Objeto de la invención:

La invención pertenece al campo de la producción de fibras sintéticas, principalmente para la industria textil, y en particular a la fabricación de hilos y fibras sintéticas de polímeros de poliéster por el procedimiento de hilatura por fusión.

Específicamente la invención se refiere al diseño y utilización de una composición polimérica concentrada ( "masterbatch" ) , para su incorporación durante el proceso de extrusión a los fundidos de polímeros de poliéster formadores de fibras y filamentos, cuya finalidad es conseguir la mejora de la velocidad en el proceso de hilatura (productividad) .

Específicamente, la composición polimérica de la presente invención se aplicará preferentemente a hilos preorientados con objeto de poderlos hilar a mayores velocidades pero con un comportamiento reológico (curva carga-alargamiento) similar a cuando se hilan a menor velocidad sin "masterbatch" incorporado.

Estado de la técnica:

Un polímero soporte o también llamado en el sector de la técnica como "carrier" es el medio en el que se dispersa un concentrado de pigmentos de color u otros aditivos, conociéndose el conjunto como "masterbatch", el cual se dosifica al polímero principal para modificar las propiedades de las fibras y filamentos, resultando productos con un valor diferencial técnico y mejoras especificas para las aplicaciones a las que se destinan.

Existen en el mercado una gran variedad de "masterbatch" cuya composición depende de los fines para los cuales se emplean; sin embargo, no se conoce hasta la fecha el uso de polimetilmetacrilato (PMMA) como soporte o carrier de aditivos en un "masterbatch", con el fin de incrementar la productividad en el proceso de hilatura por fusión.

En los procedimientos de hilatura por fusión el PMMA ha sido empleado como aditivo que reduce la orientación, tal es el caso de la patente española no. ES2210929, en la que se divulgan fibras y filamentos de poliéster que contienen PMMA añadido en cantidades entre el 0.1 y el 4% en peso en relación al polímero formador de los hilos. El PMMA se inyecta a la corriente de masa fundida principal de poliéster, se dispersa y se homogeneiza en el polímero fundido, con el resultado de poder incrementar el alargamiento a la rotura

(elongación) a elevadas velocidades de hilatura.

Con el mismo fin es utilizado en las patentes USA no. US2004076823 y japonesa no. JP11350277. La patente US2004076823 se refiere a una composición coextruida de fibras de poliéster PTT (politrimetilentereftalato) con adición de una resina de PMMA, entre otras, consiguiéndose un aumento del alargamiento a la rotura de la fibra de un 30%, lo que permite aumentar la velocidad de hilatura. En la patente JP11350277 se divulga el efecto del PMMA como limitador de la orientación cristalina al ser utilizado como aditivo en una composición de hilos o filamentos de poliéster, consiguiéndose aumentar el alargamiento a la rotura de la fibra con vistas a la preparación de hilos voluminosos (HB) por mezcla de hilos con diferente capacidad de encogimiento (encogimiento diferencial) .

Es bien conocida la necesidad de la industria de conseguir mejoras en la productividad sin perjuicio de la calidad de los productos fabricados. En el caso de la fabricación de fibras para la industria textil esta necesidad es especialmente acuciante. La presente invención aporta una solución a este problema mediante el uso de un "masterbatch" .

Es conocido que la incorporación de un "masterbatch" especifico puede influir significativamente en el color, prestaciones y costes en los procesos de hilatura. De su correcta elección y diseño dependerá la efectividad de un aditivo y su compatibilidad con el polímero componente de la fibra.

Por lo tanto, se hace necesaria la preparación de un "masterbatch" con un polímero soporte con el que se logre dispersar concentraciones importantes de aditivos sin que se modifiquen sus características durante y después de su dispersión y que permita incrementar la productividad durante la hilatura de las fibras y filamentos de poliéster.

Descripción de la invención:

El objetivo principal de la presente invención es la formulación y utilización de una composición polimérica ("masterbatch") que comprende un polímero de la familia de los metacrilatos como polímero soporte ("carrier") de pigmentos y/o aditivos dispersados en el mismo, para su incorporación durante el proceso de extrusión a los fundidos de polímeros de poliéster formadores de fibras, cuya finalidad es conseguir la mejora de la productividad en el proceso de hilatura.

Este objetivo se logra gracias a las óptimas cualidades que aporta el polímero de la familia de los metacrilatos al emplearse como carrier en el "masterbatch" , en el que se dispersan al menos un pigmento y/o un aditivo.

De manera preferente el miembro de dicha familia empleado como polímero soporte "carrier" en el "masterbatch" es el polimetilmetacrilato (PMMA).

Dicho polímero polimetilmetacrilato, utilizado como polímero soporte en el "masterbatch", y los resultados obtenidos al emplear el mismo, serán usados de aquí en adelante para explicar adecuadamente la presente invención .

Sin embargo, dicha explicación no debe entenderse con carácter limitativo al empleo del PMMA como polímero soporte, puesto que se han obtenido resultados similares al utilizar como alternativa al PMMA otros polímeros que forman parte de la familia de los metacrilatos.

Por lo tanto, de aquí en adelante se utilizará el PMMA como polímero soporte, entendiéndose que cualquier referencia a este polímero podrá ser extensiva a otros miembros de la familia de los metacrilatos.

Ventajosamente, la utilización de un "masterbatch" con PMMA como carrier no provoca en el polímero en el que se dosifica problemas de procesado por degradación de este polímero durante la mezcla que se realiza en la extrusora .

El PMMA es un material inerte que no es compatible (miscible) con los polímeros termoplásticos formadores de fibras. Se trata de un plástico amorfo, y su influencia en estos polímeros se limita sólo a su comportamiento reológico, sin que produzca ninguna modificación estructural, por lo que es adecuado para su empleo como "carrier" en un "masterbatch" .

