MX2015002789A - Material reciclable degradable. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un material biodegradable nuevo preparado a partir de los polímeros PHA (Polihidroxialcanoatos) y PLA (ácido políláctico), los cuales pueden ser utilizados para fabricar un producto mezclado de PHA y PLA, y el cual puede tener una biodegradación acelerada en un ambiente microscópico. El nuevo producto pude ser utilizado para producir películas, contenedores para sólidos y líquidos, paquetes rígidos y flexibles, tejido de largo filamento y fibra corta, telas tejidas y no tejidas, y productos compuestos de telas, películas y otros materiales de formación térmica, moldeo por inyección o fundido giratorio. Estas mezclas también pueden tener una larga vida útil en un ambiente limpio.

Description

MATERIAL RECICLABLE DEGRADABLE CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a una mezcla de polihidroxialcanoatos (PHAs) y ácido poliláctico (PLA), en donde los productos hechos de esta mezcla pueden tener una biodegradación mejorada en el ambiente con microorganismos. Otra ventaja de estas mezclas es que extienden la vida útil en un ambiente limpio. Aquí a través de la formación térmica, la inyección de moldeo o hilatura por fusión, la mezcla de polímeros PHAs/PLA puede ser configurada para producir una película, el contenedor para sólido y líquido, un paquete rígido o flexible, tejido, telas de punto y no tejidas con filamentos y fibras discontinuas, y un producto compuesto de tela, película y otros materiales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los últimos 20 años, el ácido poliláctico (PLA) se ha convertido en un polímero biodegradable/compostable líder para la preparación de plásticos y fibras. Esto es porque aunque el PLA se deriva a partir de materiales naturales y renovables, también es termoplástico y se puede extruir en estado fundido para producir un artículo de plástico, fibra y tela con buena resistencia mecánica y flexibilidad comparable a los sintéticos a base de aceite tal como poliolefina (polietileno y polipropileno) y poliéster (tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno). PLA está hecho de ácido láctico, que es un subproducto de fermentación obtenido a partir de maíz (por ejemplo, Zea mays), trigo (por ejemplo, Triticum spp.), Arroz (por ejemplo, Oryza sativa), o la remolacha de azúcar ( Beta vulgaris por ejemplo). Cuando se polimeriza, el ácido láctico forma una unidad de repetición de dímero con las siguientes estructuras: ELA A diferencia de otros materiales de fibra sintética (tales como productos celulósicos) originado a partir de la planta, PLA es más adecuado para el hilado por fusión en la fibra. En comparación con el proceso de hilado con disolvente requerido para la fibra celulósica sintética, la fibra de PLA hecha por la adopción de hilatura por fusión permite un menor coste económico y coste ambiental, y el PLA resultante tiene una gama más amplia de propiedades. Como tereftalato de polietileno de poliéster (PET), el polímero PLA necesita ser secado antes de la fusión para evitar la hidrólisis durante la extrusión en estado fundido, y la fibra de ambos polímeros se puede extraer (estirando) para desarrollar una mejor resistencia a la tracción. La molécula de PLA forma fácilmente una estructura helicoidal que hace más fácil la cristalización. También el dímero láctico tiene tres tipos de isómeros: uno en forma de L que hace girar la luz polarizada hacia la derecha, otro en forma D que hace girar la luz polarizada en sentido contrario a las agujas del reloj y uno en forma racémica que es ópticamente inactivo. Durante la polimerización, las proporciones relativas de estas formas se pueden controlar, lo que resulta en un control relativamente amplio sobre las propiedades importantes del polímero. El control sobre un polímero termoplástico "natural" de la fibra, las morfologías de polímero únicas y el contenido de isómero en el polímero permite al fabricante diseñar una gama relativamente amplia de propiedades en la fibra ( Dugan , 2001 y Khan, 1995).

PLA no es directamente biodegradable en su estado extruido. En su lugar, primero debe ser hidrolizado antes de que sea biodegradable. A fin de lograr la hidrólisis de PLA en niveles significativos, tanto una humedad relativa igual o superior a 98% y una temperatura de o por encima de 60°C se requieren simultáneamente. Una vez que se cumplan estas condiciones, la degradación se produce rápidamente ( Dugan , 2001 y Lunt, 2000). Sin embargo, la temperatura de fusión puede ser controlada entre aproximadamente 120°C y 175°C con el fin de controlar el contenido y la disposición de los tres isómeros, en cuyo caso el polímero es completamente amorfo en virtud de la baja temperatura de fusión. Algunos polímeros más amorfos pueden ser obtenidos después de la adición de enzimas y microorganismos en la masa fundida.

PLA se ha utilizado para hacer una serie de diferentes productos, y los factores que controlan la tasa de estabilidad y la degradación han sido bien documentados. Tanto el ácido L-láctico y ácido D-láctico producido durante la fermentación se pueden utilizar para producir PLA ( Hartmann , 1998). Una ventaja de PLA es que la tasa de degradación se puede controlar por factores tales como la alteración de la proporción de las formas L y D, el peso molecular o el grado de cristalización ( Drumright , et al, 2000). Por ejemplo, Hartmann (1998) encuentra que las muestras de PLA no estructuradas se degradan rápidamente en ácido láctico en cuestión de semanas, mientras que un material altamente cristalino puede tardar meses o años en degradarse completamente. Esta flexibilidad y control hacen de PLA un material de inicio muy ventajoso en la producción de tejido acolchado agrícola, donde se destinen los materiales PLA a degradarse en el campo después de un período de tiempo específico (Drumright, 2000).

