TEJIDOS CON BARRERA A LIQUIDOS EXTREMADAMENTE ELEVADA.

Un tejido no tejido que al menos comprende una tela soporte de fibras,

y una tela barrera hidrófoba con un peso base de 5 g/m 2 a 51,1g/m 2 y fibras que tienen diámetros de menos que 1,0 micrómetro, teniendo dicho tejido no tejido una hidrocarga de al menos 145 cm y una permeabilidad Frazier de al menos 0,3 m 3 /m 2 -min

Tejidos con barrera a líquidos extremadamente elevada.

Esta invención se refiere a estructuras fibrosas no tejidas y más particularmente a tejidos respirables y estructuras en láminas formadas por fibras que se mantienen juntas sin tejer o tricotar.

Las estructuras fibrosas no tejidas han existido durante muchos años y hoy hay varias tecnologías de materiales no tejidos diferentes en uso comercial. Para ilustrar la amplitud de las tecnologías de materiales no tejidos, el papel es probablemente una de las estructuras fibrosas no tejidas desarrolladas más precozmente. Las tecnologías de materiales no tejidos continúan siendo desarrolladas por los que buscan nuevas aplicaciones y ventajas competitivas. Una amplia área de mercado que ha probado ser muy deseable debido a su gran volumen y ganancias es el mercado de indumentarias protectoras. Este mercado comprende la protección contra los productos químicos peligrosos tal como en la limpieza de los derrames de productos químicos, contra líquidos tales como la sangre en el campo médico y contra los materiales secos en partículas u otros peligros tales como la eliminación de pinturas y asbestos.

Se sabe que para que una prenda sea confortable, tiene que acomodarse a la necesidad fisiológica del cuerpo de regulación térmica. En ambientes cálidos, la energía térmica tiene que expulsarse del cuerpo. Esto se hace principalmente mediante una combinación de conducción térmica directa del calor desde el cuerpo a la superficie de la piel a través de capas de aire y de tejido, convección de calor hacia afuera del cuerpo mediante el aire que fluye, y mediante los efectos refrigerantes de la evaporación del sudor desde la superficie de la piel. Las ropas que inhiben apreciablemente la transferencia de calor pueden provocar la acumulación de calor y de humedad y esto puede dar lugar a malestar debido a sensaciones de calor, pegajosidad, viscosidad y/o sudor. En el caso extremo, por ejemplo cuando la ropa protectora impide una adecuada regulación térmica durante la actividad en un ambiente cálido y húmedo, tales limitaciones de la ropa no sólo conducen a malestar, sino que también pueden dar lugar a un estrés térmico que amenace la vida. Por esta razón, frecuentemente, las limitaciones de la ropa imponen limitaciones en la actividad para evitar las consecuencias del estrés térmico.

Los estudios han mostrado que las prendas más confortables con las menores restricciones sobre la actividad física en ambientes cálidos y húmedos, son las más capaces de respirar a través de mecanismos de intercambio de aire con el ambiente. (Bernard, T. E., N. W. Gonzales, N. L. Carroll, M. A. Bryner y J. P. Zeigler. "Sustained work rate for five clothing ensembles and the relationship to air permeability and moisture vapor transmission rate". American Industrial Hygiene Conference, Toronto, June 1999; N. W. Gonzales, "Maximum Sustainable Work for Five Protective Clothing Ensembles and the Effects of Moisture Vapor Transmission Rates y Air Permeability" Master's Thesis, College of Public Health, University of South Florida, December 1998).

