MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN DE NANO-Y MESOFIBRAS MEDIANTE ELECTROHILADO DE DISPERSIONES COLOIDALES QUE CONTIENEN AL MENOS UN POLÍMERO ESENCIALMENTE INSOLUBLE EN AGUA.

Método para la producción de nano- y mesofibras mediante electrohilado de dispersiones coloidales que contienen al menos un polímero esencialmente insoluble en agua La presente invención se refiere a un proceso para la producción de fibras poliméricas, principalmente de nano- y mesofibras, electrohilando en un medio acuoso una dispersión coloidal de un polímero esencialmente insoluble en agua, así como a las fases que pueden obtenerse con este proceso, a las telas textiles que contienen las fibras de la invención y a la utilización de las fibras de la invención y de las telas textiles de la invención. Para la producción de las nano- y mesofibras el experto en la materia conoce una gran número de procesos de los cuales el proceso de electrohilado ("electrospinning") tiene en la actualidad la mayor importancia. En este proceso, que se describe, por ejemplo, por parte de D.H. Reneker, H.D. Chun en Nanotechn. 7 (1996), página 216 y siguientes, usualmente un polímero fundido o una solución de polímero se expone a un campo eléctrico alto en un borde que sirve como electrodo. Esto puede lograrse, por ejemplo, extrudiendo el polímero fundido o la solución de polímero en un campo eléctrico a baja presión mediante una cánula conectada a un polo de una fuente de tensión. Debido a la carga electrostática resultante del polímero o de la solución de polímero se genera una corriente de material dirigida hacia el contra-electrodo y se solidifica de camino hacia el contra-electrodo. Mediante este proceso, dependiendo de las formas geométricas de los electrodos, se obtienen fieltros (materiales no tejidos) o los así llamados nonwovens o ensambles de fibras ordenadas. En DE-A1-101 33 393 se revela un proceso para producir fibras huecas con un diámetro interno de 1 a 100 nm en el que se electrohila una solución de polímero insoluble en agua, por ejemplo una solución de poli-L-lactida en diclorometano o una solución de poliamida-46 en piridina. Un proceso similar también se conoce de WO-A1- 01/09414 y DE-A1-103 55 665. De DE-A1-196 00 162 se conoce un proceso para la preparación de alambre para cortacésped o telas textiles en el que se combinan poliamida, poliéster o polipropileno como un polímero que forma hilos, un caucho de polietileno modificado con anhídrido maleico / polipropileno y uno o varios estabilizadores de envejecimiento, se funden y se mezclan entre sí antes de hilar este material fundido. DE-A1-10 2004 009 887 se refiere a un proceso para la preparación de fibras con un diámetro de < 50 m mediante hilado electrostático o aspersión de un material fundido de polímero termoplástico. Mediante el electrohilado del polímero fundido pueden prepararse solo fibras con diámetros mayores a 1 m. Para una gran cantidad de aplicaciones, por ejemplo aplicaciones de filtración, se requieren sin embargo nano- y/o mesofibras con un diámetro de menos de 1 m las cuales pueden producirse con el proceso de electro hilado conocido solo mediante el uso de solución de polímero. Sin embargo, estos procesos presentan la desventaja de que los polímeros a hilarse deben llevarse primero a solución. Para polímeros insolubles en agua, tales como poliamidas, poliolefinas, poliésteres o poliuretanos, deben usarse, por lo tanto, solventes no acuosos, por lo regular solventes orgánicos que por lo regular son tóxicos, combustibles, irritantes, explosivos y/o corrosivos. En el caso de polímeros solubles en agua, tales como alcohol polivinílico, poli(óxido de etileno), polivinilpirrolidona o hidroxipropilcelulosa, es posible de hecho prescindir del empleo de solventes no acuosos. Sin embargo, las fibras obtenidas de esta manera son naturalmente solubles en agua por lo que su aplicación industrial se restringe fuertemente. Por esta razón estas fibras deben estabilizarse frente al agua mediante al menos un paso más de procesamiento, por ejemplo mediante reticulación química, lo cual represente un esfuerzo técnico considerable y eleva los costos de producción de las fibras. WO 2004/080681 A1 se refiere a dispositivos y procesos para el procesamiento electroestático de formulaciones de polímero. Las formulaciones de polímero pueden ser soluciones, dispersiones, suspensiones, emulsiones, mezclas de las mismas, o polímeros fundidos. Como proceso para el procesamiento electroestático se menciona el electrohilado, entre otros. En WO 2004/080681 A1 no se mencionan, sin embargo, formulaciones poliméricas concretas que sean adecuadas para el electrohilado. En WO 2004/048644 A2 se revela la electrosíntesis de nanofibras y películas nano-compuestas. Para el electrohilado se emplean soluciones de las sustancias de partida adecuadas, Según la descripción, el término "soluciones" también comprende en este caso mezclas heterogéneas como suspensiones o dispersiones. Entre otras, según WO 2004/048644 A2, pueden producirse fibras de polímeros capaces de conducir electricidad. Estas se obtienen, según WO 2004/048644 A2, preferiblemente de las soluciones que contienen los respectivos monómeros. 