PLA se descompone en moléculas más pequeñas a través de un número de diferentes mecanismos, y los productos finales de descomposición son el C02 y H20. El proceso de degradación se ve influenciado por la temperatura, la humedad, el valor pH, la enzima y la actividad microbiana mientras se mantiene libre de ser afectado por la luz ultravioleta ( Drumright , et al, 2000). En algunos primeros trabajos que evalúan la degradación de PLA para su aplicación biomédica, Williams (1981) encuentra que la bromelina, pronasa y proteinasa K puede acelerar la velocidad de descomposición del PLA. Más recientemente, Hakkarainen y colaboradores (2000) incuba la muestra PLA de espesor de 1,8 mm a 86°F en un cultivo mixto de microorganismos extraídos de la composta. Después de 5 semanas de incubación, la película de composta tratada se ha degradado a un polvo fino, mientras que el control no tratado permanece intacto. Se cuenta que este estudio utiliza sólo la forma L, mientras que la tasa de degradación será diferente basada en la relación de las formas D y L. En cualquier caso, el trabajo de Hakkarainen y colaboradores (2000) ilustra que la aplicación de grandes cantidades de microorganismos fácilmente disponibles a partir de la composta pueda acelerar la descomposición. Sin embargo, los estudios de degradación de PLA hasta ahora se llevan a cabo ya sea en cultivo líquido en vitro o en operaciones de compostaje activos por encima de 140°F (Drumright y colaboradores., 2000, Hakkarainen y colaboradores., 2000; Lunt, 2000; Williams, 1981). La degradación rápida ocurre cuando PLA se convierten en abono a 140°F con casi el 100% de biodegradación alcanzado en 40 días (Drumright y colaboradores., 2000). Sin embargo, la estabilidad por debajo de 140°F cuando el tejido está en contacto con la materia orgánica del suelo que queda por determinar. No tejidos (SB) y extrudado soplado (MB) no tejidos utilizando PLA se investigaron en primer lugar por Larry Wadsworth (Khan y colaboradores., 1995) en la Universidad de Tennessee, EE.UU. (Smith, BR, LC Wadsworth (Orador), MG Kamath, A. Wszelaki y CE Sams, "Desarrollo de la Próxima Generación de Acolchados Biodegradables no tejidos para reemplazar el plástico de polietileno" Conferencia Internacional sobre los Textiles Sostenibles (ICST 08), Wuxi, China, 21 a 24 octubre, 2008 [CD ROM]).

Es deseable para los polímeros biodegradables para resistir muchos factores ambientales durante el período de validez, pero para ser biodegradables en condiciones de eliminación. La biodegradación de PLA se estudió en ambas condiciones de estado aeróbicas y anaeróbicas, acuáticos y sólidos a diferentes temperaturas elevadas. Se encontró que en la exposición acuática aerobia, PLA se biodegrada muy lentamente a temperatura ambiente pero más rápido en condiciones termófilas. Esto también apoya las conclusiones anteriores de que PLA deben ser hidrolizados antes de que los microorganismos puedan utilizarlo como fuente de nutrientes. La biodegradación de PLA es mucho más rápido en condiciones anaerobias del estado sólido que en condiciones aeróbicas en las mismas temperaturas elevadas. En un proceso de compostaje natural, el comportamiento de PLA es similar a la exposición de biodegradación acuática, en el que la biodegradación sólo se inicia después de que se calienta. Estos resultados refuerzan la opinión generalizada de que PLA es compostable y es estable a temperaturas mesófilas, pero se degrada rápidamente durante la eliminación de los residuos en la composta o en las instalaciones de tratamiento anaeróbicos (Itavaara, Merja, Sari Karjomaa y 10han-Fredrik Selin, "Biodegradación de la Polilactida en Condiciones Aeróbicas y Anaerobias termófilas", Elsevier Science Ltd., 2002). En otro estudio, los niveles de biodegradación de diferentes plásticos por lodo digerido anaeróbico se determinan y comparan con los vertederos en condiciones simuladas. Poli bacteriana 93-hidroxivalerato (PHB/PHV), un poliéster alifático natural producido por las bacterias, se degrada casi por completo en 20 días en fangos digeridos anaerobicos; mientras que, PLA, el poliéster alifático sintetizado a partir de materiales naturales, y otros dos poliésteres alifáticos evaluados, poli (succinato de butileno) y poli (succinato de butileno-co-succinato de etileno) falla a degradarse después de 100 días. Un material de control de celulosa (celofán) se degrada de una manera similar a la de PHB/HV dentro de 20 días. Además, PHB/HV degrada bien dentro de 6 meses en condiciones de vertedero simuladas (Shin, Pyong Kyun, Myung Hee Kim y 10ng Min Kim, "Biodegradabilidad de los Plásticos Degradables Expuestos a los Lodos Digeridos Anaerobicos y Condiciones de Vertederos Simulados, " Diario de Polímeros y Medio Ambiente, 1566-2543, Volumen 5, Número 1, 1997).