En ocasiones este polímero soporte puede estar compuesto por mezclas de PMMA con uno o una combinación de cómo mínimo dos de los siguientes polímeros: polibutilentereftalato (PBT) , polietilentereftalato (PET), politrimetilentereftalato (PTT), o ácido poliláctico (PLA), con el objeto de optimizar las propiedades finales del "masterbatch".

Como ya se mencionó, la composición polimérica de la invención se adiciona o aditiva durante el proceso de extrusión a los fundidos de polímeros de poliéster formadores de fibras. La denominación "poliéster" agrupa todos los miembros de una familia de polímeros cuya cadena está formada por monómeros unidos por funciones éster, como por ejemplo, polietilentereftalato (PET), polibutilentereftalato (PBT), politrimetilentereftalato (PTT), o ácido poliláctico (PLA).

Tras sucesivas investigaciones y pruebas realizadas se ha definido que para alcanzar los fines deseados en la mejora de la productividad en el proceso de hilatura, la composición del "masterbatch" al que se refiere la presente invención comprenderá preferentemente polimetilmetacrilato (PMMA) con un peso molecular comprendido entre 10.000 y 500.000 g/mol, y estará contenido en una cantidad entre el 30% y el 99% en peso de dicha composición polimérica concentrada o "masterbatch" . Igualmente, se ha determinado que la concentración final de PMMA en el polímero formador de fibras a extruir alcanza preferentemente hasta el 10% en peso en la mezcla final o, lo que es igual, en el fundido de dicho polímero, con lo cual se obtienen aumentos muy importantes en la productividad del proceso de hilatura.

La composición polimérica de la presente invención contiene además del PMMA, entre el 1 % y el 70% en peso de pigmentos y/o aditivos y opcionalmente otros polímeros y agentes dispersantes. El porcentaje de pigmentos y/o aditivos es función, entre otras cosas, del tipo y características de dichos pigmentos y aditivos, y de los polímeros que serán aditivados.

Los pigmentos utilizados en el "masterbatch" se escogerán de entre un pigmento orgánico, un pigmento inorgánico, o bien de una mezcla de ellos.

De manera preferente los pigmentos utilizados en la composición polimérica "masterbatch" de la presente invención serán el Negro de Humo, o bien el dióxido de titanio (TÍO2)■ En este sentido, se describe en la presente invención la existencia de un efecto sinérgico sorprendente e inesperado, derivado de la combinación del PMMA con cada uno de estos pigmentos, dicha combinación potencia la disminución de la orientación permitiendo un incremento de la productividad sin tener que alcanzar niveles de dosificación elevados en exceso.

Por otra parte, los aditivos utilizados para la preparación de la composición polimérica se escogen de entre: lubricantes, antiestáticos, plastificantes , estabilizantes, antioxidantes, compatibilizantes e ignifugantes así como mezclas o combinaciones de estos productos . En el caso en que el polímero soporte puede estar compuesto por mezclas de PMMA con otros polímeros, tales como el PBT, PET, PTT y PLA, con el objeto de optimizar las propiedades finales del "masterbatch", dichos polímeros estarán contenidos en una cantidad de entre 50% y el 70% en peso de la composición polimérica.

La presencia de agentes dispersantes está vinculada al proceso de fabricación. Tal como se describe en esta invención, en ocasiones es necesaria una fase de premezcla de los polímeros y los pigmentos y/o aditivos en presencia de agentes dispersantes con el fin de conseguir la dispersión adecuada de los pigmentos y o aditivos en la fase posterior de extrusión.

La composición polimérica concentrada de la presente invención se dosificará durante el proceso de extrusión de los fundidos de polímeros de poliéster formadores de fibras .

La influencia a nivel reológico de la adición

(aditivación) de la composición polimérica en dicho fundido, se concreta en una disminución del grado de orientación del polímero aditivado, disminución que dependerá de la dosificación aplicada.

El sistema de hilatura empleado para la obtención del hilo o fibra, a partir de los fundidos aditivados con el "masterbatch" de la presente invención, será el de hilatura por fusión ya que se trata de fibras sintéticas y polímeros termoplásticos , especialmente polímeros de poliéster .

Los hilos o fibras hiladas son generalmente de la familia de los hilos preorientados (POY), que se utilizan principalmente en la fabricación de hilos texturados . La composición polimérica de la presente invención se podrá aplicar en la fabricación de estos hilos preorientados (POY) con el objeto de poderlos hilar a mayores velocidades pero con un comportamiento reológico (curva carga-alargamiento) similar a cuando se hilan a menor velocidad sin "masterbatch" incorporado.

Los hilos preorientados son hilos que se recogen a velocidades que pueden oscilar entre los 500 y los 4500 m/min. Estos hilos poseen una estructura fina (microestructura) bifásica con una fase amorfa orientada o mesomorfa embebida o integrada en una matriz desorientada, y con una ausencia casi total de zonas cristalinas cuando la velocidad de hilatura no es superior a 3500 m/min.

La orientación de los hilos POY se completa en su procesado posterior, como es el caso de la texturación. La fabricación de hilos POY permite un aumento de la productividad del orden del 30%, asi como un excelente procesado en la operación de texturación. Los hilos POY poseen una tenacidad del orden de 18 CN/tex y un alargamiento a la rotura en torno al 150%. La curva carga-alargamiento de los hilos POY presenta globalmente un tramo inicial de comportamiento elástico (zona del módulo inicial) , al que le sigue una amplia zona de fluencia (aumento del alargamiento sin apenas aumento de carga) , a esta zona de fluencia le sigue una zona de refuerzo, con un tramo lineal, hasta que se produce la rotura. Un parámetro interesante de la curva carga- alargamiento de los hilos POY se refiere a la carga o esfuerzo que corresponde a un 100% de alargamiento. El punto que corresponde a estas coordenadas se sitúa habitualmente en la zona de refuerzo. Esta carga que ocasiona un alargamiento del 100% puede ser considerada como un parámetro global de orientación (índice de orientación, Iioo) · Cuanto menor sea su valor menos orientada estará la estructura fina del hilo y mayor será su deformabilidad (ductilidad/estirabilidad) y menor su rigidez. En este contexto se le conocerá como índice de orientación o Iioo-

Cuando se aumenta la velocidad de hilatura disminuye el alargamiento a la rotura de los hilos POY y aumenta el Iioo- La velocidad de hilatura de los hilos POY destinados a su posterior texturación viene limitada por el hecho de que estos deben presentar un determinado alargamiento a la rotura, o bien del esfuerzo o carga que hay que aplicar para producir un alargamiento del 100% (Iioo)en el hilo POY.

