MX2014007455A - Pelicula de multiples capas que contienen un biopolimero. - Google Patents

Abstract

Se proporciona una película que contiene una capa núcleo posicionada adyacente a una capa exterior. La capa núcleo contiene un porcentaje relativamente alto de biopolímeros termoplásticos que son biodegradables y renovables. A pesar de ser biodegradables y renovables, muchos biopolímeros tienden a ser relativamente rígidos en la naturaleza. Los presentes inventores descubrieron, sin embargo, que a través del control selectivo sobre los componentes en el núcleo y capas exteriores, una película se puede formar fácilmente que tenga buenas propiedades mecánicas. Entre otras cosas, esto se logra mezclando el biopolímero en la capa núcleo con una poliolefina. Una poliolefina también se emplea en la capa exterior. Además de proporcionar funcionalidad a la película (por ejemplo, sellado por calor, impresión, etc.), la capa exterior que contiene poliolefina también ayuda a contrarrestar la rigidez del biopolímero en la capa núcleo, y ayuda a mejorar la procesabilidad, rigidez, y la ductilidad.

Description

PELICULA DE MULTIPLES CAPAS QUE CONTIENE UN BIOPOLIMERO ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las fuentes de petróleo se han hecho más escasas y costosas en años recientes, lo que ha incrementado además la necesidad de películas ambientalmente sostenibles que contengan biopolímeros . Desafortunadamente, a menudo es difícil incorporar muchos biopolímeros comercialmente disponibles (por ejemplo, ácidos polilácticos y algunos polihidroxialcanoatos, tales como poli-3 -hidroxibutirato y poli-3 -hidroxibutirato-co-3-valerato) en una película. Por ejemplo, los ácidos polilácticos y polihidroxialcanoatos tienen una alta rigidez y baja ductilidad, y los polihidroxialcanoatos generalmente tienen una mala procesabilidad de la película (es decir, cristalización lenta, pegajosidad antes de la solidificación, etc.) que retarda las velocidades de la línea de fabricación y resulta en costos de producción relativamente caros. Como tal, existe actualmente una necesidad de una película que contenga un biopolímero, pero que sea, sin embargo, procesable en estado fundido y capaz de lograr buenas propiedades (por ejemplo, ductilidad) .

SUMARIO DE LA INVENCION De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se describe una película de múltiples capas que tiene un grosor de aproximadamente 250 micrómetros o menor. La película comprende REF: 249503 una capa núcleo que constituye de aproximadamente 20% a aproximadamente 90% del grosor de la película. La capa núcleo contiene de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 95% en peso de al menos un biopolímero termoplástico y de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 90% en peso de al menos una poliolefina. La película comprende además una capa exterior posicionada adyacente a la capa núcleo. La capa núcleo contiene aproximadamente 50% en peso o mayor de al menos una poliolefina.

De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, se describe una película de múltiples capas que tiene un grosor de aproximadamente 250 micrómetros o menos. La película comprende una primera capa exterior que contiene aproximadamente 50% en peso o mayor de al menos una poliolefina y una segunda capa exterior que contiene aproximadamente 50% en peso o mayor de al menos una poliolefina. La película comprende además una capa núcleo que se posiciona entre la primera y la segunda capas exteriores y constituye de aproximadamente 20% a aproximadamente 90% del grosor de la película. La capa núcleo contiene de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 95% en peso de al menos un biopolímero termoplástico y de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 90% en peso de al menos una poliolefina.

Otras características y aspectos de la presente invención se discuten en más detalle más abajo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Una descripción completa y realizable de la presente invención, que incluye el mejor modo de la misma, dirigido a un experto en la materia, se expone más particularmente en el resto de la descripción, la cual hace referencia a la figura adjunta en la que: La Fig. 1 es una ilustración esquemática de una modalidad de un método para conformar la película de la presente invención. El uso repetido de caracteres de referencia en la presente descripción y en las figuras pretende representar características o elementos iguales o análogos de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCION Definiciones Como se usa en la presente, el término "biodegradable" se refiere generalmente a un material que se degrada por la acción de microorganismos de origen natural, tales como bacterias, hongos, y algas; calor ambiental; humedad; u otros factores ambientales. El grado de degradación se puede determinar de acuerdo con el Método de Ensayo ASTM 5338.92.

Como se usa en la presente, el término "renovable" generalmente se refiere a un material que puede producirse o derivarse de una fuente natural que periódicamente (por ejemplo, anualmente o perennemente) se reabastece a través de las acciones de las plantas de ecosistemas terrestres, acuáticos u oceánicos (por ejemplo, cosechas agrícolas, pastos comestibles y no comestible, productos forestales, alga marina, o algas) , microorganismos (por ejemplo, bacterias, hongos, o levadura) , etcétera.

Se hace referencia ahora en detalle a varias modalidades de la invención, de las cuales uno o más ejemplos se exponen más abajo. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención y no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para aquellos con experiencia en la materia que pueden hacerse varias modificaciones y variaciones en la presente invención sin salirse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una modalidad, pueden usarse en otra modalidad para producir una modalidad adicional. Así, se pretende que la presente invención cubra tales modificaciones y variaciones que estén dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes .

En términos generales, la presente invención se dirige a una película que contiene una capa núcleo situada en posición adyacente a una capa exterior. La capa núcleo contiene un porcentaje relativamente alto de biopolímeros termoplásticos que son biodegradables y renovables . A pesar de ser biodegradables y renovables, muchos biopolímeros tienden a ser relativamente rígidos en la naturaleza. Convencionalmente, se pensaba que tales biopolímeros rígidos no podrían formarse fácilmente en películas que tuvieran buenas propiedades mecánicas (por ejemplo, ductilidad) . Los presentes inventores descubrieron, sin embargo, que a través del control selectivo sobre los componentes en la capa núcleo y la capa externa, puede formarse fácilmente una película con buenas propiedades mecánicas. Entre otras cosas, esto se logra al mezclar el biopolímero en la capa núcleo con al menos una poliolefina. Una poliolefina también se emplea en la capa exterior. Además de proporcionar funcionalidad a la película (por ejemplo, sellado por calor, impresión, etc.), la capa exterior que contiene poliolefina también ayuda a contrarrestar la rigidez del biopolímero en la capa núcleo, y ayuda a mejorar la procesabilidad. Aunque las poliolefinas son normalmente incompatibles químicamente con los biopolímeros debido a sus diferentes polaridades, los presentes inventores descubrieron que la separación de fases puede minimizarse por control selectivo de ciertos aspectos de la película, tales como la naturaleza y concentración de la poliolefina en el núcleo y las capas exteriores .

Con respecto a esto, se describirán ahora diversas modalidades de la presente invención con más detalle más abajo. I . Capa exterior Como se indicó anteriormente, la capa núcleo contiene una mezcla de al menos un biopolímero biodegradable y renovable y al menos una poliolefina. Típicamente, la cantidad de biopolímeros empleada en la capa núcleo se controla selectivamente para lograr un equilibrio de biodegradabilidad, renovabilidad, y ductilidad. Los biopolímeros termoplásticos pueden constituir, por ejemplo, de aproximadamente 10% en peso a 95% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 50% en peso a 90% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60% en peso a aproximadamente 85% en peso del contenido de polímero de la capa núcleo. Igualmente, las poliolefinas típicamente constituyen de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 90% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 50% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 40% en peso del contenido de polímero de la capa núcleo.