En la búsqueda de polímero verdaderamente biodegradable, se han encontrado polihidroxialconatos (PHA) a ser sintetizado naturalmente por una variedad de bacterias como un material de almacenamiento intracelular de carbono y energía. Ya en la década de 1920, poli [(R) -3-hidroxibutirato] (P (3HB)) está aislado de Bacillus megaterium y se identificó más tarde como un poliéster reserva microbiana. Sin embargo, P (3HB) no tiene valor comercial importante ya que se encuentra como frágil y rígido durante un largo período y por lo tanto no puede ser sustituido por los principales polímeros sintéticos como el polietileno (PE) y el poliestireno (PS). Con el tiempo, el descubrimiento de otras unidades de hidroxialcanoato (HA) distintas de 3HB en poliésteres microbianos que pueden mejorar las propiedades mecánicas y térmicas cuando se incorporen a P (3HB) tienen un impacto importante en la investigación y los intereses comerciales de poliésteres bacterianos. Su biodegradabilidad en el ambiente natural es una de las propiedades únicas del material de PHA. El poliéster microbiano es biodegradable en el suelo, lodo o agua de mar. Desde que PHA es un polímero sólido con alto peso molecular, no puede ser transportado a través de la pared celular como un nutriente. Por lo tanto, los microorganismos tales como hongos y bacterias excretan una enzima conocida como enzima degradante PHA para llevar a cabo la degradación extracelular en PHA. Dicha enzima hidroliza el PHA sólido en oligómeros y monómeros solubles en agua, que luego pueden ser transportados en la celula y posteriormente metabolizados como fuentes de carbono y energía ( Numata , Keiji, Hideki Abey Tadahisa Iwata, "Biodegradabilidad de poli (hidroxialcanoato) Materiales, "Materiales, 2, 1104-1126, 2009). Un copoliéster aleatorio de [R[-3-hidroxibutirato y [R]-3-hidroxivalerato, P(3HB-co-3HV), se produce comercialmente por Imperial Chemical Industries (ICI) en el Reino Unido. Se muestra que Alcaligenes eutrophus produce un copoliéster ópticamente activo de 3-hidroxibutirato (3HB) y 3-hidroxivalerato (3HV) mediante el uso de ácido propiónico y glucosa como las fuentes de carbono ( Holmes , PA, (1985), "Aplicaciones de PHB: Un Termoplástico Biodegradable Producido por Microorganismos" Phys Technol 16:32-36 de Kunioka, Masao, Yasushi Kawaguchi y Yoshiharu Doi," Producción de Copoiiésteres Biodegradables de 3-hidroxibutirato y 4-hidroxibutirato por Alcaligenes eutropus" Appl Microbio! Biotechnol (1989) 30 : 569-573). La estructura química para P(2HB-co-3HV) es como sigue: Además, 3-hidroxipropionato, 4-hydroxyvutyrate, y 4-hidroxivalerato se encuentran para ser nuevos componentes de polihidroxialcanoatos bacterianos (PHA) y han ganado mucha atención en una amplio ramo de la marina, agrícola y aplicaciones médicas. Más recientemente, la síntesis microbiana de copoiiésteres de [R]-3-hidroxibutirato y 4-hidroxibutirato, P(3HB-co-4HB), por Alcaligenes eutropus, Comamonas y Alcaligens latus se han estudiado. La estructura química de P(3HB-co-4HB) es como sigue: CH3 0 0 -f-0¾H-CH2-C“¾-{-O-CH2-CH2-CH2-C- - 3M3 iüS Cuando se usa ácido 4-hidroxibutírico como la única fuente de carbono para Alcaligenes eutrophus, P(3HB-co-34% 4HB) se produce con el contenido de 34% 4HB, mientras que el ácido 4-hidroxibutírico en la presencia de algunos aditivos se utiliza como la fuente de carbono para Alcaligenes eutrophus, se produce P(3HB-co-4HB) copoliéster con una gran porción de 4HB (60-100 % en moles). También se ha encontrado que Alcaligenes eutrophus produce un copolímero aleatorio de P(3HB-co-4HB) con una alta eficiencia en un proceso de fermentación de una etapa por el uso de sacarosa y 1,4-butirolactona como la fuente de carbono en un entorno libre de nitrógeno . La resistencia a la tracción de P(3HB-co-4HB) película disminuye de 43MPa a 26 MPa, mientras que su alargamiento aumenta 4-444% con el contenido creciente de la fracción de 4HB. Por otro lado, como el contenido de la fracción 4HB aumenta del 64% al 100%, la resistencia a la tracción de los aumentos de película de 17MPa a 104 Mpa con el aumento de 4HB ( Saito , Yuji, Shigeo Nakamura, Masaya Hiramitsu y Yoshiharu Doi, "Microbial Síntesis y Propiedades de Poli(3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato)," International Polymer 39 (1996), 169-174). Algunos estudios muestran que el grado de cristalinidad de P(3HB-co- 4HB) disminuye de 55% a 14% como el contenido de la fracción 4HB aumenta desde 0 hasta 49 % en moles, lo que indica que la unidad 4HB no puede cristalizarse en la secuencia de unidad de 3HB y actúa como el defecto en el P(3HB) red cristalina. Esto es probablemente en gran parte responsable de la fragilidad reducida y tenacidad mejorada de P(3HB-co-4HB) en comparación con P(3HB). También la temperatura de fusión se encuentra a disminuir desde 178°C a 150°C como el contenido de la fracción 4HB aumenta de 0 a 18 % en moles ( Kunioka , Masao, Akira Tamaki y Yoshiharu Doi, Propiedades térmicas y cristalinas de copoliésteres bacterianos: Poli (3-hidroxibutirato-co-3-hydroxvalerate) y poli (3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato), "Macromoléculas 1988, 22, 694-697). También se ha demostrado que la velocidad de biodegradación se aumenta por la presencia de la unidad 4HB en P(3HB-co-4HB) ( Kunioka , Masao, Yasushi Kawaguchi y Yoshiharu Doi, "Producción de Copoliesteres biodegradables de 3-hidroxibutirato y 4-hidroxibutirato por Alcaligenes eutropus ", Appl Microbiol Biotechnol (1989) 30:. 569-573). En otro estudio, la degradación enzimática de la película P(3HB-co-4HB) se realiza a 37°C en un tampón de fosfato 0,1 M de despolimerasa extracelular purificado a partir de Alcaligenes faecalis. A continuación, se encontró que la tasa de degradación enzimática en particular aumenta con el incremento del contenido de la fracción de 4HB y la tasa más alta se produce en 4HB de 28 % en moles ( Nakamura , Shigeo y Yoshiharu Doi, "Síntesis Microbiana y Caracterización de Poli(3-hidroxibutirato-co-4hidroxibutirato), "Macromoléculas, 85 (17), 4.237-4.241, 1.992).

