ES2230689T3 - Fibras de polimero degradable; preparacion, producto y procedimiento de uso. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un material fibroso que incluye una pluralidad de fibras que contienen polilactida. La pluralidad fibras que contienen polilactida se puede considerar de bajo encogimiento o encogimiento elevado. La pluralidad de fibras que contienen polilactida se considera fibras de bajo encogimiento si presentan una propensión al encogimiento en agua caliente inferior a aproximadamente un 20%. La pluralidad de fibras que contienen polilactida se consideran fibras de alto encogimiento si presentan una propensión media al encogimiento en agua caliente superior a aproximadamente un 10% y un calor de fusión inferior a aproximadamente 25 J/g. De forma adicional la invención se refiere al empleo de un procedimiento de extrusión para proporcionar fibras de bajo encogimiento y fibras de encogimiento elevado. La invención se refiere además al uso de estas fibras en productos de interés.

Description

Fibras de polímero degradable; preparación, producto y procedimientos de uso.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la tecnología de fibras. Es fácilmente aplicable, por ejemplo, para materiales fibrosos tejidos y no tejidos. Se refiere a las técnicas generales, procedimientos y materiales que se refieren a fibras de polímeros degradables, especialmente aquellas que se incorporan fácilmente en productos y sustratos tejidos y no tejidos.

Antecedentes de la invención

En los últimos años, se ha centrado la atención en polímeros degradables preferidos, que se pueden convertir en sustratos o artículos deseables. Gran parte de esta atención se centra en polímeros que incluyen, como una unidad monomérica en ellos, el resultado de la polimerización del ácido láctico o lactida. La atención se dirige, por ejemplo, a la patente de EE.UU. nº 5.525.706, cuyas descripciones completas se incorporan en la presente memoria como referencia. Se observa que la propiedad de la patente de EE.UU. nº 5.525.706 corresponde a Cargill Incorporated, de Minneapolis, Minnesota. Cargill Incorporated es también el cesionario de la presente solicitud.

Otras patentes publicadas que se refieren a polímeros de ácido láctico o lactida incluyen: las patentes de EE.UU. nos 5.444.113; 5.424.346; 5.216.050; la publicación europea nº 747065 A1; la publicación europea nº 723043 A2; la publicación francesa 2725731; y la publicación europea nº 637641 A1.

La incorporación de dicha tecnología en materiales fibrosos preferidos, especialmente en la generación de sustratos de fibra no tejida, es un foco de interés en la presente memoria.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un material fibroso que incluye una pluralidad de fibras que contienen polilactida, en concreto, un material fibroso tal y como se define en la reivindicación 1. Se observa que D2 describe un procedimiento para la preparación de tejidos a partir de fibras que contienen polímero de lactida, en el que un polímero basado en poli(ácido láctico) se funde, se somete a extrusión a través de una tobera de hilatura en filamentos, posteriormente se estira mediante un dispositivo de succión a una velocidad de succión entre 1.000 y 5.000 m/minuto y finalmente se le da la forma de una tela no tejida Esta publicación guarda silencio respecto a una concentración de lactida residual de menos de aproximadamente 0,5% en peso y a someter a las fibras a un procedimiento de formación de no tejidos de filamentos ("spunbond") a una temperatura en el intervalo de 200-250ºC. La pluralidad de las fibras que contienen polilactida se consideran fibras de bajo encogimiento o de alto encogimiento. La pluralidad de las fibras que contienen polilactida se consideran fibras de bajo encogimiento si proporcionan una propensión al encogimiento en agua en ebullición de menos de aproximadamente el 20%. La pluralidad de las fibras que contienen polilactida se consideran fibras con alto grado de encogimiento si proporcionan una propensión media al encogimiento de la fibra en agua en ebullición mayor de aproximadamente el 10% y un calor de fusión de menos de aproximadamente 25 J/g. La invención se refiere adicionalmente al uso del procedimiento de formación de no tejidos de filamentos para proporcionar fibras de bajo encogimiento en un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23. La invención se refiere también al uso de estas fibras en productos deseables.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 describe un procedimiento de hilatura por fusión.

La figura 2 describe un procedimiento de formación de no tejidos de filamentos.

La figura 3 muestra un procedimiento de soplado de microfibras.

La figura 4 muestra construcciones de fibras bicomponente (adaptadas por Hills, Inc).

La figura 5 es un gráfico que muestra el efecto de la velocidad del filamento sobre el encogimiento para una fibra de polilactida.

Las figuras 6 A-D son fotografías de fibras bicomponente lado a lado.

La figura 7 muestra el diámetro de la fibra como una función de la velocidad de contracción.

La figura 8 muestra la cantidad de cristalinidad como una función de la velocidad de contracción.

La figura 9 muestra la birrefringencia como una función de la velocidad de contracción.

La figura 10 muestra la cantidad de encogimiento como una función de la velocidad de contracción.

La figura 11 muestra la cantidad de cristalinidad como una función de la velocidad de contracción.

La figura 12 muestra la birrefringencia como una función de la velocidad de contracción.

La figura 13 muestra la cantidad de encogimiento como una función de la velocidad de contracción.

La figura 14 muestra la cantidad de cristalinidad como una función de la velocidad de contracción.

La figura 15 muestra la birrefringencia como una función de la velocidad de contracción.

La figura 16 muestra la cantidad de encogimiento como una función de la velocidad de contracción.

La figura 17 muestra los efectos de la reticulación.

La figura 18 muestra el porcentaje de encogimiento como una función de la velocidad de contracción.

La figura 19 muestra los efectos de la derivación sobre la birrefringencia.

La figura 20 muestra los efectos de la derivación sobre el porcentaje de encogimiento.

La figura 21 muestra la birrefringenia como una función de la velocidad de contracción.

La figura 22 muestra el encogimiento como una función de la velocidad de contracción.

Descripción detallada

La presente invención se refiere a tecnología de fibras y cómo se puede usar para desarrollar productos deseables. En particular, la presente invención se refiere a la preparación y uso de fibras que contienen el polímero polilactida para proporcionar características deseables en telas tejidas y no tejidas. Se apreciará que esta solicitud se refiere particularmente a cómo las fibras que contienen el polímero polilactida se pueden modificar para proporcionar propiedades deseables en productos finales no tejidos.

Las numerosas referencias en esta solicitud a "modificación" de fibras se pueden referir tanto a modificación química, modificación física, ambas, o alguna combinación de ambas, que debería ser evidente a partir del contexto de la discusión. Por modificación química, los inventores quieren significar que la química de la composición de la fibra o del polímero se puede ajustar mediante la incorporación o retirada de un ingrediente o componente. El ingrediente o componente puede ser un reactivo, agente de nucleación, aditivo, agente compatibilizante y similares, que puedan alterar una propiedad particular. Por modificación física, los inventores quieren decir que la composición de la fibra o del polímero se puede tratar físicamente de modo que aumente o disminuya una propiedad particular. Los ejemplos de modificación física incluyen, por ejemplo, alargamiento, estiramiento, endurecimiento, y templado. Como se discute con más detalle más adelante, el nivel de cristalinidad en una composición de polilactida se puede alterar mediante tanto una modificación química como una modificación física. Por ejemplo el nivel de cristalinidad proporcionado por un polímero de polilactida se puede aumentar reduciendo el componente del resto ácido R-láctico en el polímero, y se puede aumentar mediante una fuerza durante el hilado o estiramiento. Más adelante se describe la obtención de estas características, además de otras, para aplicaciones útiles.

Las fibras de la invención se pueden usar para proporcionar telas tejidas y no tejidas. Por simplicidad, las telas no tejidas se pueden denominar no tejidos. Se debe entender que en el contexto de la presente invención, "telas no tejidas" se refiere a telas preparadas a partir de fibras mediante un procedimiento distinto del tejido o tricotado. Las telas no tejidas de la invención incluyen telas preparadas mediante la deposición de fibras o filamentos de longitud larga, intermedia o corta. Las fibras largas se considera generalmente que son fibras continuas caracterizadas por una longitud mayor que la distancia entre la usada y el velo o guiahilos de hilado proporcionados durante el procesamiento del hilado. En efecto, la longitud de la fibra es al menos mayor de dos metros. Las fibras de longitud teóricamente discontinua se producen generalmente en operaciones de soplado de microfibras. Las fibras de longitud corta pueden tener una longitud desde aproximadamente 0,5 cm hasta aproximadamente 10 cm, y a menudo presentan una longitud menor de aproximadamente 5 cm. Las fibras intermedias pueden variar en longitud desde 5 cm hasta aproximadamente 10 m. De forma alternativa, las fibras de longitud intermedia se pueden caracterizar por tener una longitud de entre aproximadamente 5 m y 1 m. Además, las fibras o filamentos se pueden enredar, ligar, y similares. Además, las telas no tejidas se pueden incorporar como parte de un laminado u otra estructura que utilice de forma ventajosa las características de un no tejido. Un ejemplo de un tipo de laminado es un tejido SMS (es decir, no tejidos de filamentos-soplado de microfibras-no tejidos de filamentos).

El no tejido de la invención puede tener utilidad para aplicaciones en agricultura, en medicina, para la higiene, para filtración, como barrera, en industria, para no tejidos desechables y no perecederos. De particular importancia son las aplicaciones donde la biodegradabilidad puede combinarse de forma ventajosa con una función tejido o laminado para proporcionar la blandura, caída, propiedades de barrera, alargamiento, ajuste, confort, y similares, deseados. Entre los ejemplos de las telas no tejidas preferidas se incluyen los tejidos absorbentes y de transferencia de fluidos (tales como la capa de adquisición/distribución) que pueden usarse, por ejemplo, en productos para la higiene tales como pañales, bragapañales, artículos absorbentes femeninos, y similares; los tejidos de filtración y de barrera; tejidos que pueden usarse, por ejemplo, en aplicaciones médicas o industriales para prendas; aplicaciones de aislamiento; aplicaciones de relleno y carga incluyendo materiales para envasado; como un sustituto de la celulosa; y como vendajes para heridas. Las fibras pueden usarse también de forma ventajosa como fibras entrelazantes mediante el ligado con otras fibras, como por ejemplo en no tejidos, papel, hilos, y similares. Las fibras se pueden modificar para proporcionar las propiedades deseadas que pueden incluir capacidad de hilado, formación de velos, intervalo de ligado térmico, buena resistencia por ligado, estabilidad térmica-dimensional, blandura, caída, estabilidad a la radiación ionizante, resistencia, dureza, encogimiento diferencial y fibrilación. Esta solicitud explica la consecución de las propiedades deseadas para cualquier aplicación del producto dada. En otras palabras, esta solicitud describe cómo se pueden modificar las propiedades de las fibras que contienen polilactida para proporcionar productos finales deseados.

I. Materiales

En general, las fibras que se pueden proporcionar de acuerdo con la presente invención incluyen como al menos único componente, polilactida o poli(ácido láctico) (polilactida y poli(ácido láctico) se denominan en la presente memoria, de forma colectiva, polilactida o PLA). Por consiguiente, la invención se refiere al uso de polilactida en fibras o filamentos.

La invención contempla el uso de fibras o filamentos que contienen polilatida en materiales no tejidos. Las fibras o filamentos se pueden clasificar como fibras monocomponente o fibras multicomponente.

Las fibras monocomponente incluirán al menos una parte de polilactida. Las fibras multicomponente incluirán al menos un componente basado en polilactida y al menos un componente adicional que puede estar basado en polilactida o en un material distinto a la polilactida. En general, si las fibras multicomponente incluyen al menos un componente basado en PLA y otro componente basado en polilactida, se espera que los dos componentes polilactida tendrán propiedades diferentes que permitirán que el producto final tenga propiedades que no serían posibles de otro modo usando una fibra monocomponente basada en polilactida.

En general, la nomenclatura de polímeros a veces se refiere a los polímeros en función del monómero a partir del cual se sintetiza el polímero, y en otros casos caracteriza el polímero en función de la unidad más pequeña repetitiva encontrada en el polímero. Por ejemplo, la unidad más pequeña repetitiva en polilactida es el ácido láctico (en realidad restos de ácido láctico). Sin embargo, en los casos típicos, la polilactida comercial se fabricará mediante la polimerización del monómero de lactida, más que del ácido láctico. El monómero de lactida es, por supuesto, un dímero del ácido láctico. En la presente memoria, se pretende que los términos "poli(ácido láctico)", "polilactida", y "PLA" incluyan dentro de su alcance tanto polímeros basados en poli(ácido láctico) como polímeros basados en polilactida, usándose los términos indistintamente. Es decir, los términos "poli(ácido láctico)", "polilactida" y "PLA" no pretenden ser limitantes respecto a la manera en la que se forma el polímero.

El término polímero "basado en polilactida" o polímero "basado en poli(ácido láctico)" se refiere a polímeros de poli(ácido láctico) o de polilactida, así como a copolímeros de ácido láctico o de lactida, donde el polímero resultante comprende al menos un 50%, en peso, de unidades resto de ácido láctico repetitivas o de unidades resto de lactida repetitivas. En este contexto, el término "unidad resto de ácido láctico repetitiva" se refiere a la siguiente unidad:

1

En vista de la definición anterior, debe quedar claro que la polilactida puede referirse tanto a un polímero que contiene restos de ácido láctico como a un polímero que contiene restos de lactida. En la presente memoria, "unidad resto de lactida repetitiva" se refiere a la siguiente unidad repetitiva:

2

Debe apreciarse que la unidad resto de lactida repetitiva se puede obtener a partir de la L-lactida, D-lactida y meso-lactida. La L-lactida se estructura a partir de dos restos de ácido S-láctico; la D-lactida se estructura a partir de dos restos de ácido R-láctico; y la meso-lactida se estructura a partir de un resto de ácido S-láctico y un resto de ácido R-láctico.

Además, debe entenderse que el término "PLA" no pretende limitar una composición a una que sólo contenga polilactida o poli(ácido láctico) como el componente polimérico. Como se usa en la presente memoria, el término "PLA" abarca las composiciones que contienen un polímero que contiene la unidad resto de ácido láctico repetitiva descrita anteriormente en una cantidad de al menos el 50%, en peso, respecto a las unidades repetitivas totales en el polímero. Una composición de PLA puede incluir otros componentes combinados con el polímero conteniendo al menos el 50%, en peso, de unidades repetitivas de ácido láctico. En la mayor parte de las aplicaciones, se cree que el componente de la fibra que contiene polilactida será el material dominante. En general, se espera que al menos aproximadamente el 20% del componente estará comprendido por un material de polilactida. Preferiblemente, el componente incluirá al menos aproximadamente el 70% en peso de polilactida, y más preferiblemente al menos aproximadamente el 90% en peso de polilactida. Debe apreciarse que la cantidad de polilactida presente en un componente particular depende de la propiedad que se desee impartir a ese componente.

A. PLA (poli(ácido láctico) o polilactida)

Se preparan polímeros basados en PLA utilizables para la conversión a materiales fibrosos de acuerdo con las técnicas preferidas descritas en la presente memoria, a partir de la polimerización de lactida o de ácido láctico. En algunas aplicaciones, la polimerización puede ser copolimerización, estando el monómero de lactida o de ácido láctico copolimerizado con otro material. En algunos casos, el ácido láctico o lactato se puede polimerizar primero, haciendo reaccionar después la mezcla de polímero resultante, por ejemplo copolimerizada, con otro material con el fin de proporcionar alguna modificación deseada, por ejemplo relativa al peso molecular o polidispersión.

En el contexto de la presente invención, la referencia a fibras degradables incluye fibras compostables. Las fibras compostables son fibras que tienen al menos una parte que se romperá y formará parte de un compost después de someterlas a degradación física, química, térmica y/o biológica en un medio de biogasificación o de producción de compost de un residuo sólido. Como se usa en esta solicitud, un medio de biogasificación o producción de compost tiene un entorno específico que induce la degradación rápida o acelerada. En general en la presente memoria, las condiciones que proporcionan una degradación rápida o acelerada, en comparación con las condiciones de almacenamiento o condiciones de uso, se denominan condiciones de producción de compost.

Debe apreciarse que las fibras de la invención pueden ser total o parcialmente compostables, dependiendo de la cantidad de material compostable incorporado en las fibras. El componente compostable de las fibras debería ser compostable y biodegradable durante la producción de compost/biogasificación, o en suelo modificado con compost, a una velocidad y/o en un grado comparable al de los materiales de referencia conocidos tales como celulosa o papel. Esto significa, básicamente, que los componentes deberían ser degradables dentro de un marco temporal en el que los productos preparados a partir de los mismos, después del uso, se pueden reciclar mediante producción de compost y usarse como compost. Debe entenderse que ciertos materiales tales como hidrocarburos y otras resinas poliméricas incluyendo polietilenos, polipropilenos, polivinilos, poliestirenos, resinas de poli(cloruro de vinilo), resinas de urea formaldehído, resinas de polietileno tereftalato, resinas de polibutileno tereftalato, y similares no se consideran compostables o biodegradables para los propósitos de esta invención porque su degradación requiere mucho tiempo cuando se dejan solos en un entorno de producción de compost. La velocidad y el grado de biodegradación de materiales compostables se describe en detalle en la patente de EE.UU. 5.849.401.

Para el uso en la presente invención se prefieren particularmente los polímeros que contienen el resto ácido láctico debido a sus naturalezas hidrolizables y biodegradables. Una teoría de la degradación de los polímeros que contienen el resto ácido láctico es que ellos pueden degradarse mediante hidrólisis en grupos hidrolizables para dar moléculas de ácido láctico que son objeto de descomposición enzimática mediante una amplia diversidad de microorganismos. Debe apreciarse, sin embargo, que el mecanismo preciso de degradación no es una característica crítica de la presente invención. Más bien, es suficiente que uno reconozca que pueden ser útiles en la presente invención los polímeros que proporcionan una degradación rápida de forma similar para dar productos finales de origen natural. La patente de EE.UU. nº 5.142.023 concedida a Gruber y col., el 25 de Agosto de 1992, describe, en general, un procedimiento continuo para la preparación de polímeros de lactida a partir de ácido láctico. En las patentes de EE.UU. n^{os} 5.247.058; 5.247.059; y 5.274.073 concedidas a Gruber y col. se describen procedimientos relacionados para la generación de lactida purificada y para la creación de polímeros a partir de la misma. Debe apreciarse que se pueden utilizar polímeros seleccionados de estas patentes que presentan propiedades físicas adecuadas para uso en la presente invención. En general, se pueden usar en la presente invención polímeros de acuerdo con la patente de EE.UU. nº 5.338.822 concedida a Gruber y col., el 16 de Agosto de 1994 y la patente de EE.UU. nº 5.594.095 concedida a Gruber y col., el 14 de Enero de 1997. Los ejemplos de polímeros que contienen el resto ácido láctico que pueden usarse se describen en las patentes de EE.UU. n^{os} 5.142.023; 5.274.059; 5.274.073; 5.258.488; 5.357.035; 5.338.822; 5.359.026; 5.484.881; 5.536.807; y 5.594.095 de Gruber y col.. Los polímeros de polilactida que pueden usarse en esta invención están disponibles bajo el nombre comercial
EcoPLA^{TM}.

B. Propiedades ventajosas de la polilactida

En el contexto de la formación de fibras, es deseable proporcionar el polímero de polilactida con intervalos de peso molecular, índice de polidispersión (PDI), composición óptica, y estabilidad en estado fundido deseados. Debe apreciarse que cada una de estas propiedades puede ajustarse para una aplicación dada.

