Fibras que comprenden mezclas de copolímero de polihidroxialcanoato/polímero o copolímero de poli(ácido láctico).

Una composición hilada en fundido medioambientalmente degradable que comprende:

un polímero o copolímero de poli(ácido láctico) (PLA) que tiene un peso molecular promedio en peso de 10.000g/mol a 600.000 g/mol, y

un copolímero de polihidroxialcanoato que comprende por lo menos dos unidades monoméricas que se repiten alazaren la que una primera unidad monomérica tiene la estructura (I)

en la que R1 es H, o alquilo de C1 o C2, y n es 1 o 2; y

en la que una segunda unidad monomérica tiene la estructura (II)

en la que R2 es un alquilo de C3-C9,

o la segunda unidad monomérica tiene la estructura (III)

en la que m es de 2 a 9

en la que la composición está en forma de una fibra que tiene un diámetro de 50 micrómetros o menos.

Fibras que comprenden mezclas de copolímero de polihidroxialcanoato/polímero o copolímero de poli (ácido láctico)

Campo de la invención La presente invención se refiere a fibras medioambientalmente degradables que comprenden copolímero de polihidroxialcanoato y un polímero o copolímero de poli (ácido láctico) . Las fibras se usan para fabricar artículos no tejidos desechables.

Antecedentes de la invención Esta invención se refiere a la necesidad de aliviar los crecientes problemas medioambientales de los excesivos residuos plásticos que componen una creciente fracción en volumen de los materiales en los vertederos. Los polímeros biodegradables y los productos formados de polímeros biodegradables están siendo cada vez más importantes en vista del deseo de reducir el volumen de materiales de residuos sólidos generados por los consumidores cada año. La invención se refiere adicionalmente a la necesidad de desarrollar nuevos materiales plásticos que se pueden usar en aplicaciones en las que la biodegradabilidad, compostabilidad o biocompatibilidad, están entre las principales características deseables de tales aplicaciones. Ha habido muchos intentos de fabricar artículos degradables. Sin embargo, debido a los costes, la dificultad de procesado, y las propiedades de uso final, ha habido poco éxito comercial. Muchas composiciones que tienen excelente degradabilidad tienen solo limitada procesabilidad. Al contrario, las composiciones que son más fácilmente procesables tienen reducida degradabilidad.

Las fibras útiles con excelente degradabilidad para artículos no tejidos son difíciles de producir con relación a las películas y estratificados. Esto es porque las características del material y del procesado para fibras son mucho más exigentes, es decir, el tiempo de procesado es típicamente mucho más corto y las características de flujo son más exigentes sobre las características físicas y reológicas del material. Los porcentajes de cizalladura y deformación local son mucho mayores en la producción de fibras que en otros procedimientos. Adicionalmente, se requiere una mezcla homogénea para el hilado de la fibra. Para hilar fibras muy finas, los pequeños defectos, ligeras inconsistencias, o no homogeneidad en la masa fundida no son aceptables para un procedimiento comercialmente viable. Cuanto más atenuadas las fibras, más críticas las condiciones de procesado y selección de materiales. Los nuevos materiales idealmente necesitarían exhibir muchas de las características físicas de las poliolefinas convencionales. Deben ser impermeables al agua, tenaces, fuertes, aunque blandas, flexibles, sin ruido, económicamente rentables, y deben ser capaces de ser producidas con equipo estándar de procesado de polímeros para ser rentables.

Supone un reto producir fibras que tienen propiedades de procesabilidad y uso final más aceptables, escogiendo polímeros degradables aceptables. Los polímeros degradables deben tener buenas propiedades de hilado y una temperatura de fusión apropiada. La temperatura de fusión debe ser suficientemente alta para la estabilidad de uso final para prevenir el encogimiento o la fusión. Estos requerimientos hacen muy difícil la selección de un polímero degradable para producir fibras.

Los polihidroxialcanoatos (PHAs) son generalmente compuestos de poliéster termoplástico semicristalino que se pueden producir por métodos sintéticos o por varios microrganismos, tales como bacterias o algas. Los últimos típicamente producen materiales ópticamente puros. Los PHAs bacteriales tradicionalmente conocidos incluyen poli (3-hidroxibutirato) isotáctico, o PHB, el homopolímero de ácido hidroxibutírico de alto punto de fusión, muy cristalino y muy frágil/quebradizo y poli (3-hidroxibutirato-co-valerato) isotáctico, o PHBV, el copolímero de más bajo punto de fusión y algo más baja cristalinidad que sin embargo tiene los mismos inconvenientes de alta cristalinidad y fragilidad/delicadeza. Los copolímeros de PHBV se describen en Holmes et al., documentos US. 4.393.167 y 4.477.654; y hasta hace poco estaban comercialmente disponibles de Monsanto con el nombre comercial BIOPOL. Su capacidad para biodegradarse fácilmente en presencia de microrganismos ha sido demostrada en muchos casos. Se sabe, sin embargo, que estos dos tipos de PHAs son polímeros frágiles que tienden a exhibir fractura por fragilidad y/o se rasgan fácilmente bajo restricción mecánica. Su procesabilidad es también bastante problemática, dado que su alto punto de fusión requiere temperaturas de procesado que contribuyen a su extensa degradación térmica cuando están fundidos. Finalmente, su velocidad de cristalización es apreciablemente más lenta que la de los polímeros comerciales tradicionales, haciendo su procesado muy difícil o de coste prohibitivo con el equipo de conversión existente.