Esto puede ser debido a la disminución resultante en la cristalinidad; mientras que, la presencia de 4HB en exceso de 85 % en moles en el copoliéster suprime la degradación enzimática (Kumaai, Y. Kanesawa, y Y. Doi, Makromol. Chem., 1992, 193, 53 a través de Nakamura, Shigeo y Yoshiharu Doi, "Síntesis Microbiana y Caracterización de poli(3-hidroxibutirato-co-4hidroxibutirato), "Macromoléculas, 85 (17), 4.237a 4241, 1992). En una comparación de las tasas de biodegradación de P(3HB-co-9% 4HB), P (3HB) y P (HB-co-50% 3HV) películas, el P(3HB-co-9% 4HB) se encuentra para ser completamente degradado en lodo activado en dos semanas, con la tasa de degradación de este biopoliéster ser mucho más rápido que las de los otros dos. La tasa de degradación de P(3HB) es mucho más rápida que el de P(HB-co-50 % 3HV) película (Kunioka, Masao, Yasushi Kawaguchi y Yoshiharu Doi, “Producción de Copoliésteres Biodegradables de 3-hidroxibutirato y 4-hidroxibutirato por Alcaligenes eutropus, "Appl Microbiol Biotechnol (1989) 30: 569-573).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El problema téenico a resolver en la presente Invención es proporcionar material biodegradable que ha extendido la vida útil en un ambiente limpio y la degradación acelerada en ambiente sucio, con el objetivo de los inconvenientes que la tasa de degradación del material biodegradable existente es baja.

En esta invención, la solución técnica adoptada para resolver su problema técnico es el siguiente: se construye material biodegradable. Este material comprende polímeros PHAs y PLA, en el que el contenido de polímeros PLA es del 1% -95% en porcentaje en masa. En el material biodegradable de la presente invención, el contenido de polímeros PLA es del 10% -50% en porcentaje en masa.

En el material biodegradable de la presente Invención, el material biodegradable comprende PLA y PHB, en el que el contenido de polímeros PLA es del 75% -85% en porcentaje de masa y el contenido de PHB es del 15% -25% en porcentaje en masa.

En el material biodegradable de esta invención, los polímeros PHAs son PHBs o PHVs, o copolímeros o mezclas de PHBs y PHVs.

En el material biodegradable de la presente invención, el PHB es P(3HB-co-4HB) polimerizados por 3HB y 4HB.

En el material biodegradable de esta invención, el porcentaje molar de 4HB varía a partir del 5% a 85%.

En el material biodegradable de la presente invención, el material biodegradable comprende también fibra celulósica.

En el material biodegradable de la presente invención, el material biodegradable se puede configurar para la producción de película, recipiente para sólidos y líquidos, envases rígidos o flexibles, tejidos, de punto y tela no tejida con filamentos y fibras cortadas, y producto compuesto de tela, película y otros materiales a través de la formación térmica, moldeo por inyección o hilado por fusión.

En el material biodegradable de esta invención, la hilatura por fusión comprende tratamientos no tejidos de unión por hilatura y de soplado en fusión.

En el material biodegradable de esta invención, la tela no tejida está unida por adhesivo húmedo o adhesivo seco.

En el material biodegradable de la presente invención, la tela no tejida se obtiene mediante punzonado, hidroenmarañado, calandrado térmico, colocación de aire caliente o los siguientes tratamientos de calentamiento incluyendo microondas, onda ultrasónica, soldadura, calefacción infrarrojo cercano y calefacción del infrarrojo lejano.

En el material biodegradable de la presente invención, el producto de material compuesto es una película laminada o tela que se combina con la hilatura la cual combina con el punzonado, deposición por aire de pulpa o fibra, o procesos de hidroentrelazamiento. ll En el material biodegradable de esta invención, el laminado comprende proceso de no tejido de unión por hilatura de tipo térmico-soplado en fusión-unida por hilatura o de tipo unido por ultrasonidos, en el que el producto de material compuesto se utiliza para la indumentaria de protección industrial e indumentaria médica de protección.

En el material biodegradable de la presente Invención, el producto de material compuesto comprende tela no tejida de tipo térmico no tejida -fundidos-soplados-no tejida o tipo unido por ultrasonidos que se utiliza como aparato de izado de una patente, bolsa o camilla fija.

En el material biodegradable de la presente invención, el producto de material compuesto incluye medios de filtro de soplado en fusión que existe como revestimientos exteriores e interiores a través de unión por hilado y se cose o térmicamente o se une por ultrasonidos en los bordes.

En el material biodegradable de la presente invención, el material biodegradable se puede convertir en película de acolchado biodegradable o de punto o tela no tejida con propiedades reforzadas; ya que estas telas no tejidas tienen una deposición más aleatoria de fibra, así como una porosidad baja pero controlable, la lluvia y el rocío puede penetrar libremente en el poro de suelo y la planta para aumentar la biodegradación para suprimir el crecimiento de malas hierbas y mantener la humedad del suelo.

