DE60224530T2

DE60224530T2 - Fasern aus stärke und bioabbaubaren polymeren

Info

Publication number: DE60224530T2
Application number: DE2002624530
Authority: DE
Inventors: Eric Bryan Maineville BOND; Jean Philippe Cincinnati AUTRN; Larry Neil Fairfield MACKEY; Isao Fairfield NODA; Hugh Joseph Cincinnati O'DONNELL
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-05-10
Also published as: DE60224530D1; US20030109605A1; DE60224530T3; CA2446092C; US6946506B2; US20020188041A1; ATE383462T1; EP1397537B1; JP4119756B2; AU2002309683B2; WO2002090629A1; EP1397537A1; CA2446092A1; US6890872B2; EP1397537B2; US20050026529A1; JP2004533551A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft in der Umwelt abbaubare Fasern, die Stärke und biologisch abbaubare Polymere umfassen, Verfahren zur Herstellung der Fasern und spezifische Konfigurationen der Fasern, einschließlich Mikrofibrillen. Die Fasern werden verwendet, um Vliesbahnen und Einwegartikel herzustellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es wurden viele Versuche unternommen, in der Umwelt abbaubare Artikel herzustellen. Diese haben jedoch aufgrund von Kosten, Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und Endanwendungseigenschaften wenig kommerziellen Erfolg gehabt. Viele Zusammensetzungen, die eine hervorragende Abbaubarkeit aufweisen, sind nur begrenzt verarbeitbar. Umgekehrt weisen Zusammensetzungen, die leichter zu verarbeiten sind, eine verringerte biologische Abbaubarkeit, Dispergierbarkeit und Spülbarkeit auf.
Nützliche Fasern mit hervorragender Umwelt-Abbaubarkeit für Vliesartikel sind schwer herzustellen und stellen im Vergleich zu Folien und Laminaten zusätzliche Herausforderungen dar. Dies liegt daran, dass das Material und die Verarbeitungseigenschaften für Fasern viel strikter sind als für die Herstellung von Folien, Blasformartikeln und Spritzgussartikeln. Für die Herstellung von Fasern ist die Verarbeitungszeit während der Strukturbildung in der Regel viel kürzer und die Fließeigenschaften sind im Hinblick auf die physikalischen und rheologischen Eigenschaften des Materials anspruchsvoller. Die lokale Beanspruchungsrate und Scherrate sind bei der Faserherstellung viel größer als bei anderen Verfahren.
Außerdem ist zum Faserspinnen eine homogene Zusammensetzung erforderlich. Zum Spinnen sehr feiner Fasern sind kleine Defekte, leichte Unregelmäßigkeiten oder eine Nichthomogenität in der Schmelze für ein kommerziell durchführbares Verfahren nicht akzeptabel. Je gestreckter die Fasern sind, desto kritischer sind die Verarbeitungsbedingungen und die Auswahl der Materialien.
Zur Herstellung von in der Umwelt abbaubaren Artikeln wurden Versuche unternommen, natürliche Stärke mittels Standardvorrichtungen und vorhandener Technik, die in der Kunststoffindustrie bekannt sind, zu verarbeiten. Da natürliche Stärke im Allgemeinen eine granulöse Struktur aufweist, muss sie „destrukturiert" werden, bevor sie zu Filamenten mit feinem Denier schmelzverarbeitet werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass modifizierte Stärke (allein oder als Hauptbestandteil einer Mischung) eine geringe Schmelzdehnbarkeit aufweist, die eine erfolgreiche Herstellung von Fasern, Folien, Schäumen oder dergleichen erschwert. Außerdem sind Stärkefasern schwierig zu spinnen und sind aufgrund der geringen Zugfestigkeit, Klebrigkeit und Unfähigkeit, zur Bildung von Vliesen miteinander verbunden zu werden, zur Herstellung von Vliesen praktisch unbrauchbar.
US-Patent Nr. 6,218,321 (Biotec Biologische) beschreibt Herstellungsartikel, die durch Extrudieren einer Zusammensetzung hergestellt werden, umfassend:

a) thermoplastische Stärke, bestehend aus mit Weichmachern gemischter natürlicher Stärke, und b) einem zusätzlichen polymeren Bestandteil, der wahlweise biologisch abbaubar ist. Die Zusammensetzung wird vorzugsweise als eine Folie extrudiert, die in Fäden oder Fasern geschnitten werden kann.