Las fibras spun-bond (sometidas a procedimiento de formación de no tejidos de filamentos) se preparan a partir de polilactida con un peso molecular medio numérico dentro del intervalo de 25.000 a 150.000. Preferiblemente, el peso molecular medio numérico se proporciona dentro de un intervalo de entre aproximadamente 45.000 a aproximadamente 105.000, más preferiblemente entre un intervalo de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 90.000. Se cree que el peso molecular medio numérico estará más preferiblemente en un intervalo de entre aproximadamente 55.000 y aproximadamente 75.000 para los procedimientos formación de no tejidos de filamentos y desde aproximadamente 75.000 hasta aproximadamente 90.000 para los procedimientos de hilatura por fusión. En los procedimientos de formación de no tejidos de filamentos o de hilatura por fusión debe apreciarse que el límite inferior del intervalo de peso molecular es generalmente función de la resistencia a la fusión y la resistencia a la tracción. El límite superior del intervalo de peso molecular se determina generalmente mediante consideraciones reológicas tales como la tasa de abatimiento, así como la caída de presión a través de la boquilla, y el deseo de no someter al polímero a procesos a temperaturas excesivamente altas.

El índice de polidispersión (PDI) del polímero de polilactida es generalmente una función de la derivación o reticulación y es una medida de la amplitud de la distribución del peso molecular. En la mayoría de las aplicaciones en las que se desea la polilactida cristalina, el PDI del polímero de polilactida debería encontrarse entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 3,5, y preferiblemente entre aproximadamente 2,0 y aproximadamente 3,0. Por supuesto, un aumento en el ligado o reticulación puede aumentar el PDI. Además, el índice de fluidez del polímero de polilactida debería encontrarse en intervalos preferidos, usando procedimientos de ensayo de fluidez ASTM convencionales, medidos a 210ºC con un peso de 2,16 kg. Para fibras de no tejidos de filamentos el índice de fluidez debería encontrarse entre aproximadamente 10 y 100, y más preferiblemente entre aproximadamente 25 y aproximadamente 75.

Los polímeros de polilactida preferidos para su uso en la formación de fibras son preferiblemente estables en estado fundido. Por esto, los investigadores entienden que el polímero de polilactida será relativamente estable a la reformación de lactida y despolimerización a las temperaturas alcanzadas durante el proceso de fusión. Con respecto a esto, se hace referencia a las descripciones relativas a la estabilidad en estado fundido proporcionadas por las patentes de EE.UU. n^{os} 5.338.822 y 5.525.706 y la patente de EE.UU. nº 6.114.485.

Además, se debe entender que las composiciones de polilactida estables en estado fundido preferidas incluyen preferiblemente una concentración de lactida de menos de aproximadamente un 2% en peso, más preferiblemente una concentración de lactida de menos de aproximadamente un 1% en peso, e incluso más preferiblemente una concentración de lactida de menos de un 0,5% en peso. Más preferiblemente, para asegurar propiedades de estabilidad en estado fundido, se prefiere que la concentración de lactida sea de menos de aproximadamente un 0,3% en peso. Además, se prefiere que el grado de generación de lactida durante el proceso de fusión, tal como a través de una extrusora, proporcione una generación de menos de aproximadamente un 2% en peso de lactida. Por supuesto, cuanto más estable en estado fundido sea el polímero de polilactida como resultado de los bajos niveles de lactida residual, menos se esperará que se genere lactida adicional durante el proceso de fusión. Por ello, se espera que para polímeros de polilactida estables en estado fundido, el proceso de fusión sólo generará menos de aproximadamente un 1% de lactida, e incluso más preferiblemente menos de aproximadamente un 0,5% en peso de lactida. Aunque puede ser importante una baja cantidad de lactida residual para mantener la estabilidad en estado fundido, se debe apreciar que se puede contar adicionalmente con aditivos adicionales para proporcionar estabilidad en estado fundido. En las patentes de EE.UU. n^{os} 5.338.822 y 5.525.706 y en la patente de EE.UU. nº 6.114.495 se describen ejemplos de aditivos. Se apreciará que varios de los ejemplos reflejan el uso de ácido tartárico como un estabilizante para los polímeros de polilactida. Se espera que ácidos carboxílicos adicionales funcionarán a la hora de potenciar la estabilidad del polímero de polilactida durante el procesamiento de fusión.

Los solicitantes descubrieron que las condiciones de formación de fibras son muy extremas, promoviendo la reformación de lactida y la degradación del peso molecular. Las condiciones en la extrusora a menudo exceden los 200ºC, y el área superficial generada durante la formación de fibras proporciona un aumento en el área de contacto entre el equipamiento y/o aire y la polilactida fundida comparado con la formación de películas o la formación por moldeado. Como resultado, las condiciones durante la formación de fibras favorecen la degradación del polímero.

Los solicitantes han descubierto que es ventajoso potenciar la estabilidad en estado fundido más allá de los requisitos para la estabilidad en estado fundido encontrados a menudo durante la formación de películas o formación por moldeado.

La sensibilidad de la polilactida a la hidrólisis proporciona en realidad una ventaja potencial para las fibras y artículos fabricados a partir de la misma. Si las condiciones se pueden hacer favorables para que tenga lugar la hidrólisis superficial de la fibra a medida que se va formando, o después de su formación, resultará una fibra o filamento que presente una funda de peso molecular inferior. La formación de esa funda tiene numerosas ventajas potenciales, tales como un ligado mejorado. Por ejemplo, se espera que una fibra monocomponente se pueda introducir en una atmósfera húmeda en condiciones que darán como resultado un nivel deseado de hidrólisis en la capa externa de la fibra. Se espera que la hidrólisis proporcionará una disminución del peso molecular de la polilactida en la superficie de la fibra, que se espera que produzca la temperatura de fusión de la superficie de la fibra. La fibra monocomponente resultante se puede denominar como una fibra pseudo-bicomponente.

C. Copolímeros

Los polímeros que contienen el resto ácido láctico incluyen los copolímeros y se preparan en general a partir de monómeros que incluyen ácido láctico, lactida, o una combinación de los mismos. Entre los polímeros que se consideran polímeros que contienen el resto ácido láctico se incluyen polímeros poli(lactida), polímeros poli(ácido láctico), y copolímeros tales como copolímeros aleatorios y/o de bloque de lactida y/o ácido láctico. Los componentes ácido láctico que se pueden usar para formar los polímeros que contienen el resto ácido láctico incluyen el ácido L-láctico y el ácido D-láctico. Los componentes lactida que se pueden usar para formar los polímeros que contienen el resto ácido láctico incluyen la L-lactida, la D-lactida y la meso-lactida. Un copolímero particularmente preferido incluye tanto el resto L-lactida como el resto D-lactida como comonómeros.

Aunque se prefiere la polilactida para proporcionar fibras de bajo encogimiento, se puede usar polilactida de viscosidad modificada. Dichos polímeros se describen con detalle en la patente de EE.UU. nº 5.359.026 y en la patente de EE.UU. nº 5.594.095. Los polímeros de polilactida de viscosidad modificada son importantes porque proporcionan características de procesamiento deseables tales como una viscosidad reducida y resistencia a la fusión aumentada.

Entre los polímeros de polilactida de viscosidad modificada particularmente preferidos se incluyen copolímeros de lactida y aceite multifuncional epoxidado como por ejemplo aceite de linaza epoxidado y aceite de soja epoxidado. En muchas situaciones, se prefiere que el polímero se prepare a partir de un 0,1 a 0,5% en peso de aceite multifuncional epoxidado y monómero de lactida fundido. Se pueden añadir catalizadores, y la mezcla se puede polimerizar entre aproximadamente 160ºC y 200ºC. El polímero resultante tiene preferiblemente un peso molecular medio numérico de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 105.000.

Se debe entender que aunque se pueden introducir en el polímero de polilactida muchos tipos diferentes de componentes o reactivos, la presencia de los mismos no les hace necesariamente unidades repetitivas. Evidentemente, la presencia de un componente o resto de los mismos a una concentración que corresponde a la presencia de unos pocos componentes o restos en una cadena polimérica no se está repitiendo, y el resto no será considerado como una unidad repetitiva.

Otros copolímeros preferidos incluyen copolímeros de PLA con otros polímeros biodegradables, especialmente poliésteres alifáticos. Un procedimiento preferido para formar los copolímeros sería a través de la interesterificación o acoplamiento en un procedimiento tras la polimerización, tal como la extrusión reactiva. Alternativamente, son posibles copolímeros de lactida y otros ésteres cíclicos, éster-éteres cíclicos, y éster-amidas cíclicos. Los comonómeros en este caso incluirían una lactida con morfolina-2,5-diona, dioxepan-2-ona, dioxanonas (tales como p-dioxanona), lactonas (tales como épsilon-caprolactona o 4-valerolactona), dioxan(diona)s (tales como glicólido o tetrametil-1,4-dioxano-2,5-diona), o éster-amidas (tales como morfolina-2,5-diona). Con respecto a los copolímeros, se puede hacer referencia a la discusión en la patente de EE.UU. 5.359.026. También, son posibles copolímeros de ácido láctico y otros hidroxi ácidos o poliésteres de bajo peso molecular terminados en ácido y/o hidroxi. Se prefieren los poliésteres alifáticos o poliéster-amidas.

D. Otros componentes

La composición de polímero de polilactida puede incluir componentes o aditivos adicionales incluyendo, plastificantes, modificadores de la reología, modificadores de cristalinidad, antioxidantes, estabilizantes, pigmentos, agentes de nucleación, compatibilizadores, y similares.

Plastificantes

Para la mayoría de los polímeros que contienen el resto ácido láctico, se cree que la temperatura de transición al estado vítreo se puede reducir hasta niveles deseables añadiendo un componente plastificante para proporcionar una concentración de aproximadamente 0,5 a 20% en peso del plastificante, basado en el peso de la composición del polímero. Generalmente, se debería incorporar una cantidad suficiente del plastificante para proporcionar una reducción deseada en Tg. Se cree que el nivel del plastificante debería estar por encima de al menos un 1% en peso, y más preferiblemente por encima de al menos un 2% en peso, para proporcionar suficiente flexibilidad y blandura. Por consiguiente, debería incluirse el plastificante para proporcionar un nivel de concentración de aproximadamente 1% al 10% en peso.

Se prefiere usar un plastificante que sea biodegradable, no tóxico, compatible con la resina, y relativamente no volátil. En particular, debido al gran área superficial de polímero expuesto durante la formación de las fibras, se desea proporcionar un plastificante que no se volatilice en un grado significativo. Los plastificantes más preferidos presentan una presión de vapor de menos de 1 mm de Hg (133,3 Pa) a 200ºC.

También pueden ser útiles en la presente invención plastificantes internos, que están ligados al polímero que contiene el resto ácido láctico. Entre los ejemplos de plastificantes que se pueden ligar al polímero se incluyen los epóxidos. Adicionalmente se pueden usar plastificantes que normalmente son sólidos a temperatura ambiente.

Agentes de nucleación

En una composición preferida, se pueden incorporar agentes de nucleación. Entre los agentes de nucleación se pueden incluir plastificantes seleccionados, minerales finamente divididos, compuestos orgánicos, sales de ácidos orgánicos e imidas y polímeros cristalinos finamente divididos con un punto de fusión por encima de la temperatura de procesamiento de la poli(lactida). Entre los ejemplos de agentes de nucleación útiles se incluyen talco, sal sódica de sacarina, silicato de calcio, benzoato de sodio, titanato de calcio, nitruro de boro, ftalocianina de cobre, polipropileno isotáctico, poli(lactida) de bajo peso molecular y polibutileno tereftalato.

Tratamientos superficiales

También pueden usarse los tratamientos superficiales para reducir el bloqueo o modificar el ligado, la capacidad para teñirse o la reactividad química. Dichos tratamientos incluyen la exposición de fibra fundida a tratamientos por flameado y de descarga corona en atmósfera hidrolítica que modifican las propiedades adhesivas, químicas o fraccionales de la fibra.

Para ciertas aplicaciones, es deseable para el tejido modificarlo para alterar las propiedades de transporte en agua. Pueden incorporarse agentes tensioactivos en el velo de la presente invención para aumentar las propiedades de transporte en agua.

Los tensioactivos que son útiles se pueden subdividir en agentes catiónicos, aniónicos y no iónicos. Con respecto a los compuestos catiónicos, la parte activa de la molécula consiste generalmente en un catión voluminoso que a menudo contiene un resto alquilo largo (por ejemplo una sal de amonio cuaternario, sal de fosfonio o sal de sulfonio) donde el grupo cuaternario puede aparecer también en un sistema de anillo (por ejemplo imidazolina). En la mayoría de los casos, el anión es el cloruro, metosulfato o nitrato que se origina a partir del proceso de cuaternización. En los compuestos aniónicos, la parte activa de la molécula en esta clase de compuestos es el anión, principalmente un alquil sulfonato, sulfato o fosfato, un ditiocarbamato o carboxilato. Los metales alcalinos a menudo sirven como cationes. Los agentes antiestáticos no iónicos son moléculas tensioactivas no cargadas de una polaridad significativamente inferior que los compuestos iónicos anteriormente mencionados e incluyen ésteres o éteres de polietilenglicol, ésteres de ácidos grasos o etanolamidas, mono- o di-glicéridos o aminas grasas etoxiladas. Los agentes tensioactivos anteriores pueden actuar también como agentes antiestáticos, que pueden ser deseables.

Pigmentos

Pueden añadirse también pigmentos, tintes o agentes colorantes según sea necesario. Entre los ejemplos se incluyen dióxido de titanio, arcillas, carbonato de calcio, talco, mica, sílice, silicatos, óxidos e hidróxidos de hierro, carbón negro y óxido de magnesio. El dióxido de titanio es útil como blanqueador y mejora la opacidad o "cubierta" de un velo, dando la apariencia de una distribución de filamentos mejorada.

Catalizadores

En la preparación de composiciones de polilactida de la presente invención, se cataliza la reacción de polimerización de lactida. Se han citado en la bibliografía muchos catalizadores para su uso en la polimerización de apertura del anillo de lactonas. Entre estos se incluyen, pero sin limitación: SnCl_{2}, SnBr_{2}, SnCl_{4}, SnBr_{4}, alcóxidos de aluminio, alcóxidos de titanio, alcóxidos de cinc, SnO, PbO, Sn(2-etilhexanoatos), Sb(2-etilhexanoatos) (a veces denominados octoatos), estearatos de Ca, estearatos de Mg, estearatos de Zn y tetrafenilestaño. Los solicitantes han ensayado también varios catalizadores para la polimerización de lactida a 180ºC, que incluyen: bis (2-etilhexanoato) de Sn (II) (disponible en el mercado en Atochem, con el nombre Fascat 2003, y en Air Products con el nombre DABCO T-9), diacetato de dibutilestaño (Fascat 4200®, Atochem), tris(2-etilhexanoato) de butilestaño (Fascat 9102®, Atochem), óxido de monobutilestaño hidratado (Fascat 9100®, Atochem), triacetato de antimonio (S-21, Atochem), y tris(etilen glicóxido) de antimonio (S-24, Atochem). De estos catalizadores, bis(2-etilhexanoato) de Sn (II), tris(2-etilhexanoato) de butilestaño y diacetato de dibutilestaño parecen ser los más eficaces.

Aceites para el acabado

Para algunas aplicaciones, puede ser útil aplicar tratamientos superficiales para proporcionar lubricidad en las fibras, cambiar la hidrofilicidad, alterar las características estáticas, modificar la apariencia de las fibras y finalmente afectar a la cohesión de las fibras. Un ejemplo de dichos tratamientos superficiales son los aceites para el acabado. Los aceites para el acabado pueden afectar las propiedades de las fibras anteriormente mencionadas, pero también afectan a los procesos de las fibras aguas abajo. Dichos procesos incluyen la fabricación de hilos y cardas. Entre los ejemplos de algunos de los aceites para el acabado que podrían usarse para PLA se incluyen estearatos u otros aceites patentados disponibles en el mercado.

E. Otros polímeros

Tal y como se discutió anteriormente, muchos tipos diferentes de polímeros se pueden combinar con polilactida y usar en la presente invención. De forma alternativa, se puede usar polímeros como otros componentes en fibras multicomponente que se discuten con más detalle más adelante. Entre los ejemplos de tipos de polímeros que se pueden combinar con polilactida o se pueden usar como componentes separados en una fibra multicomponente se incluyen poliolefinas, poliamidas, poliésteres aromáticos/alifáticos, incluyendo polibutileno tereftalato y polietileno tereftalato, y combinaciones de los mismos. Entre los tipos adicionales de polímeros que se pueden usar se incluyen composiciones de almidón desestructuradas, alcoholes polihídricos y derivados, derivados de hidroxipropil celulosa, ésteres de celulosa, poliésteres alifáticos biodegradables, éteres, uretanos, y poliésteres alifáticos-aromáticos biodegradables. Entre los ejemplos de composiciones de almidón desestructuradas se incluyen almidón en combinación con el alcohol etilen vinílico (EVOH) disponible como Mater-Bi en Novamont. Entre los ejemplos de alcoholes polihídricos y derivados se incluyen poli(alcohol vinílico) modificado con plastificantes apropiados, tales como, glicerol, etilenglicol, poli(alcohol vinílico) en combinación con poli(alquenoxi)acrilato que se encuentra disponible como VINEX en Air Products and Chemicals. Entre los ejemplos de derivados de hidroxipropil celulosa se incluye hidroxipropil celulosa celulosa no iónica éter, tal como el disponible como KLUCEL en Hercules. Entre los ejemplos de ésteres de celulosa se incluyen celulosa acetatos (Tenites disponible en Eastman e incluyendo propionatos y butiratos), celulosa acetato propionatos, y celulosa acetato butiratos. Entre los ejemplos de poliésteres alifáticos biodegradables se incluyen polihidroxi butirato (PHP), polihidroxi butirato-co-valerato (PHBV) disponible como BIOPOL, policaprolactano disponible como TONE en Union Carbide, polibutileno succinato disponible como Bionolle^{TM} serie 1000 de Showa, polibutileno succinato-co-adipato disponible como Bionolle^{TM} 3000 de Showa, poli(ácido glicólico) (PGA), diversas calidades de polilactida (PLA), polibutileno oxalato, polietileno adipato, poliparadioxanona, polimorfolinavionas, y polidioxepan-2-ona. Entre los ejemplos de éteres se incluyen óxido de polipropileno y copolímeros de óxido de polipropileno y óxido de polietileno y copolímeros de óxido de polietileno. Entre los ejemplos de policarbonatos se incluyen polietilen carbonato, polibutilen carbonato, y politrimetilen carbonato y sus derivados. Entre los ejemplos de uretanos se incluyen uretanos preparados con poliéster o éteres o mezclas de los mismos, o preparados a partir de poliésteres y uretanos para proporcionar poliéster uretanos alifáticos. Entre los poliésteres alifáticos-aromáticos biodegradables se incluyen polibutileno succinato-co-tereftalato disponible en Eastman, y BIOMAX de Dupont.

Entre los componentes adicionales que se pueden combinar con la PLA o utilizarse como otro componente de una fibra multicomponente se incluyen resinas termoplásticas, tales como, polímeros de hidrocarburos, poliésteres, poli(alcoholes vinílicos), poli(acrilonitrilo), ésteres de celulosa altamente sustituidos selectos. Entre los polímeros de hidrocarburos se incluyen polietileno, polipropileno. Entre los ejemplos de poliésteres se incluyen poliésteres aromáticos, tales como, polietileno tereftalato (PET) y polibutileno tereftalato (PBT).

Las combinaciones de PLA pueden ser también útiles para mejorar la adherencia del componente de PLA a un componente no-polilactida, tales como una poliolefina. Los materiales que son útiles como una "capa adhesiva" pueden ser útiles de esta forma.

Entre los polímeros que pueden usarse en la presente invención se incluyen PLA y polímeros basados en PLA, otros polímeros biodegradables o solubles en agua, tales como PVA, otros polímeros que contienen ácido láctico (por ejemplo poliuretanos basados en ácido láctico, policaprolactona (PCL), polipropiolactona, celulosa acetatos, polímeros que contienen glicólido (PGA), poliésteres degradables (alifáticos), polihidroxi propionato (o butilato, capreolato, heptanoato, valerato u octanoato), poliéster amidas, polímeros de diol alifáticos, ácidos dicarboxílicos alifáticos y aromáticos, y, cuando sea aplicable, copolímeros y combinaciones de los mismos.

