ES2844650T3 - Fibras compuestas de polímero multifuncionales - Google Patents
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Abstract
Una fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina multifuncional que comprende a) al menos una poliolefina, b) al menos una partícula de metal ultrafina con un tamaño de partícula promedio menor que 120 micrones, c) al menos un polvo de lubricante sólido ultrafino con un tamaño de partícula promedio menor que 120 micrones, y d) un agente de acoplamiento, y e) un catalizador de una sola ubicación donde la fibra exhibe una flotación negativa, un coeficiente de fricción reducido y una micro y una macroincrustación reducida bajo el agua.
Description
DESCRIPCIÓN
Fibras compuestas de polímero multifuncionales
Campo de la invención:
La presente invención se relaciona, generalmente, con la composición de una fibra compuesta de polímero multifuncional que tiene flotabilidad negativa, tiene una resistencia alta a la abrasión y un coeficiente bajo de fricción y resiste la formación de biopelículas.
Antecedentes de la invención:
La acuicultura marina es una de las industrias con más rápido crecimiento en el sector alimenticio y contribuye, significativamente, con la economía nacional en muchos países. La acuicultura marina globalmente comercial ha evolucionado en uno de los sectores más desarrollados en la industria alimenticia en la última década.
Las granjas de acuicultura típicas usan redes poliméricas de flotabilidad negativa como nailon y poliéster que se sujetan al suelo oceánico y se suspenden en la superficie del agua con dispositivos de flotación, para la pesca de, por ejemplo, salmón, trucha, corvina, y dorado, entre otros.
Hasta hace unos años, las redes de nailon se usaban predominantemente para la pesca de salmón, trucha, corvina y dorado, entre otros. Las redes de nailon son fáciles de instalar en agua ya que tienen flotabilidad negativa.
Cualquier superficie sumergida en agua es susceptible de bioincrustación. Tanto la micro como la macroincrustación se pegan al nailon y cubren completamente la malla lo que reduce el flujo de agua en la cesta de acuicultura. Esto es perjudicial para los peces.
Las redes de nailon son tratadas con pinturas antiincrustantes basadas en óxido de cobre u óxido de zinc como biocida. Los biocidas (óxido de cobre y óxido de zinc) se filtran en el ambiente durante un período de tiempo y siguen siendo tóxicos para especies no objetivo.
Las redes de nailon sufren un problema importante, es decir, el nailon absorbe agua y posteriormente la resistencia cae tras la absorción de agua. Se produce una caída de hasta un 40% en la resistencia del nailon después de estar sumergido en agua durante 3 a 4 años.
Las redes de nailon se encogen fácilmente y pueden encogerse hasta un 5% en 3 años.
Más recientemente, en la industria agrícola, se han introducido las redes de poliolefina como las redes de polietileno de alta densidad (HDPE).
HDPE no absorbe agua, y, por lo tanto, no muestra una caída significativa en las resistencias. Como consecuencia, no se encoge a diferencia del nailon.
Sin embargo, las redes de polietileno de alta densidad tienen algunas desventajas. Debido a la energía de superficie baja de HDPE, es difícil unir las pinturas antiincrustantes a las redes de HDPe . Por lo tanto, las redes de HDPE requieren una limpieza de redes frecuente bajo el agua para mantener el oxígeno disuelto dentro de la cesta.
Además, la energía de superficie baja del HDPE ayuda a la fácil limpieza de las redes.
La otra desventaja del uso de las redes de HDPE es su problema con la flotación. HDPE tiene una gravedad específica de 0,94 gm/cm3 y, por ende, flota en el agua. Esto ocasiona problemas durante la instalación, y principalmente, durante el tratamiento de baño por los piojos de mar.
El protocolo operativo estándar para el tratamiento de piojos de mar con el uso de lona tarp requiere una cesta de almacenamiento de entre 3 y 22,5 m de profundidad (dependiendo del país/lugar). Se libera el peso en el fondo de la cesta. Posteriormente, se eleva la red hasta la línea de flotación a lo largo de un lateral de la cesta y el borde frontal ponderado de la lona tarp es guiado debajo de la cesta al lado opuesto usando sogas. La lona tarp se sujeta al pasamanos usando los lazos a lo largo de su margen, dejando la profundidad de la lona tarp típicamente entre 3 y 22,5 m. La red no debe ser liberada por uno o más bucles para llenar el volumen cerrado y reducir la chance de que la lona tarp se eleve durante el tratamiento.