Al aplicar el material biodegradable de la presente invención, los siguientes efectos ventajosos se pueden lograr: esta invención se dirige a una nueva mezcla de polímeros PHAs y PLA que están configurados para la fabricación del producto mezclado con polímeros PHAs y PLA y ha acelerado la biodegradación en el medio ambiente con microorganismos. Este nuevo producto se puede configurar para la producción de película, recipiente para sólidos y líquidos, rígido o envase flexible, tejido, de punto y tela no tejida con filamentos y fibras cortadas, y producto compuesto de tejidos, películas y otros materiales a través de la formación térmica, moldeo por inyección o hilatura. Además, estas mezclas pueden extender la vida útil en un entorno limpio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DELA MODALIDADPREFERENTE Aunque la biodegradación del producto P(3HB-co-4HB) es fácil que se produzca en el suelo, lodos y agua de mar, la velocidad de biodegradación en agua en ausencia de microorganismos es aún muy lento ( Saito , Yuji, Shigeo Nakamura, Masaya Hiramitsu y Yoshiharu Doi, "Síntesis Microbiana y Propiedades de poli(3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato)," Polímero Internacional 39 (1996), 169-174). Por lo tanto, la vida útil del producto P(3HB-co-4HB) en el ambiente limpio tales como almacenamiento en seco en el paquete sellado o en la solución de las toallitas de limpieza etc. es muy bueno. Sin embargo, cuando se encuentra en ambientes sucios que contienen microorganismos tales como el suelo, el agua del río, lodo del río, el abono de estiércol y arena, lodo y agua de mar, la tela dispuesta P(3HB-co-4HB), P(28.56- hidroxibutirato cooperativa) de tela , la película y el material de embalaje son fáciles de degradar. Cabe señalar que el ácido poliláctico (PLA) es fácil de ser integrado en lugar de ser degradado en los ambientes sucios anteriores. El calor y la humedad en la pila de la composta resultante deben romper en primer lugar el polímero PLA en las cadenas de polímeros más pequeños que finalmente se degradan en ácido láctico. Después de eso, los microorganismos en la composta y el suelo consumen los fragmentos de polímeros más pequeños y el ácido láctico como los nutrientes.

En consecuencia, la mezcla de hidroxibutirato con PLA puede acelerar la velocidad de degradación del producto de mezcla hecha de polímeros PHAs-PLA tales como P(3HB-co-4HB). Además, el producto hecho por la mezcla de polímeros PHAs con PLA ha ampliado su vida útil en un entorno limpio. Aunque el precio del PLA ha disminuido sustancialmente en los últimos 10 años a sólo un poco más que la de los polímeros sintéticos como el polipropileno y PET de poliéster, el precio de polímeros PHAs sigue siendo dos a tres veces mayor que el de PLA. Esto es porque PLA se sintetiza a gran escala a partir de ácido láctico, mientras que los polímeros PHAs son producidos por bacterias con fuente de carbono específico y tienen que ser extraídos de las bacterias con un disolvente. Por lo tanto, no es comercialmente factible mezclar más del 25% de PHA con PLA para fundir productos de extrusión, tales como tela tejida y de punto de fibra, tela no tejida, película, recipiente de envasado de alimentos, etc.

Cuatro grupos de formulaciones de solución de muestra se enumeran en las tablas 1 a 4, que son formulaciones para 400 Kg de solución de toallitas limpiadoras (normalmente el líquido contenido en el paquete de toallitas para bebés); agua del río recolectada desde el East River en Dongguan de China, con un poco de lodo del río; lodo del río recogido desde el East River en Dongguan de China; y un abono mixto de limo, arena y estiércol de vaca, respectivamente. Los materiales de partida mencionados anteriormente se mezclan con agua destilada y la mezcla resultante se ajusta a un valor del pH por encima de 7 con KOH diluido. Dos soluciones de muestra con formulación idéntica se utilizan para cada tratamiento. Cada una de las cajas de tratamiento que contienen las muestras expuestas al tratamiento está cubierto y el valor de pH y el porcentaje de sólidos se determinan cada dos semanas. El promedio de los resultados en las primeras 4 semanas de exposición se muestran en la Tabla 5.

