Procedimiento para producir nano y mesofibras a través de un proceso de electrohilado de dispersiones coloidales.

Procedimiento para producir fibras de polímeros, en particular nano y mesofibras,

de acuerdo con unprocedimiento de electrohilado, caracterizado porque una dispersión coloidal de al menos un polímeroesencialmente insoluble en agua es electrohilada en un medio acuoso.

Procedimiento para producir nano y mesofibras a través de un proceso de electrohilado de dispersiones coloidales La presente invención hace referencia a un procedimiento para producir fibras de polímeros, en particular nano y mesofibras de acuerdo con un proceso de electrohilado, así como a las fibras obtenidas a través de este procedimiento.

El experto conoce una gran cantidad de procedimientos para la producción de nano y mesofibras, de los cuales en la actualidad se le atribuye una mayor importancia al proceso de electrohilado ("electrospinning") . En este proceso, a modo de ejemplo, descrito por D.H. Reneker, H.D. Chun en Nanotecnología 7 (1996) , página 216 y sig., una masa fundida de polímeros o una solución de polímeros es expuesta a un campo eléctrico elevado como a un terminal que sirve como electrodo. Esto puede lograrse por ejemplo debido al hecho de que la masa fundida de polímeros o la solución de polímeros es extruida en un campo eléctrico a una presión reducida, a través de una cánula que se encuentra conectada al polo de una fuente de tensión. Debido a la carga electroestática de la masa fundida de polímeros o de la solución de polímeros producida de ese modo se origina un flujo de material orientado hacia el contraelectrodo, el cual se solidifica durante el recorrido hacia el contraelectrodo. En función de las geometrías de los electrodos, mediante este procedimiento, se obtienen fibras denominadas como velos o los así llamados materiales no tejidos o ensambles.

En la solicitud DE-A1-101 33 393 se revela un procedimiento para la producción de fibras huecas con un diámetro interno de 1 a 100 nm, donde es electrohilada una solución de un polímero insoluble en agua – por ejemplo una solución poli-L-láctida en diclorometano o una solución de poliamida-46 en piridina. Un procedimiento similar se conoce a través de las solicitudes WO-A1-01/09414 y DE-A1-103 55 665.

Por la solicitud DE-A1-196 00 162 se conoce un procedimiento para producir alambres para cortadoras de césped o tejidos textiles, donde poliamida, poliéster o polipropileno como polímero formador de fibras, un caucho de polietileno/polipropileno modificado de un anhídrido de ácido maleico, así como uno o varios estabilizadores de desarrollo, son colocados de forma conjunta, separados por fusión y mezclados unos con otros antes de que esta masa fundida sea electrohilada.

A través del electrohilado de masas fundidas de polímeros sólo pueden producirse fibras con diámetros mayores a 1 µm. Sin embargo, para una pluralidad de aplicaciones, como por ejemplo para aplicaciones de filtración, se requieren nano y/o mesofibras con un diámetro menor a 1 µm, las cuales a través de los procedimientos de electrohilado conocidos sólo pueden producirse utilizando soluciones de polímeros.

En efecto, estos procedimientos presentan la desventaja de que los polímeros a ser electrohilados deben primero ser colocados en una solución. Por tanto, para polímeros insolubles en agua, como la poliamida, poliolefina, poliéster, poliuretano y similares, deben emplearse solventes no acuosos – por lo general – solventes orgánicos – que generalmente son tóxicos, inflamables, irritantes, explosivos y/o corrosivos.

En el caso de polímeros solubles en agua, como el alcohol polivinílico, óxido de polietileno, pirrolidona polivinílica, hidroxipropilcelulosa y similares, ciertamente se puede prescindir del empleo de solventes no acuosos. No obstante, las fibras obtenidas de ese modo naturalmente son solubles en agua, por lo cual sus aplicaciones técnicas se encuentran restringidas en alto grado. Debido a ello, estas fibras, después del electrohilado, deben ser estabilizadas con respecto al agua a través de al menos un paso adicional de procesamiento, por ejemplo a través de una reticulación química, lo cual representa una inversión técnica considerable y un aumento de los costes de producción de las fibras.