Durante este tratamiento, es fundamental que la red tenga flotabilidad negativa para su fácil manipulación. Si la red comienza a flotar durante el tratamiento de los piojos de mar, se forman varias bolsas en la red y los peces quedan atrapados dentro de la bolsa lo que ocasiona estrés, daño en las escamas e incluso la muerte.
Las redes de polietileno tienen una gravedad específica menor que 1 gm/cm3 y, por lo tanto, se forman bolsas durante el tratamiento de los piojos de mar por lo cual se necesita, de inmediato, proporcionar una flotabilidad negativa en las redes de polietileno.
US8181438 divulga un hilo de pescar compuesto con flotación negativa neta en agua fabricado con dos o más fibras
de diferente composición polimérica, por trenzado o torsión para formar hilos de pescar del diámetro y la tenacidad adecuados. Sin embargo, esta patente no trata los problemas relacionados con la energía de superficie y la bioincrustación.
Las redes de polietileno tienen una energía de superficie baja y, por lo tanto, la impregnación con pinturas antiincrustantes es difícil. Es por ello, que es necesario proporcionar un mecanismo a partir del cual puedan usarse las redes de polietileno en la cría de peces que no se bioincrusten rápidamente.
De manera similar, las sogas de polipropileno también experimentan problemas de flotación.
Por lo tanto, en la técnica existe la necesidad de proporcionar una fibra compuesta de poliolefina multifuncional nueva que exhiba flotación negativa, protección contra la formación de biopelículas, mejor resistencia a la abrasión y un coeficiente de fricción bajo.
Objetivo de la invención
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar una fibra compuesta de poliolefina multifuncional nueva que posea flotación negativa, protección contra la formación de biopelículas, una resistencia a la abrasión mejorada y un coeficiente de fricción reducido.
Compendio de la invención
Antes de describir los métodos, los sistemas y la habilitación del hardware, se debe entender que esta invención no se limita a los sistemas particulares y las metodologías descritas, ya que puede haber múltiples realizaciones posibles de la presente invención que no se ilustran explícitamente en la presente invención. También se debe entender que la terminología usada en la descripción es a los efectos de describir las versiones o realizaciones particulares únicamente, y no pretende limitar el alcance de la presente invención.
La invención proporciona una fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina multifuncional que comprende a) al menos una poliolefina, b) al menos una partícula de metal ultrafina con un tamaño de partícula promedio menor que 120 micrones, c) al menos un polvo de lubricante sólido ultrafino con un tamaño de partícula promedio menor que 120 micrones, y d) un agente de acoplamiento, y e) un catalizador de una sola ubicación donde la fibra exhibe una flotación negativa, un coeficiente de fricción reducido y una micro y una macroincrustación reducida bajo el agua. En otra realización de la invención, la fibra de poliolefina tiene una gravedad específica mayor que 0,95 gm/cm3 El porcentaje de la poliolefina en la composición de fibra compuesta de poliolefina multifuncional puede ser de al menos un 75%.
En otra realización de la invención, la partícula metálica ultrafina puede tener una gravedad específica mayor que 7 gm/cm3. La cantidad de partículas metálicas ultrafinas en la composición de fibra compuesta puede oscilar entre un 0,1 y un 25%.
La cantidad de polvo de lubricante sólido ultrafino en la composición de fibra compuesta puede oscilar entre un 0,1 y un 25%.
En otra realización de la invención, la composición comprende el agente de acoplamiento en el rango de un 0,1 a un 10%.
El agente de acoplamiento se puede seleccionar del grupo que consiste de polietileno modificado con anhídrido maleico, etilvinilacetato y otros agentes de acoplamiento para poliolefina.
En otra realización de la invención, la composición comprende un catalizador de ubicación única en el rango de un 0,1 a un 10%. El catalizador de ubicación única puede seleccionarse del grupo que consiste de compuestos organometálicos como dicloruro de bis(n-butil ciclopentadienil) zirconio, y otros catalizadores organometálicos soportados.
La fibra compuesta de multi/mono poliolefina de conformidad con la invención puede tener una tenacidad mayor que 5 gramos por denier.
La fibra compuesta de poliolefina de conformidad con la invención puede exhibir gravedad específica mayor que 0,95 gm/cm3.
En la presente también se discute un proceso para fabricar una fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina multifuncional, donde el proceso comprende: extruir la mezcla que consiste de al menos una poliolefina, al menos un aditivo con una gravedad específica mayor que 7 gm/cm3, al menos un polvo de lubricante sólido y al menos un agente de acoplamiento, y opcionalmente también un catalizador de una única ubicación, con parámetros de extrusión - perfil de temperatura de barril de 200 - 260 °C y manteniendo una temperatura de baño de enfriamiento de 21 °C y un baño de agua caliente de dilatación de 94 °C.