Si por aditivación del fundido del polímero a extruir se puede aumentar el alargamiento a la rotura de un hilo POY, sucederá que tendrá lugar también una disminución del Iioo. Ello se traducirá en que se podrá aumentar la velocidad de hilatura en la medida en que el Iioo no sea superior al que corresponde a la velocidad de hilatura cuando se trata de un fundido de polímero no aditivado.

Los resultados obtenidos con la aplicación de la composición polimérica de la invención demuestran claramente su eficacia para superar el problema técnico planteado con relación al aumento del rendimiento en el proceso de hilatura.

Con la dosificación de una composición polimérica "masterbatch" que tenga como polímero soporte "carrier" P MA y un pigmento y/o aditivo como los antes descritos, se obtienen resultados que demuestran que las cualidades de estirabilidad o deformación que se aportan a estas fibras son superiores a las de un "masterbatch" que contenga otro tipo de carrier con el mismo pigmento o aditivo, asi como una capacidad de estirabilidad (ductilidad) superior a la que posee por si mismo en igualdad de condiciones de extrusión.

Independientemente que resulte una mayor regularidad en el proceso de extrusión durante la hilatura, los hilos que se obtienen aplicando un "masterbatch" con PMMA como polímero soporte y aditivos y/o pigmentos como los aquí descritos, tienen una estructura fina con un grado de orientación más bajo que permite incrementar la velocidad de recogida del hilo, de lo que se deriva una productividad (velocidad de hilatura) muy superior a cuando se utilizan otros polímeros como carrier. A este respecto los resultados demuestran que se obtienen aumentos de la velocidad de hilaturas superiores al 20%.

La eficacia de la aditivación con la composición polimérica "masterbatch" de la presente invención se confirma por el hecho de que al aumentar la concentración de polimetilmetacrilato (PMMA) en el fundido del polímero formador de la fibra que se fabrica aumentan también los efectos obtenidos, manteniendo constante la velocidad de hilatura.

En una de las realizaciones posibles de la invención la composición polimérica concentrada comprende entre un 30-50% en peso de polimetilmetacrilato (PMMA) como polímero soporte, entre un 50-70% en peso de PBT, y entre un 1-5% en peso de aditivo y/o pigmento.

Dicha composición polimérica se adiciona en una cantidad entre el 4% y el 8% en peso del polímero formador de fibras y filamentos, y el polimetilmetacrilato está contenido en una cantidad entre el 1.6% y el 3.2% en peso en dicho polímero.

La aplicación de una composición como la descrita disminuye el índice de orientación de los hilos de poliéster pre-orientados POY 290/48 dtex a valores entre 15.4 (CN/tex) y 11.8 (CN/tex) cuando son hilados a velocidades entre 2000 y 4500m/min.

Es una realización preferente de la invención una composición polimérica concentrada que comprende entre un 60-90 % en peso de polimetilmetacrilato (PMMA) como polímero soporte, y al menos un aditivo y/o un pigmento estando contenido en una cantidad entre el 10% y el 40% en peso de dicha composición polimérica.

Es aún otra realización preferida de la invención una composición polimérica concentrada que comprende de manera preferente entre un 60-80% en peso de polimetilmetacrilato (PMMA) como polímero soporte y entre un 20-40% en peso de Negro de Humo como pigmento.

Esta composición polimérica concentrada se adiciona en el proceso de extrusión a los fundidos de polímeros de poliéster formadores de fibras y filamentos, en una cantidad entre el 2% y el 8% en peso, de manera que el polimetilmetacrilato esté contenido en una cantidad entre el 1.4% y el 5.6% en peso en dicho fundido del polímero formador de fibras y filamento.

Esta segunda composición preferente disminuye el índice de orientación de los hilos de poliéster pre- orientados POY 290 dtex a valores entre 11.7 (CN/tex) y 8.1 (CN/tex) cuando son hilados a velocidades entre 2000 y 4500 m/min., y aumenta el alargamiento a la rotura de los mismos a valores entre 152% y 186%. La formulación del "masterbatch" anterior permite compatibilizar y concentrar al máximo los dos componentes principales, es decir pigmento y PM A, posibilitando la obtención de un producto final que aporta la mejor funcionalidad deseada a un porcentaje de dosificación perfectamente viable.

La alternativa conocida para obtener la misma funcionalidad consistiría en adicionar 2 masterbatch distintos: uno para aumentar la productividad y el otro para modificar el color. En este caso el coste total de los dos masterbatch seria mucho más elevado y el nivel de dosificación total seria tan alto que afectarla tanto a la procesabilidad como a las propiedades finales del hilo.

Los hilos POY aditivados con este "masterbatch" se texturaron posteriormente permitiendo la obtención de hilos texturados que presentaron un aumento en los valores de alargamiento a la rotura entre el 15% y el 35%, incrementando con ello la productividad en su hilado a valores de hasta el 22.3% con relación al hilo de poliéster texturado sin aditivar.

Otra realización preferente de la invención es una composición polimérica concentrada que comprende entre un 50-95% en peso de polimetilmetacrilato (PMMA) como polímero soporte y entre un 5-50% en peso de Dióxido de Titanio (Ti0 ₂ ) como pigmento.

