BRPI0716287A2

BRPI0716287A2 - artigo de vestimenta

Info

Publication number: BRPI0716287A2
Application number: BRPI0716287-1A2A
Authority: BR
Inventors: Jill A Conley; Joseph Robert Guckert; Robert Anthony Marin; George Bruce Palmer
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2013-08-13
Also published as: DE602007014240D1; JP2010513726A; US20110092122A1; CN101534669A; EP2077733B1; KR101433406B1; CN104522918A; JP5295118B2; WO2008057419A1; EP2077733A1; KR20090075871A; CN104522918B; ATE506870T1

Abstract

"ARTIGO DE VESTIMENTA". A presente invenção se refere a um artigo de vestuário que possui a capacidade de manter um MVTR elevada enquanto protege o usuário do vento. A vestimenta possui uma camada de nanofibra ligada a uma camada externa de tecido e em relação de face a face com a mesma. Opcionalmente, uma segunda camada de tecido é ligada adjacente e em uma relação de face a face com a camada de nanofibra e do lado oposto da camada de nanofibra da primeira camada de tecido. O tecido possui uma permeabilidade ao ar Frazier não superior a cerca de 7,6m3/m2/min e um MVTR superior a cerca de 500 g/m2/dia.

Description

"ARTIGO DE VESTIMENTA" Campo da Invenção

A presente invenção se refere a uma vestimenta de administração do fluxo de ar e de umidade multicamada que incorpora uma camada de administração do ar e da umidade. A presente invenção, conforme reivindicada e descrita, possui aplicações particulares nas roupas externas.

Antecedentes da invenção As vestimentas protetoras para a utilização na chuva e outras condições úmidas devem manter o usuário seco ao permitir que a perspiração evapore do usuário para a atmosfera. Materiais "respiráveis" que permitem a evaporação da perspiração tendem a molhar pela chuva e eles não são verdadeiramente a prova d'água. Tecidos oleados, tecidos revestidos de poliuretano, filmes de cloreto de polivinila e outros materiais são a prova d'água, mas não permitem uma evaporação satisfatória da perspiração. É amplamente reconhecido que as vestimentas devem ser

"respiráveis" para serem confortáveis. Dois fatores que contribuem para o nível de conforto de uma vestimenta incluem a quantidade de ar que passa ou não através de uma vestimenta, bem como a quantidade de perspiração transmitida de dentro para fora, de modo que as vestimentas internas não se tornem úmidas e, portanto, os efeitos de resfriamento da evaporação natural podem ser obtidos. Entretanto, mesmo o desenvolvimento recente nos artigos de tecidos respiráveis que utilizam filme de microporos tende a limitar a transmissão do vapor de umidade se a permeabilidade ao ar for controlada.

A presente invenção está direcionada a um material em camadas para uma vestimenta que fornece permeabilidade ao ar controlada na presença de alta transmitância do vapor.

Descrição Resumida da Invenção Em uma realização, a presente invenção está direcionada a um artigo de vestimenta que possua a capacidade de passar vapor de umidade, enquanto protege o usuário do vento, que compreende um tecido compósito de pelo menos uma camada de tecido adjacente a camada de nanofibra e em uma relação de face a face com a mesma, em que a camada de nanofibra compreende pelo menos uma camada porosa de nanofibras poliméricas possuindo um número do diâmetro médio entre cerca de 50 nm a cerca de T.000 nm, um peso de bãsé entre cerca de 1 g/m"2 e cerca^léHOO g/m2 e, em que o tecido compósito possui uma permeabilidade ao ar Frazier entre cerca de 1,2 m3/m2/min e cerca de 7,6 m3/m2/min, e um MVTR superior a cerca de 500

g/m2/dia.

Descrição Detalhada da Invenção

Em uma realização, a presente invenção compreende uma camada de nanofibra adjacente à camada do tecido e, opcionalmente, ligada a mesma em pelo menos uma fração de sua superfície. Os termos "camada de nanofibra" e "nanorede" são utilizadas intercambiavelmente no presente.

O termo "nanofibra" conforme utilizado no presente se refere às fibras que possuem um número de diâmetro médio ou seção transversal inferior a cerca de 1.000 nm, mesmo inferior a cerca de 800 nm, mesmo entre cerca de 50 nm e 500 nm e mesmo entre cerca de 100 e 400 nm. O termo diâmetro conforme utilizado no presente inclui a maior seção transversal de

formato não redondo.