En una modalidad de esta invención, dos mezclas de PLA y PHB, es decir, 25 Kg de mezcla de 85% PLA (NatureWorks 2002D) y 15% PHB (3HB-co-4HB), así como 25 Kg de mezcla de 75% PLA (NatureWorks 2002D) y el 25% de PHB (3HB-co-4HB) son una fusión de mezclado y extruido en forma de gránulos que luego son enviados a Biax-Fiberflilm Corporation, Greenville, Wl, EE.UU.. Estos gránulos son hilados en estado fundido para producir una tela soplada en fusión (MB) con un peso base de 50 g/m2. Para el propósito de ensayo comparativo, también se produce tela MB de 100% PLA (NatureWorks 2002D). Durante el proceso de MB de estos polímeros, se hace cada vez más evidente que la fusión y la temperatura del aire caliente utilizada para preparar la tela MB son demasiado altos ya que el polímero PLA 2002D tiene un índice de fusión muy bajo (lo que indica un peso molecular muy alto de PLA) y requiere una temperatura más alta para aumentar la fluidez de MN PLA para su extrusión suave a través del orificio de la boquilla de soplado en fusión. La temperatura de fusión de 100% 2002D PLA es de 274°C y la temperatura del aire caliente es 576°C. En cambio, una temperatura de fusión de 266°C y una temperatura del aire caliente de 260°C se aplican generalmente para un grado no tejido por fusión giratoria PLA con un índice de fusión de 70 a 80 ( Wadsworth , Larry y Doug Brown, "de alta resistencia, alta calidad Meltblown aislamiento, Filtros y paños con menos energía, "Presentación de Guangdong Conferencia Nonwovens Asociación, Dongguan, China, 26 a 27 noviembre, 2009). Por lo tanto, debido a estas dos mezclas, el componente de PHB contenido aparentemente sufre una degradación térmica, lo que se evidencia por tanto humo proveniente de la fibra MB extruida y la baja resistencia de la tela producida MB PLA/ PHB. En los siguientes experimentos, está previsto que el polímero PLA (NatureWorks PLA 6251 D) con un mayor índice de fusión (que es 70-85 y requiere de mucho menor temperatura de procesamiento MB) se emplea para ser mezclada con PHB en la misma proporción. Además, la composición similar que utiliza el 6251 D PLA está programado para hacerse en una línea piloto de unión por hilatura no tejido de 1 metro. Esto normalmente funciona a una temperatura que está sólo un poco por encima del punto de fusión del PLA y el polímero PLA-PHB mezclado de manera que se produce incluso menos degradación térmica. Esto se debe a una etapa de redacción de filamento ausente del proceso MB que se adopta en el proceso SB, y por lo tanto el filamento producido es obviamente mayor que el producido a partir del mismo polímero. En comparación con el tejido de MB con un diámetro de 2-8 mm, el diámetro promedio de la fibra en la tela SB es típicamente de 12-25 mieras. La segunda operación MB y la operación SB de estas composiciones de polímero reducirán el efecto de la degradación térmica en un grado máximo, y por lo tanto la degradación observada en el proceso de biodegradación es principalmente de biodegradación. Además, dado que las telas no tejidas MB y SB tienen grandes diferencias en sus diámetros, la fibra MB más pequeña tiene más área de superficie y se espera para someterse a la biodegradación más fácilmente y más rápidamente.

La tela MB 100% 2002D MB, el 85% 2002D PLA / 15% PHB y el 75% 2002D/25% PLA enrollado para tener una anchura de 12.5 pulgadas y una densidad de 50 g/m2 se envían de Biax-Fiberfilm Company de vuelta a US Pacific Nonwovens & Technical Textile Technology (DongGuan) Limited, que se encuentra localizada en No.2 East Dyke, Aozhitang Industrial Park en el Distrito Dongcheng, Dongguan de la provincia de Guangzhou de China y subordinada a los U.S. Pacific Nonwovens Industry. Aquí, 1.5 metros de cada tejido se sumerge con diferentes métodos de tratamiento y después se dejó expuesta a diferentes fluidos de tratamiento junto con muestras que se retiró de cada cuadro de tratamiento, mientras que los correspondientes tratamientos repetidos se llevan a cabo a intervalos de 4 semanas, 8 semanas, 12 semanas, 16 semanas y 20 semanas.

A continuación se muestra el proceso de experimento específico. En primer lugar, las telas MB PLA y PLA-PHB añadidas con una solución limpiadora a las toallitas limpias se almacenan en una cesta de acero poroso y más expuesto en el cuadro de tratamiento. Después de cuatro semanas de tratamiento, la muestra MB en la composta se lava suavemente en una media de nylon. A partir de entonces, las condiciones de degradación correspondientes pueden ser observadas después del lavado y secado. El agua de río se aplica a la tela MB de la misma manera que la solución de limpieza en las toallitas limpias. A continuación, la tela MB se coloca en la cesta de acero poroso en el cuadro de tratamiento cubierto hasta que las muestras del 100% MB PLA, 85% PLA-15% PHB, y 75% PLA-25% PHB se eliminen de todas las casillas de tratamiento en un intervalo de 4 semanas donde se incrementa hasta un total de 20 semanas. En el caso de lodo del río y la composta de limo/arena/estiércol, la tela a ser expuesta se coloca primero en el cuadro de tratamiento mientras están inmersos y completamente penetrados por la solución de tratamiento. Posteriormente, la tela se inserta en panti media de nylon con una mitad de una muestra de 1.5-metros que se coloca en una pierna y la otra mitad en la otra pierna. La media que contiene la tela entonces se tira suavemente sobre la muestra y se entierra en la caja apropiada que contiene un poco de barro de río o composta. Además, el cuadro de tratamiento está unido con una etiqueta con una cuerda de nylon para cada media. Las muestras de tela eliminadas cada 4 semanas se colocan en una caja de metal con una pantalla de alambre en la parte inferior. En este caso, una tela de nylon de punto se coloca en la parte superior de la malla de alambre, y la tela tratada se lava suavemente mediante la aplicación de un poco de agua de baja presión sobre la palma. A continuación, una segunda tela de nylon tejida se coloca en la parte superior de la muestra lavada y la tela se vuelve a lavar suavemente sobre el otro lado. Por último, todos los tejidos lavados y tratados se colocan sobre una mesa de secado de ropa y se seca durante dos días hasta que se seque antes de ser llevado al laboratorio para su examen. Una porción de cada uno de los tejidos tratados y secados se envía a un laboratorio externo para análisis de microscopía electrónica de barrido para determinar el grado de rotura de la fibra como un resultado experimental del proceso de tratamiento. Además, cromatografía de permeación en gel se adopta para determinar si se producen algunos cambios y pérdidas presumibles en el peso molecular del polímero durante la exposición a los diferentes tratamientos, y el análisis térmico diferencial se adopta para determinar cualquier cambio en la fase cristalina.