La fibra producida tiene flotabilidad negativa, lo que es adecuado para su torsión en una cuerda útil en la fabricación
de redes para la acuicultura; la cría de peces y las redes para pesca antimicrobianas. La fibra compuesta multifuncional es útil, además, para la producción de redes para pesca debido a su flotabilidad negativa y un coeficiente de fricción bajo, lo que ayuda a reducir los costos de combustible y aumentar la pesca.
La tenacidad de la fibra así producida de conformidad con el proceso puede ser de 5 gramos por denier o mayor. Descripción detallada de la invención:
Algunas realizaciones de esta invención, que ilustran todas sus características, serán discutidas en detalle a continuación.
Las palabras «que compara» y «que contiene» y otras formas de estos, pretenden ser equivalentes en significado y ser abiertas en el sentido que uno o más artículos mencionados después de cualquiera de estas palabras no pretende ser una lista exhaustiva del o de los elementos, o pretende estar limitado solamente a un elemento o elementos mencionados.
También se debe destacar que como se usa en la presente, las formas en singular «un», «una» y «el» o «la» incluyen las referencias plurales a menos que el contexto indique lo contrario. Aunque los sistemas y métodos similares o equivalentes a los descritos en la presente pueden usarse en la práctica o en la prueba de las realizaciones de la presente invención, ahora se describirán los métodos y sistemas preferidos.
Las realizaciones divulgadas son meramente ejemplificativas de la invención, la cual se puede describir de varias formas.
En una realización preferida, la invención describe una fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina que es producida por la extrusión de una mezcla o composición que comprende al menos una poliolefina, al menos un aditivo con gravedad específica mayor que 7 gm/cm3, al menos una partícula metálica ultrafina, al menos un polvo de lubricante sólido ultrafino y al menos un agente de acoplamiento y también un catalizador de ubicación única. La fibra así producida tiene flotabilidad negativa, lo que es adecuado para su torsión en una cuerda útil en la fabricación de redes para la acuicultura; la cría de peces y las redes para pesca antimicrobianas. La fibra compuesta multifuncional es útil, además, para la producción de redes para pesca debido a su flotabilidad negativa y un coeficiente de fricción bajo, lo que ayuda a reducir los costos de combustible y aumentar la pesca.
Una «fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina» es una fibra que comprende una poliolefina, partículas metálicas y partículas lubricantes sólidas. Preferiblemente, las partículas de metal y poliolefina y las partículas de lubricante sólidas están presentes en una sola capa de material en la fibra. Por lo tanto, se prefiere un material único en la fibra que comprenda los tres componentes. Por lo tanto, en esta realización preferida, un recubrimiento que comprende partículas de metal y lubricante en una fibra de poliolefina no formaría una fibra compuesta de acuerdo con la invención.
En otra realización, la invención proporciona una composición de fibra compuesta lubricante sólida de poliolefina y metal multifuncional nueva que comprende: a) al menos una poliolefina de peso molecular alto, b) al menos una partícula metálica ultrafina con gravedad específica mayor que 7 gm/cm3, c) al menos un polvo de lubricante sólido ultrafino y d) al menos un agente de acoplamiento y también e) un catalizador de ubicación única.
En una realización específica, la composición comprende un polietileno de alta densidad con un índice de flujo de fusión (a 2,16 kg de carga) de < 1 gm/10 min.
En una realización específica, la fibra lubricante sólida de poliolefina y metal tiene una gravedad específica mayor que 0,95 gm/cm3. La composición o mezcla puede comprender al menos aproximadamente un 75% de poliolefina. La poliolefina se puede seleccionar del grupo que consiste de polietileno de alta densidad (por ejemplo, Relene 53EA 010, Relene HD55EF010), polietileno de baja densidad, polipropileno y otra poliolefina.
La partícula metálica ultrafina se puede seleccionar del grupo que consiste de cobre, zinc, plomo, molibdeno, tungsteno, níquel y aleaciones de metales que tienen gravedad específica mayor que 7 gm/cm3. Las partículas metálicas ultrafinas comprenden, preferiblemente, un metal elemental.
La cantidad de partículas metálicas ultrafinas en la composición de fibra compuesta puede oscilar entre un 0,1 y un 25%.