La actividad física tensa los tejidos y las prendas. Si un tejido tiene una resistencia bastante baja al flujo de aire, esto, a su vez, produce una acción de bombeo que empuja y tira del aire y así sucesivamente a través del tejido. Mediante este mecanismo, el intercambio de aire cargado de calor y de humedad dentro de la prenda con aire ambiente proporciona un efecto refrigerante significativo. Ensayos de prendas protectoras hechas del mismo corte pero con resistencias al flujo de aire ampliamente diferentes en condiciones calurosas húmedas (32ºC, 60% RH), han mostrado que las prendas fabricadas de tejidos con la menor resistencia al flujo de aire permiten repetidamente a los sujetos conseguir mayores niveles de actividad sin incurrir en estrés térmico. Por el contrario, las prendas fabricadas de tejidos con la mayor resistencia al flujo de aire limitaban la actividad física de los mismos sujetos a los menores niveles para evitar el estrés térmico. Las prendas fabricadas de tejidos que tenían una resistencia al flujo de aire intermedia permitían que los sujetos consiguieran niveles intermedios de actividad sin estrés térmico. Los niveles de actividad intermedios se correlacionaron muy bien con la resistencia al flujo de aire del tejido.

Claramente, en condiciones en las que el cuerpo tiene que transferir calor y humedad para mantener el confort o evi- tar el estrés térmico, es deseable que las prendas se fabriquen con tejidos que tengan una baja resistencia al flujo hbox{de aire.

La ropa proporciona protección contra los peligros del entorno. El grado de protección que la ropa imparte depende de la efectividad de las características barrera de la ropa. Cuando la función de la barrera es impedir que los materiales en partículas o los fluidos del ambiente penetren en una prenda para que no alcancen al portador, la barrera se correlaciona fácilmente con el tamaño de poro del tejido. En general, las barreras más efectivas tienen el tamaño de poro más pequeño.

Desafortunadamente, un tamaño de poro más pequeño también da lugar en general a una mayor resistencia al flujo de aire. En los estudios citados anteriormente, las prendas con las propiedades barrera más altas tienen la permeabilidad al flujo de aire más baja y viceversa. Por lo tanto, la capacidad para proporcionar una protección barrera efectiva vistiendo y la capacidad para proporcionar una baja resistencia al flujo de aire, es decir, una alta permeabilidad al flujo de aire, en la misma prenda están inversamente relacionadas.

La carga hidrostática o "hidrocarga" (AATCC TM 127-194) es una medida conveniente de la capacidad de un tejido para impedir la penetración de agua. Es presentada como la presión, en centímetros de columna de agua (cmwc), requerida para forzar el agua líquida a través de un tejido hidrófobo. Se sabe que la hidrocarga depende inversamente del tamaño de poro. Un menor tamaño de poro produce una mayor hidrocarga y un mayor tamaño de poro produce una menor hidrocarga.

La permeabilidad de un tejido al flujo de aire se mide normalmente usando la medida de Frazier (ASTM D737). En esta medida, se aplica una diferencia de presión de 124,5 N/m² a una muestra de tejido convenientemente sujeta y el caudal de aire resultante se mide como la permeabilidad Frazier o más simplemente como "Frazier". En la presente memoria, la permeabilidad Frazier se da en unidades de m³/m²-min. Una Frazier alta corresponde a una alta permeabilidad al flujo de aire y una baja resistencia al flujo de aire mientras que una Frazier baja corresponde a una baja permeabilidad al flujo de aire y una alta resistencia al flujo de aire.

Las películas microporosas han sido usadas en materiales barrera para conseguir propiedades barrera a líquidos con carga hidrostática extremadamente alta, pero a expensas de la capacidad de respirar, tal que sus permeabilidades Frazier son inaceptablemente bajas, haciendo que los tejidos que contienen tales películas sean incómodos para el portador.

Actualmente, la mayor parte de las fibras hiladas en estado fundido tienen diámetros del orden de varias decenas de micrómetros, mientras que se sabe que las fibras formadas por extrusión por soplado en estado fundido tienen diámetros de fibra del orden de aproximadamente 1 a 10 micrómetros. Recientemente, muchos investigadores han realizado esfuerzos para disminuir los tamaños de las fibras con el fin de obtener diferentes beneficios cuando se comparan con fibras convencionales.