A. Biopolímeros termoplásticos Los biopolímeros termoplásticos de la presente invención son tanto biodegradables como renovables. Particularmente, los biopolímeros adecuados son poliésteres alifáticos agroderivados (por ejemplo, derivados de plantas, animales o microorganismos) . Un ejemplo de un poliéster agroderivado de este tipo es el ácido poliláctico (PLA) y sus copolímeros, terpolímeros basados en el ácido poliláctico. El ácido poliláctico puede, por ejemplo, derivarse de unidades de monómero de cualquier isómero de ácido láctico, tales como el ácido láctico levógiro ("ácido L-láctico"), ácido láctico dextrógiro ("ácido D-láctico"), ácido meso-láctico, o mezclas de éstos. Las unidades de monomero se pueden formar también a partir de anhídridos de cualquier isómero de ácido láctico, incluyendo L-lactida, D-lactida, meso-lactida, o mezclas de éstos. Se pueden emplear además dímeros cíclicos de tales ácidos lácticos y/o lactidas. Cualquier método de polimerización conocido, tal como policondensación o polimerización por apertura de anillo, se puede usar para polimerizar el ácido láctico. Una pequeña cantidad de un agente de extensión de cadena (por ejemplo, un compuesto de diisocianato, un compuesto epoxi o un anhídrido de ácido) se puede emplear también. El ácido poliláctico puede ser un homopolímero o un copolímero, tal como uno que contiene unidades monoméricas derivadas de ácido L- láctico, unidades monoméricas derivadas de ácido D- láctico, y comonómeros de ácido no láctico (por ejemplo, ácido glicólico, caprolactona, etc.). Aunque no se requiere, el contenido de una de las unidades de monomero derivadas de ácido L- láctico y la unidad de monomero derivado de ácido D-láctico, y comonómeros de ácido no láctico puede ser de aproximadamente 85% en moles o más, en algunas modalidades aproximadamente 90% en moles o más, y en algunas modalidades, aproximadamente 95% en moles o más. Los múltiples ácidos poliláctico, que tienen cada uno una proporción diferente entre la unidad de monomero derivado de ácido L- láctico y la unidad de monomero derivado de ácido D-láctico, se pueden mezclar en un porcentaje arbitrario. Los biopolímeros pueden incluir además mezclas de estereocomplej os de ácido poli-L-láctico ( "PLLA" ) y ácido poli-D-láctico ("PDLA") . La temperatura de fusión de PLLA puede aumentarse y PLLA tiene una temperatura de fusión de 40-50°C, y su temperatura de deformación por calor puede aumentar de aproximadamente 60°C a aproximadamente hasta 190°C mezclándolo con PDLA. Las mezclas PDLA y PLLA pueden formar un estereocomplejo muy regular con un aumento de la cristalinidad. La estabilidad de la temperatura se optimiza cuando se emplea una mezcla 50:50, pero incluso a bajas concentraciones de PDLA (por e emplo, 3-10% en peso) , es incluso una mejora sustancial en la velocidad de cristalización.

Otro poliéster alifático agroderivado adecuado es polihidroxialcanoato ("PHA"), que se refiere ampliamente a una clase de poliésteres alifáticos termoplásticos renovables, producidos por polimerización de ácidos hidroxialifáticos (que incluyen dímeros de los ácidos hidroxialifáticos) como un resultado de la fermentación bacteriana de almidón, azúcares, lípidos, etc. Los polímeros PHA pueden incluir ????-ß-hidroxibutirato ("PHB") (también conocido como poli-3-hidroxibutirato) , poli- -hidroxibutirato (también conocido como poli-2-hidroxibutirato) , poli-3-hidroxipropionato, poli-3-hidroxivalerato ("PHV"), poli-4-hidroxibutirato, poli-4-hidroxivalerato, poli-5-hidroxivalerato, poli-3-hidroxihexanoato, poli-4 -hidroxihexanoato, poli-6- idroxihexanoato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato ("PHBV") , poli-3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato, poli-3-hidroxibutirato-co-3 -hidroxihexanoato, poli-3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxioctanoato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxidecanoato, poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxioctadecanoato, etc. Una variedad de técnicas conocidas se pueden emplear para sintetizar tales polímeros, tales como los descritos, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos núms . 7,267,794 de Kozaki, y otros, 7,276,361 de Doi , y otros, 7,208,535 de Asrar, y otros, 7,176,349 de Dhugga, y otros, y 7,025,908 de Williams, y otros.

Cuando se emplean, los poliésteres agroderivados frecuentemente son relativamente rígidos en la naturaleza. Por ejemplo, pueden tener una temperatura de transición vitrea relativamente alta ( "Tg" ) , tales como aproximadamente 0°C o más, en algunas modalidades, aproximadamente 4°C o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5°C a aproximadamente 50°C. Sin embargo, el punto de fusión de los poliésteres agroderivados es aún relativamente bajo, lo que ayuda a mejorar la velocidad de biodegradación . Por ejemplo, el punto de fusión es típicamente de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 180°C, en algunas modalidades de aproximadamente 80DC a aproximadamente 170°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100°C a aproximadamente 160°C. La temperatura de fusión y la temperatura de transición vitrea se pueden determinar mediante el uso de la calorimetría diferencial de barrido ("DSC") de acuerdo con ASTM D-3417 como es bien conocido en la técnica. Tales pruebas pueden emplearse usando un calorímetro diferencial de barrido DSC Q100 (equipado con un accesorio de refrigeración de nitrógeno líquido) y con un programa de software de análisis VENTAJA TÉRMICA (versión 4.6.6), que está disponible en T.A. Instruments Inc. de New castle, Delaware.

El peso molecular de los poliésteres alifáticos agroderivados (por ejemplo, ácido poliláctico, polihidroxialcanoato, etc.) puede controlarse también dentro de un cierto intervalo para ayudar a proporcionar las propiedades deseadas a la película resultante. Por ejemplo, el peso molecular promedio en número ( "Mn" ) puede estar en el intervalo de aproximadamente 40,000 a aproximadamente 120,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 50,000 a aproximadamente 100,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60,000 a aproximadamente 85,000 gramos por mol. Igualmente, el poliéster alifático puede tener además un peso molecular promedio ponderado ( "Mw" ) en el intervalo de aproximadamente 70,000 a aproximadamente 300,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 80,000 a aproximadamente 200,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 150,000 gramos por mol. La relación entre el peso molecular promedio ponderado al peso molecular promedio numérico ("M„/Mn") , es decir, el "índice de polidispersión" , es además relativamente bajo. Por ejemplo, el índice de polidispersión típicamente está en el intervalo de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 4.0, en algunas modalidades de aproximadamente 1.2 a aproximadamente 3.0, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1.4 a aproximadamente 2.0. Los pesos moleculares promedio ponderado y numérico pueden determinarse por los métodos conocidos por los expertos en la materia.

El poliéster alifático puede tener también una viscosidad aparente de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 segundos Pascal (Pascal por segundo) , en algunas modalidades de aproximadamente 200 a aproximadamente 800 Pascal por segundo, y en algunas modalidades, de aproximadamente 300 a aproximadamente 600 Pascal por segundo, tal como se determina a una temperatura de 170°C y una velocidad de cizallamiento de 1000 seg"1. El índice de fluidez del poliéster también puede variar de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 gramos por 10 minutos. El índice de fluidez es el peso de un polímero (en gramos) que puede ser forzado a través de un orificio de reómetro de extrusión (diámetro de 0.0825 pulgadas) cuando se somete a una carga de 2160 gramos en 10 minutos a una temperatura determinada (por ejemplo, 190°C) , medido de acuerdo con el método de ensayo ASTM D1238-E. Por supuesto, el índice de fluidez del poliéster en última instancia dependerá del proceso de formación de película seleccionado. Por ejemplo, cuando se extruye como una película fundida, se desean típicamente polímeros de índice de fluidez más altos, tal como aproximadamente 4 gramos por 10 minutos o más, en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 12 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 7 a aproximadamente 9 gramos por 10 minutos. Del mismo modo, cuando se forman como una película soplada, se desean típicamente polímeros de índice de fluidez más bajos, tales como menos de aproximadamente 12 gramos por 10 minutos o menos, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 7 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, desde aproximadamente 2 a aproximadamente 5 gramos por 10 minutos.