Dicha composición polimérica se adiciona al fundido de dicho polímero de poliéster en una cantidad entre el 2% y el 8% en peso del fundido, y el polimetilmetacrilato está contenido en una cantidad entre el 1.7% y el 6.8% en peso en el fundido. Esta tercera composición permite la disminución del índice de orientación de los hilos de poliéster pre- orientados POY a valores entre 12.1 (CN/tex) y 7.9 (CN/tex) , y un aumento en el alargamiento a la rotura a valores entre 152% y 185%, cuando son hilados a velocidades entre 2000-4500 m/min.

Los hilos POY aditivados con este "masterbatch" se texturaron posteriormente, permitiendo la obtención de hilos texturados doblados con un alargamiento a la rotura entre el 22% y el 37.2%, incrementando con ello la productividad hasta en un 22,3% con relación al hilo de poliéster texturado sin aditivar.

Procedimiento de fabricación del "masterbatch" :

Otro de los objetivos de la presente invención es el proceso de fabricación de un "masterbatch", según se define en esta invención, que comprende una fase de extrusión y opcionalmente una fase previa de pre-mezcla.

En ocasiones esta primera fase de pre-mezcla no es necesaria para algunos polímeros, pigmentos y aditivos, pudiendo ser dosificados de forma directa en la fase de extrusión .

Fase de pre-mezcla:

Esta primera fase tiene lugar en los equipos llamados turbo-mezcladores o similares dónde se procede a pre- dispersar los pigmentos y/o aditivos mediante el uso de uno o más agentes dispersantes, compatibles con el polímero de la base y con el polímero componente de la fibra a fabricar. Para que la pre-dispersión sea óptima se deberán disgregar los aglomerados mediante el esfuerzo mecánico aportado por las palas del turbo- mezclador y la posterior imbibición o impregnación de las partículas pigmentarias. Los aglomerados se forman como consecuencia de interacciones fuertes entre las partículas de pigmento. Este fenómeno sucede especialmente a altas concentraciones de pigmento orgánico. Se entiende como imbibición el fenómeno de cubrir la superficie de un sólido con un liquido: los agentes dispersantes, como las ceras, funden a las temperaturas que se alcanzan dentro del turbo-mezclador y recubren los otros componentes de la mezcla.

Fase de extrusión:

El objetivo principal de esta fase es la obtención de una buena dispersión (mezcla dispersiva) y homogenización (mezcla distributiva) de los componentes del "masterbatch" . Existe una gran variedad de equipos de extrusión, cuya elección dependerá de las características y propiedades del producto a extruir. El utilizado en la presente invención para fabricar un "masterbatch" de base PMMA es una extrusora bi-husillo corrotante, que se caracteriza por el mismo sentido de giro de sus husillos. Estos equipos de extrusión transfieren al material una gran cantidad de energía mecánica, llamada fuerza de cizalla, que permite dispersar altos contenidos de pigmentos y/o aditivos. La configuración de los husillos es esencial para garantizar una buena productividad y una calidad óptima del producto. Los husillos están formados por distintos elementos ensamblados que en función de su geometría y posición, distribuyen, dispersan, o transportan el material. El tratamiento que sufre el material durante su paso por el equipo extrusor depende de la configuración del husillo siendo igualmente importante tanto el tipo de elementos empleados como su posición en el husillo. A modo de ejemplo, dos configuraciones con los mismos elementos pero distinta distribución en el husillo producirán materiales extruidos de calidad distinta (dispersión, distribución, rendimiento coloristico) . Otros elementos externos que influyen en la extrusión son los dosificadores, bañeras, sistemas de secado y las granceadoras (granuladoras) .

Procedimiento de aplicación del "masterbatch" :

Preferentemente el procedimiento de aplicación de la composición polimérica "masterbatch" de la presente invención se realiza según el siguiente procedimiento:

El punto de partida para la hilatura por fusión son los polímeros termoplásticos en forma de chips o granza. Estos se funden en el interior de la extrusora formándose un masa viscosa fluida. La masa viscosa se dosifica por medio de una bomba volumétrica a un sistema de filtración y a una placa de orificios llamada hilera. El polímero fundido es forzado a pasar a través de los orificios de la hilera, aplicando valores altos de presión, obteniéndose un conjunto de filamentos, que reunidos, forman el hilo. El enfriamiento de la masa viscosa a la salida de la hilera se realiza mediante un flujo controlado de aire, los hilos se lubrican posteriormente con una emulsión de aceite de ensimaje y se recogen finalmente en una bobinadora.

La adición de la composición polimérica "masterbatch" de la presente invención se efectúa en la zona de extrusión del fundido del polímero formador de la fibra, pudiendo hacerse de forma sólida mediante un sistema gravimétrico o en forma viscosa por medio de un extrusor lateral. El perfil de temperaturas aplicado en la extrusora en el presente desarrollo está comprendido entre 290 y 300°C. Este perfil puede verse modificado en función de las dimensiones de la extrusora, el tiempo de residencia de la masa fundida y de otros parámetros que pueden variar según los distintos equipos de extrusión.

Descripción de la figuras .

La Figura 1 muestra la evolución del alargamiento a la rotura y del índice de orientación de los hilos en función de la dosificación de un másterbatch al 15% de P MA en PBT en el fundido del polímero a extruir, siempre a una misma velocidad de hilatura (3000 m/min.) .

La Figura 2 muestra la evolución del índice de orientación en función de la concentración de PMMA en el fundido de polímero a extruir a diferentes velocidades de hilatura.

La Figura 3 muestra la relación de estirado en la texturación (estirado residual) en función del índice de orientación para diferentes alargamientos a la rotura del hilo texturado.

La Figura 4 muestra la evolución del índice de orientación a dos velocidades diferentes de hilatura, en función de la concentración de PMMA en el fundido de polímero a extruir. En este caso el "másterbatch" es una combinación de PMMA y PBT.

La Figura 5 muestra la evolución del índice de orientación a dos velocidades diferentes de hilatura, en función de la concentración de PMMA empleadas en el fundido de polímero a extruir con negro de humo como aditivo .