Se han hecho avances para proporcionar al mismo tejido tanto propiedades de hidrocarga alta como propiedades de Frazier alta. Por ejemplo, la patente de EE.UU. nº 5.885.909 describe estructuras fibrosas no tejidas de bajo denier o sub-denier las cuales demuestran una inusual combinación de alta permeabilidad Frazier y altas propiedades barrera a líquidos con alta carga hidrostática.

Más recientemente, los esfuerzos se han centrado alrededor de obtener diámetros de fibra en el intervalo de las "nanofibras", es decir con diámetros del orden de menos que aproximadamente 0,5 micrómetros (500 nm). Sin embargo, la producción de tales fibras pequeñas ha presentado muchos problemas que incluyen una baja productividad, pobre eficiencia en el hilado y dificultades en la recogida de la fibra.

Convencionalmente, las nanofibras han sido producidas mediante la técnica del electrohilado, que se describe en "Electrostatic Spinning of Acrylic Microfibers", P.K. Baumgarten, Journal of Colloid and Interface...

1. Un tejido no tejido que al menos comprende una tela soporte de fibras, y una tela barrera hidrófoba con un peso base de 5 g/m² a 51,1g/m² y fibras que tienen diámetros de menos que 1,0 micrómetro, teniendo dicho tejido no tejido una hidrocarga de al menos 145 cm y una permeabilidad Frazier de al menos 0,3 m³/m²-min.

2. El tejido no tejido según la reivindicación 1, en el que dichas fibras de la tela barrera tiene diámetros de menos que 0,5 micrómetros.

3. El tejido no tejido según la reivindicación 1, en el que dicha tela barrera comprende nanofibras de un polímero o copolímero hidrófobo.

4. El tejido no tejido según la reivindicación 3, en el que dicho polímero o copolímero hidrófobo es una poliolefina, un polímero parcialmente fluorado o un polímero perfluorado.

5. El tejido no tejido según la reivindicación 4, en el que dicho polímero o copolímero hidrófobo tiene unidades repetitivas de etileno, propileno, butenos, hexenos, octenos, estirenos, 4-metil-1-penteno y combinaciones de los mismos.

6. El tejido no tejido según la reivindicación 1, en el que dicha tela barrera se vuelve hidrófoba por revestimiento con un revestimiento hidrófobo.

7. El tejido no tejido según la reivindicación 6, en el que dicho revestimiento hidrófobo es un material de revestimiento fluorocarbonado.

8. El tejido no tejido según la reivindicación 1, en el que la tela barrera tiene un tamaño de poro máximo entre fibras de no más que 23 micrómetros.

9. El tejido no tejido según la reivindicación 1, en el que la tela barrera tiene una fracción de sólidos de no menos que 0,03.

10. El tejido no tejido barrera según la reivindicación 1, que tiene una relación entre el peso base de la tela barrera, y la hidrocarga del tejido y la permeabilidad Frazier descrita mediante fórmula:

en la que P_f es la densidad de las fibras barrera en kg/m³, c es la fracción en volumen de sólidos de la tela barrera,

k(c) = 3,58 • c² - 1,32 • c + 1.77,

Frazier está en unidades de m³/m²-min, y la hidrocarga está en unidades de centímetros de columna de agua.

11. Un tejido no tejido según la reivindicación1, que comprende una estructura de FF/mSB, en la que FF es una tela barrera.

12. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de FF/SB, en la que FF es una tela barrera.

13. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de mSB/FF/mSB, en la que FF es una tela barrera.

14. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de FF/MB/SB, en la que FF es una tela barrera.

15. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de SB/MB/FF/MB/SB, en la que FF es una tela barrera.

16. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de FF/MB/mSB, en la que FF es una tela barrera.

17. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de mSB/MB/FF/MB/mSB, en la que FF es una tela barrera.

18. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, que comprende una estructura de SB/MB/FF/SB, en la que FF es una tela barrera.

19. Un tejido no tejido según la reivindicación 1, en el que dicha tela soporte comprende fibras que tienen diámetros menores que 20 veces los diámetros de fibra de la tela barrera.