Otros PHAs conocidos son los denominados PHAs de larga cadena lateral, o polihidroxioctanoatos (PHOs) isotácticos. Estos, a diferencia de PHB o PHBV, son virtualmente amorfos debido al pentilo recurrente y a las cadenas laterales de alquilo superior que están regularmente espaciadas a lo largo de la cadena principal. Cuando está presente, su fracción cristalina sin embargo tiene un punto de fusión muy bajo así como una extremadamente lenta velocidad de cristalización. Por ejemplo, Gagnon, et al. en Macromolecules, 25, 3723-3728 (1992) , incorporada aquí como referencia, muestra que la temperatura de fusión está alrededor de 61ºC y que tarda alrededor de 3 semanas en llegar al punto máximo de cristalización a su temperatura de cristalización óptima.

Se han descrito composiciones de copolímero de poli (3-hidroxialcanoato) adicionales por Kaneka (US. 5.292.860) y Procter & Gamble (US. 5.498.692; 5.536.564; 5.602.227; 5.685.756) . Todas describen varios enfoques para adaptar la cristalinidad y punto de fusión de los PHAs a cualquier valor inferior deseable en el PHB o PHBV de alta cristalinidad incorporando al azar cantidades controladas de “defectos” a lo largo de la cadena principal que impiden parcialmente el procedimiento de cristalización. Tales “defectos” son ramas de diferentes tipos de espaciadores flexibles alifáticos lineales (3-hidroxihexanoato y superiores) o inferiores (3HP, 3-hidroxipropionato) o más largos (4HB, 4-hidroxibutano) . Los resultados son estructuras de copolímero semicristalino que se pueden adaptar para que fundan en el intervalo de uso típico entre 80ºC y 150ºC y que son menos susceptibles a la degradación térmica durante el procesado. Además, la velocidad de biodegradación de estos copolímeros es más alta como resultado de su más baja cristalinidad y la mayor susceptibilidad a microrganismos. Aunque, mientras las propiedades mecánicas y las condiciones de manejo en fundido de tales copolímeros están generalmente mejoradas frente a las de PHB o PHBV, su velocidad de cristalización es característicamente lenta, a menudo más lenta que la de PHB y PHBV.

El documento WO9608535 se refiere a composiciones poliméricas que son biodegradables y que se pueden procesar en fundido en varias formas, incluyendo películas, fibras y materiales no tejidos. Las composiciones incluyen mezclas compatibles o semicompatibles de polímeros biodegradables y tienen integridad física y termomecánica.

El documento WO9520615 se refiere a copolímeros de PHA biodegradables que comprenden por lo menos dos unidades de monómero que se repiten al azar.

En general, sin embargo, ha sido un reto considerable convertir estos copolímeros de PHA más nuevos, así como otros polímeros biodegradables, en formas útiles por métodos de fusión convencionales, porque permanecen sustancialmente adhesivos después de que enfrían desde el estado fundido, y permanecen como tales hasta que se establece suficiente cristalinidad, particularmente con niveles de copolímeros de PHA por encima de 10% en peso. La adhesividad residual típicamente puede conducir a que el material se pegue a si mismo o al equipo de procesado, o ambas cosas, y por ello puede restringir al velocidad a la que se produce un producto polimérico o prevenir que el producto se recoja en una forma de calidad apropiada. Consecuentemente, se necesita una composición procesable en fundido y barata de polímeros degradables. Además, la composición polimérica debe ser apropiada para su uso en equipo de procesado convencional. También se necesitan artículos desechables que contienen telas no tejidas hechas de estas fibras.

Sumario de la invención El contenido de la presente invención se define en las presentes reivindicaciones. Se describen fibras hiladas en fundido medioambientalmente degradables que comprenden un copolímero de polihidroxialcanoato (PHA) y un polímero... [Seguir leyendo]

1. Una composición hilada en fundido medioambientalmente degradable que comprende:

un polímero o copolímero de poli (ácido láctico) (PLA) que tiene un peso molecular promedio en peso de 10.000 g/mol a 600.000 g/mol, y un copolímero de polihidroxialcanoato que comprende por lo menos dos unidades monoméricas que se repiten al

azar en la que una primera unidad monomérica tiene la estructura (I)

en la que R1 es H, o alquilo de C1 o C2, y n es 1 o 2; y 10 en la que una segunda unidad monomérica tiene la estructura (II)

en la que R2 es un alquilo de C3-C9,

o la segunda unidad monomérica tiene la estructura (III)

en la que m es de 2 a 9 en la que la composición está en forma de una fibra que tiene un diámetro de 50 micrómetros o menos.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que el copolímero de polihidroxialcanoato comprende un tercer monómero que se repite al azar que tiene la estructura (IV) :

en la que R5 es H, o un alquilo o alquenilo de C1-C19, y s es 1 o 2, con la condición de que el tercer monómero no sea el mismo que el primer o segundo monómero.

3. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente un segundo polímero o copolímero de polihidroxialcanoato.

4. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el copolímero de 25 polihidroxialcanoato está presente en una cantidad de 10% a 90% en peso de la fibra.

5. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el polímero o copolímero de PLA está presente en una cantidad de 10% a 90% en peso de la fibra.

6. Una fibra multicomponente medioambientalmente degradable, en la que por lo menos un componente tiene la composición de la reivindicación 1.

7. Una fibra multicomponente medioambientalmente degradable, en la que un primer componente es el

copolímero de polihidroxialcanoato de la composición de la reivindicación 1, y un segundo componente es el 5 polímero o copolímero de PLA de la composición de la reivindicación 1.

8. La fibra multicomponente medioambientalmente degradable de la reivindicación 7, en la que la fibra tiene dos componentes que tienen una configuración envoltura/núcleo, en la que el primer componente es la envoltura y el segundo componente es el núcleo, o el primer componente es el núcleo y el segundo componente es la envoltura.

9. Una tela no tejida que comprende la fibra de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

10. Un artículo desechable que comprende la tela no tejida de la reivindicación 9.