Aunque los poliésteres alifáticos agroderivados se discuten en detalle anteriormente, se debe entender que otros tipos de biopolímeros que son biodegradables y renovables también se pueden emplear en la capa núcleo. Por ejemplo, los poliésteres alifáticos derivados del petróleo pueden emplearse en ciertas modalidades, tales como policaprolactona, poliesteramidas, ácido poliglicólico, succinatos de polialquileno (por ejemplo, succinato de polibutileno, adipato succinato de polibutileno, succinato de polietileno, etc.), etcétera. Por supuesto, los succinatos de polialquileno pueden ser además agroderivados o de base biológica, tales como por polimerización de ácido succínico derivado de la fermentación de sustratos naturales (por ejemplo, hidratos de carbono) con dioles derivados de materia prima de la agricultura (por ejemplo, 1 , 3 -propanodiol de base biológica o 1,4 -butano diol de la fermentación o hidrogenación de diácidos agroderivados) . Sin embargo, otros biopolímeros adecuados pueden incluir celulosa y derivados de éstas (por ejemplo, hemicelulosa, ésteres de celulosa, etc.), quitosano, alginatos, proteínas vegetales, (por ejemplo, proteína de maíz, proteína de soja, etc.), polipéptidos , glicoproteínas , etc.

Poliolefinas Como se indicó anteriormente, una poliolefina también se emplea en la capa núcleo. Entre otras cosas, la poliolefina ayuda a contrarrestar la rigidez del biopolímero, mejorando de este modo la ductilidad y procesabilidad en estado fundido de la película. Aunque de naturaleza no polar, los presentes inventores descubrieron que los efectos de cualquier separación de fases que se esperaría normalmente debido a la presencia de un biopolímero polar se pueden minimizar mediante el empleo de una capa exterior que también es de naturaleza no polar. Las poliolefinas ilustrativas para este propósito pueden incluir, por ejemplo, polietileno, polipropileno, mezclas y copolímeros de éstos. En una modalidad particular, se emplea un polietileno que es un copolímero de etileno y una a-olefina, tal como una a-olefina de C3-C2o o oc-olefina de C3-Ci2. Las a-olefinas adecuadas pueden ser lineales o ramificadas (por ejemplo, una o más ramificaciones alquilo de Ci-C3í o un grupo arilo) . Los ejemplos específicos incluyen 1-buteno; 3-metil-l-buteno; 3,3-dimetil-l-buteno; 1-penteno; 1-penteno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-hexeno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-hepteno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-octeno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-noneno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-deceno etil, metil o dimetil-sustituido; 1-dodeceno; y estireno. Los comonómeros de ot-olefina particularmente deseados son 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno. El contenido de etileno de tales copolímeros puede ser de aproximadamente 60% en moles a aproximadamente 99% en moles, en algunas modalidades de aproximadamente 80% en moles a aproximadamente 98.5% en moles, y en algunas modalidades, de aproximadamente 87% en moles a aproximadamente 97.5% en moles. El contenido de a-olefina puede igualmente estar en el intervalo de aproximadamente 1% en moles a aproximadamente 40% en moles, en algunas modalidades de aproximadamente 1.5% en moles a aproximadamente 15% en moles, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2.5% en moles a aproximadamente 13% en moles .

La densidad del polietileno puede variar dependiendo del tipo de polímero empleado, pero generalmente oscila de 0.85 a 0.96 gramos por centímetro cúbico ("g/cm3"). Los "plastómeros" de polietileno, por ejemplo, pueden tener una densidad en el intervalo de 0.85 a 0.91 g/cm3. Del mismo modo, el "polietileno lineal de baja densidad" (LLDPE, por sus siglas en inglés) puede tener una densidad en el intervalo de 0.91 a 0.940 g/cm3; el "polietileno de baja densidad" ("LDPE") puede tener una densidad en el intervalo de 0.910 a 0.940 g/cm3, y el "polietileno de alta densidad" (HDPE, por sus siglas en inglés) puede tener una densidad en el intervalo de 0.940 a 0.970 g/cm3. Las densidades pueden medirse de acuerdo con ASTM 1505. Los polímeros a base de etileno particularmente adecuados para el uso en la presente invención pueden estar disponibles bajo la designación EXACT™ de ExxonMobil Chemical Company de Houston, Texas. Otros plastómeros de polietileno adecuados están disponibles bajo la designación ENGAGE™ y AFFINITY™ de Dow Chemical Company de Midland, Michigan. Aún otros polímeros de etileno adecuados están disponibles en The Dow Chemical Company bajo las designaciones DOWLEX™ (LLDPE) y ATTANE™ (ULDPE) . Otros polímeros de etileno adecuados se describen en las patentes de Estados Unidos núms . 4,937,299 de Ewen y otros; 5,218,071 de Tsutsui y otros; 5,272,236 de Lai, y otros; y 5,278,272 de Lai, y otros, las cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos.

Por supuesto, la presente invención no está de ninguna manera limitada al uso de polímeros de etileno. Por ejemplo, los polímeros de propileno también pueden ser adecuados para su uso como una poliolefina semicristalina . Los polímeros de propileno adecuados pueden incluir, por ejemplo, homopolímeros de polipropileno, así como también copolímeros o terpolímeros de propileno con una a-olefina (por ejemplo, C3-C2o) , tales como etileno, 1-buteno, 2-buteno, los diversos isómeros de penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno, 1-unideceno, 1-dodeceno, 4-metil-l-penteno, 4 -metil-1-hexeno, 5-metil-l-hexeno, vinilciclohexeno, estireno, etc. El contenido de comonómero del polímero de propileno puede ser de aproximadamente 35% en peso o menor, en algunas modalidades de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 20% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 10% en peso. La densidad del polipropileno (por ejemplo, copolímero de propileno/a-olefina) puede ser 0.95 gramos por centímetro cúbico (g/cm3) o menor, en algunas modalidades, de 0.85 a 0.92 g/cm3, y en algunas modalidades, de 0.85 g/cm3 a 0.91 g/cm3. Los polímeros de propileno adecuados están disponibles comercialmente bajo las designaciones VISTAMAXX™ de Exxon obil Chemical Co. de Houston, Texas; FINA™ (por ejemplo, 8573) de Atofina Chemicals de Feluy, Bélgica; TAFMER™ disponible en Mitsui Petrochemical Industries; y VERSIFY™ disponibles en Dow Chemical Co. de Midland, Michigan. Otros ejemplos de polímeros de propileno adecuados se describen en las patentes de Estados Unidos núms . 6,500,563 de Datta, y otros ; 5,539,056 de Yang, y otros; y 5,596,052 de Resconi, y otros, las cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos .

Generalmente puede emplearse cualquiera de una variedad de técnicas conocidas para formar las poliolefinas . Por ejemplo, los polímeros de olefina pueden formarse mediante el uso de un catalizador de radical libre o uno de coordinación (por ejemplo, catalizadores de Ziegler-Natta o metaloceno) . Las poliolefinas catalizadas por metaloceno se describen, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos núms . 5,571,619 de McAlpin y otros; 5,322,728 de Davis y otros; 5,472,775 de Obijeski y otros; 5,272,236 de Lai y otros ; y 6,090,325 de heat, y otros, que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia a la misma para todos los propósitos.

El índice de fluidez (MI) de las poliolefinas puede variar generalmente, pero típicamente está en el intervalo de aproximadamente 0.1 gramos por 10 minutos a aproximadamente 100 gramos por 10 minutos, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 gramos por 10 minutos a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, aproximadamente 1 a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos, determinado a 190°C. El índice de fluidez es el peso del polímero (en gramos) que puede forzarse a través de un orificio del reómetro de extrusión (diámetro de 0.0825 pulgadas) cuando se somete a una fuerza de 2160 gramos en 10 minutos a 190°C, y puede determinarse de acuerdo con el Método de Ensayo AST D1238-E.

C. Otros componentes Un aspecto beneficioso de la presente invención es que puede formarse fácilmente una película sin la necesidad de compatibilizadores o plastificantes que convencionalmente se creen necesarios para el proceso de fusión de un biopolímero. Por lo tanto, en ciertas modalidades, la capa núcleo puede estar libre de tales ingredientes, lo que mejora aún más la biodegradabilidad general y renovabilidad de la película. Sin embargo, en algunos casos, el compatibilizador y/o plastificante pueden aún emplearse en la capa núcleo, típicamente en una cantidad de no más de aproximadamente 40% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 0.1% en peso a aproximadamente 30% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5% en peso a aproximadamente 25% en peso, y en algunas modalidades de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 15% en peso de la capa núcleo.

