MXPA01006602A - Peliculas de poli(oxido de etileno) comprendiendo particulas de arcilla no modificada teniendo capacidad para respirar mejorada y microestructura unica - Google Patents

Abstract

La presente invención revela composiciones de polímero llenado teniendo una microestructura porosaúnica y capacidad para respirar mejorada. En una realización, la composición de la presente invención se puede desechar en el inodoro y comprende un polímero sensible al agua deóxido de etileno y compuesto de arcilla no modificada o silicato estratificado. Las composiciones de la presente invención sonútiles para fabricar películas, fibras y artículos respirables y que se pueden desechar en el inodoro. De manera conveniente, las películas, fibras y artículos respirables de la presente invención pueden formarse de una manera económica y eficiente sin la formación de espuma y estiramiento.

Description

PELÍCULAS DE POLI (OXIDO DE ETILENO) COMPRENDIENDO PARTÍCULAS DE ARCILLA NO MODIFICADA TENIENDO CAPACIDAD PARA RESPIRAR MEJORADA Y MICROESTRUCTURA ÚNICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a composiciones para fabricar películas, fibras y artículos respirables y que pueden desecharse en el inodoro. Particularmente, la presente invención se refiere a composiciones y películas que comprenden una mezcla de un polímero sensible al agua de óxido de etileno y partículas seleccionadas del grupo que consta de partículas de arcilla y silicato estratificado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los productos desechables para el cuidado personal como los pantiprotectores, pañales, tampones, etc., son de gran conveniencia. Los productos desechables proporcionan el beneficio del uso higiénico de una sola vez y son convenientes, rápidos y fáciles de usar. Sin embargo, el desecho de estos productos es un problema. La incineración de estos productos no es conveniente debido a las crecientes preocupaciones en cuanto a la calidad del aire y los costos y la dificultad asociados con la separación de estos productos de otros artículos desechados que no se pueden incinerar. La descarga de estos productos tampoco es conveniente debido a asuntos con el espacio limitado de vertederos y el costo en aumento de terrenos. En consecuencia, existe la necesidad de productos desechables que puedan desecharse de una manera rápida y conveniente sin descarga o incineración.

Se ha propuesto desechar estos productos en sistemas municipales y privados de aguas residuales. Idealmente, estos productos serían degradables y podrían desecharse en sistemas convencionales de aguas residuales. Los artículos adecuados para desecho en sistemas de aguas residuales que pueden ser desechados en inodoros convencionales se denominan "desechables en inodoros". Desechar artículos en el inodoro proporciona el beneficio adicional de dar un método simple, conveniente e higiénico de desecho. Los productos para el cuidado personal deben tener suficiente resistencia bajo las condiciones en las cuales se usarán. De esta manera, es conveniente que los productos para el cuidado personal soporten las condiciones de temperatura y humedad elevadas encontradas durante el uso, pero pierdan su integridad al contacto con el agua en el inodoro. También es conveniente que estos productos para el cuidado personal sean respirables con el fin de evitar la acumulación de transpiración y aumentar el nivel de comodidad de los usuarios de estos productos. Por lo tanto, es muy conveniente un material respirable que tenga integridad mecánica cuando esté seco y que se desintegre fácilmente cuando se sumerja en agua.

Debido a su interacción única con el agua y fluidos corporales, el poli (óxido de etileno) (en lo sucesivo PEO) actualmente se considera como un material componente para composiciones sensibles al agua. El PEO, - (CH2CH20)n- es un polímero sensible al agua disponible en el mercado que puede producirse a partir de la polimerización de abertura de anillo del óxido de etileno, O / \ CH2-CH2.

Debido a sus propiedades sensibles al agua, el PEO es conveniente para aplicaciones donde los artículos pueden desecharse al inodoro. Sin embargo, las películas convencionales de PEO no son tan respirables como se desea para muchas aplicaciones para el cuidado personal y son difíciles de procesar usando técnicas convencionales de procesamiento.

Muchos han intentado superar estas dificultades.

