquear la salida del aditivo encapsulado.

13. Proceso para la aditivación de fibras, según las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque la encapsulación del aditivo se produce por absorción, adsorción e intercambio de iones del mismo en el aluminosilicato.

14. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque la incorporación de la cápsula en la matriz polimérica de la fibra se efectúa durante la fase de polimerización.

15. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque la incorporación de la cápsula en la matriz polimérica de la fibra se efectúa durante la fase de hilado.

16. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque la incorporación de la cápsula en la matriz polimérica de la fibra se efectúa durante el hilado del polímero justo antes de su fusión o al mismo tiempo que la dilución del polímero, dependiendo del tipo de hilado.

17. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque la incorporación de la cápsula en la matriz polimérica de la fibra se efectúa aplastando las cápsulas sobre el filamento en la salida de la hilera, durante la fase en la que el polímero aún no se ha solidificado.

18. Proceso para la aditivación de fibras, según la reivindicación 1, caracterizado porque los aditivos encapsulados son, entre otros: perfumes, esencias, cosméticos, anticelulíticos, cremas hidratantes, desodorante, aloe vera, aceites esenciales, colágeno, extractos naturales, antimosquitos, antimanchas, antiolores, antiácaros, cromóforos, tintas, tintes y medicinas tales como antiinflamatorios, epulóticos, vitaminas y antibióticos.

19. Proceso para la aditivación de polímeros que comprende:

la encapsulación del aditivo en el nanoporo de una cápsula de aluminosilicato para protegerlo de las temperaturas y demás condiciones de los distintos procesos de fabricación a los que se someten los polímeros;

incorporación de la cápsula, preferiblemente una nano/microcápsula, en la matriz del polímero, extrusión y/o inyección del polímero, e introducción del aditivo en la matriz del polímero.

20. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 19, caracterizado porque la temperatura de los procesos de fabricación del polímero llega hasta 300ºC.

21. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 19, caracterizado porque la cápsula incorporada en la matriz polimérica es un aluminosilicato que presenta una razón Si/Al variable de 1 a infinito, con un tamaño de partícula entre 50 nm y 40 micras.

22. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 19, caracterizado porque las condiciones de encapsulación del aditivo suponen la encapsulación no permanente del mismo dentro de un aluminosilicato nanoporoso, lo que posibilita una dosificación controlada del aditivo.

23. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 22, caracterizado porque el contenido de humedad de los aluminosilicatos es inferior al 15%, preferiblemente inferior al 5%.

24. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 23, caracterizado porque los aluminosilicatos son activados/deshidratados mediante calentamiento a una temperatura de 150-350ºC y después desgasificados con una bomba de vacío durante 1 hora aproximadamente.

25. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 22, caracterizado porque el aditivo encapsulado se mezcla con el aluminosilicato durante un periodo de tiempo que puede variar entre cinco y veinticuatro horas, con agitación continua para fomentar el contacto aditivo-cápsula, y a una temperatura entre 25 y 200ºC (dependiendo del tipo de aditivo que se vaya a encapsular) para acelerar el equilibrio de absorción entre el aditivo y las partículas de aluminosilicato.

26. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 25, caracterizado porque las proporciones cápsula-aditivo puedan variar entre 1/3 y 1/200, prefiriéndose 1/200.

27. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 22, caracterizado porque los tratamientos posteriores realizados después del contacto entre el aditivo y la cápsula de aluminosilicato para permitir la encapsulación consisten en el centrifugado de la muestra, el secado de las cápsulas que contienen el aditivo a una temperatura y durante un tiempo variables, dependiendo del tipo de aditivo, pudiendo ser de 25 a 100ºC y de 1 a 8 horas, y el triturado de las mismas durante un periodo de tiempo que puede variar de 3 a 30 minutos, con el fin de romper los posibles grumos formados durante el proceso de encapsulación.

28. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 22, caracterizado porque la fuerza motriz para la dosificación del aditivo es la diferencia de concentración del mismo entre la cápsula y el polímero y, a su vez, entre el polímero y el exterior.

29. Proceso para la aditivación de polímeros, según las reivindicaciones 19 y 21, caracterizado porque, para conseguir la encapsulación permanente de un aditivo, se escoge un aluminosilicato con un tamaño de poro inferior al de las moléculas de aditivo que, para ser introducidas, se someten a un tratamiento previo como por ejemplo oxidación, de modo que su estructura se modifica y pueden atravesar los poros y, una vez encapsulado el aditivo según las reivindicaciones 23-27, se aplica el proceso inverso por el cual las moléculas recuperan su tamaño.

30. Proceso para la aditivación de polímeros, según las reivindicaciones 19 y 21, caracterizado porque, para conseguir la encapsulación permanente de un aditivo, se utiliza un aluminosilicato con un tamaño de poro suficientemente grande para que el aditivo pueda atravesar sus poros y, posteriormente a la encapsulación del aditivo según las reivindicaciones 23-27, se realiza un tratamiento posterior con xilanos, boranos o germanos, que son adsorbidos en la boca de los poros del aluminosilicato nanoporoso y posteriormente son oxidados mediante un tratamiento con vapor u otros agentes oxidantes con el fin de bloquear la salida del aditivo encapsulado.

31. Proceso para la aditivación de polímeros, según las reivindicaciones 19 y 21, caracterizado porque la encapsulación del aditivo se produce por absorción, adsorción e intercambio de iones del mismo en el aluminosilicato.

32. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 19, caracterizado porque la incorporación de la cápsula en la matriz polimérica se efectúa durante la fase de polimerización.

33. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 19, caracterizado porque la incorporación de la cápsula en la matriz polimérica se efectúa durante la fase de extrusión o inyección.

34. Proceso para la aditivación de polímeros, según la reivindicación 19, caracterizado porque los aditivos encapsulados son, entre otros: perfumes, esencias, cosméticos, antimosquitos, antiácaros, medicinas, cromóforos, tintas y tintes.