Es objeto de la presente invención el evitar ésta y otras desventajas del estado del arte, y proporcionar un método para producir fibras de polímeros estables con respecto al agua, en particular nano y mesofibras, a través de un procedimiento de electrohilado, en el cual pueda prescindirse del uso de solventes no acuosos para la producción de una solución de polímeros, así como de un tratamiento posterior de las fibras electrohiladas para estabilizar las mismas con respecto al agua.

Las características principales de la invención se indican en la parte significativa de la reivindicación 1. En las reivindicaciones 2 a 11 se indican otras variantes.

Conforme a la invención, este objeto se alcanzará proporcionando un procedimiento en el cual una dispersión coloidal de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua es electrohilada en un medio acuoso.

Dentro del marco de la presente invención, de forma llamativa, se descubrió que es posible obtener fibras con una elevada resistencia al agua si, en lugar de las masas fundidas o soluciones de polímeros utilizadas en las procedimientos de electrohilado conocidos, dispersiones coloidales de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua son electrohiladas en un medio acuoso. Llamó también la atención del experto el hecho de que a través del procedimiento conforme a la invención pueden ser producidas nano y mesofibras con un diámetro menor a 1 µm, lo cual, con los procedimientos conocidos hasta el momento, sólo podía lograrse al emplear soluciones de polímeros. De manera ventajosa en comparación con los procedimientos basados en el empleo de soluciones de polímeros insolubles en agua, en el procedimiento conforme a la invención se prescinde de la utilización de solventes no acuosos tóxicos, inflamables, irritantes, explosivos y/o corrosivos. Además, en comparación con los procedimientos conocidos, basados en el empleo de soluciones acuosas de polímeros insolubles en agua, se prescinde de un paso adicional de procesamiento posterior para la estabilización de las fibras con respecto al agua.

Conforme a la invención, en el procedimiento para producir fibras de polímeros, una dispersión coloidal de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua es electrohilada en un medio acuoso, donde como polímeros esencialmente insolubles en agua, en el sentido de la presente invención, se comprenden en particular polímeros con una solubilidad en agua menor a 0, 1 % en peso.

Una dispersión en el sentido de la presente invención, de forma acorde a los conocimientos teóricos básicos, denomina una mezcla de al menos dos fases que no pueden mezclarse una con otra, donde una de las dos fases es líquida. En función del estado de agregación de la segunda fase o de la fase adicional se clasifica entre aerosoles, emulsiones y suspensiones, donde la segunda fase o la fase adicional es gaseosa en el caso de los aerosoles, líquida en el caso de las emulsiones y sólida en el caso de las suspensiones. Las dispersiones de polímeros coloidales a ser utilizadas conforme a la invención se denominan también como látex en el lenguaje especializado.

En principio, las dispersiones de polímeros coloidales acordes a la invención pueden ser producidas a través de todos los procedimientos para este fin que son conocidos por el experto, donde especialmente a través del electrohilado de látex producido a través de la polimerización de la emulsión se obtienen resultados particularmente positivos.

De acuerdo con una forma de ejecución preferente de la presente invención, en el procedimiento conforme a la invención se emplea una dispersión acuosa coloidal seleccionada del grupo constituido por poli (p- xilileno) , halogenuros de polivinilideno, poliésteres, poliéteres, polietilenos, polipropilenos, poli (etileno/propileno) (EPDM) , poliolefinas, policarbonatos, poliuretanos, polímeros naturales, ácidos policarboxílicos, ácidos polisulfónicos, polisacáridos sulfatados, polilactidos, poliglicósidos, poliamidas, poli (alquil) estiroles, policarilnitrilos, poliacrilamidas, poliimidas, polifenilenos, polisilanos, polisiloxanos, polibenzimidazoles, polibenzotiazoles, polioxazoles, polisulfidos, poliesteramidas, poliarilen-vinilenos, polietercetonas, poliuretanos, polisulfones, ormóceres, siliconas, copoliésteres completamente aromáticos, poli (alquil) acrilatos, poli (alquil) metacrilatos, polihidroxietilmetacrilatos, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, polimetacrilonitrilos, polivinilacetatos, poliisoprenos, neoprenos, buna N, polibutadienos, politetrafluoretileno, celulosas modificadas y no modificadas, homo y copolimerizados de a-olefinas. Todos los polímeros mencionados pueden ser utilizados en los látex a ser empleados conforme a la invención, respectivamente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para producir fibras de polímeros, en particular nano y mesofibras, de acuerdo con un procedimiento de electrohilado, caracterizado porque una dispersión coloidal de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua es electrohilada en un medio acuoso.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un polímero esencialmente insoluble en agua presenta una solubilidad en el agua menor a 0, 1 % en peso.