US-Patent Nr. 5,516,815 (EMS-Inventa AG) beschreibt eine durch ein Schmelzspinnverfahren hergestellte Stärkefaser, wobei die Faser mindestens eine modifizierte oder nicht modifizierte Stärke, ein Destrukturierungsmittel, mindestens einen Zusatzstoff und wahlweise ein schmelzspinnbares Polymer umfasst. Wenn die Stärke modifiziert wird, erfordert dies die Umsetzung der Hydroxylgruppen dieser Spezies mit Alkylenoxiden oder anderen ether-, ester-, urethan-, carbamat- und/oder isocyanatbildenden Substanzen. Alle Beispiele dieses Patentdokuments erfordern die Verwendung von Harnstoff als Zusatzstoff, wobei der Zusatzstoff zur Bildung der Schmelze bei einer geeigneten Temperatur beiträgt.
Zur Herstellung von Fasern, die eine akzeptablere Verarbeitbarkeit und akzeptablere Endanwendungseigenschaften aufweisen, müssen biologisch abbaubare Polymere mit Stärke kombiniert werden. Die Auswahl eines geeigneten biologisch abbaubaren Polymers, das zum Mischen mit Stärke akzeptabel ist, stellt eine Herausforderung dar. Das biologisch abbaubare Polymer muss gute Spinneigenschaften und eine geeignete Schmelztemperatur aufweisen. Die Schmelztemperatur muss für die Endanwendungsstabilität hoch genug sein, um Schmelzen oder strukturelle Verformung zu verhindern, jedoch darf sie nicht zu hoch sein, damit eine Verarbeitung mit Stärke möglich ist, ohne die Stärke zu verbrennen. Diese Anforderungen machen die Auswahl eines biologisch abbaubaren Polymers zur Herstellung von stärkehaltigen Fasern sehr schwierig.
Folglich besteht eine Notwendigkeit für eine kostengünstige und leicht zu verarbeitende Zusammensetzung aus natürlichen Stärken und biologisch abbaubaren Polymeren. Darüber hinaus sollte die Zusammensetzung aus Stärke und Polymer zum Gebrauch in einer herkömmlichen Verarbeitungsvorrichtung geeignet sein. Außerdem besteht eine Notwendigkeit für aus diesen Fasern hergestellte Einwegvliesartikel, die in der Umwelt abbaubar sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf stark gestreckte Fasern ausgerichtet, die durch Schmelzspinnen einer Zusammensetzung hergestellt werden, die destrukturierte Stärke, ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer und einen Weichmacher umfasst. Außerdem ist die vorliegende Erfindung auf Fasern ausgerichtet, die zwei oder mehr biologisch abbaubare thermoplastische Polymere enthält. Vorzugsweise ist eines der biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymere kristallisierbare Polymilchsäure.
Ferner ist die vorliegende Erfindung auf stark gestreckte Fasern ausgerichtet, die Mikrofibrillen aus thermoplastischem Polymer enthalten, die innerhalb der Stärkematrix der stark gestreckten Faser ausgebildet sind. Außerdem ist die vorlie gende Erfindung auf Vliesbahnen und Einwegartikel ausgerichtet, welche die stark gestreckten Fasern umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die begleitende Zeichnung besser verständlich, wobei:
1 eine Faser veranschaulicht, die Mikrofibrillen enthält.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Alle hierin verwendeten Prozentangaben, Verhältnisse und Anteile sind in Gewichtsprozent der Zusammensetzung ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben wurde. Beispiele in der vorliegenden Anmeldung sind in Teilen der Gesamtzusammensetzung aufgeführt.
Die Patentschrift enthält eine ausführliche Beschreibung von (1) Materialien der vorliegenden Erfindung, (2) Konfiguration der Fasern, (3) Materialeigenschaften der Fasern, (4) Verfahren und (5) Artikeln.
(1) Materialien
Stärke
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Stärke, einem kostengünstigen natürlich vorkommenden Polymer. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Stärke ist destrukturierte Stärke, die für ein angemessenes Spinnverhalten und angemessene Fasereigenschaften notwendig ist. Der Ausdruck „thermoplastische Stärke" bedeutet destrukturierte Stärke mit einem Weichmacher.
Da natürliche Stärke im Allgemeinen eine granulöse Struktur aufweist, muss sie destrukturiert werden, bevor sie wie ein thermoplastisches Material schmelzverarbeitet und gesponnen werden kann. Zur Gelatinisierung kann die Stärke in Gegenwart eines Lösungsmittels, das als Weichmacher wirkt, destrukturiert werden.
Die Mischung aus Lösungsmittel und Stärke wird erwärmt, in der Regel unter Druckbedingungen und Scherung, um den Gelatinisierungsprozess zu beschleunigen. Chemische oder enzymatische Mittel können ebenfalls verwendet werden, um die Stärke zu destrukturieren, zu oxidieren oder zu derivatisieren. Gewöhnlich wird Stärke durch Auflösen der Stärke in Wasser destrukturiert. Vollständig destrukturierte Stärke resultiert, wenn keine Klumpen vorhanden sind, die das Faserspinnverfahren beeinflussen.
Geeignete natürlich vorkommende Stärken können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Maisstärke, Kartoffelstärke, Süßkartoffelstärke, Weizenstärke, Sagopalmenstärke, Tapiokastärke, Reisstärke, Sojabohnenstärke, Pfeilwurzelstärke, Farnkrautstarke, Lotusstärke, Maniokstrauchstärke, Wachsmaisstärke, Maisstärke mit hohem Amylosegehalt und im Handel erhältliches Amylosepulver einschließen. Stärkemischungen können ebenfalls verwendet werden. Obwohl alle Stärken hierin nützlich sind, wird die vorliegende Erfindung zumeist mit natürlichen Stärken ausgeführt, die aus landwirtschaftlichen Quellen stammen und die Vorteile bieten, dass sie reichlich angeboten werden, leicht wiederaufgefüllt werden können und kostengünstig sind. Natürlich vorkommende Stärken, insbesondere Maisstärke, Weizenstärke und Wachsmaisstärke, sind aufgrund ihrer Preisgünstigkeit und Verfügbarkeit die bevorzugten ausgewählten Stärkepolymere.
Modifizierte Stärke kann ebenfalls verwendet werden. Modifizierte Stärke ist definiert als nichtsubstituierte oder substituierte Stärke, deren native Molekulargewichtseigenschaften verändert wurden (d. h. das Molekulargewicht wird verändert, jedoch werden nicht notwendigerweise andere Veränderungen an der Stärke vorgenommen). Wenn modifizierte Stärke gewünscht wird, schließen chemische Modifikationen von Stärke in der Regel Säure- oder Alkalihydrolyse und oxidative Kettenspaltung ein, um das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung zu verringern. Natürliche, nicht modifizierte Stärke weist im Allgemeinen ein sehr hohes durchschnittliches Molekulargewicht und eine breite Molekulargewichtsverteilung auf (z. B. weist natürliche Maisstärke ein durchschnittliches Molekulargewicht von bis zu etwa 60.000.000 Gramm/mol (g/mol) auf). Das durchschnittliche Molekulargewicht von Stärke kann für die vorliegende Erfindung durch Säurereduktion, Oxidationsreduktion, enzymatische Reduktion, Hydrolyse (säurekatalysiert oder alkalisch katalysiert), physikalischen/mechanischen Abbau (z. B. durch den thermomechanischen Energieeintrag der Verarbeitungsvorrichtung) oder Kombinationen davon auf den gewünschten Bereich verringert werden. Das thermomechanische Verfahren und das Oxidationsverfahren bieten einen zusätzlichen Vorteil, wenn sie in situ ausgeführt werden. Die genaue chemische Beschaffenheit der Stärke und das Verfahren zur Verringerung des Molekulargewichts sind nicht kritisch, solange das durchschnittliche Molekulargewicht in einem akzeptablen Bereich liegt. Molekulargewichtsbereiche für Stärke oder Stärkemischungen, die zu der Schmelze hinzugegeben werden, betragen von 10.000 g/mol bis 1.000.000 g/mol und vorzugsweise von etwa 20.000 g/mol bis etwa 700.000 g/mol.
Obwohl nicht erforderlich, kann substituierte Stärke verwendet werden. Wenn substituierte Stärke gewünscht wird, schließen chemische Modifikationen von Stärke in der Regel Veretherung und Veresterung ein. Substituierte Stärken können für eine bessere Kompatibilität oder Mischbarkeit mit dem thermoplastischen Polymer und dem Weichmacher gewünscht werden. Dies muss jedoch mit der Verringerung ihrer Abbaubarkeitsrate abgewogen werden. Der Substitutionsgrad der chemisch substituierten Stärke beträgt von etwa 0,01 bis 3,0. Ein niedriger Substitutionsgrad von 0,01 bis 0,06 kann bevorzugt sein.
In der Regel umfasst die Zusammensetzung von etwa 5% bis etwa 85%, vorzugsweise von etwa 20% bis etwa 80%, mehr bevorzugt von etwa 30% bis etwa 70% und am meisten bevorzugt von etwa 40% bis etwa 60% Stärke. Das Gewicht der Stärke in der Zusammensetzung schließt Stärke und ihren natürlich vorkommenden Gehalt an gebundenem Wasser ein. Der Ausdruck „gebundenes Wasser" bedeutet das Wasser, das in Stärke natürlich vorkommt und vor dem Mischen von Stärke mit anderen Bestandteilen zur Herstellung der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu finden ist. Der Ausdruck „freies Wasser" bedeutet das Wasser, das bei der Herstellung der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird. Ein Fachmann würde erkennen, dass nach dem Mischen der Bestandteile in einer Zusammensetzung Wasser nicht mehr nach seiner Herkunft unterschieden werden kann. Die Stärke weist in der Regel einen Gehalt an gebundenem Wasser von etwa 5 Gew.-% bis 16 Gew.-% der Stärke auf. Bekanntermaßen kann zusätzliches freies Wasser als das polare Lösungsmittel oder der polare Weichmacher eingeschlossen werden und nicht in dem Gewicht der Stärke enthalten sein.
Biologisch abbaubare thermoplastische Polymere
Biologisch abbaubare thermoplastische Polymere, die im Wesentlichen mit Stärke kompatibel sind, sind in der vorliegenden Erfindung ebenfalls erforderlich. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen kompatibel", dass das Polymer bei Erwärmung auf eine Temperatur über der Erweichungs- und/oder der Schmelztemperatur der Zusammensetzung in der Lage ist, nach dem Mischen mit Scherung oder Ausdehnung eine im Wesentlichen homogene Mischung mit der Stärke zu bilden. Das verwendete thermoplastische Polymer muss in der Lage sein, bei Erwärmung zu fließen, um eine verarbeitbare Schmelze zu bilden, und sich infolge von Kristallisation oder Glasumwandlung wieder zu verfestigen.
Das Polymer muss eine Schmelztemperatur aufweisen, die niedrig genug ist, um einen erheblichen Abbau der Stärke während des Verbindens zu verhindern, und dennoch für die thermische Stabilität während der Verwendung der Faser hoch genug ist. Geeignete Schmelztemperaturen von biologisch abbaubaren Polymeren betragen von etwa 80°C bis etwa 190°C und vorzugsweise von etwa 90°C bis etwa 180°C. Thermoplastische Polymere mit einer Schmelztemperatur von über 190°C können verwendet werden, wenn Weichmacher oder Verdünnungsmittel verwendet werden, um die beobachtete Schmelztemperatur zu senken. Das Polymer muss rheologische Eigenschaften aufweisen, die zum Schmelzspinnen geeignet sind. Das Molekulargewicht des abbaubaren Polymers muss hoch genug sein, um eine Verfestigung zwischen Polymermolekülen zu ermöglichen, und dennoch niedrig genug, um schmelzspinnbar zu sein. Zum Schmelzspinnen können biologisch abbaubare thermoplastische Polymere Molekulargewichte von unter 500.000 g/mol, vorzugsweise von etwa 10.000 g/mol bis etwa 400.000 g/mol, mehr bevorzugt von etwa 50.000 g/mol bis etwa 300.000 g/mol und am meisten bevorzugt von etwa 100.000 g/mol bis etwa 200.000 g/mol aufweisen.
Die biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymere müssen in der Lage sein, sich recht schnell zu verfestigen, vorzugsweise unter Dehnungsfluss, und eine thermisch stabile Faserstruktur zu bilden, die in der Regel in bekannten Verfahren als Stapelfasern (Spinnziehverfahren) oder in einem Spinnvliesverfahren mit Endlosfäden zu finden ist.
Die zum diesbezüglichen Gebrauch geeigneten biologisch abbaubaren Polymere sind diejenigen biologisch abbaubaren Materialien, die dafür anfällig sind, von Mikroorganismen wie Schimmel, Pilzen und Bakterien assimiliert zu werden, wenn das biologisch abbaubare Material in der Erde vergraben wird oder anderweitig mit den Mikroorganismen in Kontakt kommt, einschließlich Kontakt unter Umweltbedingungen, die für das Wachstum der Mikroorganismen förderlich sind. Geeignete biologisch abbaubare Polymere schließen auch diejenigen biologisch abbaubaren Materialien ein, die mittels aerober oder anaerober Abbauverfahren oder dadurch, dass sie Umweltelementen wie Sonnenlicht, Regen, Feuchtigkeit, Wind, Temperatur und dergleichen ausgesetzt werden, in der Umwelt abbaubar sind. Die biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymere können einzeln oder als eine Kombination von Polymeren verwendet werden, mit der Maßgabe, dass die biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymere durch biologische und in der Umwelt vorkommende Mittel abbaubar sind.
Nichteinschränkende Beispiele für biologisch abbaubare thermoplastische Polymere, die zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen aliphatische Polyesteramide; aliphatische Polyester von zweibasigen Säuren/Di olen; modifizierte aromatische Polyester, einschließlich modifizierter Polyethylenterephthalate, modifizierter Polybutylenterephthalate; aliphatische/aromatische Copolyester; Polycaprolactone; Poly(3-hydroxyalkanoate), einschließlich Poly(3-hydroxybutyraten), Poly(3-hydroxyhexanoaten) und Poly(3-hydroxyvaleraten); Poly(3-hydroxyalkanoat)-Copolymere, Poly(hydroxybutyrat-co-hydroxyvalerat), Poly(hydroxybutyrat-cohexanoat) oder andere höhere Poly(hydroxybutyrat-co-alkanoate), wie in US-Patent 5,498,692 an Noda referenziert, Polyester und Polyurethane, die von aliphatischen Polyolen abgeleitet sind (d. h. Dialkanoylpolymere); Polyamide, einschließlich Polyethylen/Vinylalkohol-Copolymeren; Milchsäurepolymere, einschließlich Milchsäurehomopolymeren und Milchsäurecopolymeren; Lactidpolymere, einschließlich Lactidhomopolymeren und Lactidcopolymeren; Glycolidpolymere, einschließlich Glycolidhomopolymeren und Glycolidcopolymeren; und Mischungen davon. Bevorzugt sind aliphatische Polyesteramide, aliphatische Polyester von zweibasigen Säuren/Diolen, aliphatische/aromatische Copolyester, Milchsäurepolymere und Lactidpolymere.
Spezifische Beispiele für aliphatische Polyesteramide, die zum Gebrauch als biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer hierin geeignet sind, umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, aliphatische Polyesteramide, die Reaktionsprodukte einer Synthesereaktion von Diolen, Dicarbonsäuren und Aminocarbonsäuren sind; aliphatische Polyesteramide, die aus der Umsetzung von Milchsäure mit Diaminen und Dicarbonsäuredichloriden gebildet werden; aliphatische Polyesteramide, die aus Caprolacton und Caprolactam gebildet werden; aliphatische Polyesteramide, die durch Umsetzen von säureterminierten aliphatischen Estervorpolymeren mit aromatischen Diisocyanaten gebildet werden; aliphatische Polyesteramide, die durch Umsetzen von aliphatischen Ester mit aliphatischen Amiden gebildet werden; und Mischungen davon. Aliphatische Polyesteramide, die durch Umsetzen von aliphatischen Ester mit aliphatischen Amiden gebildet werden, sind am meisten bevorzugt. Ebenfalls in der vorliegenden Erfindung geeignet sind Polyvinylalkohol und seine Copolymere.
Aliphatische Polyesteramide, die Copolymere von aliphatischen Ester und aliphatischen Amiden sind, können dadurch gekennzeichnet sein, dass diese Copolymere im Allgemeinen von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 40 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% aliphatische Ester und von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 20 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% aliphatische Amide enthalten. Das durchschnittliche Molekulargewicht (Gewichtsmittel) dieser Copolymere liegt im Bereich von etwa 10.000 g/mol bis etwa 300.000 g/mol, vorzugsweise von etwa 20.000 g/mol bis etwa 150.000 g/mol, wie durch das bekannte Gelchromatographieverfahren gemessen, das bei der Bestimmung des Molekulargewichts von Polymeren angewendet wird.
Die aliphatischen Ester- und aliphatischen Amidcopolymere der bevorzugten aliphatischen Polyesteramide werden abgeleitet aus Monomeren wie Dialkoholen, einschließlich Ethylenglycol, Diethylenglycol, 1,4-Butandiol, 1,3-Propandiol, 1,6-Hexandiol und dergleichen; Dicarbonsäuren, einschließlich Oxalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Oxalsäureestern, Bernsteinsäureestern, Adipinsäureestern und dergleichen; Hydroxycarbonsäure und Lactonen, einschließlich Caprolacton und dergleichen; Aminoalkoholen, einschließlich Ethanolamin, Propanolamin und dergleichen; cyclischen Lactamen, einschließlich ε-Caprolactam, Laurinlactam und dergleichen; ω-Aminocarbonsäuren, einschließlich Aminocapronsäure und dergleichen; 1:1-Salzen von Dicarbonsäuren und Diaminen, einschließlich 1:1-Salzmischungen von Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Bernsteinsäure und dergleichen, und Diaminen wie Hexamethylendiamin, Diaminobutan und dergleichen; und Mischungen davon. Hydroxyterminierte oder säureterminierte Polyester wie säureterminierte Oligoester können ebenfalls als die esterbildende Verbindung verwendet werden. Die hydroxyterminierten oder säureterminierten Polyester weisen in der Regel durchschnittliche Molekulargewichte (Gewichtsmittel) oder mittlere Molmassen von etwa 200 g/mol bis etwa 10.000 g/mol auf.
Die aliphatischen Polyesteramide können durch ein beliebiges geeignetes, dem Stand der Technik entsprechendes Syntheseverfahren oder stöchiometrisches Verfahren zur Bildung von aliphatischen Polyesteramiden, die aliphatische Ester- und aliphatische Amidmonomere aufweisen, hergestellt werden. Eine typische Synthese umfasst das stöchiometrische Mischen der Ausgangsmonomere, wahlweise das Hinzugeben von Wasser zu der Reaktionsmischung, das Polymerisieren der Monomere bei einer erhöhten Temperatur von etwa 220°C und anschließend das Entfernen des Wassers und überschüssiger Monomere durch Destillation mittels Vakuum und erhöhter Temperatur, was zu einem Endcopolymer eines aliphatischen Polyesteramids führt. Andere geeignete Verfahren umfassen Umesterungs- und Umamidierungsreaktionsverfahren. Wie für den Fachmann offensichtlich, kann in den vorstehend beschriebenen Synthesereaktions- und Umesterungs- oder Umamidierungsverfahren ein Katalysator verwendet werden, wobei geeignete Katalysatoren Phosphorverbindungen, Säurekatalysatoren, Magnesiumacetate, Zinkacetate, Calciumacetate, Lysin, Lysinderivate und dergleichen einschließen.
Die bevorzugten aliphatischen Polyesteramide umfassen Copolymerkombinationen von Adipinsäure, 1,4-Butandiol und 6-Aminocapronsäure mit einem Esteranteil von 45%; Adipinsäure, 1,4-Butandiol und ε-Caprolactam mit einem Esteranteil von 50%; Adipinsäure, 1,4-Butandiol und ein 1:1-Salz von Adipinsäure und 1,6-Hexamethylendiamin; und einen säureterminierten Oligoester aus Adipinsäure, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexamethylendiamin und ε-Caprolactam. Diese bevorzugten aliphatischen Polyesteramide weisen Schmelzpunkte von etwa 115°C bis etwa 155°C und relative Viskositäten (1 Gew.-% in m-Cresol bei 25°C) von etwa 2,0 bis etwa 3,0 auf und sind im Handel von der Bayer Aktiengesellschaft mit Sitz in Leverkusen, Deutschland, unter der Handelsbezeichnung BAK^® erhält lich. Ein spezifisches Beispiel für ein im Handel erhältliches Polyesteramid ist BAK^® 404-004.
Spezifische Beispiele für bevorzugte aliphatische Polyester von zweibasigen Sauren/Diolen, die zum Gebrauch als ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer hierin geeignet sind, umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, aliphatische Polyester, die entweder aus Ringöffnungsreaktionen oder aus der Kondensationspolymerisation von Säuren und Alkoholen hergestellt werden, wobei die mittlere Molmasse dieser aliphatischen Polyester typischerweise im Bereich von etwa 30.000 g/mol bis etwa 50.000 g/mol liegt. Die bevorzugten aliphatischen Polyester von zweibasigen Säuren/Diolen sind Reaktionsprodukte eines C₂-C₁₀-Diols, das mit Oxalsäure, Bernsteinsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Sebacinsäure, Copolymeren davon oder Mischungen davon umgesetzt wird. Nichteinschränkende Beispiele für bevorzugte zweibasige Säuren/Diole umfassen Polyalkylensuccinate wie Polyethylensuccinat und Polybutylensuccinat; Polyalkylensuccinat-Copolymere wie Polyethylensuccinat/-adipat-Copolymer und Polybuylensuccinat/-adipat-Copolymer; Polypentamethylsuccinate; Polyhexamethylsuccinate; Polyheptamethylsuccinate; Polyoctamethylsuccinate; Polyalkylenoxalate wie Polyethylenoxalat und Polybutylenoxalat; Polyalkylenoxalat-Copolymere wie Polybutylenoxalat/-succinat-Copolymer und Polybutylenoxalat/-adipat-Copolymer; Polybutylenoxalat/-succinat/-adipat-Terpolymere; und Mischungen davon. Ein Beispiel für einen geeigneten im Handel erhältlichen aliphatischen Polyester einer zweibasigen Säure/eines Diols ist das Polyeuylensuccinat/-adipat-Copolymer, das als die BIONOLLE 1000-Serie und die BIONOLLE 3000-Serie von der Showa Highpolymer Company, Ltd., mit Sitz in Tokio, Japan, vertrieben wird.
Spezifische Beispiele für bevorzugte aliphatische/aromatische Copolyester, die zum Gebrauch als ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer hierin geeignet sind, umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, diejenigen aliphatischen/aromatischen Copolyester, die statistische Copolymere sind, die aus einer Kondensationsreaktion von Dicarbonsäuren oder Derivaten davon und Diolen gebildet werden. Geeignete Dicarbonsäuren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Malon-, Bernstein-, Glutar-, Adipin-, Pimelin-, Azelain-, Sebacin-, Fumar-, 2,2-Dimethylglutar-, Suberin-, 1,3-Cyclopentandicarbon-, 1,4-Cyclohexandicarbon-, 1,3-Cyclohexandicarbon-, Diglycol-, Itacon-, Malein-, 2,5-Norbornandicarbon-, 1,4-Terephthal-, 1,3-Terephthal-, 2,6-Naphthoe-, 1,5-Naphthoesäure, esterbildende Derivate davon und Kombinationen davon. Geeignete Diole umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetraethylenglycol, Propylenglycol, 1,3-Propandiol, 2,2-Dimethyl- 1,3 -propandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2,4-Trimethyl-1,6-hexandiol, Thiodiethanol, 1,3-Cyclohexandimethanol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol und Kombinationen davon. Nichteinschränkende Beispiele für solche aliphatischen/aromatischen Copolyester schließen eine 50/50-Mischung von Poly(tetramethylenglutarat-co-terephthalat), eine 60/40-Mischung von Poly(tetramethylenglutarat-co-terephthalat), eine 70/30-Mischung von Poly(tetramethylenglutarat-co-terephthalat), eine 85/15-Mischung von Poly(tetramethylenglutarat-co-terephthalat), eine 50/45/5-Mischung von Poly(tetramethylenglutarat-co-terephthalat-co-diglycolat), eine 70/30-Mischung von Poly(ethylenglutarat-co-terephthalat), eine 85/15-Mischung von Poly(tetramethylenadipatco-terephthalat), eine 85/15-Mischung von Poly(tetramethylensuccinat-co-terephthalat), eine 50/50-Mischung von Poly(tetramethylen-co-ethylenglutarat-co-terephthalat) und eine 70/30-Mischung von Poly(tetramethylen-co-ethylenglutaratco-terephthalat) ein. Diese aliphatischen/aromatischen Copolyester sind neben anderen geeigneten aliphatischen/aromatischen Polyestern in US-Patent Nr. 5,292,783 , erteilt an Buchanan et al. am 8. März 1994, weiter beschrieben. Ein Beispiel für einen geeigneten im Handel erhältlichen aliphatischen/aromatischen Copolyester ist das Poly(tetramethylenadipat-co-terephthalat), das als EASTAR BIO Copolyester von Eastman Chemical oder als ECOFLEX von BASF vertrieben wird.
Spezifische Beispiele für bevorzugte Milchsäurepolymere und Lactidpolymere, die zum Gebrauch als ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer hierin geeignet sind, umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, diejenigen polymilchsäurebasierten Polymere und polylactidbasierten Polymere, die in der Industrie im Allgemeinen als „PLA" bezeichnet werden. Daher werden die Ausdrücke „Polymilchsäure", „Polylactid" und „PLA" austauschbar verwendet, um Homopolymere und Copolymere von Milchsäure und Lactid basierend auf der Polymercharakterisierung der Polymere einzuschließen, die aus einem spezifischen Monomer oder aus den Polymeren gebildet werden, die aus den kleinsten sich wiederholenden Monomereinheiten bestehen. Mit anderen Worten ist Polylactid ein dimerer Ester von Milchsäure und kann so gebildet werden, dass es kleine sich wiederholende Monomereinheiten von Milchsäure (tatsächlich Reste von Milchsäure) enthält, oder durch Polymerisation eines Lactidmonomers hergestellt werden, so dass Polylactid sowohl als ein milchsäureresthaltiges Polymer als auch als ein lactidresthaltiges Polymer bezeichnet wird. Es sei jedoch klargestellt, dass die Ausdrücke „Polymilchsäure", „Polylactid" und „PLA" im Hinblick auf die Art und Weise der Bildung des Polymers nicht einschränkend sein sollen.
Die Polymilchsäurepolymere weisen im Allgemeinen eine sich wiederholende Milchsäurerest-Monomereinheit auf, die der folgenden Formel entspricht:
Die Polylactidpolymere weisen im Allgemeinen sich wiederholende Milchsäurerest-Monomereinheiten wie vorstehend beschrieben oder sich wiederholende Lactidrest-Monomereinheiten auf, die der folgenden Formel entsprechen:
In der Regel führt eine Polymerisation von Milchsäure und Lactid zu Polymeren, die zu mindestens etwa 50 Gew.-% sich wiederholende Milchsäureresteinheiten, sich wiederholende Lactidresteinheiten oder Kombinationen davon umfassen. Diese Milchsäure- und Lactidpolymere schließen Homopolymere und Copolymere wie statistische Copolymere und/oder Blockcopolymere von Milchsäure und/oder Lactid ein. Die sich wiederholenden Milchsäurerest-Monomereinheiten können aus L-Milchsäure und D-Milchsäure gewonnen werden. Die sich wiederholenden Lactidrest-Monomereinheiten können aus L-Lactid, D-Lactid und meso-Lactid gewonnen werden.
Geeignete Milchsäure- und Lactidpolymere schließen diejenigen Homopolymere und Copolymere von Milchsäure und/oder Lactid ein, die ein durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel) aufweisen, das im Allgemeinen im Bereich von etwa 10.000 g/mol bis etwa 600.000 g/mol, vorzugsweise von etwa 30.000 g/mol bis etwa 400.000 g/mol, mehr bevorzugt von etwa 50.000 g/mol bis etwa 200.000 g/mol liegt. Ein Beispiel für im Handel erhältliche Polymilchsäurepolymere schließt eine Vielfalt an Polymilchsäuren, die von der Chronopol Incorporation mit Sitz in Golden, Colorado, erhältlich sind, und die Polylactide, die unter der Handelsbezeichnung EcoPLA^® vertrieben werden, ein. Beispiele für geeignete im Handel erhältliche Polymilchsäuren sind NATURE WORKS von Cargill Dow und LACEA von Mitsui Chemical. Bevorzugt ist ein Homopolymer oder Copolymer von Polymilchsäure mit einer Schmelztemperatur von etwa 160°C bis etwa 175°C. Modifizierte Polymilchsäure und unterschiedliche Stereokonfigurationen können ebenfalls verwendet werden, wie Poly-L-Milchsäure und Poly-D,L-Milchsäure mit D-Isomer-Anteilen von bis zu 75%.
Je nach dem verwendeten spezifischen Polymer, dem Verfahren und der Endanwendung der Faser kann mehr als ein Polymer gewünscht werden. Es wird bevorzugt, dass zwei unterschiedliche Polymere verwendet werden. Wenn zum Beispiel eine kristallisierbare Polymilchsäure mit einer Schmelztemperatur von etwa 160°C bis etwa 175°C verwendet wird, kann eine zweite Polymilchsäure mit einem niedrigeren Schmelzpunkt und einer niedrigeren Kristallinität als die andere Polymilchsäure und/oder eine höhere Copolymermenge verwendet werden. Als Alternative kann ein aliphatischer aromatischer Polyester mit kristallisierbarer Polymilchsäure verwendet werden. Wenn zwei Polymere gewünscht werden, müssen sich die Polymere nur durch die chemische Stereospezifität oder durch das Molekulargewicht unterscheiden.
In einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann es wünschenswert sein, ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer zu verwenden, das eine Glasumwandlungstemperatur von weniger als 0°C aufweist. Polymere mit dieser niedrigen Glasumwandlungstemperatur schließen EASTAR BIO und BIONOLLE ein.
Die biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymere der vorliegenden Erfindung sind in einer Menge vorhanden, um die mechanischen Eigenschaften der Faser zu verbessern, die Verarbeitbarkeit der Schmelze zu verbessern und die Streckung der Faser zu verbessern. Die Auswahl des Polymers und die Polymermenge bestimmen auch, ob die Faser thermisch gebunden werden kann, und bewirken die Weichheit und Struktur des Endprodukts. In der Regel sind biologisch abbaubare thermoplastische Polymere in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%, mehr bevorzugt von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% und am meisten bevorzugt von etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% der Faser vorhanden.
Weichmacher
Ein Weichmacher kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Stärke zu destrukturieren und zu ermöglichen, dass die Stärke fließt, d. h. eine thermoplastische Stärke zu erzeugen. Derselbe Weichmacher kann verwendet werden, um die Schmelzverarbeitbarkeit zu erhöhen, oder zwei getrennte Weichmacher können verwendet werden. Die Weichmacher können auch die Flexibilität der Endprodukte verbessern, wobei angenommen wird, dass dies auf der Senkung der Glasumwandlungstemperatur der Zusammensetzung durch den Weichmacher beruht. Die Weichmacher sind im Wesentlichen mit den polymeren Bestandteilen der vorliegenden Erfindung kompatibel, so dass die Weichmacher die Eigenschaften der Zusammensetzung wirksam modifizieren können. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen kompatibel", dass der Weichmacher bei Erwärmung auf eine Temperatur über der Erweichungs- und/oder der Schmelztemperatur der Zusammensetzung in der Lage ist, eine im Wesentlichen homogene Mischung mit Stärke zu bilden.
Ein zusätzlicher Weichmacher oder ein zusätzliches Verdünnungsmittel für das biologisch abbaubare thermoplastische Polymer kann vorhanden sein, um die Schmelztemperatur des Polymers zu verringern und die Gesamtkompatibilität mit der thermoplastischen Stärkemischung zu verbessern. Darüber hinaus können biologisch abbaubare thermoplastische Polymere mit höheren Schmelztemperaturen verwendet werden, wenn Weichmacher oder Verdünnungsmittel vorhanden sind, welche die Schmelztemperatur des Polymers herabsetzen. Der Weichmacher weist in der Regel ein Molekulargewicht von weniger als etwa 100.000 g/mol auf und kann vorzugsweise ein Blockcopolymer oder -terpolymer oder ein statistisches Copolymer oder Terpolymer sein, wobei eine oder mehrere der chemischen Spezies mit einem anderen Weichmacher, Stärke, Polymer oder Kombinationen davon kompatibel sind.
Nichteinschränkende Beispiele für nützliche Hydroxylweichmacher umfassen Zucker wie Glucose, Saccharose, Fructose, Raffinose, Maltodextrose, Galactose, Xy lose, Maltose, Lactose, Mannose, Erythrose, Glycerin und Pentaerythrit; Zuckeralkohole wie Erythrit, Xylit, Malit, Mannit und Sorbit; Polyole wie Ethylenglycol, Propylenglycol, Dipropylenglycol, Butylenglycol, Hexantriol und dergleichen und Polymere davon; und Mischungen davon. Ebenfalls als Hydroxylweichmacher hierin geeignet sind Poloxamere und Poloxamine. Ebenfalls zum diesbezüglichen Gebrauch geeignet sind wasserstoffbrückenbildende organische Verbindungen, die keine Hydroxylgruppe besitzen, einschließlich Harnstoff und Harnstoffderivaten; Anhydriden von Zuckeralkoholen wie Sorbitan; tierischer Proteine wie Gelatine; pflanzlicher Proteine wie Sonnenblumenprotein, Sojabohnenproteine, Baumwollsamenproteine; und Mischungen davon. Andere geeignete Weichmacher sind Phthalatester, Dimethyl- und Diethylsuccinat und verwandte Ester, Glycerintriacetat, Glycerinmono- und -diacetate, Glycerinmono-, -di- und -tripropionate, Butanoate, Stearate, Milchsäureester, Citronensäureester, Adipinsäureester, Stearinsäureester, Ölsäureester und andere Ester von erzeugenden Säuren, die biologisch abbaubar sind. Aliphatische Säuren wie Ethylenacrylsäure, Ethylenmaleinsäure, Butadienacrylsäure, Butadienmaleinsäure, Propylenacrylsäure, Propylenmaleinsäure und andere kohlenwasserstoffbasierte Säuren. Alle Weichmacher können allein oder in Mischungen davon verwendet werden. Ein niedermolekularer Weichmacher wird bevorzugt. Geeignete Molekulargewichte betragen weniger als etwa 20.000 g/mol, vorzugsweise weniger als etwa 5.000 g/mol und mehr bevorzugt weniger als etwa 1.000 g/mol.
Bevorzugte Weichmacher schließen Glycerin, Mannit und Sorbit ein. Die Weichmachermenge hängt von dem Molekulargewicht und der Stärkemenge und von der Affinität des Weichmachers gegenüber der Stärke ab. Im Allgemeinen nimmt die Weichmachermenge mit zunehmendem Molekulargewicht der Stärke zu. In der Regel macht der in der endgültigen Faserzusammensetzung vorhandene Weichmacher von etwa 2% bis etwa 70%, mehr bevorzugt von etwa 5% bis etwa 55%, am meisten bevorzugt von etwa 10% bis etwa 50% aus.
Fakultative Materialien
Wahlweise können andere Bestandteile in die spinnbare Stärkezusammensetzung einbezogen werden. Diese fakultativen Bestandteile können in Mengen von weniger als etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% und mehr bevorzugt von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-% der Zusammensetzung vorhanden sein. Die fakultativen Materialien können verwendet werden, um die Verarbeitbarkeit zu modifizieren und/oder um physikalische Eigenschaften wie Elastizität, Zugfestigkeit und Modul des Endprodukts zu modifizieren. Andere Vorteile umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Stabilität, einschließlich Oxidationsstabilität, Leuchtkraft, Farbstoff, Flexibilität, Elastizität, Verarbeitbarkeit, Verarbeitungshilfsmittel, Viskositätsregler und Geruchsbekämpfung. Nichteinschränkende Beispiele schließen Salze, Gleitmittel, Kristallisationsbeschleuniger oder-emmer, Geruchsmaskierungsmittel, Vernetzungsmittel, Emulgatoren, Tenside, Cyclodextrine, Schmiermittel, andere Verarbeitungshilfsmittel, optische Aufheller, Antioxidationsmittel, Flammenhemmstoffe, Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe, Proteine und ihre Alkalisalze, Wachse, Klebeharze, Streckmittel und Mischungen davon ein. Gleitmittel können verwendet werden, um zur Verringerung der Klebrigkeit oder des Reibungskoeffizienten in der Faser beizutragen. Außerdem können Gleitmittel dazu verwendet werden, die Faserstabilität, insbesondere bei hoher Feuchtigkeit oder hohen Temperaturen, zu verbessern. Ein geeignetes Gleitmittel ist Polyethylen. Ein Salz kann ebenfalls zu der Schmelze hinzugefügt werden. Das Salz kann dazu beitragen, die Stärke löslich zu machen, die Entfärbung zu verringern, die Faser wassersensitiver zu machen, oder als ein Verarbeitungshilfsmittel verwendet werden. Ein Salz hat auch die Funktion, zur Verringerung der Löslichkeit eines Bindemittels beizutragen, damit es sich nicht auflöst, jedoch wird sich das Salz auflösen, wenn es in Wasser gegeben oder gespült wird, wodurch dann die Auflösung des Bindemittels ermöglicht und ein wassersensitiveres Produkt erzeugt wird.
Nichteinschränkende Beispiele für Salze schließen Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumsulfat, Ammoniumsulfat und Mischungen davon ein.
Andere Zusatzstoffe sind in der Regel mit dem Stärkepolymer als ein Verarbeitungshilfsmittel und zur Modifizierung physikalischer Eigenschaften wie Elastizität, Trockenzugfestigkeit und Nassfestigkeit der extrudierten Fasern enthalten. Geeignete Streckmittel zum diesbezüglichen Gebrauch umfassen Gelatine, pflanzliche Proteine wie Sonnenblumenprotein, Sojabohnenproteine, Baumwollsamenproteine, und wasserlösliche Polysaccharide wie Alginate, Carrageenane, Guargummi, Agar-Agar, Gummiarabikum und verwandte Gummistoffe, Pektin, wasserlösliche Derivate von Cellulose, wie Alkylcellulosen, Hydroxyalkylcellulosen und Carboxymethylcellulose. Wasserlösliche synthetische Polymere, wie Polyacrylsäuren, Polyacrylsäureester, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole und Polyvinylpyrrolidon, können ebenfalls verwendet werden.
Ferner können Schmiermittelverbindungen hinzugefügt werden, um die Fließeigenschaften des Stärkematerials während der Verfahren, die zur Herstellung der vorliegenden Erfindung angewendet werden, zu verbessern. Die Schmiermittelverbindungen können tierische oder pflanzliche Fette, vorzugsweise in ihrer gehärteten Form, einschließen, insbesondere diejenigen, die bei Raumtemperatur fest sind. Weitere Schmiermittelmaterialien schließen Monoglyceride und Diglyceride und Phosphatide, insbesondere Lecithin, ein. Für die vorliegende Erfindung schließt eine bevorzugte Schmiermittelverbindung das Monoglycerid Glycerinmonostearat ein.
Weitere Zusatzstoffe, die anorganische Füllstoffe wie die Oxide von Magnesium, Aluminium, Silizium und Titan einschließen, können als kostengünstige Füllstoffe oder Verarbeitungshilfsmittel hinzugefügt werden. Andere anorganische Materialien schließen wasserhaltiges Magnesiumsilikat, Titandioxid, Calciumcarbonat, Ton, Kalk, Bornitrid, Kalkstein, Kieselgur, Glimmerglasquarz und Keramiken ein. Außerdem können anorganische Salze, einschließlich Alkalimetallsalzen, Erdalkalimetallsalzen, Phosphatsalzen, als Verarbeitungshilfsmittel verwendet werden. Andere fakultative Materialien, welche die Wassersensitivität der Faser aus thermoplastischer Stärkemischung modifizieren, sind stearatbasierte Salze, wie Natrium-, Magnesium-, Calcium- und andere Stearate, und Kolophoniumbestandteile, einschließlich Ankerbalsamkolophonium. Ein anderes Material, das hinzugegeben werden kann, ist eine chemische Zusammensetzung, die formuliert ist, um den Abbauprozess in der Umwelt weiter zu beschleunigen, wie Colbaltstearat, Citronensäure, Calciumoxid und andere chemische Zusammensetzungen, die in US-Patent 5,854,304 an Garcia et al., in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hierin eingeschlossen, zu finden sind.
Andere Zusatzstoffe können in Abhängigkeit von der jeweiligen Endanwendung des beabsichtigten Produkts wünschenswert sein. Beispielsweise ist in Produkten wie Toilettenpapier, Einwegtüchern, Gesichtstüchern und anderen ähnlichen Produkten Nassfestigkeit ein wünschenswertes Merkmal. Daher ist es häufig wünschenswert, zu dem Stärkepolymer Vernetzungsmittel hinzuzufügen, die im Stand der Technik als „nassfeste" Harze bekannt sind. Eine allgemeine Abhandlung über die Arten von nassfesten Harzen, die auf dem Papierfachgebiet eingesetzt werden, ist in TAPPI-Monografiereihe Nr. 29, Wet Strength in Paper and Paperboard, Technical Association of the Pulp and Paper Industry (New York, 1965), zu finden. Die nützlichsten nassfesten Harze haben im Allgemeinen einen kationischen Charakter. Polyamid-Epichlorhydrin-Harze sind kationische nassfeste Polyamidamin-Epichlorhydrin-Harze, die sich als besonders nützlich erwiesen haben. Glyoxylierte Polyacrylamidharze haben sich ebenfalls als nassfeste Harze als nützlich erwiesen.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Zugabe eines geeigneten Vernetzungsmittels wie Parez^® zu der Stärkezusammensetzung der vorliegenden Erfindung unter saurer Bedingung die Zusammensetzung wasserunlöslich gemacht wird. Wiederum andere wasserlösliche kationische Harze, die in dieser Erfindung Verwendung finden, sind Harnstoffformaldehyd- und Melaminformaldehydharze. Die üblicheren funktionellen Gruppen dieser polyfunktionellen Harze sind stickstoffhaltige Gruppen wie Aminogruppen und Methylgruppen, die an Stickstoffgebunden sind. Har ze des Polyethylenimintyps können in der vorliegenden Erfindung ebenfalls Verwendung finden. Für die vorliegende Erfindung wird ein geeignetes Vernetzungsmittel in Mengen im Bereich von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, mehr bevorzugt von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% zu der Zusammensetzung hinzugegeben. Die Stärke und die Polymere in den Fasern der vorliegenden Erfindung können chemisch verbunden sein. Die chemische Verbindung kann eine natürliche Folge der Polymerchemie sein oder durch Auswahl bestimmter Materialien bewirkt werden. Dies tritt höchstwahrscheinlich ein, wenn ein Vernetzungsmittel vorhanden ist. Die chemische Verbindung kann durch Änderungen des Molekulargewichts, NMR-Signale oder andere dem Stand der Technik entsprechende Verfahren beobachtet werden. Vorteile der chemischen Verbindung schließen unter anderem eine verbesserte Wasserempfindlichkeit, eine verringerte Klebrigkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften ein.
Andere Polymere, wie nicht abbaubare Polymere, können je nach der erforderlichen Endanwendung der Faser, Verarbeitung und Zersetzung oder Spülbarkeit ebenfalls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Häufig verwendete thermoplastische Polymere schließen Polypropylen und Copolymere von Polypropylen, Polyethylen und Copolymere von Polyethylen, Polyamide und Copolymere von Polyamiden, Polyester und Copolymere von Polyester und Mischungen davon ein. Die Menge an nicht abbaubaren Polymeren beträgt von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-% der Faser. Andere Polymere, wie hochmolekulare Polymere mit Molekulargewichten von über 500.000 g/mol, können ebenfalls verwendet werden.
Obwohl Stärke das bevorzugte natürliche Polymer in der vorliegenden Erfindung ist, könnte auch ein proteinbasiertes Polymer verwendet werden. Geeignete proteinbasierte Polymere schließen Sojaprotein, Zeinprotein und Kombinationen davon ein. Das proteinbasierte Polymer kann in einer Menge von etwa 0,1% bis etwa 80% und vorzugsweise von etwa 1% bis etwa 60% vorhanden sein.
Nach der Bildung der Faser kann die Faser weiter behandelt werden, oder der gebundene Stoff kann behandelt werden. Eine hydrophile oder hydrophobe Oberflächenbehandlung kann hinzugefügt werden, um die Oberflächenenergie und die chemische Beschaffenheit des Stoffs einzustellen. Beispielsweise können hydrophobe Fasern mit Benetzungsmitteln behandelt werden, um die Absorption von wässrigen Flüssigkeiten zu erleichtern. Ein gebundener Stoff kann auch mit einer topischen Lösung behandelt werden, die Tenside, Pigmente, Gleitmittel, Salz oder andere Materialien enthält, um die Oberflächeneigenschaften der Faser weiter einzustellen.
(2) Konfiguration
Die aus mehreren Bestandteilen bestehenden Fasern der vorliegenden Erfindung können in vielen verschiedenen Konfigurationen vorliegen. Bestandteil, wie hier verwendet, bedeutet definitionsgemäß die chemische Stoffspezies oder das Material. Fasern können eine Monokomponenten- oder Mehrkomponentenkonfiguration aufweisen. Komponente, wie hier verwendet, ist definiert als ein separater Teil der Faser, der in einer räumlichen Beziehung zu einem anderen Teil der Faser steht.
Spinnvliesstrukturen, Stapelfasern, hohle Fasern, geformte Fasern wie multilobale Fasern und Mehrkomponentenfasern können alle mittels der Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Mehrkomponentenfasern, üblicherweise eine Bikomponentenfaser, können in einer Seite-an-Seite-, Mantel-Kern-, Segmented-Pie-, Band- oder Matrix-Fibrillen-Konfiguration vorliegen. Der Mantel kann um den Kern herum kontinuierlich oder nichtkontinuierlich sein. Das Verhältnis des Gewichts des Mantels zum Kern beträgt von etwa 5:95 bis etwa 95:5. Die Fasern der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Geometrien aufweisen, die runde, elliptische, sternförmige, rechteckige und andere verschiedene Exzentrizitäten einschließen. Die Fasern der vorliegenden Erfindung können auch spaltbare Fasern sein. Das Spalten kann durch rheologische Unterschiede in den Polymeren erfolgen, oder das Spalten kann durch ein mechanisches Mittel und/oder durch fluidinduzierte Verzerrung erfolgen.
Für eine Bikomponente kann die Stärke/Polymer-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung sowohl der Mantel als auch der Kern sein, wobei eine der Komponenten mehr Stärke oder Polymer enthält als die andere Komponente. Als Alternative kann die Stärke/Polymer-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung der Mantel sein, wobei der Kern reines Polymer oder reine Stärke ist. Die Stärke/Polymer-Zusammensetzung könnte auch der Kern sein, wobei der Mantel reines Polymer oder reine Stärke ist. Die gewünschte genaue Konfiguration der Faser hängt von der Verwendung der Faser ab.
Eine Mehrzahl von Mikrofibrillen kann ebenfalls aus der vorliegenden Erfindung resultieren. Die Mikrofibrillen sind sehr feine Fasern, die in einem mehrteiligen Monokomponenten- oder Mehrkomponentenextrudat enthalten sind. Die Mehrzahl von Polymermikrofibrillen weist eine kabelähnliche morphologische Struktur auf und erstreckt sich längs innerhalb der Faser, also entlang der Faserachse. Die Mikrofibrillen können kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Um die Bildung der Mikrofibrillen in der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, ist eine ausreichende Polymermenge erforderlich, um eine co-kontinuierliche Phasenmorphologie zu erzeugen, so dass die Polymermikrofibrillen in der Stärkematrix gebildet werden. In der Regel werden mehr als 15%, vorzugsweise von etwa 15% bis etwa 90%, mehr bevorzugt von etwa 25% bis etwa 80% und mehr bevorzugt von etwa 35% bis etwa 70% Polymer gewünscht. Eine „co-kontinuierliche Phasenmorphologie" liegt vor, wenn die Mikrofibrillen im Wesentlichen länger als der Durchmesser der Faser sind. Mikrofibrillen besitzen in der Regel einen Durchmesser von etwa 0,1 Mikrometern bis etwa 10 Mikrometern, während die Faser in der Regel einen Durchmesser von etwa (dem 10-Fachen der Mikrofibrille) 10 Mikrometern bis etwa 50 Mikrometern besitzt. Neben der Polymermenge muss das Molekulargewicht des thermoplastischen Polymers hoch genug sein, um eine ausreichende Verfestigung zur Bildung von Mikrofibrillen zu bewirken. Das bevorzugte Molekulargewicht beträgt von etwa 10.000 bis etwa 500.000 g/mol. Die Bildung der Mi krofibrillen zeigt auch, dass die resultierende Faser nicht homogen ist, sondern vielmehr, dass Polymermikrofibrillen innerhalb der Stärkematrix gebildet werden. Die Mikrofibrillen, die aus dem biologisch abbaubaren Polymer bestehen, verstärken die Faser mechanisch, um die Gesamtzugfestigkeit zu verbessern und die Faser thermisch bindungsfähig zu machen.
1 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer stark gestreckten Faser 10, die eine Vielzahl von Mikrofibrillen 12 enthält. Die biologisch abbaubaren Mikrofibrillen aus thermoplastischem Polymer 12 sind innerhalb der Stärkematrix 14 der Faser 10 enthalten.
Als Alternative können Mikrofibrillen durch gemeinsames Spinnen der Stärkeund Polymerschmelze ohne Phasenvermischung erhalten werden, wie in einer Matrix/Fibrillen-Bikomponentenkonfiguration. In einer Matrix/Fibrillen-Konfiguration können mehrere hundert feine Fasern vorhanden sein.
Die Monokomponentenfaser, welche die Mikrofibrillen enthält, kann als eine typische Faser verwendet werden, oder die Stärke kann entfernt werden, um nur die Mikrofibrillen zu verwenden. Die Stärke kann durch Bindeverfahren, hydrodynamische Verfestigung, Nachbehandlung wie mechanische Verformung oder durch Auflösen in Wasser entfernt werden. Die Mikrofibrillen können in Vliesartikeln verwendet werden, die besonders weich sein und/oder bessere Sperreigenschaften aufweisen sollen.
(3) Materialeigenschaften
Die in der vorliegenden Erfindung hergestellten Fasern sind in der Umwelt abbaubar. „In der Umwelt abbaubar" ist definiert als biologisch abbaubar, auflösbar, dispergierbar, spülbar oder kompostierbar oder eine Kombination davon. In der vorliegenden Erfindung sind die Fasern, Vliesbahnen und Artikel in der Umwelt abbaubar. Folglich können die Fasern ohne weiteres und sicher entweder in bestehenden Kompostiereinrichtungen entsorgt werden oder können spülbar sein und sicher und ohne schädliche Folgen für bestehende Abwasserinfrastruktursys teme den Abfluss hinuntergespült werden. Die Umwelt-Abbaubarkeit der Fasern der vorliegenden Erfindung bietet eine Lösung für das Problem der Anhäufung solcher Materialien in der Umwelt nach ihrer Verwendung in Einwegartikeln. Die Spülbarkeit der Fasern der vorliegenden Erfindung bei Gebrauch in Einwegprodukten, wie Tüchern und Artikeln für die weibliche Hygiene, bietet zusätzliche Bequemlichkeit und Diskretion für den Verbraucher. Obwohl biologische Abbaubarkeit, Auflösbarkeit, Dispergierbarkeit, Kompostierbarkeit und Spülbarkeit jeweils unterschiedliche Kriterien haben und durch unterschiedliche Prüfungen gemessen werden, erfüllen die Fasern der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen mehrere dieser Kriterien.
Biologisch abbaubar ist mit der Bedeutung definiert, dass die Materie letztlich aufgrund von mikrobiellen, hydrolytischen und/oder chemischen Vorgängen auf monomere Bestandteile reduziert wird, wenn sie einer aeroben und/oder anaeroben Umgebung ausgesetzt wird. Unter aeroben Bedingungen führt der biologische Abbau zur Umwandlung des Materials in Endprodukte wie Kohlendioxid und Wasser. Unter anaeroben Bedingungen führt der biologische Abbau zur Umwandlung der Materialien in Kohlendioxid, Wasser und Methan. Der Prozess der biologischen Abbaubarkeit wird oft als Mineralisierung beschrieben. Biologische Abbaubarkeit bedeutet, dass alle organischen Bestandteile der Fasern schließlich durch biologische Aktivität dem Abbau unterliegen.
Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher standardisierter Verfahren für biologische Abbaubarkeit, die im Laufe der Zeit durch verschiedene Organisationen und in verschiedenen Ländern eingerichtet wurden. Obwohl die Prüfungen hinsichtlich der gewünschten spezifischen Prüfbedingungen, Bewertungsverfahren und Kriterien unterschiedlich sind, besteht eine akzeptable Übereinstimmung zwischen unterschiedlichen Protokollen, so dass sie wahrscheinlich zu ähnlichen Schlussfolgerungen für die meisten Materialien führen. Für die aerobe biologische Abbaubarkeit hat die American Society for Testing and Materials (ASTM) ASTM D 5338-92: Test methods for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials Under Controlled Composting Conditions eingerichtet. Bei der Prüfung wird der Prozentsatz an Prüfmaterial gemessen, das als Funktion der Zeit mineralisiert, indem die Menge an Kohlendioxid überwacht wird, die als Folge der Assimilation durch Mikroorganismen in Gegenwart von aktivem Kompost, der bei einer thermophilen Temperatur von 58°C gehalten wird, freigesetzt wird. Die Prüfung der Kohlendioxiderzeugung kann durch elektrolytische Respirometrie durchgeführt werden. Andere Standardprotokolle, wie 301B der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD), können ebenfalls angewendet werden. Standardprüfungen zum biologischen Abbau in Abwesenheit von Sauerstoff sind in verschiedenen Protokollen wie ASTM D 5511-94 beschrieben. Diese Prüfungen werden angewendet, um die biologische Abbaubarkeit von Materialien in einer Anlage oder einer geordneten Mülldeponie für anaerobe Feststoffabfallbehandlung zu simulieren. Diese Bedingungen sind jedoch für die Art von Einweganwendungen, die für die Fasern und Vliese in der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, weniger relevant.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung bauen sich wahrscheinlich schnell ab. Mengenmäßig ist dies als der Prozentsatz an Material definiert, das nach einer gegebenen Zeit in Kohlendioxid umgewandelt wird. Die Fasern der vorliegenden Erfindung, die x% Stärke und y% biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer und wahlweise andere Bestandteile enthalten, bauen sich unter Standardbedingungen aerob biologisch ab, so dass sie Folgendes aufweisen: eine Umwandlung von x/2% in Kohlendioxid in weniger als 10 Tagen und eine Umwandlung von (x + y)/2% in Kohlendioxid in weniger als 60 Tagen. Auflösung tritt ein, wenn das faserige Substrat die Fähigkeit besitzt, schnell zu fragmentieren und in Fraktionen zu zerfallen, die klein genug sind, um nach Absieben nicht unterscheidbar zu sein, wenn sie kompostiert werden, oder eine Abflussrohrverstopfung zu verursachen, wenn sie gespült werden. Ein auflösbares Material ist auch spülbar. Bei den meisten Protokollen für Auflösbarkeit wird der Gewichtsverlust von Prüfmaterialien über die Zeit gemessen, wenn diese verschiedenen Matrizes ausgesetzt werden. Sowohl aerobe als auch anaerobe Auflösungsprüfungen werden angewendet. Der Gewichtsverlust wird durch die Menge an faserigem Prüfmaterial bestimmt, das nicht mehr auf einem 18-maschigen Sieb mit 1-Millimeter-Öffnungen gesammelt wird, nachdem die Materialien Abwasser und Schlamm ausgesetzt wurden. Hinsichtlich der Auflösung bestimmt die Differenz zwischen dem Gewicht der Anfangsprobe und dem Trockengewicht der auf einem Sieb wiedergewonnenen Probe die Geschwindigkeit und den Grad der Auflösung. Die Prüfungen auf biologische Abbaubarkeit und Auflösung sind ähnlich, da sie in einer sehr ähnlichen oder in derselben Umgebung ausgeführt werden. Zur Bestimmung der Auflösung wird das Gewicht des übrig bleibenden Materials gemessen, während für die biologische Abbaubarkeit die abgegebenen Gase gemessen werden.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung lösen sich schnell auf. Mengenmäßig ist dies definiert als der relative Gewichtsverlust jedes Bestandteils nach einer gegebenen Zeit. Die Fasern der vorliegenden Erfindung, die x% Stärke und y% biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer und wahlweise andere Bestandteile enthalten, lösen sich aerob auf, wenn sie unter Standardbedingungen aktiviertem Schlamm in Gegenwart von Sauerstoff ausgesetzt werden, so dass sie Folgendes aufweisen: einen Gewichtsverlust von x/2% in weniger als 10 Tagen und einen Gewichtsverlust von (x + y)/2% in weniger als 60 Tagen. Vorzugsweise weisen die Fasern einen Gewichtsverlust von x/2% in weniger als 5 Tagen und einen Gewichtsverlust von (x + y)/2% in weniger als 28 Tagen, mehr bevorzugt einen Gewichtsverlust von x/2% in weniger als 3 Tagen und einen Gewichtsverlust von (x + y)/2% in weniger als 21 Tagen, noch mehr bevorzugt einen Gewichtsverlust von (x/1,5)% in weniger als 5 Tagen und einen Gewichtsverlust von (x + y)/1,5% in weniger als 21 Tagen und am meisten bevorzugt einen Gewichtsverlust von x/1,2% in weniger als 5 Tagen und einen Gewichtsverlust von (x + y)/1,2% in weniger als 21 Tagen auf.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung sind auch kompostierbar. ASTM hat Prüfverfahren und Spezifikationen zur Kompostierbarkeit entwickelt. Bei der Prüfung werden drei Merkmale gemessen: biologische Abbaubarkeit, Auflösung und Nichtvorhandensein von Ökotoxizität. Prüfungen zur Messung der biologischen Abbaubarkeit und Auflösung sind vorstehend beschrieben. Zur Erfüllung der Kriterien für biologische Abbaubarkeit im Hinblick auf Kompostierbarkeit muss das Material mindestens etwa eine 60%ige Umwandlung in Kohlendioxid innerhalb von 40 Tagen erreichen. Für die Auflösungskriterien muss das Material einen Rest von weniger als 10% des Prüfmaterials auf einem 2-Millimeter-Sieb in der tatsächlichen Form und Dicke aufweisen, die es in dem entsorgten Produkt hätte. Zur Bestimmung des letzten Kriteriums, des Nichtvorhandenseins von Ökotoxizität, dürfen die Nebenprodukte des biologischen Abbaus keine negative Auswirkung auf Samenkeimung und Pflanzenwachstum haben. Eine Prüfung dieses Kriteriums ist in OECD 208 ausführlich beschrieben. Das International Biodegradable Products Institute erteilt ein Abzeichen für Kompostierbarkeit, sobald bestätigt wurde, dass ein Produkt die Spezifikationen von ASTM 6400-99 erfüllt. Das Protokoll folgt der deutschen Norm DIN 54900, mit der die maximale Dicke eines beliebigen Materials festgelegt wird, das eine vollständige Zersetzung innerhalb eines Kompostierzyklus ermöglicht.
Die hierin beschriebenen Fasern werden in der Regel zur Herstellung von Einwegvliesartikeln verwendet. Die Artikel sind gewöhnlich spülbar. Der Ausdruck „spülbar", wie hier verwendet, bezieht sich auf Materialien, die in einem Abwasserentsorgungssystem wie einer Toilette sich auflösen, dispergieren, zerfallen und/oder sich zersetzen können, um beseitigt zu werden, wenn sie die Toilette hinuntergespült werden, ohne die Toilette oder ein anderes Abwasserrohr zu verstopfen. Die Fasern und die resultierenden Artikel können auch wassersensitiv sein. Der Ausdruck wassersensitiv, wie hier verwendet, bedeutet, dass beim Legen in Wasser oder beim Spülen eine beobachtbare und messbare Veränderung eintreten wird. Typische Beobachtungen schließen die Feststellung von Quellung, Auseinanderziehen, Auflösung des Artikels oder die Beobachtung einer allgemein geschwächten Struktur ein.
Die Zugfestigkeit einer Stärkefaser beträgt etwa 15 Megapascal (MPa). Die Fasern der vorliegenden Erfindung weisen eine Zugfestigkeit von mehr als etwa 20 MPa, vorzugsweise mehr als etwa 35 MPa und mehr bevorzugt mehr als etwa 50 MPa auf. Die Zugfestigkeit wird mit Hilfe einer Instron-Prüfmaschine gemäß einem Verfahren, das in dem ASTM-Standard D 3822-91 beschrieben ist, oder einer äquivalenten Prüfung gemessen.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung sind nicht spröde und weisen eine Zähigkeit von mehr als 2 MPa auf. Die Zähigkeit ist definiert als der Bereich unter der Spannungs-Dehnungskurve, in dem die Messlänge der Probe 25 mm bei einer Beanspruchungsrate von 50 mm pro Minute beträgt. Elastizität oder Dehnbarkeit der Fasern kann ebenfalls erwünscht sein.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung können thermisch bindungsfähig sein, wenn genug Polymer in der Monokomponentenfaser oder in der äußeren Komponente einer Mehrkomponentenfaser (d. h. im Mantel einer Bikomponente) vorhanden ist. Thermisch bindungsmhige Fasern sind für das Druck-Wärme-Verfahren und das Durchluft-Wärmebindungsverfahren erforderlich. Thermische Bindungsfähigkeit wird in der Regel erreicht, wenn das Polymer in einer Menge von mehr als etwa 15 Gew.-%, vorzugsweise mehr als etwa 30 Gew.-%, am meisten bevorzugt mehr als etwa 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt mehr als etwa 50 Gew.-% der Faser vorhanden ist. Folglich kann die Faser bei sehr hohem Starkegehalt in der Monokomponente oder im Mantel eine verringerte Neigung zu thermischer Bindungsfähigkeit aufweisen.
Eine „stark gestreckte Faser" ist als eine Faser mit einem hohen Streckverhältnis definiert. Das Fasergesamtstreckverhältnis ist definiert als das Verhältnis der Faser bei ihrem maximalen Durchmesser (der sich in der Regel unmittelbar nach dem Austreten aus der Kapillare ergibt) zu dem Enddurchmesser der Faser bei ihrer Endanwendung. Das Fasergesamtstreckverhältnis über entweder Stapel-, Spinnvlies- oder Schmelzblasverfahren ist größer als 1,5, vorzugsweise größer als 5, mehr bevorzugt größer als 10 und am meisten bevorzugt größer als 12. Dies ist notwendig, um die taktilen Eigenschaften und nützliche mechanische Eigenschaften zu erreichen.
Vorzugsweise weist die stark gestreckte Faser einen Durchmesser von weniger als 200 Mikrometern auf. Mehr bevorzugt beträgt der Faserdurchmesser 100 Mikrometer oder weniger, noch mehr bevorzugt 50 Mikrometer oder weniger und am meisten bevorzugt weniger als 30 Mikrometer. Fasern, die gewöhnlich zur Herstellung von Vliesen verwendet werden, weisen einen Durchmesser von etwa 5 Mikrometern bis etwa 30 Mikrometern auf. Der Faserdurchmesser wird durch die Spinngeschwindigkeit, den Massedurchsatz und die Mischungszusammensetzung gesteuert.
Die aus den Fasern hergestellten Vliesprodukte weisen auch gewisse mechanische Eigenschaften, besonders Festigkeit, Flexibilität, Weichheit und Absorptionsvermögen, auf. Maße der Festigkeit schließen die Trocken- und/oder Nasszugfestigkeit ein. Flexibilität hängt mit Steifheit zusammen und kann zur Weichheit beitragen. Weichheit ist im Allgemeinen als ein physiologisch wahrgenommenes Merkmal beschrieben, das sowohl mit Flexibilität als auch mit Struktur zusammenhängt. Das Absorptionsvermögen betrifft die Fähigkeit der Produkte, Flüssigkeiten aufzunehmen, sowie die Fähigkeit, sie zurückzuhalten.
(4) Verfahren
Der erste Schritt bei der Herstellung einer Faser ist der Verbindungs- oder Mischschritt. Im Verbindungsschritt werden die Rohmaterialien erwärmt, in der Regel unter Scherung. Das Scheren in Gegenwart von Wärme führt bei richtiger Auswahl der Zusammensetzung zu einer homogenen Schmelze. Anschließend wird die Schmelze in einen Extruder gegeben, in dem Fasern gebildet werden. Eine Ansammlung von Fasern wird mittels Wärme, Druck, chemischem Binde mittel, mechanischer Verfestigung und Kombinationen davon miteinander kombiniert, was zur Bildung einer Vliesbahn führt. Anschließend wird das Vlies in einen Artikel umgesetzt.
Verbinden
Das Ziel des Verbindungsschritts ist die Herstellung einer homogenen Schmelzzusammensetzung, welche die Stärke, das Polymer und den Weichmacher umfasst. Vorzugsweise ist die Schmelzzusammensetzung homogen, was bedeutet, dass eine gleichmäßige Verteilung in großem Umfang vorliegt und dass keine getrennten Bereiche beobachtet werden.
Die resultierende Schmelzzusammensetzung sollte im Wesentlichen frei von Wasser sein, um Fasern zu spinnen. Im Wesentlichen frei ist so definiert, dass keine wesentlichen Probleme, wie die Bildung von Blasen, welche die Faser schließlich beim Spinnen zerbrechen können, hervorgerufen werden. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an freiem Wasser der Schmelzzusammensetzung weniger als etwa 1%, mehr bevorzugt weniger als etwa 0,5% und am meisten bevorzugt weniger als 0,1%. Der Gesamtwassergehalt schließt das gebundene und das freie Wasser ein. Um diesen geringen Wassergehalt zu erreichen, müssen die Stärke und die Polymere möglicherweise vor der Verarbeitung getrocknet werden, und/oder es wird ein Vakuum während der Verarbeitung angelegt, um freies Wasser zu entfernen. Vorzugsweise wird die thermoplastische Stärke vor dem Spinnen bei 60°C getrocknet.
Im Allgemeinen kann ein beliebiges Verfahren unter Anwendung von Wärme, Mischen und Druck angewendet werden, um das biologisch abbaubare Polymer, die Stärke und den Weichmacher zu kombinieren. Mischreihenfolge, Temperaturen, Mischgeschwindigkeiten oder -dauer und Vorrichtung sind im Einzelnen nicht kritisch, solange die Stärke nicht erheblich abgebaut wird und die resultierende Schmelze homogen ist.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Mischen einer Mischung aus Stärke und zwei Polymeren ist wie folgt:

1. Das Polymer mit höherer Schmelztemperatur wird über seinen Schmelzpunkt erwärmt und gemischt. In der Regel ist dies 30–70°C über seiner Schmelztemperatur. Die Mischzeit beträgt von etwa 2 bis etwa 10 Minuten, vorzugsweise um 5 Minuten. Anschließend wird das Polymer abgekühlt, in der Regel auf 120–140°C.
2. Die Stärke wird vollständig destrukturiert. Die Stärke kann durch Auflösen in Wasser bei 70–100°C bei einer Konzentration von 10–90% Stärke je nach dem Molekulargewicht der Stärke, der gewünschten Viskosität der destrukturierten Stärke und der Zeit, die zum Destrukturieren gestattet ist, destrukturiert werden. Im Allgemeinen sind etwa 15 Minuten ausreichend, um die Stärke zu destrukturieren, jedoch können je nach Bedingungen 10 Minuten bis 30 Minuten notwendig sein. Falls gewünscht, kann ein Weichmacher zu der destrukturierten Stärke hinzugefügt werden.
3. Das abgekühlte Polymer aus Schritt 1 und die destrukturierte Stärke aus Schritt 2 werden anschließend kombiniert. Das Polymer und die Stärke können in einem Extruder oder einem Chargenmischer mit Scherung kombiniert werden. Die Mischung wird erwärmt, in der Regel auf etwa 120–140°C. Dies führt zur Verdampfung von Wasser. Wenn das gesamte Wasser abgedunstet werden soll, sollte die Mischung gemischt werden, bis das gesamte Wasser entfernt ist. In der Regel dauert das Mischen in diesem Schritt von etwa 2 bis etwa 15 Minuten, in der Regel etwa 5 Minuten. Eine homogene Mischung aus Stärke und Polymer wird gebildet.
4. Anschließend wird ein zweites Polymer zu der homogenen Mischung aus Schritt 3 hinzugefügt. Dieses zweite Polymer kann bei Raumtemperatur oder nach seinem Schmelzen und Mischen hinzugefügt werden. Die homogene Mischung aus Schritt 3 wird weiter bei Temperaturen von etwa 100°C bis etwa 170°C gemischt. Die Temperaturen von über 100°C sind nötig, um die Bildung von Feuchtigkeit zu verhindern. Wenn der Weichmacher nicht in Schritt 2 hinzugefügt wurde, kann er nun hinzugefügt werden. Die Mischung wird weiter gemischt, bis sie homogen ist. Dies wird dadurch beobachtet, dass keine getrennten Bereiche festgestellt werden. Die Mischzeit beträgt im Allgemeinen von etwa 2 bis etwa 10 Minuten, gewöhnlich um 5 Minuten.