Cuando se emplea, el compatibilizador puede ser una poliolefina funcionalizada que posee un componente polar proporcionado por uno o más grupos funcionales que es compatible con el biopolímero y un componente no polar proporcionado por una olefina que es compatible con la poliolefina. El componente polar puede proporcionarse, por ejemplo, por uno o más grupos funcionales y el componente no polar puede ser proporcionado por una olefina. El componente de olefina del compatibilizador puede estar formado generalmente de cualquier o monómero dea-olefina lineal o ramificada, oligómero, o polímero (incluyendo copolímeros) derivado de un monómero de olefina. El monómero de a-olefina tiene típicamente de 2 a 14 átomos de carbono y preferentemente de 2 a 6 átomos de carbono. Los ejemplos de monómeros adecuados incluyen, pero sin limitarse a, etileno, propileno, buteno, penteno, hexeno, 2-metil-l-propeno, 3-metil-l-penteno, 4 -metil-l-penteno, y 5-metil- 1-hexeno . Los ejemplos de poliolefinas incluyen tanto homopolímeros como copolímeros, es decir, polietileno, copolímeros de etileno tales como EPDM, polipropileno, copolímeros de propileno, y polímeros polimetilpenteno . Un copolímero de olefina puede incluir una cantidad menor de monómeros no olefínicos, tales como estireno, acetato de vinilo, dieno, o acrílico y monómero no acrílico. Los grupos funcionales pueden incorporarse en la cadena principal del polímero usando una variedad de técnicas conocidas. Por ejemplo, un monómero que contiene el grupo funcional puede injertarse en una cadena principal de poliolefina para formar un copolímero de injerto. Tales técnicas de injerto son bien conocidas en la técnica y se describen, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos núm. 5,179,164. En otras modalidades, el monómero que contiene los grupos funcionales puede ser copolimerizado con un monómero de olefina para formar un copolímero de bloque o al azar. Independientemente de la manera en la que se incorpora, el grupo funcional del compatibilizador puede ser cualquier grupo que proporciona un segmento polar a la molécula, tal como un grupo carboxilo, grupo anhídrido ácido, grupo amida de ácido, grupo imida, grupo carboxilato, grupo epoxi, grupo amino, grupo isocianato, grupo que tiene anillo de oxazolina, grupo hidroxilo, y asi sucesivamente. Las poliolefinas modificadas con anhídrido maleico son particularmente adecuadas para usar en la presente invención. Tales poliolefinas modificadas se forman típicamente mediante el injerto de anhídrido maleico en un material de cadena principal polimérica. Tales poliolefinas maleadas están disponibles de E. I. du Pont de Nemours and Company bajo la designación Fusabond®, tales como las Serie P (polipropileno modificado químicamente) , Serie E (polietileno modificado químicamente) , Serie C (acetato de etilenvinilo modificado químicamente) , Serie A (copolímeros de acrilato de etileno o terpolímeros modificados químicamente) , o la Serie N (etilen-propileno modificado químicamente, monómero de etilen-propileno-dieno ("EPDM") o de etilen-octeno) . Alternativamente, las poliolefinas maleadas también están disponibles en Chemtura Corp. bajo la designación Polybond® y Eastman Chemical Company bajo la designación de Serie Eastman G, y Polímeros Funcionales AMPLIFY ™ GR (poliolefinas injertadas de anhídrido maleico) .

Del mismo modo, cuando se emplean, los plastificantes adecuados pueden incluir plastificantes de alcoholes polihídricos , tales como azúcares (por ejemplo, glucosa, sacarosa, fructosa, rafinosa, maltodextrosa, galactosa, xilosa, maltosa, lactosa, mañosa, y eritrosa) , alcoholes de azúcar (por ejemplo, eritritol, xilitol, maltitol, manitol y sorbitol) , polioles (por ejemplo, etilenglicol , glicerol, propilenglicol , dipropilenglicol , butilenglicol, y hexano triol), etc. También son adecuados los compuestos orgánicos que forman enlaces de hidrógeno que no tienen grupo hidroxilo, que incluyen urea y derivados de urea; anhídridos de alcoholes de azúcar tales como sorbitán; proteínas animales tales como gelatina; proteínas vegetales tales como proteína de girasol, proteínas de soja, proteínas de la semilla de algodón; y mezclas de éstos. Otros plastificantes adecuados pueden incluir ásteres de ftalato, dimetil y dietil succinato y ésteres relacionados, triacetato de glicerol, mono y diacetatos de glicerol, mono, di, y tripropionates de glicerol, butanoatos, estearatos, ésteres de ácido láctico, ésteres de ácido cítrico, ésteres de ácido adípico, ésteres de ácido esteárico, ésteres de ácido oleico, y otros ésteres de ácidos. Además, pueden usarse ácidos alifáticos tales como los copolímeros de etileno y ácido acrílico, polietileno injertado con ácido maléico, ácido polibutadieno-co-acrílico, ácido polibutadieno-co-maléico, ácido polipropileno-co-acrílico, ácido polipropileno-co-maléico, y otros ácidos basados en hidrocarburos. Se prefiere un plastificante de bajo peso molecular, tales como menos de aproximadamente 20,000 g/mol, preferentemente menos de aproximadamente 5,000 g/mol y con mayor preferencia menos de aproximadamente 1,000 g/mol.

Además de los componentes mencionados anteriormente, otros aditivos pueden incorporarse también en la capa núcleo, tales como estabilizadores de fusión, adyuvantes de dispersión (por ejemplo, agentes tensioactivos) , adyuvantes de procesamiento (PPA) o estabilizadores, estabilizadores de calor, estabilizadores de luz, antioxidantes, estabilizadores de envejecimiento por calor, agentes blanqueadores, agentes antibloqueo, agentes de unión, lubricantes, rellenos, aditivos antiestáticos, etc.

II. Capa exterior Como se indicó anteriormente, la capa exterior de la película de múltiples capas contiene al menos una poliolefina. Además de proporcionar funcionalidad a la película (por ejemplo, sellado por calor, impresión, etc.), la capa exterior también ayuda a contrarrestar la rigidez del biopolímero en la capa núcleo, y ayuda a mejorar la procesabilidad. Las poliolefinas ilustrativas para este propósito pueden incluir, por ejemplo, polietileno, polipropileno, mezclas y copolímeros de éstos, tales como los descritos anteriormente. Los copolímeros de etileno son particularmente adecuados para su uso en la capa exterior, tales como LDPE, LLDPE, elastorneros de polietileno, poliolefinas catalizadas de sitio único (por ejemplo, catalizadas por metaloceno) , copolimeros de acetato de etilenvinilo, copolimeros de etileno-ácido acrílico, copolimeros de etileno-ácido metacrílico, copolimeros de etileno acrilato de metilo, copolimeros de etileno acrilato de butilo, copolimeros de etileno alcohol vinílico, etc.

Para ayudar a asegurar que las propiedades deseadas se logren, las poliolefinas constituyen al menos la mayoría de la capa exterior, tal como aproximadamente 50% en peso o más, en algunas modalidades aproximadamente 60% en peso o más, y en algunas modalidades aproximadamente 75% en peso o más. En ciertas modalidades, por ejemplo, las poliolefinas pueden constituir la totalidad del contenido de polímero de la capa exterior. En otras modalidades, sin embargo, puede ser deseable incorporar uno o más polímeros adicionales en la capa exterior que sean biodegradables , renovables, o ambos, típicamente en una cantidad de no más de aproximadamente 50% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 45% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 40% en peso del contenido de polímero de la capa exterior.