La Figura 6 muestra las curvas carga/alargamiento de un hilo recogido a una velocidad de 3500m/min. utilizando como aditivo negro de humo, con o sin empleo de P MA como carrier.

La Figura 7 muestra las curvas carga /alargamiento obtenidas al aplicar las mismas concentraciones de PMMA en dos formulaciones diferentes de la composición polimérica o "masterbatch" , asi como del polímero base (PET RT-20) .

La Figura 8 muestra las curvas de carga/alargamiento cuando se emplea un "masterbatch" PMMA / T1O ₂ a distintas dosificaciones.

La Figura 9 muestra la evolución del alargamiento a la rotura y del índice de orientación en función de la concentración (%) de PMMA en el fundido de poliéster.

La Figura 10 muestra las curvas de carga/alargamiento de los hilos texturados obtenidos cuando se emplea un "masterbatch" PMMA/Ti0 ₂ a distintas dosificaciones.

La Figura 11 muestra la evolución del alargamiento a la rotura en función de la concentración (%) de PMMA en el fundido de poliéster cuando se emplea un "masterbatch" PMMA / Ti0 ₂ a distintas dosificaciones.

La Figura 12 muestra las curvas carga/alargamiento de los hilos preorientados resultantes de la adición de un "masterbatch" PMMA/negro de humo a dos dosificaciones distintas .

Descripción de un modo de realización de la invención :

De acuerdo con la presente invención una composición polimérica concentrada (también denominada en el sector de la técnica como "masterbatch") para la aditivación de fibras y/o filamentos de polímeros termoplásticos durante el proceso de extrusión está formada por: (a) un polimetilmetacrilato (PMMA) con un peso molecular de 100.000 g/mol como polímero soporte "carrier", y (b) un aditivo y/o un pigmento.

La composición polimérica de la presente invención abarca un intervalo de composiciones PMMA/aditivo y/o pigmento entre el 30/70% y el 99/1%, obteniéndose unos resultados muy satisfactorios, pues permite disminuir el índice de orientación y aumentar el alargamiento a la rotura, y con ello lograr el aumento de la velocidad de hilatura .

La concentración final de PMMA en el polímero formador de fibras a extruir puede alcanzar hasta el 10% en peso de la mezcla final (es decir "masterbatch" con las fibras y/o filamentos de polímeros termoplásticos ) , permitiendo este rango de concentración alcanzar los resultados deseados.

Los resultados referidos anteriormente se muestran en la Figura 1, en la que se puede apreciar claramente como, para una misma velocidad de hilatura, el índice de orientación disminuye a medida que aumenta la concentración de PMMA, que actúa como carrier o soporte en la composición polimérica "masterbatch" . De ello resultan hilos menos orientados (más deformables) , lo que puede permitir trabajar a velocidades de hilatura más altas y, a la vez, conseguir alargamientos a la rotura propios de los hilos no aditivados.

El alargamiento a la rotura, al contrario de lo que sucede con el índice de orientación, evoluciona de modo que, como puede apreciarse en la Figura 1, al aumentar la concentración de PMMA en el polímero el alargamiento a la rotura aumenta también, lo que permite que se pueda aumentar la velocidad de hilatura con el consiguiente aumento de la productividad. La Figura 2 se refiere a la evolución del índice de orientación en función de la concentración de PMMA en el fundido para diferentes velocidades de hilatura. En ella puede observarse que la adición de un 3,2% de PMMA al fundido cuando se hila a 3490 m/min. conduce a hilos con el mismo índice de orientación (Iioo) que cuando se hila a 3000 m/min. en ausencia de PMMA, con el consiguiente aumento de la productividad.

En la Figura 3 se ha representado la relación de estirado residual (estirado en la operación de texturación) en función del índice de orientación (Iioo) del hilo POY para hilos texturados con diferentes alargamientos a la rotura. En ella se aprecia que, para un determinado alargamiento a la rotura del hilo texturado, cuanto menor es Iioo mayor es la relación de estirado que se puede aplicar en la máquina de texturar. Por otra parte, sucede también que, para un determinado valor de Iioo, cuanto mayor es el alargamiento a la rotura del hilo texturado es menor la relación de estirado residual. Ello es lógico ya que cuanto mayor sea el alargamiento a la rotura del hilo texturado menor tendrá que ser la orientación (relación estirado residual) que se aplique en la texturadora . Ejemplos de realización:

Ejemplo 1:

Los resultados de los ensayos presentados en la Tabla 1 y representados en la Figura 4 se obtuvieron adicionando a un fundido de poliéster en el proceso de extrusión una composición polimérica ( "masterbatch" ) en forma de granza o chips según un procedimiento gravimétrico de adición. El "masterbatch" contenía un 40% de PMMA y un 60% en peso de PB . Una vez adicionado el "masterbatch" se fundió y mezcló con el polímero fundido en la extrusora a una temperatura entre 290°C y 300°C formándose una masa viscosa fluida que, forzada a pasar a través de los orificios de la hilera por aplicación de altas presiones, se transforma en el conjunto de filamentos que recogidos a 3500 m/min. forman un hilo POY de título 290/48 dtex.

La Tabla 1 contiene los valores del índice de orientación (Iioo) cuando se hila a 3000 y a 3500 m/min. en función del porcentaje de PMMA adicionado al polímero a extruir. Su examen permite señalar que con una incorporación del 3,2% de PMMA (8% del "masterbatch" indicado) resulta el mismo valor de Iioo hilando a una velocidad de 3500 m/min. que cuando se hila a 3000 m/min. en ausencia de PMMA.

Tabla no .1

Ejemplo 2:

Los resultados de los ensayos presentados en la Tabla 2 se obtuvieron adicionando, en el proceso de extrusión de un fundido de poliéster, una composición polimérica "masterbatch" en forma de granza o chips según un procedimiento gravimétrico de adición. La composición polimérica contenia el 70% en peso de PMMA y el 30% en peso de negro de humo como aditivo. El procedimiento utilizado para la adición y obtención del hilo o fibra fue el mismo descrito en el ejemplo 1, obteniéndose finalmente un hilo de poliéster POY 290/48 dtex.