Después de diferentes tratamientos de cuatro semanas, los resultados de la prueba para la propiedad física de las telas se muestran en las tablas. En este documento, la tabla 6A es específica a la tela 100% 2002D PLA MB, la tabla 7A a la muestra 85% 2002D PLA/15% de PHB MB, y la tabla 8A a 75% 2002D/25% de las telas de PHB. La muestra 100% MB PLA pierde 6% de la dirección de la máquina (MD) de resistencia a la tracción después de la exposición en la solución limpiadora de las toallitas limpiadoras durante 4 semanas, mientras que las telas con 85% PLA/15% de PHB y 75% PLA/PHB solamente pierden el 4% y 1% de la dirección de la máquina (MD) de la resistencia a la tracción, respectivamente, en la solución de limpieza de las toallitas limpiadoras. Sin embargo, la totalidad de PLA 100%, 85% PLA/15% PHB y 75% PLA/25% PHB pierde el 50%, 32% y 65% de la dirección transversal de la máquina (CD) trapezoide resistencia al desgarro, respectivamente. Después de 4 semanas en el agua de río, 100% MB PLA pierde 26% de resistencia a la tracción MD y 64% de CD de resistencia al rasgado, y el 85% PLA/15% PHB y 75% PLA/25% PHB pierde 19% y 22% de resistencia a la tracción MD y 77% y el 5 80% de CD resistencia al desgarre, respectivamente. Después de 4 semanas en el lodo del río, la tela de 100% PLA pierde 91% de resistencia a la tracción MD y 98% de CD de resistencia al rasgado, y el 85% PLA/15% y 75% PLA/25%PHB pierde 76% y 75% de resistencia a la tracción MD y 96% y el 87% de CD resistencia al desgarre, respectivamente. Después de 4 semanas en la composta de limo/arena/estiércol de vaca, el 100% PLA pierde lo 94% de MD de resistencia a la tracción y 99% de CD de resistencia al rasgado, y el 85% PLA/15% PHB y 75% PLA/25% PHB pierde el 76 % y 86% de resistencia a la tracción MD y 99% y el 83% de CD resistencia al desgarre, respectivamente. La permeabilidad al aire de todas las muestras expuestas al lodo del río y los aumentos de composta, lo que provoca un mayor valor de permeabilidad al aire e indica estructuras más abiertas con el aumento 15 de la biodegradación. Menos aumento de la permeabilidad al aire es causado a la tela de MB 100% PLA tela en comparación con la tela de mezcla de PLA-PHB bajo diferentes tratamientos. Además, ninguno de los tejidos pierde cualquier peso y de hecho algunos aumentan de peso ya que es difícil de eliminar todos los desechos tratamiento de las muestras sin causar mayor daño a los tejidos. 20 Tabla 1 Formulación para la Solución Limpiadora de las Toallitas Limpiadoras Cargadas en dos Cajas Diferentes Tabla 2 Composición del Agua de Río en cada Dos Cajas Tabla 3 Composición del Lodo de Río en Cada Dos Cajas Tabla 4 Composiciones de Peso de Limo, Arena, Estiércol de Vaca y Agua Destilada en Cada una de las Dos Cajas.

Ilustración de la tabla 4: se añaden 69kg de limo seco (obtenido de río por un cultivador USP) a un gran recipiente de mezcla; se añaden 69kg de estiercol de vaca seca, que ya ha sido roto en pequeños pedazos por una gran batidora eléctrica; se añaden 69kg de arena seca lentamente durante la operación de mezcla; se añaden 83kg de agua destilada lentamente durante la operación de agitación; En el caso de una mezcla completa, el valor de pH es detectado por un papel tornasol o un medidor de pH. Hidróxido de potasio al 10% (preparado en agua destilada) se añade lentamente hasta que el valor pH alcanza el 7.5.

Se añade la cantidad restante de agua destilada para que el agua que contiene hidróxido de calcio represente en total 93kg. El valor de pH se comprueba y se ajusta a 7.5.

Tabla 5 El valor de pH y el Porcentaje de Solidos en las Cajas de Tratamieto para Biax MB PLA (2002D) y MB PLA (2002D) Mezclada conl5% y 25% PHB Tratamiento Valor pH Porcentaje de sólido Prime Objeción Promed Prim Objeción Prome ro io ero dio Toallitas Limpiadoras 3.92 3.94 3.93 1.30 1.32 1.31 Solución Agua de Río 6.89 6.98 6.94 0.13 0.14 0.14 Lodo de Río 7.19 7.18 7.18 51.8 50.4 51.1 Limo/Arena/Composta de 7.36 7.51 7.44 52.4 54.6 53.5 Estiércol Tabla 6 A El peso, grosor, permeabilidad del aire y las Propiedades de fuerza del 100% PLA (2002D) en post-producción y despues de la exposición durante la Exposición de Cuatro Semanas a la Solución Limpiadora de las Toallitas Limpiadoras, al Agua de Río, al Lodo de Río y al Limo/Arena/Composta de Estiércol.

Tabla7A Peso, Grosor, Permeabilidad del Aire y Propiedades de Resistencia del 85% PLA (2002D)/15% PHB en la post-producción y después de la Exposición durante Cuatro Semanas en la Solución Limpiadora de las Toallitas Limpiadoras, Agua de Río, Lodo de Río y Limo/Arena/Composta de Estiércol.

Tabla 8A El peso, grosor, permeabilidad del aire y las Propiedades de Fuerza del 75% de PLA (2002D)/25% de PHB en post-producción y después de la exposición durante Cuatro Semanas en Solución Limpiadora de las Toallitas Limpiadoras, Agua de Río, Lodo de Río y Limo/ Arena/ Composta de estiércol Además de la P(3HB-co-4HB) polimerizado a partir de 3HB y 4HB como se ha mencionado en las modalidades anteriores, el experto en la téenica sabe que los polímeros PHAs contenidos en el material biodegradable en esta solicitud tambien pueden ser PHBs o PHV, o pueden ser copolímeros o mezclas de PHBs y PHVs.