Die am meisten bevorzugte Mischvorrichtung ist ein Doppelschneckenextruder mit mehreren Mischzonen und Injektionsstellen. Die mehreren Injektionsstellen können verwendet werden, um die destrukturierte Stärke und das Polymer hinzuzufügen. Ein Doppelschnecken-Chargenmischer oder ein Einschnecken-Extrusionssystem können ebenfalls verwendet werden. Solange ausreichendes Mischen und Erwärmen erfolgt, ist die genaue verwendete Vorrichtung nicht kritisch.
Bei einem alternativen Verfahren zum Verbinden der Materialien werden Weichmacher, Stärke und Polymer in ein Extrusionssystem gegeben, in dem sie bei schrittweise ansteigenden Temperaturen gemischt werden. Beispielsweise können in einem Doppelschneckenextruder mit sechs Heizzonen die ersten drei Zonen auf 90°C, 120°C und 130°C erwärmt werden und die letzten drei Zonen werden über den Schmelzpunkt des Polymers erwärmt. Diese Vorgehensweise führt zu einem minimalen thermischen Abbau der Stärke und dazu, dass die Stärke vollständig destrukturiert wird, bevor sie innig mit den thermoplastischen Materialien gemischt wird.
Ein anderes Verfahren ist die Verwendung eines Polymers, das bei einer höheren Temperatur schmilzt, und die Injektion der Stärke ganz am Ende des Verfahrens. Die Stärke befindet sich nur für sehr kurze Zeit auf einer höheren Temperatur, die nicht ausreicht, um sie zu verbrennen.
Spinnen
In der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren des Schmelzspinnens angewendet. Beim Schmelzspinnen liegt kein Masseverlust im Extrudat vor. Schmelzspinnen unterscheidet sich von anderen Spinnarten wie Nass- oder Trockenspinnen aus einer Lösung, wobei ein Lösungsmittel eliminiert wird, indem es aus dem Extrudat verdampft oder herausdiffundiert, was zu einem Masseverlust führt.
Das Spinnen erfolgt bei 120°C bis etwa 230°C, vorzugsweise 185°C bis etwa 19°C. Faserspinngeschwindigkeiten von mehr als 100 Metern/Minute sind erforderlich. Vorzugsweise beträgt die Faserspinngeschwindigkeit von etwa 1.000 bis etwa 10.000 Meter/Minute, mehr bevorzugt von etwa 2.000 bis etwa 7.000 Meter/Minute und am meisten bevorzugt von etwa 2.500 bis etwa 5.000 Meter/Minute. Die Polymerzusammensetzung muss schnell gesponnen werden, um Sprödigkeit in der Faser zu vermeiden.
Endlosfasern können durch Spinnvliesverfahren oder Schmelzblasverfahren hergestellt werden oder nichtkontinuierliche Fasern (Stapelfasern) können hergestellt werden. Die verschiedenen Verfahren der Faserherstellung können auch kombiniert werden, um ein Kombinationsverfahren zu schaffen.
Die homogene Mischung kann auf einer herkömmlichen Schmelzspinnvorrichtung zu Fasern schmelzgesponnen werden. Die Temperatur zum Spinnen liegt im Bereich von etwa 100°C bis etwa 230°C. Die Verarbeitungstemperatur wird durch die chemische Beschaffenheit, die Molekulargewichte und die Konzentration der einzelnen Bestandteile bestimmt. Die gesponnenen Fasern können mit Hilfe herkömmlicher Galettenwickelsysteme oder durch Luftstrom-Zug-Streck-Vorrichtungen gesammelt werden. Wenn das Galettensystem verwendet wird, können die Fasern durch Ziehen nach dem Extrudieren bei Temperaturen von etwa 50 bis etwa 140°C weiter ausgerichtet werden. Anschließend können die gezogenen Fasern gekräuselt und/oder geschnitten werden, um nichtkontinuierliche Fasern (Stapelfasern) zu bilden, die in einem Kardier-, Luftlege- oder Fluidlegeverfahren verwendet werden.
(5) Artikel
Die Fasern können durch unterschiedliche Bindeverfahren in Vliese umgewandelt werden. Endlosfasern können mittels Spinnvliestechniken nach Industriestandard zu einer Bahn geformt werden, während Stapelfasern mittels Kardier-, Luftlege- oder Nasslegetechniken nach Industriestandard zu einer Bahn geformt werden können. Typische Bindeverfahren umfassen: Kalandrieren (Druck und Wärme), Durchluftwärme, mechanische Verfestigung, hydrodynamische Verfestigung, Nadelfilzen und chemisches Binden und/oder Harzbinden. Kalandrieren, Durchluftwärme und chemisches Binden sind die bevorzugten Bindeverfahren für die Stärke-Polymer-Fasern. Thermisch bindungsfähige Fasern sind für das Druck-Wärme- und das Durchluftwärme-Bindungsverfahren erforderlich.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung können auch mit anderen synthetischen oder natürlichen Fasern verbunden oder kombiniert werden, um Vliesartikel herzustellen. Die synthetischen oder natürlichen Fasern können in dem Bildungsverfahren miteinander vermischt werden oder in getrennten Schichten verwendet werden. Geeignete synthetische Fasern schließen Fasern aus Polypropylen, Polyethylen, Polyester, Polyacrylaten und Copolymeren davon und Mischungen davon ein. Natürliche Fasern schließen Cellulosefasern und Derivate davon ein. Geeignete Cellulosefasern schließen diejenigen ein, die aus beliebigen Bäumen oder Pflanzen gewonnen werden, einschließlich Hartholzfasern, Weichholzfasern, Hanf und Baumwolle. Ebenfalls eingeschlossen sind Fasern, die aus verarbeiteten natürlichen Celluloseressourcen wie Rayon hergestellt sind.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um Vliese, unter anderen geeigneten Artikeln, herzustellen. Vliesartikel sind definiert als Artikel, die zu mehr als 15% eine Mehrzahl von Fasern enthalten, die kontinuierlich oder nichtkontinuierlich sind und physikalisch und/oder chemisch aneinander gebunden sind. Das Vlies kann mit zusätzlichen Vliesen oder Folien kombiniert werden, um ein geschichtetes Produkt zu erzeugen, das entweder einzeln oder als ein Bestandteil in einer komplexen Kombination anderer Materialien, wie eine Babywindel oder eine Damenbinde, verwendet wird. Bevorzugte Artikel sind Einwegvliesartikel. Die resultierenden Produkte können Verwendung finden in Filtern für Luft, Öl und Wasser; Staubsaugerfiltern; Ofenfiltern; Gesichtsmasken; Kaffeefiltern, Tee- oder Kaffeebeuteln; Wärmedämmungsmaterialien und Geräuschdämmungsmaterialien; Vliesen für Einweghygieneprodukte wie Windeln, Damenbinden und Inkontinenzartikel; biologisch abbaubaren textilen Stoffen für verbesserte Feuchtigkeitsabsorption und Weichheit beim Tragen, wie Mikrofaserstoffen oder atmungsaktiven Stoffen; einer elektrostatisch geladenen, strukturierten Bahn zur Sammlung und Entfernung von Staub; Verstärkungen und Bahnen für Papier harter Qualität, wie Einwickelpapier, Schreibpapier, Zeitungspapier, Wellpappe, und Bahnen für Papier in Tissue-Qualität, wie Toilettenpapier, Papierhandtücher, Servietten und Tissue-Papier zur Anwendung im Gesicht; medizinischen Anwendungen wie chirurgischen Tüchern, Wundauflagen, Bandagen, Hautpflastern und selbstauflösenden Nähten; und Dentalanwendungen wie Zahnseide und Borsten von Zahnbürsten. Die Faserbahn kann auch Geruchsabsorptionsmittel, Termitenabwehrmittel, Insektizide, Rodentizide und dergleichen für spezifische Anwendungen einschließen. Das resultierende Produkt absorbiert Wasser und Öl und kann bei der Reinigung von Öl- oder Wasserflecken oder bei der gesteuerten Wasserretention und -freisetzung für landwirtschaftliche Anwendungen oder Gartenbauanwendungen Verwendung finden. Die resultierenden Stärkefasern oder Faserbahnen können auch in andere Materialien eingeschlossen werden, wie Sägemehl, Holzfaserstoff, Kunststoffe und Beton, um Verbundmaterialien zu bilden, die als Baumaterialien wie Wände, Stützbalken, Pressspäne, Trockenmauern und Hintermauerungsmaterialien sowie Dachpfannen verwendet werden können; andere medizinische Anwendungen wie Gipsverbände, Schienen und Zungendepressorien; und Kaminholzscheite für Dekorations- und/oder Brennzwecke. Bevorzugte Artikel der vorliegenden Erfindung schließen Einwegvliese für Hygieneanwendungen und medizinische Anwendungen ein. Hygieneanwendungen umfassen solche Artikel wie Tücher, Windeln, insbesondere die Oberschicht oder Unterschicht, und Damenbinden oder Produkte für die weibliche Hygiene, insbesondere die Oberschicht.
Beispiele
Durch die nachstehenden Beispiele wird die vorliegende Erfindung weiter veranschaulicht. Die in den nachstehenden Beispielen verwendeten Stärken sind StarDri 100, StaDex 10, StaDex 15, StaDex 65, alle von Staley. Das kristalline PLA weist eine intrinsische Viskosität von 0,97 dl/g mit einer optischen Rotation von –14,2 auf. Das amorphe PLA weist eine intrinsische Viskosität von 1,09 dl/g mit einer optischen Rotation von –12,7 auf. Das Poly(3-hydroxybutyrat-co-alkanoat), PHA, weist vor dem Verbinden ein Molekulargewicht von 1.000.00 g/mol auf. Das Polyhydroxybutyrat (PHB) wurde von Goodfellow als BU 396010 erworben. Das Polyvinylalkohol-Copolymer (PVOH) wurde von Air Products Inc. erworben und ist ein Polymer der 2000er-Serie.
Vergleichsbeispiel 1 Das folgende Beispiel würde Eigenschaften ergeben, die typisch für eine thermoplastische Stärkemischung sind. Die Mischung enthält 60 Teile StarDri 100, 38 Teile Wasser und 2 Teile Glycerin. Die Mischung wird in einem Extruder bei 90°C 5 Minuten lang gemischt und kann anschließend bei 90°C zu Fasern schmelzgesponnen werden. Die Mischung und die Fasern sind homogen, wobei die Stärke vollständig destrukturiert ist. Typische Fasereigenschaften für diese Fasern wären eine Spitzenzugfestigkeit von 15,8 MPa und eine Reißdehnung von 3,2%. Aufgrund der geringen Spitzenzugfestigkeit sind diese Stärkefasern für eine spätere Verwendung nicht geeignet.
Vergleichsbeispiel 2 Dieses Beispiel dient zur Veranschaulichung der Bedeutung der Stärkedestrukturierung. Die Mischung bestand aus der Zugabe von 30 Teilen amorphem PLA und 30 Teilen StarDri 100 mit 3 Teilen Glycerin. Alle drei Be standteile werden zusammengemischt und bei 80°C in den Mischer gegeben. Anschließend wird die Mischung einer Scherung unterzogen und in 3-Minuten-Intervallen auf 150°C und dann auf 180°C erhöht. Nach der Entnahme aus dem Mischer sieht die Mischung vermischt aus, jedoch mit kleinen Granalien. Anschließend wurde die Mischung in einen Kolbenextruder mit beheiztem Mantel gegeben. Eine Einzelloch-Spinndüse wurde verwendet, um die geschmolzene Mischung hindurchzuextrudieren. Anschließend konnten die Fasern mit Hilfe einer Galetten-Aufwickelvorrichtung mit Hülsen unter Verwendung eines Rheostats zur Kontrolle der Radialgeschwindigkeit gesammelt werden. Als Alternative könnte eine druckinduzierte, in der Spinnindustrie für synthetische Vliese gebräuchliche Zugvorrichtung zur Streckung des Filaments verwendet werden.
Das Spinnen dieser Mischung wurde bei 180°C nach einer Haltezeit von 10 Minuten durchgeführt, um ein richtiges und gleichmäßiges Erwärmen der Polymermischung zu ermöglichen. Anschließend wurde die Mischung mit 1,0 g/min extrudiert und die Fasern wurden durch die Luftstrom-Zugvorrichtung gesammelt. Die Fasern waren weich und besaßen einen sehr kleinen Durchmesser.
Beim Reinigen des Systems für den nächsten Durchlauf wurde festgestellt, dass der Rückstand eine äußerst granulös aussehende Substanz enthielt, ähnlich der ursprünglichen Stärkeverbindung. Zu diesem Zeitpunkt schien der größte Teil der Stärke von dem Filter für den Schutz der Spinndüse gesammelt worden zu sein, was bedeutet, dass das PLA größtenteils extrudiert worden war, obwohl die genaue Menge nicht bekannt ist.
Vergleichsbeispiel 3 Angesichts der Ergebnisse in Vergleichsbeispiel 2 wurde ein anderes Verfahren zum Verbinden der Mischung angewendet. In diesem Fall wurde eine 50/50-Lösung von Stärke in Wasser bei 90°C verwendet. Die Stärke wurde in dem Wasser wässern gelassen, bis sie vollständig aufgelöst war und die Lösung klar war. Anschließend wurde diese Stärkelösung in einer Menge, die äquivalent zu 75 Teilen fester StarDri 100 war, zusammen mit 25 Teilen amorphem PLA und 10 Teilen Glycerin gemischt. Es wurde festgestellt, dass diese Mischung keinerlei granulöse Struktur aufwies, die mit vollständig destrukturierter Stärke übereinstimmte.
Die Mischung schien bei 170°C und einem Durchsatz von 1,0 g/min mit geringen bis keinen Problemen gesponnen zu werden. Die Fasern machten einen schwachen und spröden Eindruck. Dieses Beispiel verdeutlicht die schlechten mechanischen Eigenschaften, die aus PLA resultieren, das nicht kristallisiert.
Beispiel 4 Angesichts der Ergebnisse in Vergleichsbeispiel 3 und der Schwäche dieser Fasern wurde eine andere Mischungszusammensetzung für das Verbinden verwendet. Eine 50/50-Lösung von Stärke in Wasser bei 90°C wurde verwendet. Die Stärke wurde in dem Wasser wässern gelassen, bis sie vollständig aufgelöst war und die Lösung klar war. Diese Stärkelösung wurde in einer Menge, die äquivalent zu 50 Teilen fester StarDri 100 war, zusammen mit 12 Teilen amorphem PLA, 37 Teilen semikristallinem PLA und 10 Teilen Glycerin gemischt. Es wurde festgestellt, dass diese Mischung keinerlei granulöse Struktur aufwies, die mit Stärke übereinstimmte, die nicht vollständig destrukturiert wurde. Die Mischung wurde folgendermaßen verbunden: Das semikristalline PLA mit hoher Schmelztemperatur (Tm ≈ 170°C) wurde bei 210°C 5 Minuten lang in den Doppelschneckenmischer gegeben, bis es vollständig vermischt war. Anschließend wurde die Temperatur auf 130°C gesenkt, und zu diesem Zeitpunkt wurden die Stärkelösung und das Glycerin hinzugegeben und der Wasserdampf abgedunstet. Nach Abdunstung des Dampfs wurde das amorphe PLA hinzugegeben und die Mischung 5 Minuten lang gemischt.
Die Mischung schien bei 180°C und einem Durchsatz von 1,0 g/min mit geringen bis keinen Problemen sehr gut gesponnen zu werden. Die Fasern machten bei großen Faserdurchmessern oder niedrigen Spinngeschwindigkeiten einen schwachen und spröden Eindruck. Bei kleinen Durchmessern und hohen Spinngeschwindigkeiten waren die Fasern jedoch weich, kräftig und zeigten ein gewisses Dehnverhalten. Das übrig gebliebene Polymer im Extrusionssystem wurde optisch geprüft, wobei keine Stärkekörner erkennbar waren.
Dieses Zugabeverfahren zeigt auf, dass die Zugabe der Stärke in vollständig destrukturiertem Zustand wichtig ist und dass PLA bei Kristallisation in einer Mischung bedeutende Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften gegenüber amorphem PLA bewirken kann. Beispiel 4a bezieht sich auf die Fasern mit großem Durchmesser, die einen Durchmesser von 410 Mikrometern und ein Streckverhältnis von 1 aufweisen, und Beispiel 4b bezieht sich auf die Fasern mit kleinem Durchmesser, die einen Durchmesser von 23 Mikrometern und ein Streckverhältnis von etwa 20 aufweisen.
Beispiel 5 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 74 Teilen amorphem PLA, 24 Teilen StarDri 100 und 6 Teilen Glycerin verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 6 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 27 Teilen PLA, 64 Teilen StarDri 100 und 9 Teilen Glycerin verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 7 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 45 Teilen Eastar Bio, 45 Teilen StarDri 100 und 10 Teilen Glycerin verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 8 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 45 Teilen Bionolle 1020, 45 Teilen StarDri 100 und 10 Teilen Glycerin verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 9 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 23 Teilen amorphem PLA, 24 Teilen PLA, 45 Teilen StarDri 100 und 10 Teilen Glycerin verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 10 Nachfolgend wird eine Auflösungsprüfung der in Beispiel 9 hergestellten Fasern ausführlich beschrieben. Aerobe Auflösungsprüfung: Die Proben wurden in 1-Liter-Flaschen gegeben, die 800 ml unverarbeitetes Abwasser enthielten. Ein Schüttelapparat mit Rotationsplattform, eingestellt auf 10,5 rad/s (100 Umdr./min), und drei kleine Aquariumpumpen wurden für konstantes Schütteln und Belüften des Abwassers und der Proben verwendet. An den Tagen 3, 7, 10, 14, 21 und 28 wurde jeweils eine Flasche durch ein 18-maschiges Sieb (1-mm-Öffnungen) gegossen und die auf dem Sieb zurückgehaltene Probe wurde gespült, getrocknet und gewogen, um den prozentualen Gewichtsverlust zu bestimmen.
Etwas weniger als 2 Gramm der Fasern wurden in einem einzelnen großen Klumpen erhalten. Dieser wurde in 6 Klumpen von jeweils etwa 300 mg geteilt. Die Fasern wurden über Nacht bei 40°C getrocknet, anschließend gekühlt und gewogen, bevor sie in die sechs Flaschen gegeben wurden. Zufließendes Abwasser wurde vor der Abgabe in die 1-Liter-Glasflaschen durch ein 18-maschiges Sieb gegossen.
Die Proben wurden in biologisch aktivem Abwasser inkubiert, jedoch wird das Ergebnis als prozentuale Auflösung und nicht als prozentualer biologischer Abbau ausgedrückt, da abgegebene Gase nicht gemessen werden. Auflösungsgeschwindigkeit und -grad werden anhand der Differenz zwischen dem Gewicht der Anfangsprobe und dem Trockengewicht der auf einem Sieb mit 1-mm-Öffnungen wiedergewonnenen Probe bestimmt. Da die Fasern dünn waren, sind möglicherweise Teile durch die 1-mm-Maschenöffnungen hindurchgetreten, ohne sich weitgehend aufgelöst zu haben.
Auflösungsgeschwindigkeit und -grad sind für die einzelnen Probennahmezeitpunkte in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Durchschnittlicher prozentualer Gewichtsverlust im Laufe der Zeit und optische Beschreibung des wiedergewonnenen Rückstands:

Probentag	Gewichtsverlust in % (Masche < 1 mm)	Optische Beobachtung von Fasern, die auf Sieb Nr. 18 zurückbleiben
3	75%	Der Faserklumpen erscheint überwiegend intakt, wobei nur wenige lose Stränge (überwiegend mit der dickeren Größe) wiedergewonnen wurden.
7	81%	Klumpen weiterhin überwiegend intakt, wobei auch einige lose Fasern mit einer Länge von etwa 0,635 cm (¼'') wiedergewonnen wurden.
10	88%	Klumpen und einige lose Fasern auf dem Sieb wiedergewonnen.
14	88%	Überwiegend lose Fasern wiedergewonnen, besonders die dickeren.
21	85% (*)	(*) In diesem Fall wurde der gesamte Inhalt der Flasche mit einem Sieb aus 125-μ-Maschen in dem Versuch gefiltert, Faserstückchen und -teile wiederzugewinnen, die durch die Masche mit 1-mm-Öffnung hindurchgetreten sein konnten. Als Ergebnis wurden einige Abwasserfeststoffe auf dem Sieb wiedergewonnen und mit der Probe getrocknet, wodurch die Zahl für den prozentualen Gewichtsverlust verzerrt wurde. Dennoch deutet das Ergebnis auf ein hohes Maß an biologischem Abbau der Fasern und/oder Zerfall der Fasern in äußerst kleine Teilchen hin.
28	95%	Gesiebt auf Sieb Nr. 18 (1-mm-Öffnungen). 1 großer dicker Strang und einige kleinere Faserteile wurden wiedergewonnen.