La Tabla 2 muestra el valor del índice de orientación (Iioo) cuando se hila a 3000 y a 3500 m/min. en función del porcentaje de PMMA incorporado al fundido partiendo del "masterbatch" indicado. En ella se puede apreciar que la presencia del 2,1% de PMMA hilando a 3500 m/min. conduce a un I ₁₀₀ igual al que resulta de hilar a 3000 m/min. en ausencia de PMMA. Los valores de la Tabla 2 están representados gráficamente en la Figura 5.

Tabla no.2

Analizando conjuntamente los ejemplos 1 y 2 se aprecia claramente un efecto sinérgico consecuencia del uso combinado de PMMA con pigmento (negro de humo) en el mismo "masterbatch" . Comparando las tablas se observa que el contenido de PMMA necesario para conservar el índice de orientación del hilo original, sin aditivo e hilado a 3000m/min . , pasa de un 3.2% a un 2.1% en el caso de que el "masterbatch" incorpore también negro de humo .

Es la formulación de este "masterbatch" la que permite compatibilizar y concentrar al máximo los dos componentes principales, es decir pigmento y PMMA, posibilitando la obtención de un producto final que aporta toda la funcionalidad deseada a un porcentaje de dosificación perfectamente viable.

La alternativa conocida para obtener la misma funcionalidad consistiría en adicionar 2 masterbatch distintos: uno para aumentar la productividad y el otro para modificar el color. En este caso el coste total de los dos masterbatch sería mucho más elevado y el nivel de dosificación global podría alcanzar fácilmente el 8 o 10%. Estos niveles de dosificación en general no son viables ya que reducen en exceso el porcentaje de polímero base perjudicando la procesabilidad y las propiedades finales.

Ejemplo 3:

Los resultados que se representan en la Tabla 3 y Figura 6 corresponden a ensayos realizados para determinar los efectos del PMMA en el aumento de la estirabilidad en un hilo de poliéster POY de 290/48 dtex utilizando negro de humo como pigmento y PBT como carrier en un caso, y PMMA en otro. La velocidad de hilatura se mantuvo constante a 3500 m/min., así como las demás condiciones del proceso de extrusión e hilatura . Ambos "masterbatch" contenían una relación en peso de un 70% de polímero soporte (PMMA o PBT) y un 30% de negro de humo, y se dosificaron al 4% con relación al polímero fundido a extruir.

Las curvas 1-3 de la Figura 6 corresponden al "masterbatch" que contenía una relación en peso de 70% PBT / 30% negro de humo, y las curvas 4-6 corresponden al "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% negro de humo.

En la Tabla 3 puede apreciarse que la presencia de PMMA conduce a hilos con un alargamiento a la rotura notablemente mayor y un índice de orientación mucho menor que cuando se utiliza PBT como soporte del pigmento negro de humo. Ello pone de manifiesto la eficacia mucho mayor del PMMA para disminuir la orientación de los hilos POY de poliéster.

Tabla no .3

Ej emplo 4 :

Se prepararon hilos de poliéster POY de 210/48 dtex con una velocidad de hilatura de 3500 m/min., uno de ellos sin aditivación, otro aditivado con un "masterbatch" con un contenido en peso de 85% PMMA / 15% T1O ₂ , y otro con un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% Negro de Humo. Los hilos aditivados contenían en ambos casos un 2,8% en peso de PMMA con respecto al polímero formador de la fibra. Otro hilo se aditivo con PBT / Negro de Humo con un contenido en peso de 70% PBT / 30% Negro de Humo. Las condiciones del proceso de hilatura fueron las mismas que las del ejemplo 1.

De los valores de la Tabla 4 se deduce de nuevo que el empleo de PMMA como soporte del "masterbatch" conduce a los valores más altos del alargamiento a la rotura y a los menores índices de orientación. También se aprecia que la presencia de Negro de Humo en un "masterbatch" produce cierto efecto sobre los parámetros de tracción.

Tabla no .4

Los resultados mostrados en la Tabla 5 corresponden a parámetros de la curva carga/alargamiento de hilos de poliéster POY de 210 dtex preparados en las mismas condiciones de extrusión, manteniendo la misma velocidad de hilatura de 3500 m/min. Los resultados se han deducido de las curvas carga/alargamiento de la Figura 7 que corresponden a un hilo no aditivado (RT20) (curvas 1.1-1.3), y a dos hilos aditivados con un "masterbatch" 70% PMMA / 30% pigmento. El pigmento empleado en un caso fue el Dióxido de Titanio (Figura 7, curvas 2.1-2.6), y en el otro caso fue el Negro de Humo (Figura 7, curvas 3.1-3.3), y ambos hilos aditivados contenían un 2,8% de PMMA con respecto al polímero formador de la fibra.

En la Tabla 5 se confirma la disminución que se produce en la orientación de las fibras (disminución de I ioo ) al emplear PMMA como soporte de un "masterbatch" , tanto cuando el aditivo empleado es Negro de Humo como cuando se trata de dióxido de titanio. Con ello se demuestra la efectividad del empleo de PMMA como soporte de un aditivo, pues permite aumentar el alargamiento a la rotura de los hilos de poliéster POY y, por tanto, aumentar la velocidad de hilatura, lo que significa un aumento del rendimiento de esta operación.