Un ejemplo de polímero preferido es un homopolímero de polibutileno succinato vendido bajo el nombre comercial de Bionolle^{TM} 1000 y se encuentra disponible en Showa Highpolymer Co., Ltd.

El uso de compatibilizadores, la copolimerización parcial o transesterificación, el acoplamiento de extrusión reactivo, y otras técnicas pueden usarse para proporcionar combinaciones más compatibles.

II. Formación de fibras A. Procedimientos de formación de fibras

Las fibras de acuerdo con la presente invención se pueden preparar mediante formación de no tejidos de filamentos. Los procedimientos de formación de no tejidos de filamentos se consideran a menudo un tipo de hilatura por fusión. Una diferencia significativa es que el procedimiento de formación de no tejidos de filamentos implica el arrastre por aire para tirar de las fibras en lugar de los rodillos polea guía observado típicamente en los procedimientos de hilatura por fusión con la excepción de los procedimientos de Reemay^{TM} y Typar^{TM} que usan poleas guia para tirar de los filamentos, y aire para distribuir los filamentos dando un velo. En un sentido general, la hilatura por fusión se usa para proporcionar fibras más largas para tejidos y no tejidos. Entre las aplicaciones típicas para las fibras preparadas mediante hilatura por fusión se incluyen aplicaciones donde suponen una ventaja las fibras largas y los diámetros relativamente grandes. Entre los ejemplos de tipos de artículos se incluyen materiales textiles, materiales absorbentes, y materiales de transferencia o de imbibición por capilaridad. Las fibras preparadas mediante soplado de microfibras son, en contraste, generalmente de diámetro más fino pero están menos orientadas.

En este momento con referencia a la Figura 1, se proporciona un diagrama que muestra un procedimiento de hilatura por fusión convencional. Como se muestra, el aglomerado polimérico 50 se puede introducir en una tolva cerrada herméticamente o de humedad controlada 52 donde se introduce en una extrusora 54 para que tenga lugar la fusión y extrusión. La extrusora 54 extrude el polímero fundido a través de la bomba de medición 56 hacia una usada 58 que incluye una boquilla para el hilado o extrusión de las fibras del polímero 60. Las fibras del polímero o filamentos de hilatura se inactivan después mediante un sistema de inactivación 62 que se muestra como un sistema de inactivación con aire. Se pueden usar, por supuesto, sistemas de inactivación alternativos. La inactivación por aire provoca la solidificación de los filamentos de la hilatura, de forma que las fibras no se adhieran entre sí. Los filamentos de la hilatura 60 opcionalmente se hacen pasar sobre un rodillo lubricante 64 y sobre guiahilos de hilado 66 y finalmente hacia una bobinadora 68. Los guiahilos de hilado funcionan de forma que estiran las fibras, induciendo así tensión y controlando la velocidad de recogida de las fibras. El procedimiento de inducción de tensión potencia la formación de cristalinidad que es importante cuando se desea controlar, o reducir, el encogimiento de las fibras.

Un típico procedimiento formación de no tejidos de filamentos que puede ponerse en práctica de acuerdo con la presente invención se ilustra en la Figura 2. Debe apreciarse que el procedimiento de formación de no tejidos de filamentos puede ser bastante similar al procedimiento de hilatura por fusión representado en la Figura 1. El procedimiento de formación de no tejidos de filamentos implica generalmente la introducción de aglomerados 70 en una extrusora 72 cuando estos están fundidos y el procesamiento hacia un bloque de hilatura 74. El bloque de hilatura 74 incluye generalmente una boquilla o tobera de hilatura 76. La fuerza generada por la extrusora 72 suministra una presión de cabeza para alimentar una bomba de medición, que provoca que el polímero fundido fluya a través de la tobera de hilatura 76 en múltiples fibras 78. Las fibras 78 pasan a través de un atenuador de aire 80 (que puede ser una pistola de aire) que provoca la atenuación o inducción de las fibras 78. La atenuación de las fibras 78 crea tensión que, a su vez, induce la cristalización de las fibras. Debe apreciarse que el polímero fundido desde la extrusora puede pasar a través de una bomba de fusión para controlar la transferencia por capilaridad y la presión de la boquilla en el bloque de hilatura 74.

Una vez que las fibras 78 pasan a través de la pistola de aire 80, estas se disponen sobre una cinta 82 para formar un velo 84. La velocidad de la cinta 82 se determina mediante la velocidad de operación de la cinta transportadora 86. A medida que el velo 84 se separa de la cinta 82, generalmente pasa a través de una operación de ligado, tal como rodillos de grabado en relieve, para realizar un velo coherente. La operación de ligado puede incluir una calandra, estufa, bote calentado o cualquier número de técnicas de ligado térmico, mecánico, hidráulico o químico. El velo ligado 90 posteriormente puede alimentar a una bobinadora 92 para su recogida y almacenamiento.

Debe apreciarse que en el procedimiento de formación de no tejidos de filamentos, es deseable proporcionar fibras que sean de bajo encogimiento durante la operación de calandrado. Entre los diversos modos para ligar y/o entrelazar las fibras se incluyen generalmente, los medios químicos, mecánicos, hidráulicos y térmicos. Entre los ejemplos de medios químicos se incluye el uso de adhesivos u otros agentes químicos para crear un enlace entre las fibras. Entre los ejemplos de operaciones mecánicas se incluyen el punzonado por agujas, ligado mediante puntadas, y el hidroenredado. Entre los ejemplos de ligado térmico se incluyen fusión superficial de la fibra a través de conducción convectiva radiante o fuentes de energía sónicas. El ligado por rodillo/calandrado tradicional se consideraría una combinación de ligado mecánico (por presión) y térmico.

Se apreciará que aunque las figuras 1 y 2 muestran en general una extrusora sencilla, se pueden usar extrusoras múltiples particularmente en situaciones donde se deseen fibras multicomponente. Estos tipos de fibras se describen con más detalle posteriormente en esta solicitud. En la mayoría de las solicitudes anticipadas, se cree que se usarán dos extrusoras para proporcionar componentes separados en una fibra bicomponente. Además, debe apreciarse que cuando se habla de combinaciones de polímeros, la combinación puede tener lugar dentro de la extrusora. De forma adicional, la combinación puede tener lugar antes de la introducción de los aglomerados en la tolva o extrusora mediante un procesamiento aguas arriba adicional.

Las fibras de la presente invención se pueden preparar en numerosos tipos de aparatos. Los aparatos generalmente se pueden clasificar en tres categorías. Estas categorías incluyen velocidad del filamento lenta, velocidad del filamento media, y velocidad del filamento alta. La velocidad del filamento lenta generalmente incluye aparatos que trabajan a 500-1.500 metros por minuto. La velocidad media incluye generalmente aparatos que trabajan a de 1.500 a 2.500 metros por minuto. El equipamiento de velocidad alta normalmente trabaja a más de 2.500 metros por minuto, y preferiblemente a más de 4.000 metros por minuto.

Debe apreciarse que el diámetro del capilar describe el tamaño del tamaño del orificio de la tobera de hilatura. El diámetro preferido es de aproximadamente 0,2 mm a 1 mm, y un diámetro más preferido es de aproximadamente 0,3 mm a 0,8 mm para agujeros redondos dependiendo de la transferencia del capilar. Pueden usarse también agujeros no redondos, o agujeros perfilados. Entre los agujeros perfilados se incluyen trilobulares, multilobulares, con forma de cruz, girasol, huecos, y ejemplos adicionales mostrados en la figura 4.

Ahora respecto a la figura 3, se muestra un procedimiento de soplado de microfibras ilustrativo. En 100 se muestra una alimentación polimérica desde una extrusora. La alimentación polimérica, en forma fundida, pasa a través de la boquilla 102 y se induce mediante aire de alta velocidad 104. El aire de alta velocidad generalmente funciona como una boquilla rodeando el polímero fundido que fluye a través de la boquilla 102 provocando la atenuación del polímero fundido. Las fibras atenuadas 106 posteriormente se retiran de la superficie de la boquilla 108 por soplado. Un medio de enfriamiento secundario 110 (que puede ser aire, agua u otro gas) provoca la solidificación de las fibras atenuadas. Las fibras atenuadas 112 se recogen posteriormente sobre un tambor rotatorio 114.

El procedimiento de soplado de microfibras no induce generalmente mucha tensión sobre las fibras cuando se generan. Como resultado, se ejerce menos control sobre el grado de cristalización en las fibras.

B. Fibras monocomponente y multicomponente

En general, son de un interés primordial en esta solicitud dos tipos de fibras. El primer tipo de fibras incluye fibras monocomponente que son básicamente fibras fabricadas mediante la extrusión de una única composición. La composición puede basarse en un único polímero o una mezcla o combinación de dos o más polímeros, que pueden ser miscibles, semimiscibles o inmiscibles. En general, la sección transversal de una fibra monocomponente es relativamente consistente a lo largo de la longitud de la fibra. Pueden haber irregularidades que resultan de, entre otras cosas, la compatibilidad/incompatibilidad de los componentes de la composición. Sin embargo, la sección transversal de la fibra no proporciona la demarcación o discontinuidad encontrada, por ejemplo, en las fibras multicomponente. El segundo tipo de fibras incluye fibras multicomponente que se preparan generalmente mediante la extrusión conjunta de dos o más composiciones poliméricas para formar una única fibra que presenta al menos dos componentes. De esta forma, la sección transversal de una fibra multicomponente mostrará generalmente al menos dos componentes a lo largo de la longitud de la fibra. Además, las proporciones relativas de los componentes serán generalmente constantes.

Respecto a la figura 4, de Hills, Inc. de West Melbourne, Florida, se proporcionan ejemplos de construcciones de fibras bicomponente. Como se muestra, existen básicamente cinco tipos comunes de fibras multicomponente. Estos incluyen las fibras núcleo y funda, lado a lado, con punta, microdenier, y mixtas. Las fibras núcleo y funda son importantes porque el componente del núcleo puede proporcionar propiedades estructurales deseables mientras que el componente funda puede proporcionar características de procesamiento y/o características de color (pigmentación) o de ligado deseables. La construcción de funda y núcleo puede proporcionarse en cualquiera de las disposiciones mostradas en la figura 4, cuando se desee una disposición particular. En muchas aplicaciones, es deseable reducir la cantidad de material proporcionado en la funda cuando no sea necesario por razones estructurales. Se muestran también ejemplos de construcciones de la construcción lado a lado. La construcción lado a lado es particularmente ventajosa para proporcionar propiedades de encrespamiento o autorizado. En esta situación, uno de los componentes es más ondulable o se encoge más fácilmente que el otro componente a una temperatura de encrespamiento dada. Se cree que las diferencias en cristalinidad, temperatura de transición al estado vítreo, y orientación amorfa entre los diferentes componentes dan lugar a un encogimiento o encrespamiento diferencial en la fibra. Debe apreciarse que la construcción lado a lado es ventajosa cuando se desea proporcionar un tejido que presente un grado significativo de espesor. Entre los ejemplos de tipos de tejidos se podrían incluir tejidos para higiene y tejidos barrera, materiales de filtración, materiales de envasado, y aislamiento.

Otras construcciones de fibra menos comunes se muestran adicionalmente en la figura 4 (de Hills, Inc.). Se espera que las construcciones con punta puedan proporcionar el ligado, espesor, imbibición por capilaridad, textura u otras características confortables. Además, se cree que la construcción microdenier puede proporcionar la auto-fibrilación. Esto puede proporcionar fibras muy delgadas. Se debe entender que otras fibras fibrilables se pueden fibrilar usando procedimientos químicos, térmicos, mecánicos e hidráulicos. Además, como se muestra, las fibras se pueden mezclar y combinar en las proporciones deseadas para proporcionar propiedades ventajosas.

C. Encogimiento; generalidades

Generalmente, una propiedad de particular interés en el contexto de esta invención es el encogimiento. Existen generalmente dos tipos de encogimiento que son de interés primordial en esta solicitud. El primer tipo de encogimiento se puede denominar encogimiento de la fibra y se define como la longitud inicial de la fibra menos la longitud de la fibra después del tratamiento con calor, dividido entre la longitud inicial de la fibra, multiplicado por 100. El tratamiento con calor puede ser un ensayo con agua en ebullición o un ensayo con aire caliente.

Los ensayos con agua en ebullición para ensayar el encogimiento de las fibras se describen en ASTM D2102-90. Cuando este ensayo se lleva a cabo de acuerdo con la presente invención, se ha modificado para proporcionar un tiempo de ebullición de entre cinco y seis minutos. Los investigadores han descubierto que para las fibras de polilactida no existen generalmente diferencias apreciables entre el encogimiento después de cinco minutos y el encogimiento después de 15 minutos. El ensayo con agua en ebullición llevado a cabo de acuerdo con esta invención utilizó longitudes de fibra iniciales de aproximadamente 12 pulgadas (30,48 cm).

El segundo tipo de encogimiento se puede denominar encogimiento del tejido. El encogimiento en el tejido se registra en las dos direcciones principales, es decir, la dirección de la máquina y la dirección transversal. El encogimiento del tejido se determina y se presenta como el encogimiento en la dirección de la máquina y el encogimiento en la dirección transversal. Los valores se presentan por separado para cada dirección. El encogimiento en la dirección de la máquina se determina como un porcentaje midiendo la longitud inicial en la dirección de la máquina, restando la longitud final en la dirección de la máquina y dividiendo por la longitud inicial en la dirección de la máquina, multiplicando después por 100. El encogimiento en la dirección transversal se determina de forma similar. El encogimiento se puede realizar mediante un ensayo con agua en ebullición o un ensayo con aire caliente. El ensayo con agua en ebullición se lleva a cabo tal y como se describió anteriormente con respecto a los ensayos del encogimiento de la fibra. Es decir, el ensayo ASTM D2102-90 se lleva a cabo con la modificación del tiempo de ebullición a entre cinco y seis minutos.

Un ensayo con aire caliente se puede llevar a cabo para determinar el encogimiento cuando el material se sitúa en una estufa a una temperatura de 60ºC o 100ºC durante una hora. Se espera que los valores del encogimiento proporcionados mediante el ensayo con aire caliente a 100ºC deberían corresponder aproximadamente con los valores de encogimiento proporcionados mediante el ensayo con agua en ebullición. Los investigadores esperan además que el ensayo con aire caliente realizado a 60ºC proporcionaría menos encogimiento que el ensayo con agua en ebullición o el ensayo con aire caliente realizado a 100ºC.

En esta solicitud se discutirán con detalle dos tipos de fibras o componentes de fibras. El primer tipo incluye fibras estables o de bajo encogimiento. Estas fibras generalmente presentan un encogimiento de menos de aproximadamente un 15%, y preferiblemente menos de aproximadamente un 10%, y más preferiblemente menos de aproximadamente un 8% cuando se mide de acuerdo con el ensayo con agua en ebullición descrito anteriormente. De forma más preferible, se desea proporcionar fibras que presenten un encogimiento de menos de un 5%. La razón de esto es que las fibras más estables térmicamente proporcionan un producto o un componente del producto más estable dimensionalmente. Debería entenderse en general que los materiales de alto encogimiento pueden ser perjudiciales cuando se incorporan en otros componentes tales como, pañales, porque el encogimiento tendería a provocar la deformación del paño higiénico en condiciones de almacenamiento de altas temperaturas.

Debe entenderse que un foco primordial de esta invención es el uso de fibras de bajo encogimiento. Un hallazgo clave de esta invención es el descubrimiento de las condiciones que permiten o proporcionan la producción de fibras de bajo encogimiento, en particular, fibras de polilactida. La solicitud detalla de forma adicional la relación entre las propiedades de encogimiento de la fibra y otros parámetros incluyendo composición polimérica, peso molecular, grado de derivación o reticulación, presencia de aditivos incluyendo agentes de nucleación, y técnicas de inducción de tensión. Los investigadores han descubierto que las fibras de bajo encogimiento proporcionan ventajas de procesamiento superiores durante las operaciones de calandrado porque permite la provisión de un ligado térmico menos costoso mientras que se mantienen las dimensiones del velo.

El grado deseado de encogimiento de las fibras se relaciona con la aplicación que se pretende dar a la fibra. Por ejemplo, la operación de calandrado puede dar lugar a un producto final con menos encogimiento que la fibra original. Por lo tanto, pueden tolerarse fibras con un mayor encogimiento en un tejido que satisface los requisitos de encogimiento para una determinada aplicación de uso final. En otras palabras, las fibras con un mayor encogimiento se pueden usar para proporcionar tejidos de bajo encogimiento, aunque se pueden encontrar dificultades en el calandrado.

El segundo tipo incluye fibras de alto encogimiento. Las fibras de alto encogimiento mostrarán generalmente un grado de encogimiento mayor de un 10%. Los valores de alto encogimiento se pueden proporcionar mediante un procesamiento a velocidades del filamento que están por debajo de la velocidad crítica para establecer la cristalización. Esto da como resultado el alargamiento y la orientación de la fibra, pero no proporciona los entrecruzamientos físicos de cristalización para estabilizar la fibra térmicamente. De esta forma, se puede obtener una fibra de alto encogimiento.

El grado en que las fibras de PLA o polímeros basados en PLA se encogen, cuando se exponen al calor, se relaciona con el grado en que el procedimiento por el cual las fibras se forman generó una fibra completamente relajada. Un procedimiento preferido para la generación de una fibra de bajo encogimiento es fabricar fibras altamente cristalizadas y relajadas respecto a la tensión. Además, el encogimiento se ve afectado por la composición de la fibra. Otros factores que influyen sobre la presencia de tensión son el peso molecular, la distribución del peso molecular, la temperatura de fusión para el polímero, la tasa de estiramiento, la transferencia de masa, la tasa de inactivación, la orientación y la cristalinidad.

Un aspecto importante de la presente invención es la capacidad de controlar el encogimiento con el fin de alterar las propiedades finales en una aplicación dada. Cada tipo de encogimiento puede ser útil, dependiendo de la aplicación particular implicada. Se proporcionan en la presente memoria técnicas que se pueden usar para obtener de forma selectiva cada uno de ellos, según se desee. Se describe también la capacidad de controlar el encogimiento en niveles intermedios deseados. Como se muestra en las diversas figuras y ejemplos de esta solicitud, el uso de temperatura, la velocidad, y las variables de la composición polimérica tales como peso molecular, lactida residual, PDI, composición óptica y grado de derivación, proporcionan todos medios de obtención de un nivel deseado de encogimiento.

Los inventores han encontrado que, generalmente, los polímeros de polilactida que presentan un nivel de D-lactida bajo (y que corresponde a un nivel de L-lactida alto) cristalizarán a niveles inferiores de tensión en la línea de hilatura. Los niveles más bajos de D-lactida se corresponden con niveles de menos de aproximadamente un 5% de restos ácido R-láctico proporcionados a través de D-lactida o meso-lactida. Preferiblemente, el nivel de restos ácido R-láctico es menor de un 3%, y más preferiblemente menor de un 1% en polímeros basados en ácido S-láctico. La reducción en restos ácido R-láctico se corresponde con una disminución de la tensión en la línea de hilatura requerida para inducir un grado de cristalización similar. Además, los polímeros con bajo nivel de restos ácido R-láctico pueden obtener un mayor nivel de cristalinidad. La esencia de esto es proporcionar polímeros de polilactida que presenten una alta pureza enantiomérica. Esto puede proporcionarse mediante la provisión de un bajo nivel de restos ácido R-láctico o de un bajo nivel de restos ácido S-láctico. Aunque en el caso de un bajo nivel de restos ácido S-láctico, el componente principal del polímero puede ser difícil de obtener económicamente. Se anticipa que la fibra con mayor cristalinidad proporcionará un encogimiento de la fibra y un encogimiento del tejido menores.