Wie durch anaerobe Auflösung gezeigt, haben sich etwa 95% des Gewichts der Faser aufgelöst. Dies wird daraus ersichtlich, dass weniger als 5% des Ausgangsmaterials auf einem Sieb mit 1-Millimeter-Öffnungen wiedergewonnen werden. Innerhalb von 3 Tagen tritt ein hoher Gewichtsverlust ein.
Anaerobe Auflösung: Die Prüfmaterialien und die Kontrollprodukte wurden getrocknet, gewogen und in 2-1-Glasreaktorflaschen gegeben, die 1,5 1 anaeroben Faulschlamm enthielten. Die Flaschen wurden mit Stöpseln mit einem Loch verschlossen, um den Auslass von abgegebenen Gasen zu ermöglichen. Sechs Reaktoren wurden vorbereitet und jeweils mit etwa 0,73 g an Fasern gefüllt.
Die Reaktoren wurden in einen auf 35°C eingestellten Inkubator gegeben. An den Tagen 2, 3, 7, 21, 28, 43 und 63 wurde eine der Flaschen entleert. Der Inhalt jedes Reaktors wurde auf ein Sieb mit einer Maschengröße von 1 mm gegossen. Der Schlamm wurde vorsichtig von dem übrigen Material abgespült. Diese wurden bei 40°C getrocknet und gewogen, um den prozentualen Gewichtsverlust zu berechnen. Sechs Reaktoren, die mit Tampax-Tampons mit normalem Absorptionsvermögen gefüllt waren, wurden als Kontrolle verwendet, um die Schlammaktivität zu überprüfen. Sie wurden in derselben zeitlichen Abfolge entleert wie die Prüfproben.
Der anaerobe Faulschlamm wurde aus dem Faulraum einer Kläranlage erhalten. Nach der Lieferung wurde der Schlamm umgehend durch ein Sieb mit 1-mm-Maschen gesiebt und zum Mischen in eine 114-1-(30-Gal.-)Trommel geschüttet. Von dort wurde er in die Reaktorflaschen übertragen. Während seiner Behandlung wurde der Schlamm mit Stickstoffgas bedeckt. Vor der Verwendung wurde die Gesamtzahl an Feststoffen des Schlamms in Übereinstimmung mit der Standardarbeitsmethode des Paper Environmental Lab gemessen. Die Gesamtzahl an Feststoffen von Faulschlamm muss mehr als 15.000 mg/l betragen. Die Gesamtzahl an Feststoffen des in diesem Experiment verwendeten Faulschlamms betrug 21.200 mg/l. Die Qualitätskriterien für die Aktivität des Schlamms erfordern, dass das Kontroll-Tamponmaterial nach 28-tägiger Einwirkung mindestens 95% seines anfänglichen Trockengewichts verliert.
Die Proben wurden in biologisch aktivem anaerobem Faulschlamm inkubiert, jedoch wird das Ergebnis als prozentuale Auflösung und nicht als prozentualer biologischer Abbau protokolliert, da abgegebene Gase nicht gemessen werden. Auflösungsgeschwindigkeit und -grad werden anhand der Differenz zwischen dem Gewicht der Anfangsprobe und dem Trockengewicht der auf einem Sieb mit 1-mm-Öffnungen wiedergewonnenen Probe bestimmt. Da die Fasern dünn waren, sind möglicherweise Teile durch die 1-mm-Maschenöffnungen hindurchgetreten, ohne sich weitgehend aufgelöst zu haben. Die Probe von Tag 7 schien ungefähr mit der Probe von Tag 3 identisch zu sein, so dass Probe und Schlamm wieder in die Flasche gegeben und für eine spätere Probennahme wieder in den Inkubator gegeben wurden. Dieselbe Flasche wurde an Tag 63 erneut entleert. Auflösungsgeschwindigkeit und -grad sind für die einzelnen Probennahmezeitpunkte in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Probentag	Gewichtsverlust in % (Masche < 1 mm)	Optische Beobachtung
2	51%	Faserklumpen erscheint intakt.
3	53%	Faserklumpen erscheint überwiegend intakt, jedoch sind einige lose Faserteile vorhanden.
7	-	Probe schien mit der Probe von Tag 3 identisch zu sein und wurde daher für eine spätere Probennahme wieder in den Reaktor gegeben.
21	56%	Faserklumpen erscheint intakt.
28	64%	Faserklumpen erscheint intakt.
43	61%	Der größte Teil der wiedergewonnenen Probe befindet sich noch in einem Klumpen, jedoch wurden einige lose Fasern wiedergewonnen.
63	70%	Dies war die Probe von Tag 7, die wieder in den Inkubator gegeben wurde. Die Fasern befanden sich nicht mehr in einem Klumpen, sondern waren alle lose Faserteile unterschiedlicher Größe.