Cuando se emplean en la capa exterior, los polímeros adicionales pueden incluir cualquiera de los biopolímeros a los que se hizo referencia anteriormente. Además de los anteriormente mencionados, otro polímero adecuado que se puede emplear en la capa exterior es una capa de almidón, que puede ser tanto biodegradable como renovable. Aunque los polímeros de almidón se producen en muchas plantas, las fuentes típicas incluyen las semillas de granos de cereales, tales como el maíz, el maíz ceroso, el trigo, el sorgo, el arroz, y el arroz ceroso; tubérculos como la papa; raíces, como la tapioca (es decir, la mandioca y la yuca), el camote, y el arrurruz; y la médula de sagú. En términos generales, cualquier almidón modificado y/o nativo (no modificado) (por ejemplo, química o enzimáticamente modificado) se puede emplear en la presente invención. Los almidones modificados pueden obtenerse, por ejemplo, mediante procesos típicos conocidos en la materia (por ejemplo, esterificación, eterificación, oxidación, hidrólisis acida, hidrólisis enzimática, etc.). Los éteres y/o ésteres de almidón pueden ser particularmente deseables, tales como almidones hidroxialquilo, almidones de carboximetilo, etc. El grupo hidroxialquilo de almidones hidroxialquilo puede contener, por ejemplo, de 2 a 10 átomos de carbono, en algunas modalidades de 2 a 6 átomos de carbono, y en algunas modalidades, de 2 a 4 átomos de carbono. Los almidones hidroxialquilos representativos son el almidón hidroxietilo, el almidón hidroxipropilo, el almidón hidroxibutilo, y sus derivados. Los ésteres de almidón, por ejemplo, pueden prepararse mediante uso de una amplia variedad de anhídridos (por ejemplo, acético, propiónico, butírico, y así sucesivamente) , ácidos orgánicos, cloruros ácidos, u otros reactivos de esterificación. El grado de esterificación puede variar según se desee, tal como de 1 a 3 grupos éster por unidad glucosídica del almidón.

El polímero de almidón puede contener diferentes porcentajes en peso de amilosa y amilopectina, diferentes pesos moleculares de polímeros, etc. Los almidones ricos en amilosa contienen más de aproximadamente 50% en peso de amilosa y los almidones bajos en amilosa contienen menos de aproximadamente 50% en peso de amilosa. Aunque no es necesario, los almidones bajos en amilosa que tienen un contenido de amilosa de aproximadamente 10% a aproximadamente 40% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15% a aproximadamente 35% en peso, son particularmente adecuados para su uso en la presente invención. Ejemplos de tales almidones bajos en amilosa incluyen el almidón de maíz y el almidón de papa, ambos de los cuales tiene un contenido de amilosa de aproximadamente 20% en peso. Los almidones bajos en amilosa particularmente adecuados son aquellos que tienen un peso molecular promedio en número ( "Mn" ) en el intervalo de aproximadamente 50,000 a aproximadamente 1,000,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 75,000 a aproximadamente 800,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 600,000 gramos por mol, y/o un peso molecular promedio ponderado ( "Mw" ) en el intervalo de aproximadamente 5,000,000 a aproximadamente 25,000,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 5,500,000 a aproximadamente 15,000,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 6,000,000 a aproximadamente 12,000,000 gramos por mol. La relación entre el peso molecular promedio ponderado con respecto al peso molecular promedio en número ("Mw/Mn"), es decir, el "índice de polidispersidad" , además es relativamente alta. Por ejemplo, el índice de polidispersidad puede estar en el intervalo de aproximadamente 10 a aproximadamente 100, y en algunas modalidades, de aproximadamente 20 a aproximadamente 80. Los pesos moleculares promedio ponderado y numérico pueden determinarse por los métodos conocidos por los expertos en la materia.

Si se desea, se puede emplear además un plastificante en la capa exterior para mejorar aún más la capacidad de un polímero adicional (por ejemplo, polímero de almidón, polímero de celulosa, etc.) contenido en ésta para ser procesado por fusión. Por ejemplo, tales plastificantes pueden ablandar y penetrar en la membrana externa de un polímero de almidón y causar que las cadenas interiores de almidón absorban agua y se hinchen. Esta hinchazón, en algún momento, causará que la lámina exterior se rompa y resulte en una ruptura irreversible de la estructura de los gránulos de almidón. Una vez rota la estructura, las cadenas de polímeros de almidón, que se comprimen inicialmente dentro de los gránulos, pueden estirarse y formar un entrecruzamiento generalmente desordenado de las cadenas poliméricas. Tras la resolidificación, sin embargo, las cadenas pueden reorientarse para formar sólidos cristalinos o amorfos con resistencias variables dependiendo de la orientación de las cadenas de polímero de almidón.

En la capa exterior puede incorporarse un plastificante mediante el uso de cualquiera de una variedad de técnicas conocidas. Por ejemplo, los polímeros pueden ser "preplastificados" antes de la incorporación en la película para formar lo que se refiere frecuentemente como una "mezcla madre termoplástica . " La cantidad relativa del polímero y el plastificante empleada en la mezcla madre termoplástica puede variar dependiendo de una variedad de factores, tales como el peso molecular deseado, el tipo de polímero, la afinidad del plastificante para el polímero, etc. Típicamente, sin embargo, los polímeros constituyen entre aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 98% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 95% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60% en peso a aproximadamente 90% en peso de la mezcla madre termoplástica. Del mismo modo, los plastificantes constituyen típicamente de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 60% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 50% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 40% en peso de la mezcla madre termoplástica. Las técnicas de mezclado en estado fundido en lote y/o continuo se pueden emplear para mezclar un polímero y el plastificante y formar una mezcla madre. Por ejemplo, se puede usar un mezclador/amasador, mezclador de Banbury, mezclador continuo de Farrel, extrusor de un solo tornillo, extrusor de doble tornillo, molino de rodillos, etc. Un dispositivo de mezclado en estado fundido particularmente adecuado es un extrusor de doble tornillo de corotación (por ejemplo, extrusor de doble tornillo USALAB disponible de Thermo Electron Corporation de Stone, Inglaterra o un extrusor disponible de Coperion Werner Pfleiderer de Ramsey, NJ) . Tales extrusores pueden incluir puertos de alimentación y de ventilación y proporcionar un mezclado de alta intensidad distributiva y dispersiva. Por ejemplo, se puede alimentar inicialmente un polímero a un puerto de alimentación del extrusor de doble tornillo. A partir de entonces, se puede inyectar un plastificante en la composición polimérica. Alternativamente, el polímero puede ser alimentado simultáneamente a la garganta de alimentación del extrusor o por separado en un punto diferente a lo largo de su longitud. El mezclado en estado fundido puede producirse en cualquiera de una variedad de temperaturas, tal como de aproximadamente 30DC a aproximadamente 200°C, en algunas modalidades, de aproximadamente 40°C a aproximadamente 160°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 50°C a aproximadamente 150°C.

Además de los mencionados anteriormente, también pueden emplearse otros aditivos en la capa exterior como se conoce en la materia, tales como estabilizadores de fusión, adyuvantes de dispersión (por ejemplo, agentes tensioactivos) , adyuvantes de procesamiento o estabilizadores, estabilizadores de calor, estabilizadores de luz, antioxidantes, estabilizadores del enve ecimiento por calor, agentes blanqueadores, agentes antibloqueo, agentes adhesivos, lubricantes, rellenos, aditivos antiestáticos, etc.

II. Construcción de la película La película de la presente invención contiene una capa núcleo que está situada adyacente a una capa exterior. Además de estas capas, se debe entender que otras capas también pueden ser empleadas en la película. Por ejemplo, la película puede contener de dos (2) a quince (15) capas, y en algunas modalidades, de tres (3) a doce (12) capas. En una modalidad, por ejemplo, la película es una de dos capas de película que contiene sólo la capa núcleo y la capa exterior. En otra modalidad, la película contiene más de dos capas (por ejemplo, tres (3) capas) en la que la capa núcleo está situada entre la primera y la segunda capas exteriores. En tales modalidades, la primera capa exterior puede servir como una capa de termosellado de la película, y la segunda capa exterior puede servir como una capa imprimible. La primera capa exterior, la segunda capa exterior, o ambas pueden estar formadas de la manera descrita anteriormente. Por ejemplo, las poliolefinas pueden constituir al menos la mayoría de la primera capa exterior y/o segunda capa exterior, tal como aproximadamente 50% en peso o más, en algunas modalidades aproximadamente 60% en peso o más, y en algunas modalidades, aproximadamente 75% en peso o más. En ciertas modalidades, por ejemplo, las poliolefinas pueden constituir la totalidad del contenido de polímero de la primera capa exterior y/o la segunda capa exterior. En otras modalidades, como se señaló anteriormente, uno o más polímeros adicionales pueden ser empleados en la primera capa exterior y/o segunda capa exterior que sean biodegradables , renovables, o ambos, típicamente en una cantidad de no más de aproximadamente 50% en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 45% en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 40% en peso del contenido de polímero de la capa exterior respectiva. Cabe señalar que la primera y segunda capas exteriores pueden estar formadas de la misma composición (por ejemplo, mismo tipo de poliolefinas y misma concentración de poliolefinas, etc.) o de una composición diferente (por ejemplo, diferentes tipos de poliolefinas y/o diferente concentración de poliolefinas) .