2 E08786037 31-10-2011   WO 2006/089522A1 se refiere a un proceso para la producción de fibras poliméricas, en cuyo caso en un medio acuoso se electrohila una dispersión coloidal de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua. En este proceso se ha logrado por primera vez hilar dispersiones acuosas de polímeros por medio de un proceso de electrohilado, en cuyo caso se obtienen fibras poliméricas, principalmente nano- o mesofibras. Según los ejemplos en WO 2006/089522A1 se electrohila un látex de un poli(acrilato de n-butilo) parcialmente reticulado con una temperatura de transición vítrea de -43°C (de acuer do con Polymer Handbook (4th Edition), Edited by: Brandrup, J.; Immergut, Edmund H.; Grulke, Eric A.; Abe, Akihiro; Bloch, Daniel R. c 1999; 2005 John Wiley & Sons) a una temperatura de 20°C. Con la ayuda del proceso descrito en WO 2006/089522A1 se ha logrado evitar las desventajas previamente mencionadas del estado de la técnica y suministrar un proceso para la preparación de fibras poliméricas estables en agua, principalmente de nano- y mesofibras, según el método de electrohilado, en el que puede prescindirse del empleo de solventes no acuosos para producir una solución polimérica así como de un tratamiento posterior de las fibras electrohiladas para estabilizar las mismas frente al agua. Es un objetivo de la presente invención suministrar un proceso para electrohilar dispersiones poliméricas acuosas con el cual pueden obtenerse fibras poliméricas con propiedades estructurales y/o mecánicas optimizadas frente a las fibras poliméricas divulgadas en WO 2006/089522A1. El objetivo se logra mediante el suministro de un proceso para la preparación de fibras poliméricos en el que una dispersión coloidal en un medio acuoso de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua se electrohila a 5 a 90°C. El proceso de la invención se caracteriza porque el polímero, al menos uno, esencialmente insoluble en agua tiene una temperatura de transición vítrea Tg, medida mediante DSC, que se encuentra en un rango desde máximo 15 °C por encima hasta máximo 15°C por debajo de la tempe ratura de proceso. Con el proceso de la invención pueden obtenerse fibras con una alta estabilidad al agua, que se caracterizan por una buena estabilidad mecánica. Es posible producir nano- y mesofibras con un diámetro de menos de 1 m a partir de dispersiones acuosas, de modo que puede impedirse el empleo de solventes no acuosos, tóxicos, combustibles, irritantes, explosivos y/o corrosivos mediante el proceso de la invención. Puesto que las fibras producidas por el proceso de la invención se forman a partir de polímeros esencialmente insolubles en agua, no se requiere un paso de proceso posterior para estabilizar las fibras frente a agua. En el proceso de la invención para producir las fibras poliméricas se electrohila en un medio acuoso una dispersión coloidal de al menos un polímero insoluble en agua. Por polímeros esencialmente insolubles en agua en el contexto de la invención han de entenderse principalmente polímeros con una solubilidad en agua de menos de 0,1 % en peso. De conformidad con conocimientos de libros de texto, una dispersión en el contexto de la presente invención se denomina una mezcla de al menos dos fases inmiscibles entre sí, en cuyo caso una de al menos dos fases es líquida. En dependencia del estado de agregación de la segunda, es decir de la otra fase, las dispersiones se dividen en aerosoles, emulsiones y suspensiones, en cuyo caso la segunda, o la otra fase en aerosoles es gaseosa, en emulsiones es líquida y en suspensiones es sólida. En el proceso de la invención se prefiere emplear suspensiones. Las dispersiones poliméricas coloidales a usar preferiblemente según la invención también se denominan en el lenguaje especializado como látex. La... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la producción de fibras poliméricas, en cuyo caso una dispersión coloidal de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua en un medio acuoso se electrohila a una temperatura de proceso de 5 a 90°C, caracterizado porque el al menos un polímero esencialmente insoluble en agua tiene una temperatura de transición vítrea Tg, medida por medio de DSC que se encuentra en un rango de máximo 15°C por encima a máximo 15°C por debajo de la temperatura de proceso. 2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el al menos un polímero esencialmente insoluble en agua tiene una Tg en un rango de al menos -10°C a máximo 105°C, en c uyo caso la Tg del polímero se encuentra en un rango de máximo 15°C por encima a máximo 15°C por d ebajo de la temperatura de proceso. 