Tabla no.5

Composición Tenacidad Alargamiento Alargamiento

Tenacidad lioo

Ensayo de media a la rotura a la rotura ioo medio

(CN/Tex) masterbatch (CN/Tex) (CN/Tex) (%) medio (%) (CN/Tex)

1.1 24, 4 126, 3 19, 0

1.2 - 22, 9 23, 6 123, 9 125, 5 18, 3 18,5

1.3 23, 5 126,2 18,3

2.1 16, 8 176, 6 7,9

2.2 16,4 168, 4 8,0

85% PMMA/

2.3 17, 7 179, 7 7, 9

15% Ti0 ₂ 16, 8 173, 3 7,9

(2,8% PMMA

2.4 + 0.5% Ti0 ₂ ) 17, 0 171,0 8,0

2.5 16, 8 171, 4 7,9

2.6 16,2 172, 7 7,8

70% PMMA /

3.1 30% Negro 15, 0 181, 8 6,7

de Humo

3.2 (2,8% PMMA 14,8 15, 0 179,5 181, 4 6, 81 6, 8

+ 1,2%

3.3 Negro de 15,2 183, 1

Humo) 6, 81 Ejemplo 5:

Estudio comparativo entre un hilo POY de PES Standard (RT20) y un hilo aditivado con un "masterbatch" con un contenido en peso de 85% PMMA / 15% Ti0 ₂ .

Se prepararon hilos de poliéster POY de 290 dtex a una velocidad de hilatura de 3500 m/min. aditivados con diferentes dosificaciones de un "masterbatch" de composición 85% PMMA / 15% Ti0 ₂ .

La Figura 8 contiene las curvas carga-alargamiento de los hilos POY obtenidos, en la cual las curvas 1.1 y 1.2 corresponden al hilo POY de PES Standard (RT20), las curvas 2.1 y 2.2 corresponden a la dosificación del 2% del "masterbatch" con un contenido en peso del 85% PMMA / 15% TÍO ₂ , las curvas 3.1 y 3.2 corresponden a la dosificación del 3% del mismo "masterbatch", y las curvas 4.1 y 4.2 corresponden a la dosificación del 4% del mismo "masterbatch" .

En la Tabla 6 se indican las dosificaciones aplicadas a los fundidos de poliéster a extruir y parámetros de estas curvas. Por su parte, en la Figura 9 se han representado el alargamiento a la rotura y el índice de orientación de estos hilos POY en función de la dosificación de masterbatch en el polímero fundido. En ella se aprecia claramente que el alargamiento a la rotura aumenta y el índice de orientación disminuye a medida que aumenta la concentración de PMMA en el fundido . Tabla no .6

Los hilos POY preparados se texturaron aplicando un estirado de 1.8, resultando hilos texturados doblados de un titulo de 340 dtex. Se realizaron ensayos de tracción para obtener las curvas carga-alargamiento de estos hilos texturados, las cuales son mostradas en la figura 10, y en donde las curvas 1-3 corresponden a los hilos aditivados con una dosificación del 2% del "masterbatch" antes mencionado (con un contenido en peso de 85% PMMA / 15% T1O ₂ ) , las curvas 4-6 corresponden a la dosificación del 3% de dicho "masterbatch", y las curvas 7-9 corresponden a una dosificación del 4% de este "masterbatch" . A partir de ellos se calcularon su tenacidad y el alargamiento a la rotura, que están contenidos en la Tabla 7. Tabla no.7

La Figura 11 muestra el alargamiento a la rotura de los hilos texturados en función de la dosificación de masterbatch en el fundido, apreciándose que aquél aumenta a medida que también aumenta ésta.

Como puede observarse, el hilo de poliéster sin aditivar después de texturarlo aplicando una relación de estirado de 1,8 posee un alargamiento a la rotura del 12,3%, en tanto que el hilo que contiene un 2,5% (3% de "masterbatch") de PMMA tiene un alargamiento a la rotura del 28,6%, valor considerado normal en un hilo de poliéster texturado. Para que el hilo texturado sin aditivar presentase un alargamiento a la rotura del 28,6% seria necesario texturarlo con una relación de estirado de 1,57, que conduciría a un título final de 390 dtex. La posibilidad de aplicar en la texturación una relación de estirado de 1,8 en lugar de 1,57 supone un aumento de la productividad del 15%.

Los cálculos se obtienen aplicando las siguientes expresiones :

DR x LONGITUD DE ROTURA = cte.

%Δ _ΡΚ οο. = ( DRi-DR ₂ ) /DR ₂ x 100

Siendo :

DR: relación de estirado LONGITUD DE ROTURA = 100 + alargamiento de rotura A _P ROD. = Incremento de productividad

Esto es:

1.8 x 112.3 = DR ₂ x 128.6; DR ₂ = 1.57

(1.8-1.57) / 1.57 x 100 = 15%

Si la concentración de PMMA en el polímero formador del hilo fuese del 3,6% (4% de "masterbatch" ) , el alargamiento a la rotura seria del 37,2%, y para conseguirlo en un hilo no aditivado seria necesario texturarlo con una relación de estirado de 1,47, resultando un hilo de 416 dtex. En este caso (aditivación del 3,6% de PMMA) resultaría un aumento de la productividad del 22,3%.

Ejemplo 6:

Comparación entre dos hilos POY de poliéster uno de polímero no aditivado (estándar RT20) y otro de polímero aditivado con un 4% de un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PBT / 30% Negro de Humo.

Se prepararon dos hilos de poliéster POY de título 290 dtex con una velocidad de hilatura de 3500 m/min. Uno de ellos se fabricó partiendo de un polímero estándar (RT 20) y el otro partiendo de un polímero aditivado con un 4% de un "masterbatch" 70% PBT / 30% Negro de Humo. La Tabla 8 contiene parámetros de la curva carga-alargamiento de estos hilos POY. Como ya se ha señalado anteriormente (Tabla 4) la aditivación con un "masterbatch" con contenido en peso del 70% PBT / 30% Negro de Humo conduce a un cierto alargamiento a la rotura (mayor deformabilidad y estirabilidad) y también a una disminución del índice de orientación de los hilos de poliéster POY. Conviene tener en cuenta que en este caso el contenido de Negro de Humo en el polímero formador de hilo era del 1,2%.