O termo "não tecido" significa uma rede incluindo uma grande quantidade de fibras distribuídas aleatoriamente. As fibras podem ser geralmente ligadas entre si ou podem ser não ligadas. As fibras podem ser fibras descontínuas ou fibras contínuas. As fibras podem compreender um único material ou uma grande quantidade de materiais, como uma combinação de diferentes fibras ou como uma combinação de fibras similares, cada uma compreendida de diferentes materiais. A "calandragem" é o processo de passar uma rede através de uma fenda entre dois rolos. Os rolos podem estar em contato entre si ou pode haver uma fenda fixa ou variável entre as superfícies do rolo. Um rolo "sem padrão" é um que possui uma superfície lisa dentro da capacidade do processo utilizado para fabricá-los. Não há pontos ou padrões para produzir deliberadamente um padrão na rede conforme ela passa através da fenda, ao contrário de um rolo de ligação de ponto.

Por "artigo de vestuário" ou "vestimenta" entende-se qualquer item que é utilizado pelo usuário para proteger alguma região do corpo do usuário do tempo ou de outros fatores no ambiente foram do corpo. Por exemplo, os casacos, jaquetas, calças, chapéus, luvas, sapatos, meias e camisas seriam todos considerados artigos de vestuário ou vestimentas nesta definição.

Em uma realização, a presente invenção está direcionada a uma vestimenta que possui uma alta taxa de transmissão de vapor de água (MVTR) enquanto possui uma permeabilidade ao ar controlada e limitada. A vestimenta compreende uma camada de nanofibra que, por sua vez, compreende pelo menos uma camada porosa de nanofibras poliméricas possuindo um peso de base entre cerca de 1 g/m2 e cerca de 100 g/m2. A vestimenta da presente invenção é um tecido compósito que

compreende pelo menos uma primeira camada de tecido adjacente e em uma relação face a face com a camada de nanofibra e, opcionalmente, ainda compreende uma segunda camada de tecido adjacente e em uma relação face a face com a camada de nanofibra e no lado oposto da camada de nanofibra da primeira camada de tecido.

A vestimenta da presente invenção ainda possui regiões com

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uma permeabilidade ao ar Frazier não superior a cerca de 7,6 m /m /min e um MVTR pela norma ASTM E-96B superior a cerca de 500 g/m2/dia. A nanorede pode compreender principalmente ou exclusivamente nanofibras. que são produzidas por eletrofiação, taL conforme a eletrofiação clássica ou o eletrosopro, e em certas circunstâncias pelos processos de eletrosopro.

A eletrofiação clássica é uma técnica ilustrada na patente US

4.127.706, incorporada no presente em sua totalidade, em que uma alta voltagem é aplicada a um polímero em solução para criar nanofibras e tapetes não tecidos.

O processo de "eletrosopro" para a produção de nanoredes é descrito na patente US 2005/ 0067732 A1, incorporada no presente como referência em sua totalidade. Uma corrente de solução polimérica que compreende um polímero e um solvente é alimentada a partir de um tanque de armazenamento a uma série de bocais de fiação dentro de uma fieira, a qual uma alta voltagem é aplicada e através da qual a solução polimérica é descarregada. Enquanto isso, o ar comprimido que é opcionalmente aquecido é lançado dos bocais de ar dispostos nas laterais ou na periferia do bocal de fiação. O ar é direcionado, em geral, para baixo como uma corrente de gás de sopro que envolve e transfere a solução polimérica recém lançada e auxilia na formação da rede fibrosa, que é coletada em uma correia transportadora porosa com a base acima de uma câmara de vácuo. O processo de eletrosopro permite a formação de nanofibras substancialmente contínuas em tamanhos comerciais e quantidades de nanoredes em pesos de base em excesso de cerca de 1 g/m2, até mesmo tão alto quanto 40 g/m2 ou superior em um período de tempo relativamente curto. O componente da camada do tecido da presente invenção pode

ser disposto no coletor para coletar e combinar a nanorede fiada na camada do tecido, tal que o compósito da camada do tecido/ nanorede é utilizado como o tecido da presente invenção. Alternativamente, a nanorede pode ser coletada separadamente, opcionalmente, submetida a um pós processamento, tal como a calandragem, revestimento ou similares e, depois, combinada com uma ou

mais camadas de tecido.