Beispiel 11 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 23 Teilen PLA, 45 Teilen StarDri 100, 23 Teilen Esstar Bio und 10 Teilen Glycerin verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 12 Die Mischung wurde in einem einzigen Schritt mittels eines Doppelschneckenextruders verbunden. Feste Polymerpellets, Stärkepulver und Sorbitpulver werden gleichzeitig in einen gleich schnell rotierenden Extruder gefüllt.
Die Mischung wird in jeder Zone, vom Einlass zum Auslass fortschreitend, in der folgenden Weise schrittweise erwärmt: Zone A: 75°C, Zone B: 75°C, Zone 1: 150°C, Zone 2: 155°C, Zone 3: 155°C, Zone 4: 160°C, Zone 5: 160°C. Die Schmelztemperatur betrug 185°C, gemessen am Auslass bei einer Schneckengeschwindigkeit von 26 rad/s (250 Umdr./min). Ein Vakuum wurde angewendet, um restlichen Wasserdampf in der letzten Heizzone unter Anwendung eines Drucks von 13,5 kPa (4'' Hg) zu entfernen. Das Extrudat wurde mittels aus Luftrakeln geblasener kühler Luft gekühlt und direkt paletiert. Die Mischung enthielt 43 Teile Esstar Bio, 27 Teile StarDri 100, 18 Teile PLA und 12 Teile Sorbit. Die Fasern wurden durch ein Schmelzspinnverfahren hergestellt. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 13 Die Mischung wurde wie in Beispiel 12 mit 37 Teilen Esstar Bio, 33 Teilen StarDri 100, 16 Teilen PLA und 14 Teilen Sorbit verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 14 Die Mischung wurde wie in Beispiel 12 mit 20 Teilen Dow Primacor 5980I, 70 Teilen StarDri 100 und 30 Teilen Sorbit verbunden. Die Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Daten für die Beispiele 1–14