Tabla no.8

Para conocer la medida en que estos efectos (aumento del alargamiento a la rotura y disminución del índice de orientación) se reflejan en las propiedades de hilos texturados correspondientes, se procedió a texturar los dos hilos POY aplicando una relación de estirado de 1,7, de lo que resultaron hilos texturados de título 360 dtex, cuya tenacidad y alargamiento a la rotura se indican en la Tabla 9. Los resultados de esta Tabla 9 muestran que el menor índice de orientación del hilo POY aditivado se traduce en un algo mayor alargamiento a la rotura del hilo texturado correspondiente.

Tabla no.9

Tenacidad Alargamiento

Hilo POY

media a la rotura

precursor (CN/Tex) (%)

PET RT20

37, 1 21,7

No aditivado

Aditivado con

un 4% de 34, 4 23, 6

masterbatch Para diferenciar los efectos producidos por la aditivación con un "masterbatch" PMMA / negro de humo frente a los que resultan de un "masterbatch" PBT / Negro de Humo, se procedió a la preparación de hilos de poliéster POY partiendo de polímeros aditivados con diferentes concentraciones de un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% negro de humo. Los hilos POY se prepararon con velocidades de hilatura de 3000 y 3500 m/min. , el polímero fundido se aditivo con un 3% y un 5% de este "masterbatch" y los hilos POY obtenidos tenían un título de 290 dtex. La Figura 12 muestra las curvas carga/alargamiento de los hilos POY resultantes de hilar a una velocidad de 3500m/min. En ella las curvas 1-3 corresponden a un hilo aditivado con un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% Negro de Humo y dosificado al 3% en peso en el polímero formador de hilo, y las curvas 4-6 corresponden a un hilo aditivado con el mismo "masterbatch" pero dosificado al 5% en el polímero formador de hilos. Los parámetros de tracción se resumen en la Tabla 10.

De los valores de esta tabla, que incluye también los obtenidos al hilar a 3000m/min, se deduce que la aditivación del polímero fundido con un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% Negro de Humo conduce a altos valores del alargamiento a la rotura y a bajos valores del índice de orientación de los correspondientes hilos POY. Cuanto más elevado es el porcentaje de aditivación mayor es el alargamiento a la rotura y menor el índice de orientación. Por su parte, un aumento de la velocidad de hilatura, manteniendo constante el porcentaje de aditivación, significa, como cabría esperar, una disminución del alargamiento a la rotura y un aumento del índice de orientación.

Tabla no.10

Teniendo en cuenta que con una aditivación del 4% con un "masterbatch" 70% PBT / 30% negro de humo, hilando a 3500 m/min., resulta un alargamiento a la rotura del 139,7% y un índice de orientación de 14,3 CN/tex, es evidente que la utilización del PMMA como soporte del negro de humo conduce a resultados mucho mejores que cuando se utiliza PBT como soporte (véase Tabla 4) .

Ejemplo 7:

Estudio comparativo de la influencia de la dosificación con distintos porcentajes de un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% Negro de Humo.

Se han preparado cinco hilos de poliéster POY de 290 dtex con una velocidad de hilatura de 3500 m/min. Los fundidos extruidos para fabricar estos hilos se caracterizaban porque unos de ellos no había sido aditivado, otro lo había sido con un 4% de un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PBT / 30% Negro de Humo, y los otros tres se aditivaron con el 3, 4 y 5% respectivamente, de un "masterbatch" con un contenido en peso de 70% PMMA / 30% Negro de Humo. La Tabla 11 contiene los parámetros de tracción más importantes deducidos de las curvas carga-alargamiento correspondientes (no mostradas) . De los valores de esta tabla se confirma que la presencia o aditivación con negro de humo con PBT como carrier produce ciertos efectos favorables en el alargamiento a la rotura (aumentándolo) y en el índice de orientación (disminuyéndolo) . Atendiendo a lo que más importa de este ejemplo, en la Tabla 11 se aprecia también que cuanto mayor es la concentración de "masterbatch" en el fundido es mayor el alargamiento a la rotura y menor el índice de orientación de los hilos POY correspondientes. También se puede añadir que para una misma concentración de negro de humo (1,2%) se presenta un mayor aumento del alargamiento y una mayor disminución de la orientación cuando la presencia de negro de humo coincide con la de PMMA (2,8) .

Tabla no.11

Con el hilo de poliéster POY aditivado con un "masterbatch" del 5% se preparó un hilo texturado aplicando una relación de estirado de 1,95, de modo que resultó un hilo con una tenacidad de 30 CN/tex y un alargamiento a la rotura del 25%.

Teniendo en cuenta estos valores, la longitud de rotura que corresponderá a un hilo POY aditivado con un 5% de "masterbatch" aplicando una relación de estirado de 1.8 será:

(125x1, 95) /l, 8 = 135%

Si se tiene en cuenta que un hilo POY de PES Standard hilado a 3500 m/min y texturado después aplicando una relación de estirado de 1,8 presenta un alargamiento a la rotura del 12%, para que el PES Standard tenga una longitud de rotura de 135% la relación de estirado tendría que ser:

(112x1, 8) /135 = 1,49

De modo que el aumento de productividad que se derivaría de la aditivación con un 5% del "masterbatch" 70% PM A / 30% negro de humo sería del:

(l,80-l,49)x 100/1,49 = 20,8%

Como conclusión tras la exposición de los ensayos realizados se puede señalar que la aplicación de un "masterbatch" con un contenido en peso de PMMA/Ti0 ₂ (Ti0 ₂ pigmento mateante) permite un aumento del rendimiento del 22,3%, y del 20,8% cuando se aplica un "masterbatch" PMMA/negro de humo.

Descrita suficientemente la presente invención en correspondencia con las figuras anexas, es fácil comprender que podrán introducirse en ella cualesquiera modificaciones de detalle que se estimen convenientes, siempre y cuando no se altere la esencia de la invención, que queda resumida en las siguientes reivindicaciones .