Os materiais poliméricos que podem ser utilizados na formação

de nanofibras das nanoredes não são particularmente limitados e incluem ambos os polímeros de adição e os polímeros de condensação, tais como os poliacetais, poliamidas, incluindo as políamicTas altamente aromáficas, tais como as meta e as para aramidas, poliéster, poliolefinas, celulose éter e éster, sulfeto de polialquileno, oxido de poliarileno, polisulfona, polímeros de polisulfona modificados e suas misturas. Os polímeros preferidos incluem, poli(vinicloreto), polimetilmetacrilato (e outras resinas acrílicas), polistireno e seus copolímeros (incluindo os copolímeros em bloco do tipo ABA), poli(fluoreto de vinilideno), poli(cloreto de vinilideno), polivinilálcool em vários graus de hidrólise (87% a 99,5%) nas formas reticuladas e não reticuladas. Os polímeros de adição preferidos tendem a ser vítreos (um Tg superior à temperatura ambiente). Este é o caso do polivinilcloreto e o polimetilmetacrilato, composições de polímero de polistireno ou ligas ou fluoreto de polivinilideno de baixa cristalinidade e materiais de polivinilálcool. Uma classe preferida dos polímeros de condensação de poliamida são os materiais de nylon, tais como o nylon-6, nylon-6,6, nylon 6,6 - 6,10 e similares. Quando as nanoredes de polímero da presente invenção são formadas por meltblowing (sopro em fusão), qualquer polímero termoplástico capaz de ser soprado em fusão em nanofibras pode ser utilizado, incluindo os polésteres, tais como o poli(tereftalato de etileno), poliolefinas e poliamidas, tais como os

polímeros de náilon listados acima.

A nanorede fiada deste modo da presente invenção pode ser calandrada de modo a proporcionar as propriedades físicas desejadas ao tecido da presente invenção, conforme descrito no pedido de patente provisório US 11/523.827, depositado em 20 de setembro de 2006, e incorporado no presente como referência em sua totalidade. A nanorede fiada deste modo pode ser alimentada na fenda entre dois rolos sem padrão em que um rolo é um rolo macio sem padrão e um rolo é um rolo rígido sem padrão, e a temperatura do rolo rígido é mantida em uma temperatura que está entre o tg, definido no presente como a temperatura em que o polímero sofre a transição do estado vítreo para o elástico e o Tom, definido no presente como a temperatura do início da fusão do polímero, tal que as nanofibras da nanorede estão em um estado plastificado quando passam através da fenda da calandra. A composição e a dureza dos rolos podem ser variadas para gerar as propriedades do uso final desejadas do tecido. Um rolo pode ser um metal rígido, tal como um aço inoxidável, e o outro um metal macio ou rolo revestimento de polímero ou um rolo compósito possuindo uma dureza inferior a da Rockwell B 70. O tempo de residência da rede na fenda entre os dois rolos é controlado pela velocidade da linha da rede, de preferência, entre cerca de 1 m/min e cerca de 50 m/min e a área ocupada (footprint) entre os dois rolos é a distância MD que a rede caminha em contato com ambos os rolos simultaneamente. A área ocupada é controlada pela pressão exercida na fenda entre os dois rolos e é medida geralmente em força por dimensão linear CD do rolo, e está, de preferência, entre cerca de 1 mm e cerca de 30 mm.

Ainda, a nanorede pode ser estirada, opcionalmente, enquanto é aquecida a uma temperatura que está entre o Tg e o menor Tom do polímero de nanofibra. O estiramento pode ocorrer antes e/ou após a rede ser alimentada nos rolos da calandra e em cada ou ambas na direção da máquina ou na

direção cruzada.

Uma ampla variedade de tecidos sintéticos e naturais é conhecida

e podem ser utilizados como a(s) camada(s) do tecido na presente invenção, por exemplo, para construir roupas de esporte, vestimenta reforçada e outdoor gear, tecidos protetores, etc (por exemplo, luvas, aventais, chaparejos, calcas, botas,__couros, camisas, jaquetas, casacos, meias, sapatos, vestimentas íntimas, coletes, botas, chapéus, luvas protetoras, sacos de dormir, tendas, etc.)· Tipicamente, as vestimentas projetadas para a utilização como vestimenta reforçada foram construídas de tecidos relativamente frouxos fabricados de fibras naturais e/ou sintéticas, possuindo uma resistência ou tenacidade relativamente baixa (por exemplo, náilon, algodão, lã, seda, poliéster, poliacrílico, poliolefina, etc.). Cada fibra pode possuir uma resistência à tensão ou uma tenacidade inferior a cerca de 8 gramas g/Denier (gpd), mais tipicamente, inferior a cerca de 5 gpd e, em alguns casos, inferior a cerca de 3 gpd. Tais materiais podem possuir uma variedade de propriedades benéficas, por exemplo, capacidade de tingimento, respiração, leveza, conforto e, em alguns casos, resistência à abrasão.