In den nachstehenden Beispielen wird das Spinnverhalten als schlecht, akzeptabel oder gut beschrieben. Schlechtes Spinnen bezieht sich auf ein Gesamtstreckverhältnis von weniger als etwa 1,5, akzeptables Spinnen bezieht sich auf ein Streckverhältnis von etwa 1,5 bis etwa 10, und gutes Spinnverhalten bezieht sich auf ein Streckverhältnis von mehr als etwa 10.

Beispiel	Zugfestigkeit	Reißdehnung	Spinnverhalten
	(MPa)	(%)
1	15,6	3,3	Schlecht
2	211	14,4	Gut

3	0,5	1,3	Akzeptabel
4a	26	1,8	Gut
4b	264	161	Gut
5	68	12	Gut
6	34	2	Akzeptabel
7	115	33	Akzeptabel
8	21	12	Akzeptabel
9	103	14	Gut
11	35	52	Gut
12	44	21	Gut
13	49	14	Gut
14	69	4	Gut

Beispiel 15 Die Mischung wurde mittels 70 Teilen StarDri 100, 10 Teilen Esstar Bio und 30 Teilen Sorbit verbunden. Alle Bestandteile werden gleichzeitig in ein Extrusionssystem gegeben, in dem sie bei schrittweise ansteigenden Temperaturen vermischt werden. Durch diese Vorgehensweise wird der thermische Abbau der Stärke minimiert, der eintritt, wenn die Stärke für erhebliche Zeiträume auf über 180°C erwärmt wird. Außerdem ermöglicht diese Vorgehensweise, dass die Stärke vor dem innigen Mischen mit den thermoplastischen Materialien vollständig destrukturiert wird. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 16 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 60 Teilen StarDri 100, 10 Teilen Esstar Bio und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 17 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen StarDri 100, 50 Teilen Esstar Bio und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 18 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 23 Teilen PLA, 45 Teilen StarDri 100, 23 Teilen Esstar Bio und 10 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 19 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 23 Teilen amorphem PLA, 24 Teilen PLA, 45 Teilen StarDri 100 und 10 Teilen Glycerin verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 20 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 8 Teilen amorphem PLA, 23 Teilen PLA, 31 Teilen StarDri 100 und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 21 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 23 Teilen amorphem PLA, 24 Teilen PLA, 45 Teilen StarDri 100 und 10 Teilen Glycerin verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 22 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 40 Teilen Bionolle 1020, 60 Teilen StarDri 100, 5 Teilen Polycaprolacton, 5 Teilen Sorbit und 10 Teilen Glycerin verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 23 Die Mischung wurde wie in Beispiel 3 mit 50 Teilen Bastar Bio, 50 Teilen StarDri 100, 5 Teilen Polycaprolacton und 10 Teilen Glycerin verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 24 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen StarDri 100, 50 Teilen Bastar Bio, 8 Teilen Mannit und 7 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 25 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen StarDri 100, 50 Teilen Bastar Bio, 8 Teilen Mannit, 7 Teilen Sorbit und 3 Teilen Glycerin verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 26 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen Staley StaDex 10, 25 Teilen Esstar Bio und 50 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 27 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen Staley StaDex 10, 25 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 50 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 28 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen Staley StaDex 15, 25 Teilen Bastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 50 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 29 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 60 Teilen Staley StaDex 15, 25 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 30 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 30 Teilen Staley StaDex 15, 30 Teilen StaDex 65, 25 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 31 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen Staley StaDex 15, 35 Teilen StaDex 65, 25 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 30 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 32 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 5 Teilen StaDex 10, 20 Teilen Staley StaDex 15, 35 Teilen StaDex 65, 25 Teilen Bastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 33 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen Staley StaDex 15, 35 Teilen StarDri 100, 25 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 30 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 34 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 60 Teilen Poly(3-hydroxybutyrat-co-alkanoat), 3 Teilen Polyhydroxybutyrat, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 35 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Poly(3-hydroxybutyrat), 30 Teilen kristallinem PLA, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 36 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Poly(3-hydroxybutyrat), 30 Teilen Bionolle 1020, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 37 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Poly(3-hydroxybutyrat), 30 Teilen Esstar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 37 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Dow Primacore 5980I, 30 Teilen Esstar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 38 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Dow Primacore 5990I, 30 Teilen Esstar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 39 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen Staley StaDex 10, 25 Teilen Esstar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 50 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 40 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen Staley StaDex 15, 25 Teilen Esstar Bio, 15 Teilen Polycaprolacton, 10 Teilen Magnesiumstearat und 50 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 41 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 60 Teilen Staley StaDex 15, 25 Teilen Eastar Bio, 10 Teilen Magnesiumstearat und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 42 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 30 Teilen Staley StaDex 15, 30 Teilen StaDex 65, 25 Teilen Eastar Bio, 10 Teilen Magnesiumstearat und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 42 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen Staley StaDex 15, 35 Teilen StaDex 65, 25 Teilen Eastar Bio, 10 Teilen Magnesiumstearat und 30 Teilen Sorbit verbunden. Ein gutes Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 43 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 5 Teilen StaDex 10, 20 Teilen Staley StaDex 15, 35 Teilen StaDex 65, 25 Teilen Bastar Bio, 10 Teilen Magnesiumstearat und 40 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 44 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 35 Teilen Staley StaDex 15, 35 Teilen StarDri 100, 25 Teilen Eastar Bio, 10 Teilen Magnesiumstearat und 30 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 45 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Polyvinylalkohol, 30 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 46 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 40 Teilen StarDri 100, 60 Teilen Polyvinylalkohol, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 15 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 47 Die Mischung wurde wie in Beispiel 15 mit 60 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Polyvinylalkohol, 30 Teilen Eastar Bio, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 20 Teilen Sorbit verbunden. Ein akzeptables Spinnverhalten wurde beobachtet.
Beispiel 48 Die Mischung kann wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen StarDri100, 30 Teilen Polyvinylalkohol, 3 Teilen Magnesiumsulfat, 0,2 Teilen Magnesiumstearat und 18 Teilen Sorbit verbunden werden.
Beispiel 49 Die Mischung kann wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen StarDri 100, 30 Teilen kristallinem PLA, 10 Teilen amorphem PLA, 3 Teilen Magnesiumsulfat, 0,2 Teilen Magnesiumstearaten, 7 Teilen Balsamkolophonium und 18 Teilen Sorbit verbunden werden.
Beispiel 50 Die Mischung kann wie in Beispiel 15 mit 50 Teilen StarDri 100, 30 Teilen Poly(3-hydroxybutyrat), 3 Teilen Magnesiumsulfat, 0,2 Teilen Magnesiumstearaten, 7 Teilen Balsamkolophonium und 18 Teilen Sorbit verbunden werden.
Obwohl spezielle Beispiele angegeben wurden, könnten auch andere Materialkombinationen, Verhältnisse und Vorrichtungen, wie gegenläufige Doppelschnecken oder Hochschereinzelschnecken mit Belüftung, verwendet werden.
Obwohl spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene weitere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. In den beiliegenden Ansprüchen sollen alle Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, abgedeckt sein.

Claims

In der Umwelt abbaubare, stark gestreckte Faser mit einem Streckverhältnis von über 1,5 und hergestellt durch Schmelzspinnen einer Zusammensetzung, umfassend: a) destrukturierte Stärke mit einem Molekulargewicht im Bereich von 10.000 bis 1.000.000 g/mol; b) ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer, das mit der Stärke im Wesentlichen kompatibel ist, ein Molekulargewicht von weniger als 500.000 g/mol hat und eine Schmelztemperatur im Bereich von 90° bis 180°C hat; und c) einen Weichmacher, der mit den polymeren Bestandteilen der Zusammensetzung im Wesentlichen kompatibel ist.
Stark gestreckte Faser nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung Folgendes umfasst: a) 5% bis 80% destrukturierte Stärke; b) 15% bis 90% biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer; und c) zu 2% bis 70% den Weichmacher; und dadurch gekennzeichnet ist, dass Mikrofibrillen aus dem biologisch abbaubaren thermoplastischen Polymer innerhalb einer Matrix der destrukturierten Stärke angeordnet sind.
Stark gestreckte Faser nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die destrukturierte Stärke ein Molekulargewicht im Bereich von 20.000 bis 700.000 g/mol hat.
Stark gestreckte Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer, das ein Homopolymer oder Copolymer aus kristallisierbarer Polymilchsäure mit einer Schmelztemperatur von 160°C bis 175°C ist.
Stark gestreckte Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend mehr als ein biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer.
Stark gestreckte Faser nach Anspruch 5, umfassend: ein erstes biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer, das ein Homopolymer oder Copolymer aus kristallisierbarer Polymilchsäure mit einer Schmelztemperatur von 160°C bis 175°C ist; und ein zweites biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer, das eine Polymilchsäure mit niedrigerer Kristallinität und Schmelztemperatur als die erste Polymilchsäure ist.
Stark gestreckte Faser nach Anspruch 5, umfassend: ein erstes biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer, das ein Homopolymer oder Copolymer aus kristallisierbarer Polymilchsäure mit einer Schmelztemperatur von 160°C bis 175°C ist; und ein zweites biologisch abbaubares thermoplastisches Polymer, das ein aromatischer/aliphatischer Polyester ist.
Stark gestreckte Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zusammensetzung 10 bis 50% Weichmacher, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, Mannit und Sorbit, umfasst.
Stark verdünnte Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die einen Durchmesser von weniger als 200 Mikrometer aufweist.
Stark gestreckte Faser nach Anspruch 9, die einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 Mikrometer aufweist.
Vliesbahn, umfassend die stark gestreckten Fasern, wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 definiert.
Vliesbahn nach Anspruch 11, wobei die stark gestreckten Fasern mit anderen synthetischen oder natürlichen Fasern gemischt und mit diesen verbunden sind.
Einwegartikel, umfassend eine Vliesbahn, wie in Anspruch 11 oder 12 definiert.