La Patente de los Estados Unidos Número 4.902.553 de Huang y colaboradores describe artículos desechables que comprenden una película impermeable a líquidos, permeable al vapor. La película impermeable a líquidos, permeable al vapor descrita por Huang y colaboradores comprende una película cristalizable, extendida a base de poliolefinas y un aditivo reductor de ruido el cual puede ser poli (óxido de etileno) . Sin embargo, las películas impermeables a líquidos, permeables al vapor de la Patente de los Estados Unidos Número 4.902.553 requieren por lo menos un agente nucleante el cual puede ser talco o carbonato de calcio y extenderse para lograr capacidad para respirar. Las cantidades de agente nucleantes están limitadas a cantidades muy pequeñas, 0.05 a 5 por ciento en peso. Estas cantidades de agente nucleante, inorgánico son insuficientes para ser definidas como rellenos. Además, se requiere el estiramiento para generar porosidad y por lo tanto capacidad para respirar y se desea la lixiviación subsecuente del agente reductor de ruido. En contraste, las películas de la presente invención se basan en un polímero sensible al agua y no en las poliolefinas no solubles en agua y no degradables en agua descritas por Huang y colaboradores. De manera conveniente, las películas de la presente invención no requieren estiramiento, un agente nucleante o una poliolefina cristalizable para la capacidad para respirar.

La Patente de los Estados Unidos Número 3.895.155 describe artículos de plástico transparente cubiertos. El plástico transparente puede comprender poli (óxido de etileno) . Se aplica un recubrimiento inorgánico de protección como una capa separada sobre el artículo de plástico transparente para mejorar la dureza superficial, aumentar la resistencia al estiramiento y facilitar la falta de bruma. El recubrimiento inorgánico de protección puede comprender varios óxidos metálicos. Sin embargo, el recubrimiento forma una capa separada, discreta, similar al vidrio del artículo de plástico transparente y el recubrimiento resultante y los artículos no son respirables o no se pueden desechar en el inodoro.

Las Patentes de los Estados Unidos Números 5.075.153, 5.244.714, y 5.67.424 de Malhotra y colaboradores describe hojas de grabación poliestratificadas o cubiertas diseñadas para procesos de impresión electrostática. Las hojas de grabación comprenden una hoja de base con una capa antiestática, la cual puede estar hecha de poli (óxido de etileno) . Las hojas de registro comprenden una capa adicional receptora del toner, la cual comprende óxidos inorgánicos como dióxido de silicio, dióxido de titanio, carbonato de calcio, o similar. El poli (óxido de etileno) y los óxidos orgánicos están contenidos en capas separadas, la capa antiestática y la capa receptora del toner, respectivamente. Además, las hojas de grabación no son respirables ni se pueden desechar al inodoro.

La Patente de los Estados Unidos Número 4.276.339 de Stoveken describe un producto laminado que comprende una capa de papel y una capa de espuma. El poli (óxido de etileno) se describe como uno de los muchos posibles componentes de una solución acuosa de latices de la cual se forma la capa de espuma.

Los rellenos inorgánicos como arcilla o sílice son sugeridos como posibles adiciones a la dispersión acuosa de latices con el fin de aumentar el contenido de sólidos y la densidad de la dispersión acuosa de latices. La dispersión acuosa de la cual se forma la capa de espuma debe ser capaz de hacer espuma y requiere la formación de espuma con el fin de ser respirable.

Por lo tanto, las películas de PEO actualmente disponibles no son prácticas para aplicaciones respirables o donde se pueden los artículos pueden desecharse en el inodoro. Lo que se necesita en la técnica, por lo tanto, es un medio para producir de manera eficiente y económica películas, fibras y artículos respirables y que puedan desecharse en el inodoro y un método para controlar la capacidad para respirar de estas películas, fibras y artículos respirables y que pueden desecharse en el inodoro. Además, lo que se necesita en la técnica es una composición para hacer películas sensibles al agua, degradables y respirables en el medio ambiente que no requieran estiramiento, formación de espuma, entrada de aire o un agente espumante con el fin de ser respirable.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona composiciones que tienen capacidad para respirar mejorada comprendiendo un polímero sensible al agua, es decir, opcionalmente degradable en el medio ambiente y partículas de arcilla no modificada. Los polímeros sensibles al agua que son convenientes incluyen polímeros y copolímeros de óxido de etileno. Las arcillas convenientes incluyen varias arcillas y silicato estratificado que no han sido orgánicamente modificados. Las películas, fibras y artículos hechos de las composiciones de la presente invención pueden incorporarse en los artículos para el cuidado personal que se pueden desechar en el inodoro y opcionalmente son degradables en el medio ambiente los cuales requieren capacidad para respirar.

Las películas hechas de las composiciones de la presente invención poseen una estructura nanoporosa única. Se cree que la estructura nanoporosa única proporciona capacidad para respirar mejorada. Las películas, fibras y artículos hechos de las composiciones reveladas en el presente pueden fabricarse de tal manera que sean tanto respirables, como desechables en el inodoro. De manera conveniente, las películas, fibras y artículos pueden hacerse respirables sin estiramiento o formación de espuma de la película, fibra o artículo y la capaciad para respirar es mejorada y puede ser controlada.