3. Proceso según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el al menos un polímero esencialmente insoluble en agua se selecciona del grupo compuesto de homo- y copolímeros de compuestos aromáticos de vinilo, homo- y copolímeros de acrilatos de alquilo, homo- y copolímeros de metacrilatos de alquilo, homo- y copolímeros de olefinas, homo- y copolímeros de dienos alifáticos, homo y copolímeros de haluros de vinilo, homo- y copolímeros de acetatos de vinilo, homo- y copolímeros de acrilonitrilos, homo- y copolímeros de uretanos, homo- y copolímeros de vinilamidas y copolímeros compuestos de dos o más de las unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados. 4. Proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque el al menos un polímero esencialmente insoluble en agua se selecciona de copolímeros de estireno/acrilato de alquilo y copolímeros de estireno/metacrilato de alquilo. 5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el al menos un polímero esencialmente insoluble en agua se emplea en la dispersión coloidal en forma no reticulada, parcialmente reticulada o completamente reticulada. 6. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el diámetro por medio en peso de partícula del al menos un polímero esencialmente insoluble en agua está entre 1 nm y 2,5 m. 7. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la dispersión coloidal contiene adicionalmente al menos un polímero soluble en agua con una solubilidad en agua de al menos 0,1 % en peso. 8. Proceso según la reivindicación 7, caracterizado porque el polímero soluble en agua se selecciona del grupo compuesto de homopolímeros, copolímeros, copolímeros injertados, polímeros estrella, polímeros altamente ramificados y dendrímeros. 9. Proceso según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el polímero soluble en agua se selecciona del grupo compuesto de poli(alcohol vinílico), polivinilformamida, polivinilamina, poli(ácido carboxílico, poliacrilamida, poli(ácido itacónico), poli(acrilato de 2-hidroxietilo), poli(N-isopropilacrilamida), poli(ácido sulfónico), polimetacrilamida, poli(óxidos de alquileno); poli-N-vinilpirrolidona; hidroximetilcelulosas; hidroxietilcelulosas; hidroxipropilcelulosas; carboximetilcelulosas; ácidos maleicos; alginatos; colágenos; gelatinas, poli(etilenimina), poli(ácido estirensulfónico); combinaciones compuestas de dos o más de las unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados, copolímeros compuestos de dos o más de las unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados, copolímeros injertados compuestos de dos o más de las unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados, polímeros estrella compuestos de dos o más de las unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados, polímeros altamente ramificados compuestos de dos o más unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados y dendrímeros compuestos de dos o más de las unidades monoméricas que forman los polímeros previamente mencionados. 10. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el contenido de sólidos de la dispersión coloidal, respecto del peso total de la dispersión, es de 5 a 60 % en peso, preferible de 10 a 50 % en peso, particularmente preferible de 10 a 40 % en peso. 11. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la dispersión coloidal contiene, respecto del peso total de la dispersión, es de 0 a 25 % en peso, preferible de 0,5 a 20 % en peso y particularmente preferible de 1 a 15 % en peso de un polímero soluble en agua. 12. Una fibra que puede obtenerse mediante un proceso según una de las reivindicaciones 1 a 11. 13. Fibra según la reivindicación 12, caracterizada porque tiene un diámetro de 10 nm a 50 m, preferible de 50 nm a 2 m y particularmente preferible de 100 nm a 1 m. 12 E08786037 31-10-2011   14. Fibra según la reivindicación 12 o 13, caracterizada porque tiene una longitud de al menos 50 m. 15. Telas textiles que contienen fibras según una de las reivindicaciones 12 a 14. 16. utilización de fibras según una de las reivindicaciones 12 a 14 o de telas textiles según la reivindicación 15 para el empleo en las siguientes aplicaciones: filtros, o partes de filtro, non-wovens (no tejidos), materiales de fieltro, textiles industriales o domésticos o componentes o recubrimientos de tales textiles, textiles medicinales, recubrimientos o componentes de empaques, para emplearse en la curación de heridas o como recubrimiento de heridas, para el transporte o para la liberación de sustancias activas o sustancias de efecto, vehículos de cultivo celular, soportes de catalizador, sensores, o sus componentes, sordinas acústicas, precursores para la producción de otras fibras, así como capas continuas, como aditivos para polímeros, recubrimientos para el mejoramiento de la háptica, de las propiedades ópticas y de la apariencia, preparación de membranas, así como adsorbentes y absorbentes de medios sólidos, líquidos y gaseosos. 13 E08786037 31-10-2011   14 E08786037 31-10-2011   E08786037 31-10-2011