En una realización específica, la mezcla o composición comprende un polvo de aleación de níquel y cobre ultrafino como un aditivo con una gravedad específica de 8,9 gm/cm3con un tamaño de partícula promedio de 120 micrones. En una realización específica, la mezcla o la composición comprende un 6% de polvo de aleación de níquel y cobre ultrafino.
La cantidad de polvo de lubricante sólido ultrafino en la composición de fibra compuesta puede oscilar entre un 0,1 y un 25%.
El polvo de lubricante sólido ultrafino se puede seleccionar del grupo que consiste de grafito, disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno, óxido de cobre, óxido de zinc, nitruro de boro, y otros lubricantes sólidos inorgánicos y orgánicos que reducen el coeficiente de fricción.
En otra realización específica, la mezcla o composición comprende sulfuro de molibdeno ultrafino como agente lubricante sólido con un tamaño de partícula promedio de 120 micrones.
En una realización específica, la mezcla o la composición comprende un 4% de polvo de disulfuro de molibdeno ultrafino.
En otra realización de la invención, la composición comprende entre un 0,1 y un 10% del agente de acoplamiento. El agente de acoplamiento se puede seleccionar del grupo que consiste de polietileno modificado con anhídrido maleico (Fusabond E100), etilvinilacetato y otros agentes de acoplamiento para poliolefina.
En otra realización específica, la mezcla o la composición comprende un 5% de Fusabond E 100 (Dupont), que actúa como un agente de acoplamiento.
En otra realización preferida, la mezcla o composición comprende un catalizador de ubicación única en el rango de hasta un 10%. El catalizador de ubicación única puede seleccionarse del grupo que consiste de compuestos organometálicos como dicloruro de bis(n-butil ciclopentadienil) zirconio, y otros catalizadores organometálicos soportados.
En una realización preferida, la fibra se fabrica de 65 a 2000 denier.
La fibra compuesta de multi/mono poliolefina de conformidad con la invención puede tener una tenacidad mayor que 5 gramos por denier.
La fibra compuesta de poliolefina de conformidad con la invención puede exhibir una gravedad específica mayor que 0,95 gm/cm3 y, por lo tanto, se puede usar para fabricar redes de pesca y acuicultura.
Ejemplos
Ejemplo 1:
Se realizó una extrusión utilizando una composición que comprende un 70% de Relene 53EA 010, un 14% de Relene HD55EF010, un 6% de polvo de aleación de níquel y cobre ultrafino, un 4% de polvo de disulfuro de molibdeno ultrafino y un 6% de Fusabond E100. La extrusión de monofilamentos de 120 denier en 2 juntas se realizó con un perfil de temperatura en el barril de extrusión de 200 a 260 °C. La tinta usada tenía 120 orificios. La temperatura del baño de enfriamiento fue de 21 °C. La del baño de agua caliente de dilatación fue de 94 °C. La tenacidad alcanzada fue de 8 gpd con una elongación del 13%.
Ejemplo 2:
Se realizó una extrusión utilizando una composición que comprende un 72% de Relene 53EA 010, un 14% de Relene HD55EF010, un 8% de polvo de aleación de níquel y cobre ultrafino, un 2% de polvo de grafito ultrafino y un 4% de Fusabond E100. La extrusión de monofilamentos de 120 denier en 2 juntas se realizó con un perfil de temperatura en el barril de extrusión de 200 a 260 °C. La tinta usada tenía 120 orificios. La temperatura del baño de enfriamiento fue de 21 °C. La del baño de agua caliente de dilatación fue de 94 °C. La tenacidad alcanzada fue de 7,5 gpd con una elongación del 12%.
Ejemplo 3:
Se realizó una extrusión utilizando una composición que comprende un 72% de Relene 53EA 010, un 15% de Relene HD55EF010, un 5% de polvo de cobre ultrafino (un 99,9%), un 3% de polvo de óxido de cobre ultrafino y un 5% de Fusabond E100. La extrusión de monofilamentos de 120 denier en 2 juntas se realizó con un perfil de temperatura en el barril de extrusión de 200 a 260 °C. La tinta usada tenía 120 orificios. La temperatura del baño de enfriamiento fue de 21 °C. La del baño de agua caliente de dilatación fue de 94 °C. La tenacidad alcanzada fue de 8,2 gpd con una elongación del 12%.
Ejemplo 4:
Se realizó una extrusión utilizando una composición que comprende un 72% de Relene 53EA 010, un 16% de Relene HD55EF010, un 3% de polvo de cobre ultrafino (un 99,9%), un 3% de tungsteno, un 2% de polvo de óxido de cobre ultrafino y un 4% de Fusabond E100. La extrusión de monofilamentos de 120 denier en 2 juntas se realizó con un perfil de temperatura en el barril de extrusión de 200 a 260 °C. La tinta usada tenía 120 orificios. La temperatura del baño de enfriamiento fue de 21 °C. La del baño de agua caliente de dilatación fue de 94 °C. La tenacidad alcanzada fue de 7,8 gpd con una elongación del 12%.