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al menos un polímero esencialmente insoluble en agua es seleccionado de los grupos constituidos por poli (p- xilileno) , halogenuros de polivinilideno, poliésteres, poliéteres, polietilenos, polipropilenos, poli (etileno/propileno) (EPDM) , poliolefinas, policarbonatos, poliuretanos, polímeros naturales, ácidos policarboxílicos, ácidos polisulfónicos, polisacáridos sulfatados, polilactidos, poliglicósidos, poliamidas, poli (alquil) estiroles, policarilnitrilos, poliacrilamidas, poliimidas, polifenilenos, polisilanos, polisiloxanos, polibenzimidazoles, polibenzotiazoles, polioxazoles, polisulfidos, poliesteramidas, poliarilen-vinilenos, polietercetonas, poliuretanos, polisulfones, ormóceres, siliconas, copoliésteres completamente aromáticos, poli (alquil) acrilatos, poli (alquil) metacrilatos, polihidroxietilmetacrilatos, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno, polimetacrilonitrilos, polivinilacetatos, poliisoprenos, neoprenos, buna N, polibutadienos, politetrafluoretileno, celulosas modificadas y no modificadas, homo y copolimerizados de alfa-olefinas, así como combinaciones de los mismos.

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 3, caracterizado porque al menos un polímero esencialmente insoluble en agua es un homo o copolimerizado basado esencialmente en acrilatos, estiroles, vinilacetatos, viniléteres, butadienos, isoprenos, metacrilatos, alfa-metilestiroles, acrilamida, ácido vinilsulfónico, ésteres vinilsulfónicos, ésteres vinílicos, alcohol vinílico, acrilonitrilo, sulfonas vinílicas y/o halogenuros vinílicos.

5. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el diámetro promedio de las partículas de al menos un polímero esencialmente insoluble en agua se ubica entre 1 nm y 1 µm.

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la dispersión coloidal contiene un polímero soluble en agua con una solubilidad en agua de por lo menos 0, 1 % en peso.

7. Procedimiento conforme a la reivindicación 6, caracterizado porque el polímero soluble en agua es seleccionado del grupo constituido por homopolímeros, copolímeros, copolímeros de injerto, polímeros estrella, polímeros altamente ramificados y dendrímeros.

8. Procedimiento conforme a la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el polímero insoluble en agua es seleccionado del grupo constituido por óxidos de polietileno, hidroximetilcelulosas, hidroxietilcelulosas, hidroxipropilcelulosas, carboximetilcelulosas, ácidos maleicos, alginatos, colágenos, alcohol polivinílico, poli-Nvinilpirrolidona, combinaciones de éstos, copolímeros de éstos, copolímeros de injerto de éstos, polímeros estrella de éstos, polímeros altamente ramificados de éstos y dendrímeros de éstos.

9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el contenido sólido de la dispersión coloidal, referido a la dispersión, asciende del 5 a 80 % en peso, preferentemente del 10 al 70 % en peso y de forma especialmente preferente del 10 al 65 % en peso.

10. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque la dispersión coloidal, con respecto al contenido sólido de la dispersión, contiene del 0 a 80 % en peso, preferentemente del 10 al 80 % en peso y de forma especialmente preferente del 17 al 70 % en peso de un polímero soluble en agua.

11. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las fibras obtenidas de acuerdo con el procedimiento de electrohilado son unidas o reticuladas químicamente unas con otras.