También se ha encontrado que un polilactida lineal da como resultado un encogimiento final menor. El encogimiento final se caracteriza generalmente como el mínimo valor de encogimiento para cualquier velocidad del filamento alcanzable. Esto se describe con más detalle con referencia a los datos experimentales más adelante. Se ha encontrado que la derivación y la reticulación del polímero de polilactida afectan al encogimiento. Generalmente, la polilactida lineal es la que proporciona fibras que presentan el encogimiento final más bajo. Es decir, la derivación y la reticulación tienden a dar como resultado un mayor encogimiento final. Sin embargo, la derivación y la reticulación parecen aumentar la tensión en la línea de hilatura a una velocidad del filamento dada y por lo tanto tienen una menor velocidad para el comienzo de la reducción del encogimiento.

D. Cristalización; generalidades

Los polímeros pueden clasificarse generalmente en categorías de polímeros amorfos y polímeros semi-cristalinos. En la presente invención, una composición polimérica se considera semicristalina si exhibe una endotermia de fusión neta de más de 10 J/g de polímero cuando se analiza mediante calorimetría de barrido diferencial (DSC). Para determinar si una capa de composición polimérica es semi-cristalina, se puede ensayar en un calorímetro de barrido diferencial, tal como por Mettler. Los expertos en la técnica conocen los detalles de la realización de un ensayo de cristalinidad y se identifican en la patente de EE.UU. nº 5.536.807 de Gruber y col.. En condiciones específicas para el material polimérico que se está procesando, un polímero amorfo puede transformarse en un polímero semi-cristalino. La cristalización incluye el procedimiento de organizar espontáneamente cadenas poliméricas en una configuración ordenada.

Existen generalmente dos tipos de mecanismos para inducir la cristalización. Estos tipos incluyen cristalización en reposo y la inducida por deformación. La cristalización en reposo se inicia mediante una fuente de nucleación. Nucleación es el proceso que proporciona sitios o semillas para promover la formación y el crecimiento del cristal. Existen dos tipos de nucleación a los que se hace referencia a menudo, nucleación homogénea o nucleación heterogénea. La primera resulta espontáneamente de un sobreenfriamiento mientras que la última se inicia por una segunda fase en el sistema polimérico. Estos núcleos heterogéneos que constituyen esta segunda fase pueden ser impurezas, residuos de una fusión incompleta o agentes de nucleación. Los factores que se sabe que influyen en la cinética de la cristalización en reposo son la temperatura, el grado de nucleación y la estructura del esqueleto polimérico.

Para los polímeros de polilactida en general, los inventores han encontrado que la cristalización es más rápida a temperaturas en el intervalo de 85ºC y 115ºC. En general, la polilactida es un polímero de cristalización bastante lenta. Como resultado, es particularmente deseable inducir la cristalización mediante la aplicación de una tensión en la línea de hilatura extrema o posterior estiramiento y templado. Para las operaciones de hilatura por fusión, se prefieren las relaciones de estiramiento de más de dos. Se proporciona el límite superior en la relación de estiramiento para no romper el filamento. En general, sin embargo, se desean mayores relaciones de estiramiento para proporcionar fibras de bajo encogimiento. Para las fibras producidas a altas velocidades de hilado, que ya están altamente orientadas, una relación de estiramiento de menos de 2 puede ser el límite.

El otro mecanismo de cristalización es la cristalización inducida por deformación que es el resultado de alinear mecánicamente las cadenas poliméricas en una o más direcciones. La orientación molecular de los polímeros es un fenómeno importante que afecta intensamente a la estructura del polímero. El grado de cristalinidad está intensamente influenciado por la velocidad, la relación y la temperatura de estiramiento. Por ejemplo, la cantidad de cristalinidad inducida en una fibra de PLA durante el hilado dependerá en gran medida de la temperatura de fusión, de la velocidad del filamento, de la relación R/S del polímero, de la transferencia, el grado y el tipo de derivación o reticulación, de la presencia de aditivos y de la temperatura de inactivación.

A bajas velocidades del filamento, se espera que prevalezca la estructura globular. En otras palabras, la cristalización inducida por deformación no se espera que proporcione cantidades significativas de cristalización hasta que se proporcionen velocidades del filamento mayores. Las mayores velocidades del filamento reemplazarían gradualmente esta estructura por una estructura cristalina de cadena extendida, que resulta de una orientación y cristalización inducidas por deformación. En algunos casos, se forma una estructura shish-kebob debido al crecimiento cristalino lamelar que se origina sobre una estructura cristalina de cadena extendida.

En una realización preferida de esta invención, las fibras de bajo encogimiento se producen generando niveles altos de cristalinidad inducida por deformación. Los inventores han encontrado que esta cristalinidad se puede desarrollar usando una combinación de temperaturas de fusión menores, velocidades del filamento mayores, polímero de alta pureza enantiomérica y alto peso molecular. Controlando cualquier número de estos factores, se podría proporcionar una fibra de bajo encogimiento. También están disponibles las técnicas posteriores a la formación del filamento para controlar el encogimiento, incluyendo el estiramiento/alargamiento y el templado.

E. Birrefringencia; generalidades

La birrefringencia es una medida de la diferencia del índice de refracción paralelo y perpendicular al eje de la fibra y es un indicador de la orientación total en la fibra. Todo lo que se enuncia a continuación puede contribuir a la birrefringencia medida total en una fibra: cristalinidad inducida por tensión, polímero amorfo orientado, y tensión sobre polímero amorfo. En general, la birrefringencia se puede medir mediante un procedimiento compensador usando un microscopio de polarización cruzada en combinación con un compensador para medir el retardo y el diámetro de la fibra permitiendo el cálculo de la birrefringencia. Básicamente, la birrefringencia (magnitud adimensional) se calcula como el retardo del compensador (nm) dividido por 1000 y dividido además por el diámetro de la fibra
(micrómetros).

La birrefringencia es una medida importante para la presente invención porque ayuda a determinar la orientación total de la muestra. Además, justificando el porcentaje de cristalinidad, una medición de la birrefringencia permite la determinación de la orientación de la región amorfa de un polímero.

Debido a que la birrefringencia es una técnica no invasiva para medir una propiedad importante de una fibra, se espera que se puede usar durante la formación de fibras para permitir que los técnicos controlen adicionalmente el procedimiento del hilado de la fibra para proporcionar el producto fibra deseable. Como demuestran ciertos ejemplos, a medida que la velocidad de la fibra aumenta mientras que otros parámetros permanecen relativamente constantes, la birrefringencia primero aumenta y después pasa a través de un máximo y comienza a descender. Los solicitantes han encontrado que en esta región de disminución de la birrefringencia, con la velocidad en aumento, se pueden producir fibras de bajo encogimiento. Las fibras producidas en esta región de disminución de la birrefringencia generalmente presentarán un encogimiento correspondiente al encogimiento final. Los valores de birrefringencia, mantenidos en el intervalo de aproximadamente 0,017 a aproximadamente 0,012 proporcionarán fibras que presentan un encogimiento de menos de aproximadamente un 15%, para la parte de la curva en la que la birrefringencia disminuye al aumentar la velocidad.

Para algunas condiciones de operación es posible fabricar fibras de bajo encogimiento sin que disminuya la birrefringencia al aumentar la velocidad. Los valores de birrefringencia de más de 0,010 producen generalmente fibras con encogimiento de menos de aproximadamente un 20%. Los valores de birrefringencia de más de aproximadamente 0,012 producen generalmente fibras con un encogimiento de menos de aproximadamente un 15%. Los valores de birrefringencia de más de aproximadamente 0,015 producen generalmente fibras con el menor encogimiento obteniéndose valores de menos de un 12%.

F. Tenacidad; generalidades

En la tecnología de las fibras, la tenacidad se considera una medida de la resistencia a la tracción de una fibra. La medición de la tenacidad es particularmente importante en situaciones donde es importante la resistencia de las fibras. Dichas aplicaciones incluyen bramantes, hilos multifilamento, hilos parcial y totalmente orientados, tejidos estructurales, y no tejidos. La tenacidad se mide típicamente en máquinas de ensayo de tracción tales como un equipo Instron de ensayo de la tracción. La tenacidad generalmente dependerá del grado de orientación y la cristalinidad de la fibra. En aplicaciones donde se desean fibras de alta tenacidad, se cree que deberían proporcionarse valores de tenacidad de más de 1,5 gramos/denier. Son preferibles valores de tenacidad de más de aproximadamente 3 gramos/denier y los más preferibles son los valores mayores de aproximadamente 5 gramos/denier. En general, como la tenacidad aumenta al aumentar la orientación, también aumenta al aumentar la cristalinidad. Por lo tanto, las fibras de bajo encogimiento tenderán a presentar una mayor tenacidad.

Aunque generalmente es cierto que la tenacidad aumentará y el encogimiento disminuirá al aumentar la tensión en la línea de hilatura, los solicitantes han encontrado que el control de la composición óptica proporciona una separación de estos dos efectos. En otras palabras, para obtener una tenacidad elevada, puede ser deseable una pureza óptica menor. Por ejemplo, esto se puede correlacionar con una pureza óptica de entre un 2% y un 4% de unidades de ácido R-láctico con el fin de conseguir una elevada tenacidad. Para obtener un bajo encogimiento, son deseables purezas ópticas de menos de un 2% de restos ácido R-láctico, aunque se puede conseguir un bajo encogimiento con más polímero que contenga más de un 2% de restos ácido R-láctico con la aplicación apropiada de estiramiento, templado y relajación de la fibra.

Los investigadores esperan que los polímeros con niveles mayores de restos ácido R-láctico se puedan estirar adicionalmente sin una cristalización excesiva. Esta mayor relación de estiramiento da como resultado una mayor tenacidad.

G. Fibras monocomponente

Tal y como se discutió anteriormente, las fibras monocomponente son fibras fabricadas por extrusión de una única composición. La composición puede incluir un único polímero o una mezcla o combinación de dos o más polímeros así como otros aditivos. Las fibras monocomponente a menudo se forman mediante una única alimentación composicional. Por el contrario, las fibras multicomponente se forman a partir de al menos dos alimentaciones composicionales. Las dos composiciones posteriormente se juntan y forman una única fibra. En la mayoría de las aplicaciones donde se desean fibras monocomponente, generalmente es ventajoso proporcionar fibras de bajo encogimiento.

1. Provisión de fibras de bajo encogimiento

Como se discutió anteriormente, las fibras de bajo encogimiento son deseables generalmente desde el punto de vista de la provisión de tejidos que exhiben estabilidad dimensional a lo largo de un intervalo de condiciones de manipulación y almacenamiento. Se ha encontrado que el encogimiento puede controlarse mediante el equilibrio entre el efecto de potenciación de la orientación molecular y el efecto de estabilización de cristalinidad. Con el fin de proporcionar fibras de bajo encogimiento, es importante proporcionar una cantidad significativa de cristalinidad. Generalmente, esto se corresponderá con una cantidad de cristalinidad de más de 20 J/g, y más preferiblemente más de 25 J/g. Debe apreciarse que este valor de calor de fusión se proporciona sobre una base de polilactida.

Se puede observar a partir de los ejemplos 1 y 2 de esta solicitud que para las fibras de polilactida, se ha encontrado que la cristalinidad y orientación del filamento generalmente aumentan con (a) el aumento de la velocidad de contracción; (b) la disminución de la temperatura de fusión; (c) la disminución de la transferencia de masa en estado fundido; y (d) el aumento en el peso molecular y la polidispersión. Además, se ha encontrado que la combinación de resinas con diferente peso molecular no produce generalmente un encogimiento reducido dentro del intervalo de condiciones señaladas en el ejemplo 1. Sin embargo, la selección cuidadosa de los componentes de la combinación combinada con un mezclado íntimo de los componentes puede producir resultados diferentes. Además, se ha encontrado que la reticulación reduce la velocidad de hilado necesaria para obtener cristalinidad y una caída importante en el encogimiento, pero puede dar como resultado un mayor encogimiento final a velocidades de hilado mayores.

Se ha encontrado que la polilactida lineal proporciona el encogimiento final más bajo a altas velocidades de hilado. Se ha encontrado que la resistencia a la tracción, el módulo de Young y el límite de elasticidad aumentan con el aumento de la velocidad de hilado hasta un valor máximo y después disminuyen en cierta medida a velocidades de hilado mayores. Además, se ha encontrado que el alargamiento hasta la rotura aumenta primero con la orientación y la velocidad de hilado, alcanza un valor máximo y después disminuye mientras que la cristalinidad y la orientación aumentan adicionalmente.

Se ha encontrado también que la temperatura de fusión y la transferencia en estado fundido afectan a la cristalinidad y la orientación de las fibras de PLA que, a su vez, afectan al encogimiento de las fibras. Generalmente, las fibras con un encogimiento de menos de aproximadamente un 20% tendrán cristalinidad con un exceso de 20 J/g. Para producir fibras con un encogimiento de menos de aproximadamente un 15% se requerirá generalmente cristalinidad con un exceso de 25 J/g.

A una transferencia en estado fundido constante, cuanto menor sea la temperatura de fusión menor será la velocidad a la que el encogimiento alcanza su mínimo. Cuando la temperatura de fusión se mantiene constante el encogimiento alcanza su mínimo más pronto para una transferencia en estado fundido menor.

Por supuesto, las variaciones en la composición afectarán también los resultados. Se cree que el peso molecular y la microestructura molecular tendrán efectos significativos en el desarrollo de la cristalinidad, la orientación y el encogimiento en los filamentos hilados por fusión.

El ejemplo 1 se realizó para (a) determinar el intervalo de condiciones bajo las cuales una resina de polilactida típica puede hilarse; y para (b) caracterizar los filamentos producidos. El ejemplo evalúa el comportamiento de encogimiento de los filamentos hilados y evalúa la influencia de las variables del proceso sobre la cantidad de encogimiento.

El propósito del ejemplo 2 es demostrar el efecto de la reticulación, derivación y la proporción de la combinación sobre la cantidad de encogimiento. Generalmente, la reticulación, derivación, y la mezcla de PLA de diferente peso molecular afectan a la orientación y cristalinidad que a su vez afectan al encogimiento. A una transferencia de masa y una temperatura de fusión constantes, un mayor contenido de entrecruzamientos da como resultado una mayor tensión en la línea de hilatura para una velocidad de contracción dada que claramente tiende a acelerar el proceso de cristalización en la línea de hilatura. Además, la reticulación disminuye la velocidad a la que el encogimiento alcanza su mínimo, aunque el encogimiento más bajo que se puede alcanzar (encogimiento final) es todavía relativamente alto.

Un menor contenido de derivación (más lineal) reduce el encogimiento final. En la figura 20, el polímero 2g que muestra el menor contenido de derivación, alcanzó el menor valor de encogimiento de un 7%. De esta forma, un mayor peso molecular y un menor contenido de derivación se espera que proporcionen mejores propiedades de encogimiento.

Entre los factores adicionales que probablemente tiene efecto sobre las propiedades de la fibra se incluyen el uso de agentes de nucleación y la tacticidad. Se espera que los agentes de nucleación crearán cristalización más pronto en la línea de hilatura. Anteriormente se han descrito ejemplos de tipos de agentes de nucleación y también se describen en la patente de EE.UU. nº 5.525.706. Se cree en general que la nucleación facilita la cristalización. En el caso de la hilatura, se cree que la cristalización tendría lugar a una temperatura de polímero superior. En otras palabras, la cristalización tendría lugar más cerca de la tobera de hilatura. Además, se espera que el tamaño del dominio cristalino sea menor puesto que habría muchos más dominios cristalinos.

Una ventaja esperada para facilitar la cristalización a una temperatura polimérica mayor es la capacidad de reducir la carga de inactivación. La razón de esto es que el polímero se transforma en sólido a una temperatura mayor. Además, se espera que se pueda proporcionar un estiramiento más uniforme mediante el uso de agentes de nucleación, y que la proporción máxima de estiramiento será mayor. En general, se espera que un agente de nucleación proporcionará cristales más pequeños y más numerosos. Se espera que esto dé como resultado un ensanchamiento de la ventana del ligado, y una captación en la boquilla más uniforme.

Se espera que los agentes de nucleación puedan usarse para llevar a cabo la estabilidad térmica y de encogimiento. Se anticipa que se puede proporcionar establidad térmica potenciada a una velocidad de fibra menor. Como el nivel de la D-lactida está aumentado en una composición de PLA, generalmente es necesario hilar más rápidamente el polímero y proporcionar una inactivación más fría.

Aunque las propiedades del polímero, tales como peso molecular, composición óptica y grado de derivación o reticulación afectan a los procesos de formación de las fibras, los solicitantes han encontrado los siguientes intervalos generalmente útiles para la producción de fibras de bajo encogimiento mediante la hilatura por fusión. Estos intervalos incluyen, a lo largo o en combinación, transferencia de 0,3-3 G/min/capilar; peso molecular medio numérico dentro del intervalo de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 100.000; una temperatura dentro del intervalo de 200ºC a 250ºC; y una velocidad de fibra dentro del intervalo de 1.000 a aproximadamente 10.000 m/min. Debe apreciarse que la velocidad máxima de la fibra se determinará mediante la rotura de la fibra, y que el intervalo indicado en la presente memoria representa el pico en la curva de birrefringencia frente a velocidad.

2. Provisión de fibras de alto encogimiento

La presente invención se refiere adicionalmente a la producción de fibras de alto encogimiento a partir de polilactida. Se cree que las fibras de alto encogimiento pueden proporcionar propiedades beneficiosas en ciertas aplicaciones. Generalmente, las fibras de polilactida de alto encogimiento proporcionarán un valor de calor de fusión de menos de aproximadamente 25 J/g. Con respecto a esto, la figura 5 muestra una típica relación que los investigadores han observado entre el encogimiento en el punto de ebullición y la velocidad del filamento o fibra. La cristalización de las fibras de polilactida se puede prevenir usando un polímero con una menor pureza enantiomérica.

La caracterización de si una fibra es de alto encogimiento o de bajo encogimiento, depende, por supuesto, de la aplicación para la que se pretende usar. En ciertas aplicaciones, una fibra se puede considerar de bajo encogimiento mientras que en otras aplicaciones, se puede considerar de alto encogimiento.

Como se observa en general en las figuras 7-20, un alto encogimiento se corresponde con una baja cristalinidad, y tiene lugar en un punto anterior al máximo (si lo hay) en la curva de birrefringencia frente a velocidad.

Aunque esta sección trata principalmente de las fibras monocomponente, se apreciará que las fibras de alto encogimiento son de interés particular en relación con las fibras multicomponente, y en particular en relación con las fibras bicomponente lado a lado. La razón de esto es que controlando el encogimiento relativo de los componentes en una fibra bicomponente, es posible controlar el encrespamiento y el espesor.

H. Fibras multicomponente

Se pretende que las fibras multicomponente de la invención proporcionen ventajas para una aplicación dada que no están disponibles a partir de las fibras monocomponente. Estas ventajas pueden referirse a características del producto tales como el espesor, blandura y propiedades de volumen; características de procesamiento tales como temperaturas de fusión similares, velocidades del filamento superiores, y reducción en la inactivación. Los beneficios secundarios pueden realizarse mediante mejoras en una o más de estas características, por ejemplo, un encrespamiento mejorado puede mejorar la cohesión del velo dando como resultado de esta forma un cardado y procesamiento del hilo mejorados. De esta forma, el uso de fibras multicomponente proporciona la capacidad de impartir múltiples propiedades deseables para las fibras, filamentos y artículos fibrosos compostables o al menos parcialmente compostables. Las propiedades que son imposibles, difíciles o no económicas de producir en fibras monocomponente se pueden conseguir mediante la combinación de polímeros en una geometría estructurada respecto a la sección transversal del filamento. Los componentes de la fibra se pueden seleccionar en función de sus propiedades individuales y halagadoras, como se describe en la presente memoria.