As diferentes estruturas de tecelagem e as diferentes densidades de tecelagem podem ser utilizadas para fornecer diversos tecidos compósitos tecidos alternativos, como um componente da presente invenção. As estruturas de tecelagem, tais como as estruturas tecidas planas, as estruturas tecidas planas reforçadas (com trama e/ou urdidura dupla ou múltipla), estruturas de tecido de sarja, estruturas de tecido de sarja reforçadas (com trama e/ou urdidura dupla ou múltipla), estruturas de tecido de cetim, estruturas de tecido de cetim reforçadas (com trama e/ou urdidura dupla ou múltipla), tricôs, feltro, tosões e estruturas perfuradas com agulha (needlepunched') podem ser utilizadas. Os tecidos elásticos, ripstops (que não rasga), tramas maquinetadas e tramas jacquard também são apropriadas para a utilização na presente invenção.

A nanorede é ligada às camadas de tecido sobre alguma fração de sua superfície e pode ser ligada à camada do tecido por quaisquer meios conhecidos pelos técnicos no assunto, por exemplo, de forma adesiva, térmica, utilizando um campo ultrassônico ou por ligação do solvente. Em uma realização, a nanorede é ligada adesivamente utilizando uma solução de um adesivo polimérico, tal como um poliuretano e permite que o solvente evapore. Em uma realização adicional, quando a nanorede é eletrofiada diretamente sobre o tecido, o solvente em que a nanorede é fiada é utilizada para obter a ligação ao solvente.

Exemplos

A Permeabilidade ao Ar Frazier é uma medida do fluxo de ar que passa através de uma folha sob uma pressão diferencial declarada, entre as superfícies da folha e foi realizada de acordo com a norma ASTM D737, que é

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incorporada no presente como referência e é relatada em m /m /min.

Uma construção de tecido de três camadas foi realizada a partir de um tosão de poliéster (disponível pela Shawmut Mills, Stoughton, MA, EUA), uma nanorede fabricada a partir do Nylon 6,6 e outra camada de tosão de poliéster. A construção de tecido de três camadas foi produzida pela laminação do tecido do tosão na nanorede utilizando um adesivo de uretano a base de solvente e, então, laminando aquela construção de duas camadas na camada de suporte do tosão utilizando um adesivo de uretano a base de solvente com uma aplicação de rolo de gravura de "padrão 288". A construção de tecido de três camadas foi então testada para a permeabilidade ao ar.

A construção de tecido de três camadas foi possuía uma permeabilidade ao ar Frazier de 3,3 m3/m2/min. A construção de tecido de três camadas foi lavada cinco vezes e então testada novamente e mostrou uma leitura Frazier de 3,1 m3/m2/min. A permeabilidade ao ar de uma única camada do tosão foi medida como 65,5 m3/m2/min, e uma construção de tecido de duas camadas que consiste em duas camadas do tosão laminado mediu uma permeabilidade de 41,5 m3/m2/min. Conforme pode ser observado, o compósito de nanorede oferece uma melhora significativa com relação a ambas a camada do tecido do tosão e uma construção de camada dupla do tecido do tosão.

ATabeIa 1 abaixo lista as diversas construções de tecido que foram testadas e a medida Frazier correspondente para cada construção. Todas as construções foram produzidas pela laminação utilizando um adesivo a base de solvente. Os pesos de base aproximados dos tecidos são incluídos na Tabela 1.

Tabela 1

Construção Frazier (m3/m2/min) Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ ripstop (100 gsm) 1,98 Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ ripstop (100 gsm) 1 lavagem 2,16 Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ ripstop (100 gsm) 5 lavagens 2,32 Ripstop (100 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tricô (35 gsm) 2,47 Ripstop (100 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tricô (35 gsm) 1 lavagem 2,50 Ripstop (100 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tricô (35 gsm) 5 lavagens 2,62 Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tosão (180 gsm) 5 lavagens 3,11 Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/tosão (180 gsm) 1 lavagem 3,17 Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tosão (180 gsm) 3,29 Tosão (180 gsm)/ ripstop (100 gsm) 4,57 Ripstop (100 gsm)/ tricô (35 gsm) 4,97 Ripstop (100 gsm) 5,18 Nanorede (10 gsm) 6,52 Tricô (35 gsm) 29,6 Tosão (180 gsm)/ tosão (180 gsm) 41,5 Tosão (180 gsm) 65,5

Conforme pode ser observado a partir dos dados acima, a nanorede pode controlar bastante a permeabilidade ao ar da construção do tecido. Adicionalmente, a permeabilidade ao ar pode ser ainda reduzida através do pós processamento da estrutura da nanorede. Tais estruturas que utilizaram esta nanorede pós processada mostraram uma permeabilidade ao ar tão baixa quanto-0,76-m3/m2/min em uma construção de Tosão/ Nanorede/ Tosão.