Sin importar el número de capas empleadas, la capa núcleo típicamente constituye una porción sustancial del grosor de la película, tal como de aproximadamente 20% a aproximadamente 90%, en algunas modalidades de aproximadamente 30% a aproximadamente 80%, y en algunas modalidades, de aproximadamente 40% a aproximadamente 70% del grosor de la película. Por otro lado, el grosor combinado de la(s) capa(s) exterior (es) es típicamente de aproximadamente 10% a aproximadamente 65%, en algunas modalidades de aproximadamente 20% a aproximadamente 60%, y en algunas modalidades, de aproximadamente 25% a aproximadamente 55% del grosor de la película. Cuando se emplean dos capas exteriores, por ejemplo, cada capa exterior individual puede constituir de aproximadamente 5% a aproximadamente 35%, en algunas modalidades de aproximadamente 0% a aproximadamente 30%, y en algunas modalidades, de aproximadamente 12% a aproximadamente 28% del grosor de la película. El grosor total de la película generalmente puede variar en dependencia del uso deseado. No obstante, el grosor de la película típicamente se minimiza para aumentar la flexibilidad y reducir el tiempo necesario para que la película se degrade. Así, en la mayoría de las modalidades de la presente invención, la película tiene un grosor total de aproximadamente 250 micrómetros o menor, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 200 micrómetros, en algunas modalidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 150 micrómetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 120 micrómetros. Por ejemplo, cuando se emplean dos capas exteriores, cada capa individual puede tener un grosor de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 50 micrómetros, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 35 micrómetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 25 micrómetros. Igualmente, la capa núcleo puede tener un grosor de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 micrómetros, en algunas modalidades de aproximadamente 15 a aproximadamente 80 micrómetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 20 a aproximadamente 60 micrómetros.

A pesar de tener un grosor pequeño, la película de la presente invención, sin embargo, es capaz de retener buenas propiedades mecánicas durante el uso. Un parámetro que es indicativo de la resistencia en seco relativa de la película es la resistencia a la tracción última, que es igual a la tensión máxima obtenida en una curva de tensión-deformación, tal como se obtiene de conformidad con la Norma ASTM D-5034. Deseablemente, la película de la presente invención presenta una tensión máxima (en seco) en la dirección de la máquina ("MD") de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 megapascales (MPa) , en algunas modalidades de aproximadamente 15 a aproximadamente 70 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 20 a aproximadamente 60 MPa, y una tensión máxima en la dirección transversal de la máquina ("CD") de aproximadamente 2 a aproximadamente 40 megapascales (MPa) , en algunas modalidades de aproximadamente 4 a aproximadamente 40 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 MPa.

Aunque posee una buena resistencia, la película es relativamente dúctil. Un parámetro que es indicativo de la ductilidad de la película es el porcentaje de deformación de la película en su punto de rotura, determinado por la curva de tensión-deformación, tal como se obtiene de conformidad con la Norma ASTM D-5034. Por ejemplo, el porcentaje de deformación a la rotura de la película en la dirección de la máquina puede ser de aproximadamente 200% o más, en algunas modalidades aproximadamente 250% o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 300% a aproximadamente 800%. Del mismo modo, el porcentaje de deformación a la rotura de la película en la dirección transversal de la máquina puede ser de aproximadamente 300% o más, en algunas modalidades aproximadamente el 400% o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 500% a aproximadamente 1000%. Otro parámetro que es indicativo de la rigidez es el módulo de elasticidad de la película, que es igual a la relación de la tensión de tracción con respecto a la deformación bajo carga de tracción y se determina a partir de la pendiente de una curva de tensión-deformación. Por ejemplo, la película exhibe típicamente un módulo de elasticidad (en seco) en la dirección de la máquina ("MD") de aproximadamente 50 a aproximadamente 600 megapascales ("MPa"), en algunas modalidades de aproximadamente 60 a aproximadamente 500 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100 a aproximadamente 400 MPa, y un módulo en la dirección transversal de la máquina ("CD") de aproximadamente 50 a aproximadamente 600 megapascales ("MPa"), en algunas modalidades de aproximadamente 60 a aproximadamente 500 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100 a aproximadamente 400 MPa.

La película de múltiples capas de la presente invención se puede preparar por la coextrusión de las capas, recubrimiento por extrusión, o por cualquier proceso de estratificación convencional. Dos procesos particularmente ventajosos son la coextrusión de película fundida y coextrusión de película soplada. En tales procesos, dos o más de las capas de película se forman simultáneamente y salen del extrusor en una forma de múltiples capas. Algunos ejemplos de tales procesos se describen en la patente de los Estados Unidos núm. 6,075,179 de McCormack, y otros y 6,309,736 de McCormack, y otros, que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia a la misma para todos los propósitos. Con referencia a la Figura 1, por ejemplo, se muestra una modalidad de un método para formar una película fundida coextruida. En la modalidad particular de la Figura 1, las materias primas para la capa exterior (no mostrada) se suministran a un primer extrusor 81 y la materia prima para la capa núcleo (no mostrada) se suministran a un segundo extrusor 82. Los extrusores alimentan los materiales compuestos a un troquel 80 que funde las capas sobre un rodillo de colada 90 para formar una película precursora de dos capas 10a. Opcionalmente, pueden emplearse extrusores adicionales (no mostradas) para formar otras capas de la película tal como se conoce en la técnica. Opcionalmente, el rodillo de colada 90 puede estar provisto de elementos de grabado para impartir un patrón a la película. Típicamente, el rodillo de colada 90 se mantiene a una temperatura suficiente para solidificar y apagar la hoja 10a en la medida que se forma, tal como de aproximadamente 20 a 60°C. Si se desea, puede colocarse una caja de vacío adyacente al rodillo de colada 90 para ayudar a mantener la película precursora 10a cerca de la superficie del rodillo 90. Además, las cuchillas de aire o electrodos electrostáticos pueden ayudar a forzar la película precursora 10a contra la superficie del rodillo de colada 90 mientras se mueve alrededor de un rodillo de centrifugado. Una cuchilla de aire es un dispositivo conocido en la materia que concentra una corriente de aire a una velocidad de flujo muy alta para fijar los bordes de la película.

Además del moldeo, se pueden usar además otros métodos para formar la película, tales como soplado, extrusión por troquel plano, etc. Por ejemplo, la película se puede formar por un proceso de soplado en el que se usa gas (por ejemplo, aire) para expandir una burbuja de la mezcla de polímero extruido a través de un troquel anular Después la burbuja colapsa y se recoge en forma de capa plana. Los procesos para la producción de películas sopladas se describen, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos núm. 3,354,506 de Raley; patente de los Estados Unidos núm. 3,650,649 de Schippers ; y patente de los Estados Unidos núm. 3,801,429 de Schrenk y otros , así como la publicación de la solicitud de patente de los Estados Unidos núms . 2005/0245162 de McCormack, y otros y 2003/0068951 de Boggs , y otros.