Las fibras multicomponente se caracterizan generalmente por tener una sección transversal estructurada. En otras palabras, la estructura o configuración global de la sección transversal es relativamente consistente a lo largo de la longitud de la fibra. En el caso de una fibra funda/núcleo, una sección transversal de la fibra revela una fase de funda y una fase de núcleo. En el caso de una fibra multicomponente lado a lado, las proporciones relativas de cada material lateral que contribuye es relativamente consistente. Debe apreciarse que cada uno de los componentes de una fibra multicomponente puede incluir una única composición polimérica o una combinación de composiciones poliméricas. En el caso de composiciones poliméricas combinadas, la combinación puede ser miscible (una única fase), semi-miscible, o inmiscible con fases discontinuas o co-continuas. Esto es similar a la situación discutida anteriormente con respecto a las fibras monocomponente donde la fibra monocomponente puede incluir una combinación de polímeros que exhiben fases discontinuas o co-continuas.

Las construcciones más comunes de fibras multicomponente incluyen la construcción funda/núcleo y la construcción lado a lado. Se pueden proporcionar adicionalmente diversos híbridos y modificaciones de estos dos tipos de construcciones. Dichas construcciones pueden incluir los nombres círculo segmentado, islas-en-mar, y similares, y pueden describirse, por ejemplo, mediante la figura 4.

La fibra multicomponente de la presente invención incluye al menos un componente que es PLA o está basado en PLA. Los solicitantes han descubierto numerosas ventajas a la incorporación de PLA o de un componente basado en PLA en la fibra multicomponente. Varias de estas ventajas se discuten más adelante en detalle.

El encrespamiento de las fibras multicomponente se puede controlar a través de un encogimiento diferencial de dos PLA o un polímero de lactida que presentan una velocidad de cristalización, y/o temperatura en el comienzo y/o grado de cristalinidad y/o morfología cristalina diferentes: configuración lado a lado o asimétrica. Por ejemplo, usando una PLA de alto "D" y bajo "D".

La resistencia y el ligado de las fibras multicomponente se puede controlar. Por ejemplo, una configuración funda-núcleo que usa como componente de la funda un polímero degradable de ligado superior o fusión inferior en combinación con un núcleo de un polímero con propiedades de tensión superiores y/o temperatura de relajación superior y/o velocidad de relajación menor.

La característica de bajo encogimiento puede ser ventajosa. Por ejemplo, una configuración funda-núcleo que usa un componente de la funda apropiado para el ligado, a pesar de tener posiblemente una pobre estabilidad térmica- dimensional, en combinación con un núcleo térmicamente estable. Por ejemplo, una polilactida de alta pureza enantiomérica se puede usar para un núcleo de bajo encogimiento y estable térmicamente y una polilactida de baja pureza enantiomérica (amorfa) se podría usar para proporcionar una funda térmicamente ligable. A la inversa, una PLA de bajo módulo, tal como una que presente una baja pureza enantiomérica, u otro polímero que presente un bajo módulo se puede situar en el núcleo para proporcionar una fibra con una menor rigidez, características percibidas por el tacto, caída, o blandura mejoradas, mientras la funda proporciona un ligado aceptable y una baja pegajosidad. Otros polímeros, tales como la policaprolatona o Bionolle^{TM} se pueden usar también como una funda.

Las propiedades fibrilables se pueden ajustar mediante la selección de polímeros biodegradables o solubles cuyos dominios se disocian durante o después del hilado, o después del tratamiento, y producen una estructura que contiene microfibras o un denier mixto.

La degradabilidad de las fibras multicomponente se puede controlar a través del control del grado de cristalinidad y/o de la morfología cristalina o a través del control de la composición.

A continuación se proporciona una lista parcial de documentos que describen fibras biodegradables que se podrían usar en la presente invención: la patente de EE.UU. nº 5.525.706; la publicación europea 637 641 A1; la patente de EE.UU. nº 5.437.918; y la patente de EE.UU. nº 5.010.145.

A continuación se proporciona una lista de documentos de patente que describen generalmente procedimientos de formación de fibras bicomponente:

La patente de EE.UU. nº 3.595.731 de Davies y col.; la patente de EE.UU. nº 3.382.305 de Breen; la patente de EE.UU. nº 4.211.816 de Booker y col.; la patente de EE.UU. nº 4.361.609 de Gerlach y col.; la patente de EE.UU. nº 4.381.335 de Okamoto y col.; la patente de EE.UU. nº 4.420.534 de Matsui y col.; la patente de EE.UU. nº 4.473.617 de van Leeuwen y col.; la patente de EE.UU. nº 4.477.516 de Sugihara y col.; la patente de EE.UU. nº 4.830.904 de Gessner; la patente de EE.UU. nº 5.308.697 de Muramoto y col.; la patente de EE.UU. nº 5.336.552 de Strack y col.; y el documento EPO486 934 A2 de Yousuke.

La superioridad sobre la técnica anterior dependerá de las combinaciones y configuraciones poliméricas específicas. Se cree que el beneficio general yace en la combinación de biodegradabilidad y propiedades de procesamiento tales como excelente hilatura, formación de velos y ligado en combinación con las propiedades del filamento y del tejido, tales como estabilidad témica-dimensional, blandura, caída, estabilidad a la radiación ionizante, resistencia, alargamiento, dureza, encogimiento diferencial, fibrilación y combinaciones de las mismas.

En el caso de las fibras bicomponente de poliolefina/PET o poliolefina/poliolefina, u otros filamentos y tejidos bicomponente no biodegradables, la ventaja obvia es la biodegradabilidad en combinación con un amplio intervalo de propiedades comercialmente viables.

En el caso de las configuraciones de fibras monocomponente fabricadas a partir de polímeros biodegradables, las ventajas son numerosas aunque dependientes de la combinación específica de polímeros y sus configuraciones.

Los materiales biodegradables bicomponente ofrecen una vía para el uso global reducido de los aditivos, en particular aquellos que afectan a las propiedades superficiales, tales como, tensioactivos o agentes hidrófobos, y pigmentos (pigmentos en la funda, núcleo sin pigmento). Mediante la adición del agente a la funda o componente externo, se pueden usar niveles menores para conseguir un comportamiento equivalente.

1. Características de comportamiento mejoradas para las construcciones funda/núcleo

Las PLA y las composiciones basadas en PLA pueden usarse ventajosamente como el componente funda en una construcción funda/núcleo. Tal y como se indica en los ejemplos 5 y 6, el uso de PLA en el componente funda puede dar como resultado velocidades de hilado mejoradas en comparación con el uso de polietileno tereftalato o polipropileno como el componente funda. Además, se pueden proporcionar requisitos de inactivación reducidos. Como resultado, esto reduce la cantidad de aire frío necesario para inactivar la fibra.

Debe entenderse que en los procesos limitados por inactivación, es posible aumentar la transferencia usando PLA en el componente de la funda. En comparación con un monocomponente de polipropileno, el punto de adherencia se puede reducir mediante el uso de PLA en la capa de la funda. Como se describe en el ejemplo 3, el punto de adherencia se puede reducir desde 30,5 cm (12 pulgadas) en el caso del polipropileno, el punto de adherencia se puede reducir a 20,3 cm (8 pulgadas) mediante el uso de una funda de PLA.

Como se muestra en el ejemplo 3, la sustitución de PLA por PET como el componente de funda con un núcleo compuesto por polipropileno da como resultado la habilidad para hilar a transferencias por capilaridad inferiores, de esta forma, se pueden hilar filamentos de denier inferiores. A transferencias por debajo de aproximadamente 0,6 g/min-cap, los filamentos con funda de PET se rompieron a diámetros entre aproximadamente 15 y 19 micrómetros, mientras que los filamentos con funda de PLA no se rompieron a transferencias por capilaridad tan bajas como de 0,1 g/min-cap y diámetros de filamento tan bajos como de aproximadamente 8 micrómetros. Típicamente, un denier fino incluye fibras por debajo de 10 gramos por 9000 metros, y más preferiblemente por debajo de 3 gramos por 9000 metros.

2. El uso de PLA en el núcleo

El uso de PLA como el componente del núcleo en una construcción funda/núcleo proporciona varias ventajas. Generalmente, cuando se procesan dos componentes más en una fibra multicomponente, es deseable que se esté por debajo de 10ºC de diferencia en la temperatura óptima entre las dos composiciones poliméricas. Los polímeros se pueden mantener a temperaturas separadas cuando cada uno está en su propia extrusora, pero una vez que están en contacto en una boquilla, la temperatura que se debe mantener en la boquilla es la temperatura requerida por el polímero con la mayor temperatura de procesamiento. Como resultado, el polímero con una menor temperatura de procesamiento debe calentarse a la mayor temperatura lo cual puede tener efectos perjudiciales tales como la degradación, oxidación, reticulación, carbonización, etc. Las poliolefinas se procesan idealmente a una temperatura en el intervalo de 210-240ºC. El poliéster basado en tereftalato, en contraste, se procesa óptimamente a temperaturas de al menos 280ºC. Por consiguiente, cuando se proporcionan la poliolefina y el poliéster como componentes separados en una fibra multicomponente, existe al menos una diferencia de temperatura de 40ºC entre las temperaturas de procesamiento ideales. La PLA es ventajosa como un sustituto del poliéster (PET) porque proporciona una temperatura de procesamiento óptima de entre aproximadamente 220-230ºC, dependiendo del peso molecular de la PLA. Esta temperatura óptima es mucho más cercana a la temperatura de procesamiento de las poliolefinas.

Una ventaja adicional del procesamiento de una composición polimérica en la capa del núcleo a una temperatura más fría es que probablemente impondrá menos requisitos sobre el sistema de inactivación. De esta forma, para los procesos limitados por inactivación, el uso de PLA en el núcleo puede aumentar la transferencia. Además, se espera que la temperatura de procesamiento menor en la boquilla aumente la longevidad de la boquilla. Una ventaja aparente adicional del procesamiento a una menor temperatura es la reducción en el gasto de energía.

Se espera que el uso de PLA orientada y cristalina en la capa del núcleo pueda potenciar la estabilidad térmica de la fibra.

El núcleo generalmente es la parte estructural de la fibra. La funda se proporciona generalmente con el propósito del ligado con otras fibras. Como resultado, puede ser deseable proporcionar el componente de la funda tan pequeño como sea posible. También, el componente de la funda puede ser ventajoso para proporcionar propiedades de tinción, resistencia a la abrasión, retardo de la llama, transporte de humedad, hidrofilia, hidrofobia, estabilidad frente a UV, etc.

Debe quedar claro que una construcción funda/núcleo se puede proporcionar con PLA como el componente del núcleo y una PLA diferente como el componente de la funda. Una ventaja en esta memoria es que la fibra entera puede ser biodegradable.

3. Construcción multicomponente lado a lado

El uso de la construcción lado a lado puede ser ventajosa cuando se deseaproporcionar en cada uno de los componentes velocidades de encogimiento o encrespamiento diferentes.

En el caso de una construcción multicomponente lado a lado con PLA al 100%, un componente puede incluir un bajo porcentaje de D-lactida o meso-lactida y el otro componente puede incluir el polímero de PLA con un alto porcentaje de D-lactida o meso-lactida. Se espera que un alto porcentaje en el polímero de D-lactida o meso-lactida proporcionaría más encogimiento cuando se expusiera al calor. Otra ventaja del uso de una construcción lado a lado con PLA al 100% es que la fibra puede considerarse auto-encrespable.

Un ejemplo de construcción lado a lado puede incluir polipropileno como un componente y PLA como otro componente. Se espera que esta construcción lado a lado sea auto-encrespable. La PLA, en una construcción tal, ofrece una ventaja respecto al uso de PET porque puede activarse a una temperatura menor que el PET. Como resultado, puede ser posible proporcionar un tejido que tenga un espesor igual o mejor mediante el uso de PLA con un menor coste de energía y a una velocidad más rápida. Las fotos proporcionadas en las figuras 6(a)-(d) muestran los encrespamientos en las fibras tratadas térmicamente.

I. PLA como una fibra entrelazante 1. PLA: Sustituto de CoPET

Los polímeros de lactida pueden usarse como sustitutos de bajo coste de los copoliésteres. Los copoliésteres tales como el copoliéster de DuPont: Merge 3991 (DMI al 40%, 0,653IV) y Merge 3946 (DMI al 17%, 0,653IV) o el copoliéster de EMS: Grilene D1352G (IPA al 40%), se usan como filamentos "cohilados" con PET o como un componente de un sistema de fibra bicomponente o multicomponente. En ambos casos la función del coPET es unir los otros filamentos conjuntamente.

A. Filamentos cohilados

Los filamentos normalmente son hilados a partir de la misma tobera de hilatura como filamentos compuestos por diferentes polímeros. Aunque los dos de más tipos de filamentos se extruden a partir de la misma tobera de hilatura, cada capilar extrude solamente una composición de polímero. Por el contrario, un filamento bicomponente tiene dos de más composiciones poliméricas extrudidas a partir del mismo orificio del capilar.

No tejidos de filamentos

El copoliéster generalmente es cohilado con PET mediante el procedimiento de formación de no tejidos de filamentos Reemay® de BBA. Los filamentos de copoliéster son hilados conjuntamente con filamentos de PET. Los filamentos se entremezclan de forma suficiente de forma que cuando el velo cohilado se introduce en una unidad de ligado, el coPET de menor punto de fusión se vuelve pegajoso o se funde dando como resultado la adherencia de los filamentos de PET en un velo coherente. El espesor, la resistencia, el alargamiento, la caída y otras numerosas propiedades del tejido se controlan mediante la selección del material y de las condiciones de procesamiento apropiados.

Hilo/tejidos

En el caso de la fabricación de hilos de filamento cortado o continuo, los filamentos coPET de menor punto de fusión cuando se combinan con otros filamentos se podrían usar para calentar una torsión de hilo determinada, o un volumen de hilo o una textura después de la texturización por chorro de aire. Los hilos de tapicería y alfombras podrían poseer de forma concebible propiedades únicas tales como elasticidad, resistencia al desgaste, y de manipulación mediante la selección de la PLA apropiada (la temperatura de fusión o ligado se determina mediante el porcentaje de D, MW, MWD, y derivación), condiciones de procesamiento y cantidad.

Fibra cortada

En el caso de la fibra cortada, el coPET puede ser hilado con otros polímeros o por sí mismo, después puede ser estirado, encrespado y cortado para forma una fibra cortada. La fibra cortada puede después combinarse con otras fibras o directamente cardarse en velos para ligarse térmicamente (mediante calandrado, por aire a través, bote de vapor, aire caliente-cuchilla, sónico, IR) para producir materiales para envasado no tejidos. Alternativamente, la fibra puede cardarse o disponerse por aire, después puede enredarse usando cualquier número de procedimientos incluyendo el punzonado por agujas o atadura por hilado. El velo enredado puede posteriormente ser tratado térmicamente para formar enlaces. Un ejemplo es aquel de un forro de maletero usado en los automóviles. Típicamente no tejidos o fieltros punzonado por agujas se forman térmicamente con la forma de un artículo tal como un maletero de coche. Cuando el sustrato se enfría por debajo del punto de reblandecimiento del polímero adhesivo, el artículo entonces retiene la forma del molde.

Deposición en húmedo

En el caso de una fibra cortada, el coPET puede hilarse con otros polímeros o por sí mismo, posteriormente estirarse y cortarse de forma que la fibra sea adecuada para procedimientos de disposición en húmedo (fabricación de papel). La fibra sintética actúa no sólo como un refuerzo del sustrato de celulosa, sino que también actúa como ligante - añadiendo rigidez, reduciendo la pelusa y similares.

Soplado de microfibras

El copoliéster podría ser "co-soplado" con PET, PBT u otros poliésteres o polímeros. La idea sería para proporcionar un agente de ligado con menor punto de fusión con el polímero matriz. Controlando la proporción del copoliéster con el polímero matriz se podría conseguir un intervalo de propiedades deseables. Una cantidad suficiente de coPET permitiría la laminación del velo sometido soplado con velos adicionales para formar estructuras de material compuesto y laminados. La mayoría de las estructuras no tejidos de filamentos-soplado de microfibras-no tejidos de filamentos utilizan el calandrado para llevar a cabo el ligado. Con una cantidad suficiente de coPET en el procedimiento de soplado de microfibras y/o en el procedimiento de formación de no tejidos de filamentos, la estructura entera podría consolidarse usando ligado por aire a través o con un bote de vapor, proporcionando una estructura de barrera con un mayor espesor, capacidad de filtración, confort, respirabilidad, resistencia, alargamiento y caída, por nombrar algunas.

B. Bicomponente

En contraste con los filamentos cohilados, el coPET puede usarse como uno de los componentes de las fibras bicomponente o multicomponente y artículos fabricados a partir de ellas. El hecho de tener el polímero adhesivo presente continuamente a lo largo de la superficie del filamento y soportado por otros componentes en ese filamento puede ser ventajoso respecto al enfoque tradicional del cohilado o de la fibra entrelazante. Aunque el enfoque es diferente, los usos finales son muy similares. Freudenberg, Hoechst y otros producen no tejidos a partir de fibras bicomponente compuestas de PET y coPET. Las fibras bicomponente pueden usarse también en productos textiles e hilos, productos no tejidos dispuestos por aire, cardados o dispuestos en húmedo, o productos sometidos a procedimientos de formación de no tejidos de filamentos y a soplado de microfibras. Las fibras o velos descritos anteriormente pueden usarse también en combinación con cualquier número de otros sustratos para formar nuevos laminados y estructuras de material compuesto.

C. Fibra entrelazante

De forma alternativa a las fibras cohiladas o bicomponente o multicomponente, las fibras entrelazantes se pueden producir solas a partir de coPET, y posteriormente mezclarse o combinarse con fibras o sustratos para servir como un ligante. Las fibras entrelazantes pueden usarse también en productos textiles e hilos, productos no tejidos dispuestos por aire, cardados o dispuestos en húmedo. Las fibras o velos descritos anteriormente pueden usarse también en combinación con cualquier número de otros sustratos para formar laminados y estructuras de material compuesto novedosos.

Un uso de las fibras entrelazantes de coPET es adherir las fibras de pasta dispuestas por aire en una matriz coherente que se usa para aislamiento.

III. Usos de materiales

Los materiales y técnicas descritos en la presente memoria pueden usarse para fabricar una variedad muy amplia de telas de no tejidos, para uso en una variedad de productos todavía más amplia. Es una ventaja que los materiales descritos en la presente memoria se puedan convertir en tejidos mediante una diversidad de técnicas de fabricación de tejidos. Como resultado, los materiales preferidos pueden incorporarse, con el fin de sacar provecho, en muchos tejidos y muchos productos finales.

En general, las telas de no tejidos que usan materiales descritos en la presente memoria se pueden preparar usando cualquiera de las tres técnicas generales siguientes para la preparación de no tejidos: técnicas de fabricación de tejidos, técnicas de fabricación de papel; y procedimientos de fabricación por extrusión. Además, pueden usarse procedimientos híbridos o de combinación.

En general, la tecnología o los sistemas textiles incluyen garnetting, cardado, y la formación aerodinámica de la fibra en velos orientados preferencialmente. Los tejidos producidos mediante estos sistemas comprenden generalmente no tejidos dispuestos en seco. Los tejidos o estructuras fibrosas se fabrican con maquinaria usada en la industria de fibra cortada, que manipula fibras formadas previamente en el estado seco. La tecnología textil incluye también estructuras formadas a partir de una estopa de fibras y tejidos compuestos de fibras cortadas ligadas mediante filamentos o hilos cosidos.

En general, los procedimientos de tipo papel incluyen técnicas de disposición en seco y técnicas de disposición en húmedo modificadas diseñadas para suministrar fibras durante más tiempo que la pasta de papel y diferentes a la celulosa. Estos tejidos (no tejidos dispuestos en seco o dispuestos en húmedo) se fabrican con la maquinaria procedente de la industria de desfibrado de pasta (molinos de martillos) y la industria de formación de papel (impulsando la pasta sobre mallas). Dicho equipamiento se diseña generalmente para manipular fibras relativamente cortas que están suspendidas en fluidos.

Los procedimientos o sistemas de tecnología de extrusión incluyen técnicas de formación de no tejidos de filamentos, soplado de microfibras y sistemas de película porosa. Dichos tejidos incluyen películas sometidas a formación de no tejidos de filamentos, a soplado de microfibras, películas texturizadas y con aberturas. Algunas veces a estos tejidos se les denomina genéricamente tejidos o no tejidos "dispuestos por polímero". Los tejidos se producen con maquinaria asociada con la extrusión polimérica (hilado de fibras, moldeado de películas o revestimiento por extrusión).