Outro parâmetro importante no equipamento é a capacidade do tecido de expulsar o vapor de umidade de dentro da jaqueta para fora. Este parâmetro é denominado Taxa de Transmissão de Vapor de Umidade (MVTR). Algumas das construções acima também foram testadas para o MVTR utilizando o método da norma ASTM E-96B. Os resultados são listados abaixo na Tabela 2.

Tabela 2

Construção MVTR (g/m2/dia) Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ ripstop (100 gsm) 2412 Ripstop (100 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tricô (35 gsm) 1347 Tosão (180 gsm)/ nanorede (10 gsm)/ tosão (180 gsm) 1253

Conforme pode ser observado a partir dos exemplos, a nanorede

pode reduzir bastante a permeabilidade ao ar, caso desejado, enquanto mantém um nível confortável e aceitável de transmissão de vapor da umidade.

Claims

1. ARTIGO DE VESTIMENTA, que possui a capacidade de passar vapor de umidade, enquanto protege o usuário do vento, que compreende um tecido compósito de pelo menos uma camada de tecido adjacente a camada de nanofibra e em uma relação de face a face com a mesma, em que a camada de nanofibra compreende pelo menos uma camada porosa de nanofibras poliméricas possuindo um número do diâmetro médic entre cerca de 50 nm a cerca de 1.000 nm, um peso de base entre cerca de 1 g/m2 e cerca de 100 g/m2 e, em que o tecido compósito possui uma permeabilidade ao ar Frazier entre cerca de 1,2 m3/m2/min e cerca de 7,6 m3/m2/min, e um MVTR superior a cerca de 500 g/m2/dia.

2. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -1, em que a camada de nanofibra e a camada de tecido são ligadas entre si por uma fração de suas superfícies.

3. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -2, em que a camada de nanofibra e a camada de tecido são ligadas entre si por um adesivo a base de solvente.

4. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -2, em que o tecido compósito é produzido por eletrofiação ou eletrosopro da camada de nanofibra diretamente sobre a superfície da camada do tecido e a camada de nanofibra e a camada do tecido são ligadas entre si pelo solvente residual a partir dos processos de eletrofiação ou eletrosopro.

5. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -3, em que a camada de nanofibra e a camada do tecido são ligadas entre si com um adesivo de poliuretano.

6. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -2, em que a camada de nanofibra e a camada de tecido são termicamente ligadas entre si.

7. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação 2, em que a camada de nanofibra e a camada de tecido são ligadas ultrassonicamente entre si.

8. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação 1, em que a camada de nanofibra compreende as nanofibras de um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em poliacetais, poliamidas, aramidas, poliolefinas, poliéster, éteres de celulose, éster de celulose, sulfeto de polialquileno, óxido de poliarileno, polisulfonas, polímeros de polisulfona modificados e suas misturas.

9. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação 1, em que a camada de nanofibra compreende as nanofibras de um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em poli(vinicloreto), polimetilmetacrilato, polistireno e seus copolímeros, poli(fluoreto de vinilideno), poli(cloreto de vinilideno), polivinilálcool nas formas reticuladas e não reticuladas.

10. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicaçã 8, em que a camada de nanofibra compreende as nanofibras de um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em nylon 6, nylon 6,6 e nylon 6,6 -6,10.

11. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação I, em que a camada de nanofibra é calandrada.

12. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação II, em que a camada de nanofibra é calandrada enquanto está em contato com a camada do tecido.

13. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação 1, em que a camada do tecido compreende os materiais tecidos selecionados a partir do grupo que consiste em náilon, algodão, lã, seda, poliéster, poliacrílico, polioiefina e suas combinações.

14. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -1, em que a camada do tecido compreende as fibras tecidas possuindo uma tenacidade inferior a cerca de 8 gpd.

15. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivindicação -1, em que a camada do tecido compreende as fibras tecidas possuindo uma tenacidade inferior a cerca de 5 gpd.

16. ARTIGO DE VESTIMENTA, de acordo com a reivinclicaçãõ -1, em que a camada de tecido compreende fibras tecidas possuindo uma tenacidade inferior a cerca de 3 gpd.