Ejemplo 5:
Se realizó una extrusión utilizando una composición que comprende un 72% de Relene 53EA 010, un 16% de Relene HD55EF010, un 2% de polvo de tungsteno ultrafino, un 2% de polvo de plomo ultrafino, un 4% de polvo de óxido de cobre ultrafino y un 4% de Fusabond E100. La extrusión de monofilamentos de 120 denier en 2 juntas se realizó con un perfil de temperatura en el barril de extrusión de 200 a 260 °C. La tinta usada tenía 120 orificios. La temperatura del baño de enfriamiento fue de 21 °C. La del baño de agua caliente de dilatación fue de 94 °C. La tenacidad alcanzada fue de 7,7 gpd con una elongación del 13%.
Claims (16)
1. Una fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina multifuncional que comprende a) al menos una poliolefina, b) al menos una partícula de metal ultrafina con un tamaño de partícula promedio menor que 120 micrones, c) al menos un polvo de lubricante sólido ultrafino con un tamaño de partícula promedio menor que 120 micrones, y d) un agente de acoplamiento, y e) un catalizador de una sola ubicación donde la fibra exhibe una flotación negativa, un coeficiente de fricción reducido y una micro y una macroincrustación reducida bajo el agua.
2. La fibra compuesta de conformidad con la reivindicación 1, donde la poliolefina está presente en una cantidad de al menos un 75 %.
3. La fibra compuesta de conformidad con la reivindicación 1, donde la partícula metálica ultrafina está presente en una cantidad entre un 0,1 y un 25%.
4. La fibra compuesta de conformidad con la reivindicación 1, donde el polvo de lubricante sólido ultrafino está presente en una cantidad entre un 0,1 y un 25%.
5. La fibra compuesta de conformidad con la reivindicación 1, donde el agente de acoplamiento está presente en una cantidad entre un 0,1 y un 10 %.
6. La fibra compuesta de conformidad con la reivindicación 1, donde el catalizador de ubicación única está presente en una cantidad de hasta un 10 %.
7. La fibra de poliolefina compuesta de conformidad con la reivindicación 1, donde la gravedad específica de la fibra es mayor que 0,95 gm/cm3
8. La fibra compuesta de conformidad con las reivindicaciones 1 y 2, donde la poliolefina se selecciona del grupo que consiste de polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad, polipropileno y cualquier otra poliolefina.
9. La fibra compuesta de conformidad con las reivindicaciones 1 y 3, donde la partícula metálica ultrafina tiene gravedad específica mayor que 7 gm/cm3.
10. La fibra compuesta de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, donde la partícula metálica ultrafina se selecciona del grupo que consiste de cobre, zinc, plomo, molibdeno, tungsteno, níquel y aleaciones de metales que tienen gravedad específica mayor que 7 gm/cm3.
11. La fibra compuesta de conformidad con las reivindicaciones 1 y 4, donde el polvo lubricante sólido ultrafino se selecciona del grupo que consiste de grafito, disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno, óxido de cobre, óxido de zinc, nitruro de boro, y otros lubricantes sólidos inorgánicos y orgánicos que reducen el coeficiente de fricción.
12. La fibra compuesta de conformidad con las reivindicaciones 1 y 5, donde el agente de acoplamiento se selecciona del grupo que consiste de polietileno modificado con anhídrido maleico, etilvinilacetato y otros agentes de acoplamiento para poliolefina.
13. La fibra compuesta de conformidad con las reivindicaciones 1 y 6, donde catalizador de ubicación única se selecciona del grupo que consiste de compuestos organometálicos como dicloruro de bis(n-butil ciclopentadienil) zirconio, metilaluminoxano y otros catalizadores organometálicos soportados.
14. La fibra compuesta de conformidad con la reivindicación 1 que tiene una tenacidad mayor que 5 gramos por denier.
15. La fibra compuesta lubricante sólida de metal y poliolefina multifuncional de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores preparada a través de un proceso de extrusión.
16. Una red o cuerda para pesca o red, cuerda o tela para acuicultura que comprende la fibra compuesta de poliolefina de conformidad con la reivindicación 1, donde la gravedad específica de la fibra es mayor que 0,95 gm/cm3.
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