En general, independientemente de la tecnología usada para preparar el tejido, las variables principales en el asunto de la fabricación son: selección y preparación de la fibra; formación de velo; consolidación de velo (ligado); y el acabado.

Las técnicas de formación de velos se discutieron en general anteriormente. La selección de fibra se discute en otra parte en la presente memoria, donde se describen las composiciones preferidas. La consolidación del velo o ligado es el proceso por el cual las fibras o materiales fibrosos se enganchan para proporcionar la integridad o resistencia de la estructura del tejido. Entre los diversos tipos de ligado se incluyen por ejemplo: sistemas de ligado por vía mecánica, ligado por cosido, enfurtido por aguja, punzonado por agujas, atado mediante hilatura, atado por chorro, hidroenredado, con aberturas, ligado químicamente, ligado con resina, ligado con látex, ligado con polvo, ligado por impresión, saturado, ligado por pulverización, ligado con espuma, espumajeado, ligado térmico, ligado puntual y soldado ultrasónico o disposiciones de ligado. Estas técnicas diversas se pueden usar con sistemas de acuerdo con la presente descripción, con el fin de sacar provecho.

El procedimiento de acabado incluye cortar el tejido a la anchura deseada, bobinar el tejido en forma de rodillo o ponerlo en forma para su manipulación, y tratar de la superficie del tejido, si se desea, químicamente o mecánicamente para conseguir las propiedades deseadas.

La tabla siguiente, incorporada de "Nonwoven Fabric Primer and Reference Sampler", Inda, Association of the Nonwoven Fabrics Industry, 1992, remarca los tres sistemas básicos de fabricación, tipos de selección y preparación de fibras usados en cada uno de ellos, técnicas de formación de velos usadas en cada uno de ellos, técnicas de consolidación de velos usadas en cada uno de ellos, y técnicas de acabado usadas en cada uno de ellos, en aplicaciones típicas. Pueden incorporarse materiales de acuerdo con la presente invención en estos sistemas diversos con el fin de sacar provecho, tal y como se describe en la presente memoria.

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En general, en los procedimientos de tipo textil, la fibra se fabrica previamente, y después se incorpora en el procedimiento textil para la generación del material no tejido deseable, usando las diversas técnicas de esa industria como se describió anteriormente. Los productos que pueden formarse a partir de no tejidos fabricados mediante procesamiento de tipo textil: diversos medios de filtración; medios adsorbentes tales como toallitas y apósitos médicos; diversos tipos de almohadillas o acolchados tales como los usados en las industrias de muebles del hogar (cama, mantas, soporte de alfombras, tejidos de decoración, tapicería, etc.), zapatos u otras estructuras acolchadas, o ropas. En estos tipos de productos, son importantes a menudo la durabilidad, estabilidad dimensional, elasticidad, espesor y propiedades físicas similares de los tejidos.

En algunas industrias, una característica de comportamiento clave que se desea en el textil no tejido es la operación como una barrera para fluidos, por ejemplo, en ropas médicas. En dichas industrias además de las propiedades como una barrera para fluidos, pueden ser importantes las propiedades que permiten la esterilización del sustrato.

Las capacidades y tendencias de imbibición por capilaridad pueden ser importantes cuando el medio se usa como parte de una construcción adsorbente (o absorbente), por ejemplo, para rodear un adsorbente (o absorbente).

Cuando el tejido se usa como una materia prima cobertora, propiedades como la resistencia, tendencias al encogimiento por calor, porosidad y permeabilidad son de la mayor importancia.

Se puede usar también un procesamiento del tipo del papel para fabricar un amplia variedad de productos de fibras de acuerdo con la presente descripción. De la misma forma que con el procesamiento de tipo textil, en el procesamiento de tipo papel, las fibras formadas previamente se aplican generalmente mediante el equipamiento que fabrica el papel para formar el producto. Se fabrican típicamente productos dispuestos en húmedo, pero también es posible el procesamiento de disposición en seco. Se pueden introducir junto con las técnicas descritas en la presente memoria variaciones para conseguir una resistencia a la humedad, estabilidad dimensional, absorbencia (o adsorbencia) y espesor deseables. Los productos que pueden fabricarse usando dicho procesamiento incluyen, por ejemplo, sustitutos de la fibra de celulosa o materiales de papel en productos tales como: bolsas de té; ropa para uso quirúrgico; medios de filtración del aire; toallas absorbentes y toallitas; y como componentes en ropas.

En general, el procesamiento de extrusión se puede llevar a cabo para formar fibras continuas a partir de los materiales descritos en la presente memoria. Estas técnicas serán particularmente importantes en la formación de una diversidad de productos de hilado flash, productos de no tejidos de filamentos o productos del soplado de microfibras. Los productos de uso final que incorporan dichos materiales incluirían: prendas de protección; geotextiles; materias primas cobertoras; medios de filtración; componentes para techar; soportes de alfombras; y adsorbentes de fluidos (o absorbentes). Por ejemplo, una materia prima cobertora podría estar rodeando adsorbentes en materiales tales como pañales, productos de incontinencia en adultos, y lechos adsorbentes oleosos y productos para la higiene femenina. La materia prima cobertora puede usarse en láminas secantes para encerrar los ingredientes activos.

Las diversas características de comportamiento a obtener para dichos materiales dependerán por supuesto del uso final. Generalmente tales propiedades como la resistencia, porosidad, y estabilidad dimensional serán las principales características de interés.

Los sistemas híbridos o de combinación permiten la combinación de dos o más sistemas de fabricación para producir estructuras especializadas. Por ejemplo, materiales tales como polvos o aglomerados pueden incorporarse en la matriz de la fibra. Un tejido puede fabricarse mediante una combinación tejido/lámina para conseguir las propiedades deseables de ambos, en un laminado. Por ejemplo, puede construirse un sistema laminado de fibras sometidas a un procedimiento de soplado de microfibras y fibras sometidas a un procedimiento de formación de no tejidos de filamentos con el fin de sacar provecho de: la relativamente alta resistencia del tejido sometido al procedimiento de formación de no tejidos de filamentos y las propiedades de barrera o absorción del tejido sometido a soplado de microfibras.

Los procedimientos híbridos, o procedimientos de combinación, se aplicarán de una diversidad de formas. Por ejemplo, los laminados de fibra de no tejido en película pueden ser muy útiles como ropas para uso quirúrgico, debido a las propiedades de barrera adsorbentes del material no tejido, o como cubierta exterior del pañal donde la película proporciona una barrera frente a líquidos y el no tejido proporciona una estética de tipo textil. Un laminado de doble cara, que comprende un medio para las características de absorción y otro para las características de contención podría usarse como un apósito para heridas.

Una combinación SMS (procedimiento de formación de no tejidos de filamentos - procedimiento de soplado de microfibras - procedimiento de formación de no tejidos de filamentos) podría usarse en prendas médicas como una barrera frente a fluidos o como una barrera frente a bacterias. Esta aplicación se usaría de manera que las capas de no tejidos de filamentos proporcionarían resistencia e integridad y la capa sometida a soplado de microfibras proporcionaría el nivel deseado de protección o las propiedades de barrera deseadas.

Los materiales se pueden incorporar también en laminados elásticos, con el fin de proporcionar un mejor ajuste y confort a artículos tales como pañales, máscaras faciales, o prendas del cuarto de limpieza.

En muchas de las aplicaciones descritas anteriormente, la estabilidad dimensional a lo largo de un intervalo de temperaturas será una característica deseada del material no tejido. Técnicas descritas en la presente memoria con el fin de obtener un bajo encogimiento por calor se pueden aplicar para formar fibras usadas en las diversas técnicas de formación de los materiales descritas anteriormente.

Las características de espesor son importantes en muchos de los productos descritos anteriormente. El espesor se puede mejorar mediante técnicas descritas en la presente memoria referentes, por ejemplo, a: uso de las características de encogimiento por calor para generar encrespamiento, especialmente en sistemas multi-componente; o, propensión al encrespamiento inducido mecánicamente. Por ejemplo, con el propósito de sacar provecho, pueden emplearse formulaciones de polilactida que se auto-encresparán tras la aplicación de calor, en tejidos en los que se desea un alto espesor.

Cuando las características de resistencia son importantes, será típicamente deseable el control de la cristalinidad o de la composición óptica. De esta forma, se puede proporcionar a los niveles deseados la tenacidad del producto final o de las fibras individuales. Cuando es importante la absorción (o adsorción), generalmente son importantes factores tales como el área superficial de la fibra en el acabado superficial y del no tejido. Las técnicas generales descritas en la presente memoria se pueden aplicar con respecto a esta variable.

Las propiedades de filtración de un no tejido típicamente se refieren al tamaño de la fibra, área superficial y porosidad del medio, entre otros factores. Las técnicas descritas se pueden usar en una diversidad de aplicaciones para facilitar las aplicaciones de filtración.

Ejemplos Ejemplo 1 Procedimiento de hilatura por fusión, comparativo

Se proporcionó una composición de polilactida con un peso molecular medio numérico de 93.000, peso molecular medio ponderado de 212.000, un índice de polidispersión de 2,28, con un 0,9% de D-lactida, Mz de 369.000, Mz+1 de 562.000, Mz/Mw de 1,74, un 0,7% de lactida residual, y 2,3% de oligómeros. La composición de polilactida se sometió a hilatura por fusión.

La hilatura se llevó a cabo usando una extrusora Forne. La fibra se arrolló de dos maneras: (a) usando un dispositivo de abatimiento por arrastre de aire y (b) usando una bobinadora. La bobinadora se usó para velocidades de hilado menores de 1500 m/min en el caso de los experimentos sistemáticos descritos más adelante. Todos los experimentos usaron una tobera de hilatura de cuatro agujeros. Las velocidades de contracción se calcularon a partir de la ecuación de continuidad y los valores medidos de la transferencia de masa y el diámetro de filamento final. La densidad se estimó a partir de los valores de las densidades cristalina y amorfa reseñadas en la cristalinidad medida y en la bibliografía. Las densidades cristalina y amorfa de la polilactida se han proporcionado como 1,290 y 1,248 g/cm^{3}, respectivamente. Véase E.W. Fischer, H.J. Sterzet y G. Wegner, Kolloid - Z.U.Z. Polymers, 251, 980 (1973). Se usaron un intervalo de temperaturas de extrusión y de transferencias de masa. Estos se describen en los resultados. Es importante resaltar, sin embargo, que las transferencias de masa indicadas son el total de los cuatro filamentos hilados. Los filamentos se hilaron en aire estático, ambiental; esta es una inactivación menos severa que la que es probable en cualquier procedimiento comercial. La longitud de la línea de hilatura era aproximadamente de 3 m. Las muestras se recogieron y almacenaron en bolsas de plástico con un desecante para mantener las condiciones de sequedad antes de un ensayo adicional.

El encogimiento por agua en ebullición de los filamentos se midió de acuerdo con el procedimiento discutido anteriormente.

La cristalinidad se midió mediante la técnica DSC a una velocidad de calentamiento de 20ºC/minuto. Después de alcanzar el pico de Tg se observa una cristalización "fría" si la muestra no es altamente cristalina cuando se introduce en el DSC. Esta cristalización "fría" se observa como un pequeño pico exotérmico o una depresión en la curva. Todos los cristales, incluyendo aquellos que estaban presentes en la muestra inicial y aquellos que se formaron en el DSC durante la cristalización "fría", posteriormente se funden en las proximidades de 165ºC. Por lo tanto, la cristalinidad de la fibra antes del calentamiento es la cristalinidad total, medida mediante la endotermia de fusión, menos la cristalinidad desarrollada en el DSC durante el proceso de calentamiento. Esta última se mide mediante la exotermia de la cristalización "fría". También es relevante que algunas curvas de DSC muestran dos picos de fusión. El origen de estos picos no se conoce todavía.

Se usó la birrefringencia como una medida de la orientación molecular. Esta medición se llevó a cabo usando un compensador Berek de cuarto orden y un microscopio óptico Olympus.

Variación de la temperatura de extrusión, transferencia de masa y velocidad de contracción

Las primeras series de los experimentos de hilado proporcionaron un amplio intervalo de temperaturas de extrusión, transferencias de masa y velocidades de contracción. Esto dio como resultado un amplio intervalo de diámetros de filamento finales tal y como se ilustra en la figura 7.

La cristalinidad, birrefringencia y encogimiento por agua en ebullición de estos filamentos se proporcionan en las figuras 8, 9 y 10, respectivamente. La figura 8 muestra que la cristalinidad desarrollada en los filamentos es una fuerte función de cada una de las variables de proceso estudiadas. Por ejemplo, el hilado a 235ºC con una transferencia de masa (mtp) de 6,34 g/min requiere una velocidad de contracción en los alrededores de 1500 m/min antes de que se desarrolle una cristalinidad sustancial en los filamentos. El hilado a una menor transferencia de masa o una menor temperatura produce una cristalinidad sustancial a velocidades de contracción mucho menores. Temperaturas de extrusión más bajas dan lugar a una mayor tensión en la línea de hilatura para una velocidad de contracción dada que claramente tiende a acelerar el proceso de cristalización en la línea de hilatura. Las transferencias de masa menores aumentan también la tensión en la línea de hilatura. En los presentes experimentos, menores velocidades de hilado implican también mayores diámetros de filamento y velocidades de enfriamiento más lentas. De esta forma, uno podría suponer que el filamento permanece en el intervalo de temperatura de cristalización durante más tiempo, un hecho que debería dar como resultado una mayor cristalinidad. Los resultados indican que la potenciación de la velocidad de cristalización debido al aumento en la tensión es mucho más significativa, generalmente, que el efecto del cambio en la velocidad de enfriamiento.

La figura 9 muestra que la birrefringencia (y orientación) tiende a aumentar con la velocidad de contracción como se esperaba. Además, una mayor birrefringencia tiende a correlacionarse con una mayor cristalinidad.

Los resultados de encogimiento de la figura 10 muestran que se puede conseguir un bajo encogimiento a velocidades de contracción bajas y temperaturas de fusión bajas. Sin embargo, estos valores se obtuvieron a costa de una caída de presión alta, a veces excediendo los 65 psi (448,18 kPa), en el dispositivo de abatimiento. En estas condiciones, no fue posible preparar filamentos de diámetros pequeños; por tanto, dichos filamentos no es probable que sean viables comercialmente o no es probable que se usen para productos sometidos a formación de no tejidos de filamentos. Además, puede observarse que a una velocidad y transferencia en estado fundido constantes, los filamentos hilados a temperaturas de extrusión superiores (T_{m} = 246) exhiben un mayor encogimiento.

Después de obtener los resultados preliminares descritos anteriormente, el intervalo de condiciones de hilado se estrechó para incluir condiciones que podrían elegirse para un procedimiento de hilatura por fusión o de formación de no tejidos de filamentos prácticos. Las figuras 11, 12 y 13 muestran la cristalinidad, birrefringencia y encogimiento por agua en ebullición de filamentos hilados con una transferencia de masa de 2,95 g/min (0,74 g/min por agujero) y tres temperaturas de hilado diferentes. En todos los casos los datos cubren un intervalo significativo de velocidades de hilado. A una velocidad de hilado dada, la cristalinidad y birrefringencia aumentan con una disminución de la temperatura de extrusión. El encogimiento muestra un máximo en la curva a velocidades de hilado menores provocadas por los efectos de compensación de una orientación amorfa aumentada (que aumenta el encogimiento) y una cristalinidad aumentada (que estabiliza al filamento frente al encogimiento). Más allá del máximo el encogimiento cae hasta aproximadamente un 10% en cada caso.

Es importante resaltar que el límite superior de la velocidad de hilado para cada curva en las figuras 11, 12 y 13 representa la velocidad de contracción por encima de la cual los filamentos empiezan a romperse en la línea de hilatura y por debajo de la cual los filamentos son hilados fácilmente con un fracaso de filamento insignificante. Claramente, esta velocidad de hilado crítica superior aumenta al aumentar la temperatura de hilado a una transferencia de masa constante.

Las figuras 14, 15 y 16 muestran el efecto del cambio de la transferencia de masa a una temperatura de extrusión constante de 233ºC. Una transferencia de masa mayor desplaza claramente la región de mayor cristalinidad y orientación y de menor encogimiento a velocidades de hilado mayores. El aumento de la transferencia de masa aumenta el diámetro del filamento a una velocidad de contracción dada. Este descenso provoca tensión sobre el filamento, que, a su vez, disminuye la cristalinidad y la orientación.

Las curvas de cristalinidad y birrefringencia de las figuras 11, 12, 14 y 15 muestran máximos como una función de la velocidad de contracción. La razón de estos máximos no está totalmente clara en este momento, pero los investigadores resaltan que a velocidades superiores a la velocidad correspondiente al máximo de la curva de birrefringencia, el encogimiento está esencialmente en su valor "final" o su valor más bajo posible.

Ejemplo 2 Hilatura por fusión, comparativo

Se ensayaron ocho composiciones.

Se proporciona en la Tabla 1 un resumen de composiciones de polilactida usadas en este ejemplo.

TABLA 1

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Se llevaron a cabo estudios de combinaciones de PLA de alto y bajo peso molecular con diferentes proporciones de combinación.

La primera categoría de composiciones (2a, 2b, y 2c) se estudiaron y discutieron previamente en el ejemplo 1.

La segunda categoría de composiciones (2d, 2e, y 2f) incluyen polilactida con diferentes cantidades de reticulación. Las composiciones 2e y 2f se prepararon a partir de la composición 2d por tratamiento con un 0,05% y un 0,1% de peróxido, respectivamente. La evidencia de la reticulación se basa en las subidas de M_{z}, M_{z+1}, Mz/Mn que se reseñan en la Tabla 1. El tercer grupo de resinas (2g, 2h) contiene dos polímeros que difieren en el contenido de derivación. El polímero 2g no contiene aceite de soja epoxidado y debería ser una PLA más lineal que los polímeros 2a, 2b y 2c. El polímero 2h es un polímero con forma de "estrella" preparado usando un iniciador comprendido por aceite de soja epoxidado al que se le ha hecho reaccionar con ácido láctico.

Procedimiento de hilado

El hilado y el cálculo se llevaron a cabo usando la extrusora Forne descrita en el ejemplo 1. La temperatura de extrusión era de 233ºC y la transferencia de masa era de aproximadamente 2,85 g/min. Es importante resaltar, sin embargo, que las transferencias de masa indicadas son el total para los cuatro filamentos hilados. Si se desea calcular la transferencia de masa por agujero de la tobera de hilatura o por filamento, es necesario dividir las transferencias de masa indicadas por cuatro.

Efecto de la reticulación

La figura 17 muestra el efecto de la reticulación sobre la cantidad de encogimiento. Está claro que la PLA (2f), que se trató con un 0,1% de peróxido y tenía la mayor cantidad de reticulación, tiene el encogimiento más bajo a una velocidad de contracción constante (V). Se puede deducir a partir de las figuras 17 y 18 que cuanto mayor es la cantidad de reticulación en la fibra menor es la velocidad necesaria para alcanzar el encogimiento final o mínimo. Se debe resaltar, también, que este valor, aproximadamente del 15%, es mayor que para las fibras del ejemplo 1. También, durante el estiramiento de las fibras desde el estado fundido, se apreció que (2f) exhibía una mayor viscosidad que las otras dos. Aparentemente, la reticulación elevó la viscosidad de la masa fundida.