El experto en la téenica sabe que, el material biodegradable en esta aplicación se puede configurar para la producción de película, el recipiente para sólidos y líquidos, rígido 5 o envase flexible, tejido, de punto y tejido con filamentos y fibras cortadas, y producto compuesto de tela, películas y otros materiales a través de la formación térmica, el moldeo por inyección o hilatura por fusión. En una modalidad preferente de esta invención, la hilatura por fusión comprende tratamientos no tejidos de unión por hilatura y de soplado por fusión. En otra modalidad preferente de esta invención, la tela no tejida está unida por un lo adhesivo húmedo o un adhesivo seco. En todavía otra modalidad preferente de esta invención, la tela no tejida se obtiene mediante el punzonado, hidroenmarañado, calandrado térmico, colocación de aire caliente o los siguientes tratamientos de calentamiento incluyendo el microondas, onda ultrasónica, soldadura, calefacción infrarroja cercana y calefacción del infrarrojo lejana. 15 El experto en la técnica además sabe que, el producto compuesto anteriormente mencionado es película laminada o tela que se combina con la hilatura mediante, el punzonado, la deposición por aire de pulpa o fibra, o procesos de hidroentrelazamiento. Aquí, el laminado comprende el proceso no tejido de tipo térmico no tejidos-fundida y 20 extruida-no tejida o del tipo unida por ultrasonido, en el que el producto compuesto se utiliza para proteger la indumentaria industrial y la indumentaria médica. Por ejemplo, el producto de material compuesto comprende tela no tejida de tipo térmico no tejida-fundida y extruída- no tejida o del tipo unida por ultrasonido que se utiliza como aparato de izado de una patente, bolsa o camilla fija. Además, el producto de material compuesto incluye medios de filtro de fundido y extruido que existen como revestimientos exterior e interior a través de la unión por hilado y se une por cosido o térmicamente o por ultrasonido en los bordes.

De acuerdo con la enseñanza de esta invención, el experto en la téenica puede terminar las operaciones antes mencionadas con referencia a la técnica anterior. Por lo tanto, no se afirma repetidamente aquí. Aunque esta invención se explica por algunas modalidades específicas, el experto en la técnica debe entender que diversas modificaciones y sustituciones equivalentes se pueden hacer a esta invención sin apartarse del alcance de esta invención. Por lo tanto, esta invención no se limita a las modalidades específicas descritas en el presente documento; en cambio, comprende toda la implementación dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas en esta invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Material biodegradable que comprende polímeros PHAs y PLA, caracterizado además porque el contenido de polímeros PLA es del 1 % -95% en porcentaje de masa.

2. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el contenido de polímeros PLA es del 10% -50% en porcentaje de masa.

3. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el material biodegradable comprende PLA y PHB, caracterizado además porque el contenido de polímeros PLA es del 75% -85% en porcentaje de masa y el contenido de PHB es del 15% -25% en porcentaje de masa.

4. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque los polímeros PHAs son PHBs o PHV, o copolímeros o mezclas de PHBs y PHV.

5. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 4, el PHB es P(3HB-co-4HB) polimerizados por 3HB y 4HB.

6. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el porcentaje molar de 4HB varía desde un 5% a un 85%.

7. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el material biodegradable tambien comprende fibra celulósica.

8. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el material biodegradable se puede configurar para la producción de película, recipiente para sólidos y líquidos, rígido o envase flexible, tejido, de punto y el producto no tejido de la tela con filamentos y fibras cortadas, y compuesta de tejidos, películas y otros materiales a través de la formación térmica, el moldeo por inyección o hilatura por fusión.

9. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque la hilatura por fusión comprende tratamientos no tejidos y fundidos y extruidos no tejidos.

10. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 9, caracterizados además porque la tela no tejida se une por adhesivo húmedo o adhesivo seco.

11. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la tela no tejida se obtiene mediante punzonado, hidroenmarañado, calandrado térmico, colocación de aire caliente o los siguientes tratamientos de calentamiento incluyendo microondas, ondas ultrasónicas, soldadura, calefacción infrarroja cercana y calefacción del infrarroja lejana.

12. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el producto de material compuesto es una película laminada o tela que se combina con la hilatura, punzonado, deposición por aire de pulpa o fibra, o procesos de hidroentrelazamiento.

13. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el laminado comprende el proceso de no tejido de tipo no tejido-fundido y extruido-no tejido térmica o del tipo unido por ultrasonidos, en el que el producto de material compuesto se utiliza para proteger la indumentaria industrial y la indumentaria médica de protección.

14. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el producto de material compuesto comprende tela no tejida de tipo no tejido-fundido y extruido-no tejido térmico o del tipo unido por ultrasonido que se utiliza como aparato de izado de una patente, bolsa o camilla fija.

15. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el producto de material compuesto incluye medios de filtro de soplado en fusión que existen como revestimiento exterior e interior a través de la unión por hilado y se cose o se une térmicamente o por ultrasonido en los bordes.

16. El material biodegradable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el material biodegradable se puede convertir en película de acolchado biodegradable o de punto o tela no tejida con propiedades reforzadas; ya que estas telas no tejida tiene deposición acolchada aleatoria de fibra, así como una porosidad bajo pero controlable, la lluvia y el rocío puede penetrar libremente en el poro de suelo y la planta para aumentar la blodegradación para suprimir el crecimiento de malas hierbas y mantener la humedad del suelo.