Independientemente de cómo se forma, la película puede orientarse después opcionalmente, en una o más direcciones para mejorar aún más la uniformidad de película y reducir el grosor. Por ejemplo, la película puede ser inmediatamente recalentada a una temperatura por debajo del punto de fusión de uno o más polímeros en la película, pero lo suficientemente alta para permitir que la composición se tense o estire. En el caso de la orientación secuencial, la película "ablandada" se tensa por los rodillos que giran a diferentes velocidades o tasas de rotación de tal manera que la hoja se estira hasta la relación de estiramiento deseada en la dirección longitudinal (dirección de la máquina) . Esta película orientada "uniaxialmente" puede laminarse después en una banda fibrosa. Además, la película orientada uniaxialmente puede orientada además en la dirección transversal de la máquina para formar una película "orientada biaxialmente" . Por ejemplo, la capa puede fijarse por sus bordes laterales por presillas de cadena y transportarse en un horno estricador. En el horno estricador, la película puede recalentarse y tensarse en la dirección transversal de la máquina hasta la relación de estiramiento deseada por las presillas de cadena, que se separan en su desplazamiento hacia delante .

Con referencia de nuevo a La Figura 1, por ejemplo, se muestra un método de formación de una película orientada uniaxialmente . Como se ilustra, la película precursora 10a se dirige a una unidad de orientación de película 100 u orientador en dirección de la máquina (MDO, por sus siglas en inglés) , tal como la comercialmente disponible de Marshall y Willams, Co. de Providence, Rhode Island. El MDO tiene una pluralidad de rodillos de estiramiento (tal como de 5 a 8) que estiran progresivamente y reducen la película en la dirección de la máquina, que es la dirección de desplazamiento de la película a través del proceso como se muestra en la Figura 1. Mientras que el MDO 100 se ilustra con ocho rodillos, se debe entender que el número de rodillos puede ser mayor o menor, dependiendo del nivel de estiramiento que se desea y los grados de estiramiento entre cada rodillo. La película puede estirarse con operaciones discretas de estiramiento lo mismo sencilla que múltiples. Cabe señalar que algunos de los rodillos en un aparato MDO pueden no estar funcionando a velocidades progresivamente más altas. Si se desea, algunos de los rodillos del MDO 100 pueden actuar como rodillos de precalentamiento . Si están presentes, estos primeros pocos rodillos calientan la película 10a por encima de la temperatura ambiente (por ejemplo, a 125°F) 5l°C. Las velocidades progresivamente más rápidas de los rodillos adyacentes en el MDO actúan para estirar la película 10a. La velocidad a la que giran los rodillos de estiramiento determina la cantidad de estiramiento en la película y el peso final de la película. La película resultante 10b puede después enrollarse y almacenarse en un rodillo de captación 60. Aunque no se muestra aquí, varios procesamientos potenciales adicionales y/o etapas de acabado conocidos en la técnica, tales como cortar, tratar, abrir, imprimir gráficos, o la laminación de la película con otras capas (por ejemplo, materiales de banda no tejida), se puede realizar sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

III. Aplicaciones La película de la presente invención es particularmente adecuada para usar como una película de embalaje, tales como una envoltura individual, bolsas de embalaje, o bolsas para el uso de una variedad de artículos, tales como productos alimenticios, productos de papel (por ejemplo, papel tisú, toallitas, toallas de papel, etc.), artículos absorbentes, etc. Varias bolsas, envoltura o configuraciones de bolsa adecuadas para artículos absorbentes se describen, por ejemplo, en patente de los Estados Unidos núms . 6,716,203 de Sorebo, y otros y 6,380,445 de Moder, y otros, así como la publicación de la solicitud de patente de los Estados Unidos núm. 2003/0116462 de Sorebo, y otros, todos los cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia a la misma para todos los propósitos.

La película también se puede emplear en otras aplicaciones. Por ejemplo, la película puede usarse en un artículo absorbente. Un "artículo absorbente" se refiere generalmente a cualquier artículo capaz de absorber agua u otros fluidos. Los ejemplos de algunos artículos absorbentes incluyen, pero sin limitarse a, artículos absorbentes de cuidado personal, tales como pañales, pantalones de entrenamiento, ropa interior absorbentes, artículos para la incontinencia, productos de higiene femenina (por ejemplo, toallas sanitarias, pantiprotectore, etc.), trajes de baño, toallitas húmedas para bebés, etcétera; artículos médicos absorbentes, tales como prendas de vestir, materiales de fenestración, protectores, almohadillas para camas, vendas, paños absorbentes, y toallas médicas; toallitas para el servicio de alimentos, artículos de vestir, etcétera. Varios ejemplos de tales artículos absorbentes se describen en las patentes de Estados Unidos núms. 5,649,916 de DiPalma, y otros; 6,110,158 de Kielpikowski ; 6,663,611 de Blaney, y otros, las que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos. Aún otros artículos adecuados se describen en la publicación de la solicitud de patente de Estados Unidos núm. 2004/0060112 Al de Fell y otros, así como también en las patentes de Estados Unidos núms. 4,886,512 de Damico y otros; 5,558,659 de Sherrod y otros ; 6,888,044 de Fell y otros; y 6,511,465 de Freiburger y otros, las que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos. Los expertos en la materia conocen bien los materiales y procesos adecuados para la formación de tales artículos absorbentes.

La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes ejemplos.

Métodos de prueba Propiedades de tracción: Antes de la prueba, las muestras se acondicionaron inicialmente a 23°C ( 75°F) /humedad relativa de 50% durante 24 horas. Después de eso, los valores de resistencia a la tracción de la tira se determinaron de acuerdo con la norma ASTM D-5034. Se empleó un medidor de tracción de tipo de velocidad constante de extensión. El sistema de ensayo de tracción fue un marco de tracción Synergie 200. El medidor de tracción estaba equipado con el software TestWorks 4.08B de MTS Systems Corp. para apoyar el ensayo. Se seleccionó una celda de carga apropiada de manera que el valor probado estuviera dentro del intervalo de 10-90% de la carga de escala completa. Las muestras de película se cortaron inicialmente en formas de hueso de perro con un ancho central de 3.0 mm antes de la prueba. Las muestras se sujetaron entre los agarres que tienen una cara frontal y posterior que mide 25.4 milímetros x 76 milímetros. Las caras del agarre se recubrieron de goma, y la dimensión más larga del agarre fue perpendicular a la dirección del estiramiento. La presión de agarre se mantuvo neumáticamente a una presión de 40 libras por pulgada cuadrada. El ensayo de tracción se realizó mediante el uso de una longitud calibrada de 18.0 milímetros y una sensibilidad de rotura de 40%. Se analizaron cinco muestras mediante la aplicación de la carga de prueba a lo largo de la dirección de la máquina y cinco muestras se ensayaron mediante la aplicación de la carga de prueba a lo largo de la dirección transversal. Durante la prueba, las muestras se estiraron a una velocidad de la cruceta de aproximadamente 127 milímetros por minuto hasta que se produjo la rotura. Se midió el módulo de elasticidad, la carga máxima, la tensión máxima, la elongación (porcentaje de deformación a la rotura) , y la energía por unidad de volumen en la rotura (área total bajo la curva de tensión-deformación) .

EJEMPLOS COMPARATIVOS 1-2 Dos (2) diferentes películas de una sola capa se formaron inicialmente a partir de los siguientes polímeros: Control 1: 100% en peso de ácido poliláctico (PLA 4042 de Natureworks) ; y Control 2: 100% en peso de poli (3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxivalerato ("PHBV").

Los materiales poliméricos se extruyeron con un extrusor de un solo tornillo Haake (relación L/D de 25) y moldearon a través de un troquel de 6 pulgadas y se recogieron en una unidad de rodillo de enfriamiento. Las condiciones de las coladas se exponen más abajo en la Tabla 1.

Tabla 1: Condiciones de procesamiento de colada de la película Las propiedades de tracción MD y CD de las películas se determinaron como se describió anteriormente. Los resultados se exponen más abajo en las Tablas 2-3.