Cuando este grupo de polímeros se compara con las resinas estudiadas previamente, (2a) y (2c), se observan interesantes resultados, figura 18. En primer lugar, (2d) tiene resultados respecto al encogimiento similares a (2c). De acuerdo con la tabla 1 estos dos polímeros presentan pesos moleculares y distribuciones de pesos moleculares similares. Aunque no es concluyente, los resultados muestran que la curva de encogimiento de (2d) está ligeramente a la izquierda de la de (2c). Se espera que esto sea debido a los valores ligeramente superiores de peso molecular y polidispersión de (2d) cuando se compara con los valores de (2c). En segundo lugar, (2f) desarrolla una meseta de mínimo encogimiento de aproximadamente un 15%, ligeramente superior que el de (2a) y (2c). Los inventores han observado durante la hilatura por fusión de las fibras que la reticulación elevó la viscosidad de la masa fundida que a su vez aumentó la orientación de las moléculas. La mejora en las propiedades de encogimiento debido a la reticulación es debido, a juicio de los inventores, al aumento de la viscosidad que da como resultado una mayor orientación molecular y cristalización a una mayor velocidad. Sin embargo, las moléculas reticuladas deberían mostrar una menor cristalinidad final y por tanto un encogimiento relativamente mayor que las moléculas no reticuladas.

Efecto de la derivación

Se suministraron dos muestras con diferente cantidad de derivación. La PLA 2h tiene un mayor grado de derivación que 2g. De acuerdo con la figura 19, 2g ha desarrollado una mayor birrefringencia que 2h y por tanto, una mayor orientación y cristalinidad de la fibra. Las cadenas más lineales son más fáciles de orientar y cristalizar que las ramificadas. De esta forma, la derivación disminuye la orientación molecular y la velocidad de cristalización para la PLA.

Los resultados de encogimiento de 2g y 2h se presentan en la figura 20. Está claro que 2g exhibe un menor encogimiento a lo largo de todo el intervalo de velocidad. Además, desarrolla un mínimo de encogimiento inferior de aproximadamente un 7%. Merece la pena resaltar también que cuando se comparan los dos primeros puntos de los datos que se tomaron de la tobera de hilatura sin un abatimiento adicional, sus encogimientos correspondían al menor encogimiento alcanzable a velocidades superiores. Este hecho sugiere que existe un factor limitante del encogimiento, que está controlado mediante las arquitecturas moleculares, por debajo del cual la cantidad de cristalinidad no tiene control sobre él.

Efecto de la proporción de la combinación

Se mezclaron dos polímeros con pesos moleculares diferentes en forma de aglomerados con diferentes proporciones que varían desde 25, 50 y 75%. Las birrefringencias de las fibras de estas muestras se presentan en la figura 21. Por consiguiente, las birrefringencias de las mezclas residen todas cerca de la de la muestra de bajo peso molecular (2c).

La idea detrás de la mezcla de dos polímeros con diferentes pesos moleculares es mejorar las propiedades de encogimiento. Al realizar este estudio los investigadores esperaban que predominarían propiedades de encogimiento mejores para la mezcla de muestras de bajo y alto peso molecular. Los investigadores esperaban que cuando una pequeña cantidad de una muestra de alto peso molecular se mezcla con la muestra de bajo peso molecular, las moléculas de peso molecular alto tendrían más orientación y por tanto una mejor cristalinidad lo que a su vez reduciría el encogimiento. Sin embargo, ocurrió lo opuesto de lo que los investigadores esperaban. De hecho, de acuerdo con la figura 22 todas las mezclas presentaban un mayor encogimiento que la muestra con el peso molecular más bajo 2c.

Ejemplo 3 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Se combinó un polímero poli(ácido láctico) (Cargill Lote/Caja 515-570, con un Mn: 69.000 y Mw: 146.000 y 1,2% de R) con polipropileno (Montell, MFI\sim35) en una configuración funda/núcleo a una proporción en peso de 50/50 y 30/70. Tanto la PLA como el PP se sometieron a extrusión a 230ºC. Se usaron dos extrusoras de diámetro 1-1/4'' (2,54-2,54/10,16 cm) con una proporción de L/D de 30:1 para transportar, fundir y extrudir los aglomerados. Se controló la velocidad del husillo manteniendo la presión fijada a la entrada de la bomba de medición. Las velocidades de la bomba se ajustaron para producir 0,1 g/min/capilar a 1,2 g/min/capilar para las proporciones de componente 50/50, y 0,1 g/min/capilar a 0,9 g/min/capilar para las proporciones de componente 30/70, debido a las limitaciones de la bomba de medición. Se usó una usada bicomponente con 288 capilares midiendo cada capilar 0,35 mm. Los filamentos se inactivaron y se atenuaron usando un dispositivo de aspiración de aire estilo Lurgi. El dispositivo de aspiración de aire se fijó a una presión de aire constante de 5,5 x 10^{5} Pa. Los filamentos se recogieron a cada transferencia en incrementos de 0,1 g/min, se marcaron y se envasaron. Se midió el punto de adherencia en cada transferencia. El punto de adherencia se registró como la distancia en pulgadas (1 pulgada = 2,54 cm) desde la tobera de hilatura donde los filamentos se adhieren a un rodillo de acero inoxidable. La adherencia era un indicador de la limitación de la inactivación del(de los) polímero(s). Con PLA sobre la superficie, se evitaba la adherencia.

Los bicomponentes funda/núcleo también se fabricaron usando PET como el componente de superficie (Wellman, 0,64 IV) con un núcleo de PP y las proporciones en peso de 50/50 y 30/70. PET y PP se sometieron a extrusión a una temperatura de fusión final de 295ºC. Los filamentos bicomponente PET/PP, S/C se inactivaron y se atenuaron usando el mismo dispositivo de aspiración de aire de estilo Lurgi. El dispositivo de aspiración aplicó una fuerza de estiramiento constante de 5,5 x 10^{5} Pa. Las muestras se marcaron y se envasaron cuidadosamente.

La Tabla 2 compara los puntos de adherencia de los bicomponentes funda/núcleo PP/PP, PLA/PP y PET/PP. La adherencia es un indicador de la limitación de la inactivación de este(os) polímero(s). Con PLA sobre la superficie, se evita la adherencia. La Tabla 2 demuestra la ventaja de usar PLA sobre la superficie de polipropileno, pero también muestra la drástica ventaja respecto al comportamiento del uso de PLA en lugar de PET. Las roturas de los filamentos registradas para PET/PP evitaron el estiramiento exitoso de la línea de hilatura a 5,5 x 10^{5} Pa. La sensibilidad a la tasa de abatimiento o a la presión de pistola de aire no sólo limita las velocidades de producción globales y de transferencia, sino que también limita el diámetro final del filamento que puede conseguirse. Transferencias inferiores, con fuerzas de abatimiento altas dan lugar a diámetros de filamentos más finos.

TABLA 2 Puntos de adherencia en (x 2,54 cm) para bicomponentes funda/núcleo 50:50 a 5,5 x 10^{5} Pa

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Este ejemplo muestra que usando PLA como un componente renovable y/o degradable de un sistema multicomponente ofrece, además de su degradabilidad inherente, un comportamiento de hilado mejorado respecto a los sistemas poliéster/poliolefina convencionales.

Las tablas 3 y 4 enumeran los diámetros de filamento para cada sistema bicomponente funda/núcleo: PP/PP, PLA/PP y PET/PP en proporciones respectivas de 50/50 y 30/70. La velocidad de rotura se define como la transferencia donde los filamentos sometidos a una fuerza de abatimiento constante se parten y se rompen continuamente. Las roturas continuas fuerzan las inconsistencias en la línea de hilatura evitando la recogida de la muestra. En una situación de producción las roturas en la línea de hilatura evitarán una formación de velo aceptable.

La Tabla 3 muestra las ventajas del uso de PLA. El denier final posible sin roturas o adherencias es mejor que PP/PP. Y con PLA, es posible un denier más fino por filamento (dpf) a velocidades inferiores que el posible para PET/PP.

Las roturas de filamento indican la sensibilidad en la línea de hilatura respecto a la tasa de abatimiento o a la presión de la pistola de aire que no sólo limita las velocidades de producción globales y de transferencia, sino que también reduce en gran medida el control del diámetro del filamento. Las transferencias menores y las tasas de abatimiento de moderadas a altas típicamente dan lugar a filamentos denier más finos requeridos para algunas aplicacio-
nes.

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TABLA 3 Diámetros de filamento (micrómetros) para bicomponentes PP/PP, PLA/PP y PET/PP funda/núcleo en una proporción en peso 50/50

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TABLA 4 Diámetros de filamento (micrómetros) para bicomponentes PP/PP, PLA/PP y PET/PP de tipo funda/núcleo en una proporción en peso de 30/70

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Este ejemplo muestra que el uso de PLA como el componente superficial con un núcleo de poliolefina proporciona filamentos de denier hilado más finos que el monocomponente PP/PP y/o los multicomponentes PET/PP.

Ejemplo 4

Para demostrar la naturaleza auto-fibrilable de los componentes lado a ladode PLA/PP, se tomó una microfotografía. Se tomaron las microfotografías en TPC Labs (Minneapolis, Minnesota). Los filamentos fotografiados eran bicomponentes lado a lado que contenían 50/50 (proporción en peso) de PLA y PP. Las fibras se hilaron en Hill´s Incorporated, situado en West Melbourne, Florida.

Parece que la preparación mecánica del portaobjetos para estas fibras particulares era de energía suficiente para separar los dos componentes de estas fibras que estaban siendo fotografiadas. La figura 6(a) muestra una fibra bicomponente PET/PP lado a lado; la figura 6(b) muestra una fibra bicomponente PET/PP (30/70) lado a lado; la figura 6(d) muestra una fibra bicomponente PET/PP (30/70) lado a lado; la figura 6(c) muestra un bicomponente PLA/PP (30/70); y la figura 6(d) muestra una fibra bicomponente PLA/PP (30/70) lado a lado.

Estas fibras se hilaron usando un polímero de poli(ácido láctico) (Cargill Lote/Caja 515-570) configurado en un sistema bicomponente lado a lado con polipropileno (Montell, MFI\sim35) en una proporción 50:50. Cada polímero se sometió a extrusión por separado con una temperatura de fusión final de 230ºC. La transferencia fue de 1,0 g/min/capilar con una transferencia total de 288 g/min. Los filamentos se inactivaron y se atenuaron usando una boquilla de ranura. Las muestras se recogieron cuidadosamente, se marcaron y se envasaron.

Este ejemplo muestra que un sistema bicomponente con PLA/PP, u otro polímero que tenga una baja afinidad mutua por PLA, con una configuración lado a lado, o con punta, o multilobular, pero no limitado a ellos, proporciona un microfilamento auto-fibrilable y que contiene materia degradable.

Ejemplo 5 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Para demostrar las velocidades de hilado superiores de los bicomoponentes lado a lado de PLA/PP, se diseñó un experimento para examinar un polímero de poli(ácido láctico) (Cargill Lote/Caja: 515-710, aproximadamente Mn: 69.000/Mw: 146.000 y 1,2% de R) combinado con polipropileno (Montell, MFI:35) en una proporción en peso de 50:50 y 30:70 en una configuración de funda/núcleo. Tanto PLA como PP se sometieron a extrusión a una temperatura de fusión final de 230ºC. Las velocidades de la bomba se ajustaron para suministrar 0,8 g/min/capilar, para un total de 230,4 g/min. Los filamentos se inactivaron y atenuaron con un dispositivo de aspiración de aire de estilo Lurgi. Se aplicaron fuerzas de estiramiento por aspiración aire entre 1,4 x 10^{5} Pa y 7,6 x 10^{5} Pa. Las muestras se recogieron en incrementos de 0,69 x 10^{5} Pa y se marcaron. La Tabla 5 muestra las velocidades de filamento calculadas para PP/PP, PLA/PP y PET/PP a cada tasa de abatimiento. Los diámetros de filamento más finos se corresponden con mayores velocidades de filamento.

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TABLA 5 Velocidades de filamento para bicomponentes lado a lado PP/PP, PLA/PP y PET/PP a 0,8 g/min/capilar y tasas de abatimiento variables

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Este ejemplo muestra que un bicomponente lado a lado con PLA/PP, u otro polímero que tenga una baja afinidad mutua por PLA, produce un microfilamento auto-fibrilable y que contiene materia degradable que se puede hilar a valores de transferencia superiores que el hilado de microfilamentos convencional.

Ejemplo 6 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Se combinó un polímero de poli(ácido láctico) de Lote/Caja: 515-710 con un polipropileno MFR: 35 (Montell) en una proporción en peso de 50/50 y 30/70 en un bicomponente de construcción lado a lado. PP/PP y PLA/PP se sometieron a extrusión a una temperatura de fusión final de 230ºC. PET y PP se configuraron lado a lado con las mismas proporciones. Las velocidades de bomba se ajustaron para suministrar 0,8 g/min/capilar para un total de transferencia de 230,4 g/min. Los filamentos se inactivaron y atenuaron con un dispositivo de aspiración de aire de estilo Lurgi. Se aplicaron fuerzas de estiramiento por aspiración de aire entre 1,4 x 10^{5} Pa y 7,6 x 10^{5} Pa. Las muestras se recogieron cuidadosamente a incrementos de 0,69 x 10^{5} Pa y se marcaron. La Tabla 6 contiene los diámetros de filamento para las construcciones lado a lado de PP/PP, PLA/PP y PET/PP. Claramente, los filamentos de PLA/PP tienen los diámetros más finos. Los diámetros de filamento más finos ofrecen ventajas como la regulación a la baja del espesor de velo, al mismo tiempo que se vuelve más uniforme la distribución del velo, mientras la distribución de filamentos en el velo se vuelve más uniforme. De nuevo, la capacidad de hilar filamentos a una mayor velocidad permite al fabricante producir un denier más fino o aumentar la velocidad de producción.

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TABLA 6 Diámetros de filamento para bicomponentes PP/PP, PLA/PP y PET/PP de construcción lado a lado a 0,8 g/min/capilar y con tasas de abatimiento variables

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Este ejemplo muestra que el uso de PLA en una fibra multicomponente con una configuración lado a lado con una poliolefina proporciona filamentos denier más finos en un equipo convencional.

Ejemplo 7 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Se combinó polímero poli(ácido láctico) de Cargill Lote/Caja 515-710 (Mn: 69.000; Mw: 146.000 y 1,2% de R) con polipropileno (Montell, MFI\sim35) en un bicomponente de configuración lado a lado a las proporciones de 50:50 y 30:70. Se fabricaron bicomponentes de configuración lado a lado con las mismas proporciones en peso para PET (IV 0,64)/PP (Montell, 35 MFR), sin embargo, la temperatura de fusión de la extrusora final para PET/PP era de 295ºC. Las transferencias para ambos sistemas lado a lado aumentaron de 0,1 g/min/capilar a 1,2 g/min/agujero con incrementos de 0,1 g/min.

TABLA 7 Frecuencia de encrespamiento (ondulaciones/(x 2,54 cm)) para bicomponentes de configuración lado a lado PLA/PP y PET/PP a una proporción de abatimiento constante a 50ºC

10

Se combinó un polímero de poli(ácido láctico) (Cargill Lote/Caja:515-710, aproximadamente Mn: 69.000 y Mw: 146.000 y 1,2% de R) con polipropileno (Montell, MFI: 35) en una proporción en peso de 50/50 y 30/70 en una configuración funda/núcleo. Tanto PLA como PP se sometieron a extrusión a una temperatura de fusión final de 230ºC. PET y PP se combinaron con las mismas proporciones en peso y la misma configuración. Las velocidades de bomba se ajustaron para suministrar 0,8 g/min/capilar para un total de transferencia de 230,4 g/min. Los filamentos se inactivaron y atenuaron con un dispositivo de aspiración de aire de estilo Lurgi. Se aplicaron fuerzas de estiramiento por aspiración de aire entre 1,4 x 10^{5} Pa y 8,3 x 10^{5} Pa. Las muestras se recogieron a incrementos de 0,69 x 10^{5} Pa y se marcaron. La Tabla 8 muestra la frecuencia de encrespamiento para PLA/PP y PET/PP de configuración lado a lado a cada tasa de abatimiento.

TABLA 8 Frecuencia de encrespamiento (ondulaciones/(x 2,54 cm)) a 100ºC para bicomponentes de configuración lado a lado PLA/PP y PET/PP a una proporción de abatimiento constante (5,5 x 10^{5} Pa(g))

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11

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Este ejemplo muestra que el uso de PLA como uno de los componentes en un sistema multicomponente para fabricar una fibra que ofrece más encrespamiento en la fibra as-spun (fibra tal y como resulta del hilado, sin procesamiento adicional) se induce un encrespamiento adicional a temperaturas menores que los poliésteres convencionales usados en aplicaciones de alto espesor. Una comparación entre las Tablas 7 y 8 demuestra que las fibras que contienen PLA comienzan a encresparse a una temperatura inferior que las fibras de PET/PP. La medición de la frecuencia de encrespamiento es difícil, debido a cierta dispersión en los datos.

Ejemplo 8

Es útil entender cómo el nivel de D influye sobre la temperatura de fusión cristalina y las características de ligado térmico de las fibras PLA. Los atributos deseables de las fibras bicomponente es tener una alta resistencia al calor y bajas temperaturas para el ligado térmico. Los datos generados a partir de este experimento proporcionan la selección de calidades de PLA a usar en fibras bicomponente para aplicaciones diversas.

Las muestras de polilactida con un Mn de 90.000-100.000 y diversas composiciones ópticas, mostradas en la Tabla 9, se fundieron en un reómetro capilar y estiraron desde el estado fundido para producir fibras as-spun. Las fibras as-spun se orientaron posteriormente estirando hasta tres veces su longitud original a 70ºC, para producir fibras orientadas. Las muestras de los aglomerados poliméricos se templaron también a 100ºC durante 48 horas.

Los datos en la tabla siguiente muestran una disminución drástica tanto en la cristalinidad (J/g) como en la temperatura de fusión máxima a medida que el nivel de D aumenta. Parece que no existe diferencia o esta es muy pequeña en el punto de fusión máximo entre la fibra as-spun y la fibra orientada, aunque la fibra orientada tiene niveles de cristalinidad mucho mayores en este experimento. La fibra orientada tiene una Tg mayor que la fibra as-spun y, muestra un descenso de 10ºC en la Tg a medida que el nivel de D aumenta. De esta forma, los inventores esperaban que una fibra de alto nivel de D se ligara a una menor temperatura y que fuera menos cristalina que una fibra de bajo
nivel de D.

TABLA 9

12

Ejemplo 9 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Se combinó un polímero de poli(ácido láctico) (Cargill Lote/Caja: 474-703 - \sim4%D) en una proporción 1:1 con un copolímero polibutileno succinato adipato (Bionolle 3020, por Showa Highpolymer Co, Ltd.) en una configuración funda/núcleo. La PLA componía la funda, Bionolle componía el núcleo. Cada polímero se sometió a extrusión por separado hacia una tobera de hilatura especial diseñada por Hills, Inc., donde los dos se extrudieron conjuntamente en filamentos de tipo bicomponente. La PLA se extrudió a una temperatura de fusión final de aproximadamente 230ºC. Bionolle se extrudió a una temperatura de fusión de aproximadamente 200ºC. El cabezal de hilatura se mantuvo a una temperatura de aproximadamente 235ºC. Las velocidades de la bomba se ajustaron para dar aproximadamente 0,6 cc/minuto/capilar para un total de 144 capilares o un total de 86,4 cc/minuto. Los filamentos se inactivaron y atenuaron usando un dispositivo de aspiración de aire de estilo Lurgi. El dispositivo de aspiración aplica una fuerza de estiramiento a los filamentos ajustando la presión de aire. Se aplicó a los filamentos una presión de aire de 4,1 x 10^{5} Pa (g) los cuales fueron recogidos posteriormente a mano, fueron envasados con cuidado para evitar un estiramiento accidental de los filamentos, después se sometieron a ensayo para determinar las propiedades y se marcaron 3067-12-8 (Tabla 1, adjunta). Durante el proceso de hilado, se observó una hiladibilidad relativa para cada muestra y fuerza de estiramiento. Las velocidades de hilado se calcularon en base a los diámetros de filamento y a la fórmula debajo de la Tabla 10. Se observó que los filamentos se hilaban muy bien, sin roturas de filamentos. Parecía que los diámetros de los filamentos as-spun eran muy finos, y poseían una "mano" (o características percibidas por el tacto) blanda.

TABLA 10

13

Ejemplo 10 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Para demostrar el estiramiento e hilado mecánico de un bicomponente que contiene un polímero de lactida, se sometió a extrusión un polímero de poli(ácido láctico) (Cargill Lote 474-703) con un poli(ácido láctico) diferente (Cargill Lote 513-701 - \sim 1,6% D) en una configuración lado a lado. La transferencia del capilar era de \sim0,6 cc/min/agujero, y la proporción de cada polímero era de aproximadamente 1:1. Se usó una tobera de hilatura de 144 capilares, y las condiciones de extrusión fueron esencialmente las mismas que las descritas en el ejemplo 9. Los filamentos se inactivaron, se pasaron sobre un rodillo de aplicación del acabado, se aceleraron con una serie de guiahilos de hilado, y se recogieron sobre un carrete a 1000 metros por minuto. El carrete se dejó madurar durante toda una noche. Los filamentos entonces se estiraron y templaron usando guiahilos de hilado calentados y de nuevo se recogieron sobre un carrete y se marcaron como 3067-13-1. Las propiedades se presentan en la Tabla 11. Los filamentos parecía que tenían un alargamiento y resistencia sustanciales.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 11

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Ejemplo 11

Para demostrar el estiramiento y templado de los filamentos hilados mecánicamente, el haz de filamentos de la muestra 3067-13-1 se deslizó desde el carrete sobre una serie de tres guiahilos de hilado calentados. Cada temperatura de guiahilo y rpm se controlaron independientemente. La velocidad diferencial de los guiahilos de hilado determina la proporción de estiramiento tal y como se enumera en la Tabla 12. El haz de filamentos se calienta para facilitar el estiramiento y para templar las tensiones de los filamentos estirados. Las condiciones de estiramiento y propiedades de filamentos aparecen en la Tabla 12. Los filamentos estirados poseían resistencia y alargamiento sustanciales.

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(Tabla pasa a página siguiente)

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Ejemplo 12

Este ejemplo evalúa las propiedades físicas y de hilado de la PLA hidrolizada.

Una línea de hilatura piloto se usó para evaluar el rendimiento de hilado de una PLA hidrolizada usando la extrusión de un polímero fundido húmedo. Se usó hidrólisis térmica para reducir el peso molecular de la PLA que a su vez redujo la viscosidad a un nivel más adecuado para el procesamiento de formación de no tejidos de filamentos. El polímero se hidrolizó mediante la adición de agua a la superficie de los aglomerados de PLA, sometiendo posteriormente la PLA a extrusión y a una nueva aglomeración usando una extrusora de 30 mm.

Los aglomerados de PLA hidrolizada se cristalizaron y se secaron hasta < 100 ppm de humedad usando un análisis Karl-Fisher. Los aglomerados secados se almacenaron en bolsas cerradas herméticamente hasta su uso. En la preparación para su uso, los aglomerados se transfirieron directamente de las bolsas cerradas herméticamente a una tolva purgada con N_{2} de la línea de hilatura piloto.

Las PLA de mayores pesos moleculares se combinaron antes del reprocesamiento por hidrólisis. Se seleccionaron las PLA que tenían bajos niveles de % de D (< 1,5 %D). Sus valores medios aparecen a continuación:

	Antes de la hidrólisis	Después de la hidrólisis
Mn:	94.000	63.800
%D:	1,3%	1,3

La línea de hilatura incluía una tolva cerrada herméticamente con N_{2} que entra desde la parte inferior de la tolva, y que sale por la parte de arriba. La tolva estaba fijada por encima de la sección de alimentación enfriada con agua de una extrusora de 1 pulgada (2,54 cm), con una proporción longitud : diámetro (l:d) de 24:1. El polímero se transportó hacia una bomba de engranaje Zenith que marcaba 0,9 gramos por minuto por capilar hacia la tobera de hilatura de 68 capilares. Las rpm de la extrusora se controlaron a una presión de cabeza constante de 2,07 MPa (g).

Se colocó un dispositivo aspirador de aire de estilo Lurgi-Docan a aproximadamente 2 m de la tobera de hilatura. La fuerza de estiramiento puede variar ajustando la presión de aire suministrada al dispositivo aspirador. Los filamentos se recogieron a medida que iban saliendo del atenuador (dispositivo aspirador de aire). Las propiedades aparecen en la Tabla 13.

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(Tabla pasa a página siguiente)

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18

* comparativo (baja cristalinidad y/o alto encogimiento en ebullición).

De forma similar a las calidades de reacción convencionales de PLA, la PLA hidrolizada exhibió las siguientes características:

-

Una mayor presión del atenuador producía diámetros de filamento inferiores (mayor velocidad).

-

La birrefringencia aumentaba con la velocidad del filamento calculada.

-

La cristalinidad aumentaba con la velocidad de filamento calculada

-

El encogimiento por ebullición disminuía (de forma no lineal) con el aumento de la velocidad del filamento.

Las temperaturas de fusión menores producían valores de encogimiento menores respecto a la velocidad del filamento. En otras palabras, la curva encogimiento/velocidad se desplazó hacia la izquierda con las temperaturas de fusión inferiores.

La adición de ácido tartárico como un estabilizador (0,05%) no parecía afectar negativamente sobre la procesabilidad, atenuación, cristalinidad, o encogimiento de las fibras.

La adición de TiO_{2} tampoco parecía afectar negativamente sobre la procesabilidad, atenuación o encogimiento.

Los solicitantes encontraron que la PLA hidrolizada parecía adecuada para el uso en procedimientos y aplicaciones de no tejidos y fibras. Además el uso de la hidrólisis parece ser una alternativa viable para la producción de calidades de fibra de PLA solamente mediante polimerización. Se espera que se podría usar un proceso de polimerización para producir una única calidad de PLA, que posteriormente se volvería a procesar para conseguir las especificaciones individuales del mercado o del consumidor. Haciendo esto, puede mejorarse la rentabilidad de la polimerización y de la producción, puesto que la producción de menos calidades significa menos gastos de transición.

Se espera que la PLA hidrolizada pueda combinarse con aditivos seleccionados para mejorar propiedades, tales como grado de blanco o estabilidad, sin impartir comportamientos de procesabilidad o encogimiento.

Ejemplo 13 No tejidos de filamentos

Este ejemplo muestra la producción de un tejido de bajo encogimiento usando una alta velocidad de filamento y una PLA de bajo % D.

Nippon-Kodoshi es un fabricante japonés de equipos para el procedimiento de formación de no tejidos de filamentos. Se procesó en este equipo una PLA de bajo peso molecular que presentaba un contenido del isómero D de un 1,1% para producir un tejido de bajo encogimiento. El procedimiento se describe a continuación:

Polímero	Mn	Mw	Mz	Mz+1	PDI	Mz/Mn	%R	ESO	MFR
									(210ºC)
	73K	156K	297K	506K	2,15	4,07	1,1	0,35	15

El polímero se secó hasta una humedad de menos de 100 ppm y se cargó a un extrusora de doble husillo en comunicación con la atmósfera equipada con 4 zonas de calentamiento. La temperatura de fusión final era de aproximadamente 225ºC. El extrudido se pasó a través de un filtro hacia un par de bombas de engranaje de 20 cc/revolución. Para producir muestras de tejido de menor denier la bomba envió el polímero fundido hacia una tobera de hilatura de 0,5M de ancho equipada con aproximadamente 700 capilares, a una velocidad de 0,35 gramos por minuto por capilar. Para producir muestras de mayor denier se incrementó la velocidad de la bomba en proporción con la masa de las fibras.

Los filamentos extrudidos se estiraron usando un atenuador de ranura después de un primer paso a través de una zona de inactivación de flujo cruzado. Se ajustó la presión a la ranura para conseguir una velocidad de filamento de cerca de 5000 metros por minuto. En estas condiciones, el hilado fue excelente. No se observaron esencialmente roturas de filamentos.

Los filamentos se recogieron sobre una cinta transportadora porosa y se ligaron pasando el velo a través del estrechamiento de un sistema de calandrado calentado equipado con rodillos de acero lisos y grabados en relieve. La temperatura de calandrado se mantuvo cerca de los 130ºC. Se obtuvieron diferentes pesos de tejido ajustando la velocidad del transportador. Los resultados aparecen en la Tabla 14.

Los solicitantes encontraron que se produjo tejido térmicamente estable (\sim15, 19, 24 gsm) en dos transferencias; que el calandrado del velo aumentaba la cristalinidad del polímero y reducía el encogimiento; que se observaban excelentes propiedades de tejido para muestras de tejido de denier tanto alto como bajo; y que las propiedades del filamento eran muy similares a las observadas en los experimentos previos.

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Ejemplo 14 Procedimiento de no tejidos de filamentos

Este ejemplo evalúa el efecto de la temperatura de fusión sobre el encogimiento de los filamentos as-spun.

La PLA usada en estos estudios fue un producto reactivo:

Mn	Mw	Mz	Mz+1	PDI	Mz/Mn	%D
72400	156000	273000	418000	2,15	3,77	1,1

Los solicitantes encontraron que la curva de encogimiento/velocidad del filamento (véase la Tabla 15) está desplazada hacia la derecha (se requiere una mayor velocidad para conseguir un menor encogimiento) a medida que la temperatura de fusión aumenta; y el encogimiento final (encogimiento mínimo alcanzado a una velocidad del filamento alta) es generalmente superior para filamentos hilados a temperaturas mayores.

TABLA 15

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Ejemplo 15 Procedimiento de formación de no tejidos de filamentos

Este ejemplo evalúa el efecto de las condiciones de procesamiento (diámetro del capilar, transferencia del capilar, temperatura de fusión) sobre la estabilidad térmica de filamentos as-spun. Los resultados se reseñan en la Tabla 16.

Los solicitantes encontraron que las temperaturas de fusión mayores producían generalmente filamentos con un mayor encogimiento, independientemente de si estaba presente o no un estabilizador de ácido tartárico; que el diámetro del capilar (0,4 frente a 0,8 mm) tenía un efecto mínimo sobre las propiedades del filamento (comparar muestras G&D); que transferencias del capilar mayores producían encogimientos ligeramente mayores a una fuerza de estiramiento dada; y que la estabilidad térmica (medida mediante el encogimiento en ebullición) aumenta generalmente con la presión de la pistola de aire.

TABLA 16

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\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Caída libre (0 Pa)  \hskip0.5cm  0,779 x 10 ^{5}  Pa\cr
 \begin{minipage}{150mm} * Los números mostrados son porcentajes
de encogimiento de una fibra de 50,8 cm sometida a agua en
ebullición inmediatamente después del hilado. Se ensayó en dos
muestras de fibra el encogimiento y los resultados se
promediaron.\end{minipage} \cr}

Ejemplo 16 Procedimiento de no tejidos de filamentos

Este ejemplo evalúa el efecto de las condiciones de procesamiento (temperatura de fusión, transferencia del capilar, y presión del atenuador) y los parámetros del polímero (peso molecular y % de D) sobre el hilado, encogimiento, cristalinidad de filamentos as-spun.

Se usó un enfoque de diseño estadístico para determinar los efectos y las interacciones de proceso y de polímero. Los resultados se proporcionan en la Tabla 17.

Los solicitantes encontraron que las muestras de un mayor peso molecular producían generalmente filamentos con un menor encogimiento, en una serie dada de condiciones de procesamiento (temperatura de fusión, transferencia, etc); y que una menor presión de la pistola de aire (por lo tanto menor velocidad del filamento) producía generalmente filamentos con un mayor encogimiento, menor cristalinidad y menor birrefringencia. La excepción existe a una mayor velocidad donde se consigue un encogimiento mínimo. Después de conseguir un encogimiento mínimo, las velocidades mayores no dan necesariamente como resultado una reducción adicional del encogimiento. Los solicitantes encontraron adicionalmente que la combinación de una menor velocidad del filamento y mayores temperaturas (250 frente a 240) producían filamentos con una menor orientación, menor cristalinidad y mayor encogimiento. Además, los solicitantes no identificaron un efecto significativo sobre el encogimiento por parte del % de D (0,8 y 1,3% D), o de la trasferencia del capilar de 0,6 y 0,8 centímetros cúbicos por minuto por capilar (cc/m/h).

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Valores de polímero proporcionados

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Descripción de la línea de hilatura

Tamaño de bomba: 1,752 cc/rev.

Extrusora: (1 pulgada (2,54 cm))

Tobera de hilatura: 68 capilares, 0,8 diámetro (Filtración con malla de 325).

Claims (46)

1. Un material fibroso que comprende:

- una pluralidad de fibras que contienen polilactida preparadas a partir de una composición de polilactida que contiene polilactida que presenta menos de un 5% en peso de restos ácido R-láctico, una concentración de lactida de menos de un 0,5% en peso, y un peso molecular medio numérico de entre 25.000 y 150.000;

- dicha pluralidad de fibras que contienen polilactida que exhiben una cristalinidad de más de 20 J/g, una tenacidad de más de 1,5 gramos/denier, y una propensión media de la fibra al encogimiento por agua en ebullición de menos de un 15%; y

- en el que dicha pluralidad de fibras que contienen polilactida se preparan sometiendo a la composición de polilactida a un procedimiento de formación de no tejidos de filamentos a una velocidad de la fibra de al menos 1.000 m/min, una transferencia de entre 0,3 y 3 g/min/capilar, y una temperatura de entre 200ºC y 250ºC y se depositan en forma de un velo.

2. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las fibras que contienen polilactida se preparan a partir de polilactida que contiene menos de un 1% en peso de restos ácido R-láctico.

3. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de fibras que contienen polilactida exhiben una birrefringencia de entre 0,017 y 0,012.

4. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de fibras que contienen polilactida exhiben una tenacidad de más de 5 gramos/denier.

5. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida son fibras monocomponente que comprenden al menos un 50%, en peso, del polímero de polilactida.

6. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida son fibras monocomponente que comprenden una combinación de polímero de polilactida y polímero que no es de polilactida (o polímero no polilactida).

7. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el polímero no polilactida es un polímero seleccionado de entre el grupo constituido por poliolefinas, poliamidas, poliésteres, combinaciones de los mismos, mezclas de los mismos, y copolímeros de los mismos.

8. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material fibroso se proporciona en forma de producto no tejido calandrado.

9. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material fibroso se proporciona en forma de un producto no tejido ligado mediante calor.

10. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida son fibras multicomponente que comprenden un primer componente que comprende un polímero de polilactida y un segundo componente que comprende un polímero de polilactida o un polímero no polilactida.

11. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el segundo componente comprende un polímero que no es de lactida (polímero no lactida) seleccionado entre el grupo constituido por poliolefinas, poliamidas, poliésteres, combinaciones de los mismos, mezclas de los mismos, y copolímeros de los mismos.

12. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la fibra multicomponente se proporciona en una construcción funda/núcleo que comprende un componente funda exterior al componente núcleo.

13. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el primer componente que comprende un polímero de polilactida se proporciona como el componente funda de la construcción funda/núcleo.

14. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de fibras que contienen no polilactida.

15. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el primer componente se proporciona como el componente núcleo de las construcciones funda/núcleo.

16. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el segundo componente se proporciona como el componente funda y comprende polímero de polilactida.

17. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el polímero de polilactida del componente núcleo se proporciona con una pureza enantiomérica que es mayor que la pureza enantiomérica del polímero de polilactida del componente funda.

18. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la fibra multicomponente se proporciona en una construcción seleccionada de entre el grupo constituido por una construcción lado a lado, construcción de círculo segmentado, y una construcción de islas-en-mar.

19. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el primer componente comprende una combinación de polímero de polilactida y polímero no polilactida.

20. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pluralidad de las fibras que contienen polilactida se proporcionan en forma de un material tejido.

21. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas fibras que contienen polilactida tienen una cristalinidad de más de 25 J/g.

22. Un material fibroso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha velocidad de la fibra está entre 1.000 m/min y 10.000 m/min.

23. Un procedimiento para preparar fibras que contienen polilactida de bajo encogimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas de:

- someter a la composición de polilactida a un procedimiento de formación de no tejidos de filamentos tal y como se define en la reivindicación 1 a una velocidad de la fibra de al menos 1.000 m/min, una transferencia de entre 0,3 y 3 g/min/capilar, y una temperatura de entre 200ºC y 250ºC para proporcionar la pluralidad de fibras que contienen polilactida; y

- depositar la pluralidad de fibras que contienen polilactida en forma de un velo.

24. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida son fibras monocomponente que comprenden al menos un 50%, en peso, del polímero de polilactida.

25. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida se proporcionan en forma de un producto no tejido ligado por calor.

26. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida son fibras multicomponente que comprenden un primer componente que comprende polímero de polilactida y un segundo componente que comprende polímero de polilactida o polímero no polilactida.

27. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en el que el segundo componente comprende un polímero que no es de lactida (polímero no lactida) seleccionado entre el grupo constituido por poliolefinas, poliamidas, poliésteres, combinaciones de los mismos, mezclas de los mismos, y copolímeros de los mismos.

28. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en el que la fibra multicomponente se proporciona en una construcción funda/núcleo que comprende un componente funda exterior al componente núcleo.

29. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, en el que el primer componente que comprende un polímero de polilactida se proporciona como el componente funda de la construcción funda/núcleo.

30. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además una pluralidad de fibras que no contienen polilactida.

31. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 28, en el que el primer componente se proporciona como el componente núcleo de las construcciones funda/núcleo.

32. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 31, en el que el segundo componente se proporciona como el componente funda y comprende polímero de polilactida.

33. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 31, en el que el polímero de polilactida del componente núcleo se proporciona con una pureza enantiomérica que es mayor que la pureza enantiomérica del polímero de polilactida del componente funda.

34. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en el que la fibra multicomponente se proporciona en una construcción seleccionada de entre el grupo constituido por una construcción lado a lado, construcción de círculo segmentado, y una construcción de islas-en-mar.

35. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 26, en el que el primer componente comprende una combinación de polímero de polilactida y polímero no polilactida.

36. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de las fibras que contienen polilactida tienen una cristalinidad de más de 25 J/g.

37. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de las fibras que contienen polilactida se preparan a partir de polilactida que contiene menos de un 1% en peso de restos ácido R-láctico.

38. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida exhiben una birrefringencia de entre 0,017 y 0,012.

39. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la pluralidad de fibras que contienen polilactida exhiben una tenacidad de más de 5 gramos/denier.

40. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el que la etapa de formación de no tejidos de filamentos comprende además el estiramiento de la pluralidad de las fibras que contienen polilactida en un atenuador por aire.

41. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además una etapa de ligar las fibras conjuntamente.

42. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además una etapa de ligado de las fibras en el velo mediante al menos uno de entre punzonado por agujas, ligado mediante puntadas, e hidromarañado.

43. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende además una etapa de ligado de las fibras en el velo mediante al menos uno de entre fusión de las fibras y mediante ligado químico.

44. Una fibra multicomponente que comprende un primer componente y un segundo componente,

- dicho primer componente comprende una composición de polilactida que contiene polilactida que presenta menos de un 5% en peso de restos ácido R- láctico, una concentración de lactida de menos de un 0,5% en peso, y un peso molecular medio numérico de entre 25.000 y 150.000;

- en la que dicha fibra multicomponente se prepara sometiendo a la composición de polilactida a un procedimiento de formación de no tejidos de filamentos a una velocidad de la fibra de al menos 1.000 m/min, una transferencia de entre 0,3 y 3 g/min/capilar, y una temperatura de entre 200ºC y 250ºC y se depositan en forma de un velo.

45. Una fibra multicomponente de acuerdo con la reivindicación 44, en la que el segundo componente comprende al menos uno de policaprolactona, polipropileno, y polietileno tereftalato.

46. Una fibra multicomponente de acuerdo con la reivindicación 44, en la que el segundo componente comprende una composición de polilactida diferente del primer componente.