Tabla 2 : Propiedades de tracción MD Tabla 3 : Propiedades de tracción CD EJEMPLOS 1-7 Siete (7) diferentes películas de una sola capa se formaron inicialmente a partir de las siguientes mezclas de polímeros : Ejemplo 1: 80% en peso de Dowlex™ 2244G LLDPE (Dow Chemical Co.) y 20% en peso de poli-3-hidroxibutirato-4-hidroxibutirato ( "PHA" ) ; Ejemplo 2: 80% en peso de Dowlex™ 2244G LLDPE y 20% en peso de succinato de polibutileno ("PBS") (Mitsubishi Chemical Co.),-Ejemplo 3: 80% en peso de Dowlex™ 2244G LLDPE y 20% en peso de poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato ("PHBV"); Ejemplo 4: 100% en peso de Dowlex™ 2244G LLDPE; Ejemplo 5: 30% en peso de Dowlex™ 2244G LLDPE y 70% en peso de ácido poliláctico (PLA 4042 de Natureworks ) ; Ejemplo 6: 80% en peso de Dowlex™ 2244G LLDPE y 20% en peso de ácido poliláctico (PLA 4042 de Natureworks) ; y Ejemplo 7: 50% en peso Dowlex™ 2244G LLDPE y 50% en peso de Biohybrid™ BL-F (una mezcla madre termoplástica de almidón disponible de Cardia Bioplastics) .

Los materiales poliméricos se extruyeron con un extrusor de un solo tornillo Haake (relación L/D de 25) y moldearon a través de un troquel de 6 pulgadas y se recogieron en una unidad de rodillo de enfriamiento. Las condiciones de las coladas se exponen más abajo en la Tabla 4.

Tabla 4: Condiciones de procesamiento de la colada de la película El grosor de las películas de los Ejemplos 1-7 (sin presionar) fue 35.6 m, 28.0 µp?, 28.0 pm, 22.9 µp?, 38.1 µt, 25.4 µp?, y 28.0 m, respectivamente.

EJEMPLOS 8-17 Las películas de tres capas se prepararon presionando juntas las películas de una sola capa de los Ejemplos 1-7 mediante el uso de una prensa hidráulica Carver de 15 toneladas. La prensa tenía dos placas fijadas a una temperatura de 205 °C. El tiempo de permanencia fue de 2 minutos con una fuerza de 16,000 lbf. La composición de las películas resultantes se expone más abajo en la Tabla 5.

Tabla 5: Composiciones de las películas de tres capas Las propiedades de tracción MD y CD de las películas de los Ejemplos 8-17 se determinaron como se describió anteriormente. Los resultados se exponen más abajo en las Tablas 6-7 Tabla 6: Propiedades de Tracción MD Tabla 7 : Propiedades de tracción CD Como se indicó anteriormente, se emplearon poliésteres biodegradables relativamente quebradizos en la capa núcleo, sin embargo, la película resultante era todavía procesable y poseía buenas propiedades mecánicas y mucho mejor que los Ejemplos de Control 1 y 2. El Ejemplo 8, por ejemplo, contenía PHA en la capa núcleo. Sorprendentemente, la película aún logra una tensión máxima de 33 MPa en la dirección de la máquina y una deformación a la rotura de aproximadamente 540% en la dirección de la máquina. El Ejemplo 10 muestra igualmente otra película que contiene PHBV en la capa núcleo. Aunque el PHBV es un polímero quebradizo y rígido, la película resultante también tuvo una buena ductilidad (deformación en la rotura de 511% en el MD) , baja rigidez (módulo de 168 MPa en MD) , y alta tensión máxima de tracción (47 MPa en MD) debido a la presencia de la poliolefina en la capa núcleo y capas externas. Los Ejemplos 11-12 tenían PLA en la capa núcleo. Una vez más, a pesar de que el PLA es un polímero rígido y quebradizo con baja ductilidad, las películas fueron bastante dúctiles, con relativamente deformación a la rotura y bajo módulo de valores de elasticidad. Las películas también tenían una superficie exterior con buenas propiedades de sellado al calor y capacidad de impresión debido a la presencia de una gran cantidad de poliolefinas (50% -100%) en la capa exterior, lo cual es importante cuando se utilizan para el envasado de películas.

Si bien la invención se ha descrito en detalle con respecto a las modalidades específicas de la misma, se apreciará que los expertos en la técnica, al alcanzar un entendimiento de lo anterior, pueden concebir fácilmente alteraciones, variaciones, y equivalentes a estas modalidades. En consecuencia, el alcance de la presente invención debe evaluarse como el de las reivindicaciones adjuntas y cualquier equivalente a ellas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una película de múltiples capas que tiene un grosor de aproximadamente 250 micrómetros o menor, caracterizada porque comprende : una capa núcleo que constituye de aproximadamente 20% a aproximadamente 90% del grosor de la película, en donde la capa núcleo contiene de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 95% en peso de al menos un biopolímero termoplástico y de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 90% en peso de al menos una poliolef ina; y una capa exterior posicionada adyacente a la capa núcleo, en donde la capa exterior contiene aproximadamente 50% en peso o mayor de al menos una poliolefina.

2. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la capa núcleo contiene de aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 90% en peso de al menos un biopolímero termoplástico y de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 50% en peso de al menos una poliolefina .

3. La película de múltiples capas de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque el biopolímero termoplástico es un poliéster alif tico agroderivado o de base biológica.

4. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el poliéster alifático es un ácido poliláctico, polihidroxialcanoato, succinato de polialquileno, o una a combinación de éstos.

5. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el poliéster alif tico agroderivado tiene una temperatura de transición vitrea de aproximadamente 0°C o más.

6. La película de múltiples capas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la poliolefina de la capa núcleo, la capa exterior, o de ambas es un copolimero de una -olefina y etileno.

7. La película de múltiples capas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa núcleo está libre de un compatibilizador, plastificante , o ambos .

8. La película de múltiples capas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las poliolefinas constituyen el contenido total del polímero de la capa exterior.

9. La película de múltiples capas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa exterior contiene además aproximadamente 50% en peso o menos de al menos un polímero adicional.

10. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el polímero adicional es un polímero de almidón.

11. La película de múltiples capas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la capa núcleo constituye de aproximadamente 45% a aproximadamente 75% del grosor de la película.

12. La película de múltiples capas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la película exhibe un porcentaje de deformación a la rotura en la dirección de la máquina de aproximadamente de 200% o más, y un porcentaje de deformación a la rotura en la dirección transversal de la máquina de aproximadamente de 300% o más .

13. La película de múltiples capas de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la película presenta un módulo de elasticidad en la dirección de la máquina de aproximadamente de 50 a aproximadamente 600 megapascales y un módulo de elasticidad en la dirección transversal de la máquina de aproximadamente de 50 a aproximadamente 600 megapascales.

14. Una película de múltiples capas que tiene un grosor de aproximadamente 250 micrómetros o menor, caracterizada porque comprende : una primera capa exterior que contiene aproximadamente 50% en peso o mayor de al menos una poliolefina; una segunda capa exterior que contiene aproximadamente 50% en peso o mayor de al menos una poliolefina; una capa núcleo que se posiciona entre las primera y segunda capas exteriores y constituye de aproximadamente 20% a aproximadamente 90% del grosor de la película, en donde la capa núcleo contiene de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 95% en peso de al menos un biopolímero termoplástico y de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 90% en peso de al menos una poliolefina.

15. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque el biopolímero termoplástico es un poliéster alifático agroderivado o de base biológica.

16. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque el poliéster alifático es un ácido poliláctico, polihidroxialcanoato, succinato de polialquileno , o una combinación de éstos.

17. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque el poliéster alifático agroderivado tiene una temperatura de transición vitrea de aproximadamente 0°C o más.

18. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la poliolefina de la capa núcleo, la primera capa exterior, la segunda capa exterior, o una combinación de éstas es un copollmero de una a-olefina y etileno.

19. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la película exhibe un porcentaje de deformación a la rotura en la dirección de la máquina de alrededor de 200% o más, y un porcentaje de deformación a la rotura en la dirección transversal de la máquina de alrededor de 300% o más.

20. La película de múltiples capas de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la película exhibe un módulo de elasticidad en la dirección de la máquina de aproximadamente de 50 a aproximadamente de 600 megapascales y un módulo de elasticidad en la dirección transversal de la máquina de aproximadamente de 50 a aproximadamente de 600 megapascales .