El componente de polímero sensible al agua de las composiciones de la presente invención forma la matriz del compuesto y las partículas de arcilla están dispersadas en toda la matriz del polímero. En la Figura 1 se proporciona un ejemplo de la microestructura nanoporosa única poseída por las películas formadas de las composiciones de la presente invención. La estructura puede describirse como una "casa de cartas envueltas" donde las cartas son laminillas de arcilla y paquetes y pilas de laminillas de arcilla y el PEO es el recubrimiento de polímero que envuelve y sostiene las cartas en su posición. Se cree que la estructura única resulta de la separación o intercalación de las laminillas de arcilla y los paquetes y pilas de laminillas de arcilla por una capa de polímero. Las capas y partículas de arcilla separadas parecen proporcionar rigidez a la estructura y crean la porosidad de nanoescala.

En una realización, las películas hechas de las composiciones en conformidad con la invención comprenden una distribución de poros de nanoescala o espacios vacíos que tienen diámetros que varían de 10 nanómetros a 10.000 nanómetros. Estas películas tienen capacidad para respirar mejorada y se pueden dispersar en agua y pueden desecharse en inodoros convencionales y son degradables en el medio ambiente. De manera conveniente, la alta capacidad para respirar de las películas de la presente invención puede ser lograda sin el uso de la formación de espuma, agentes espumantes, entrada de aire o estiramiento y también puede ser controlada. Las composiciones de la presente invención y las películas y fibras que comprenden las composiciones son especialmente útiles para fabricar artículos para el cuidado personal con posibles aplicaciones en donde los artículos pueden desecharse en el inodoro y con aplicaciones que son degradables en el medio ambiente, tal como, pañales, toallas femeninas, pantiprotectores, calzones entrenadores y otros artículos que pueden desecharse en el inodoro que incorporan composiciones y películas respirables. Las composiciones de la presente invención y las películas y fibras de la misma también son útiles para fabricar artículos para el cuidado de la salud, como vendas y vendajes para heridas.

Las variables clave que aceptan la microestructura de los compuestos de la invención incluyen, pero no están limitados a: tipo de relleno, tamaño y distribución de tamaño de las partículas de relleno, actividad del relleno el cual puede ser modificado o no modificado y peso molecular y selección del componente o componentes del polímero. De manera deseable, las partículas del relleno tienen un tamaño de partícula promedio, el cual no es mayor que 50 mieras. De una manera más deseable, las partículas tienen un tamaño de partícula promedio que no es mayor que 10 mieras y de una manera todavía más deseable, las partículas tienen un tamaño de partícula promedio que no es mayor que 5 mieras. Los tamaños de partícula reducidos proporcionan dispersión y procesabilidad mejorada.

También, de manera conveniente, las partículas de relleno comprenden paquetes o pilas de muchas laminillas extremadamente pequeñas, las cuales son dipolares. El término "dipolar" como se usa en el presente significa que las laminillas poseen diferentes cargas en los bordes exteriores y en las superficies planas. De manera conveniente, las cargas positivas están en los bordes exteriores de las laminillas y las cargas negativas están en las superficies planas de las laminillas. De manera conveniente, los paquetes o pilas de laminillas deben tener relaciones altas entre dimensiones. La relación entre dimensiones es la relación del ancho superficial de una partícula a su espesor. La relación entre dimensiones, de manera conveniente, no es menor que 3:1, de una manera más conveniente, la relación entre dimensiones no es menor que 5:1 y de una manera todavía más conveniente no es menor que 10:1. De manera conveniente, la relación entre dimensiones no es mayor que 15.000:1, de una manera más conveniente no es mayor que 5.000:1 y de una manera todavía más conveniente no es mayor que 2.000:1.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA La Figura 1 es una imagen en microscopio de exploración microscópica de un perfil transversal de una película comprendiendo una mezcla de aproximadamente 70 partes de poli (óxido de etileno) y 30 partes de arcilla Polargel T.

La Figura 2 es el Cuadro I que presenta datos de transmisión de vapor de agua para películas de PEO no llenado, películas de PEO llenado con arcilla no modificada y películas de PEO llenado con arcilla orgánicamente modificada de espesores que varían de 1.2 a 2.5 milésimas de pulgada.

La Figura 3 es el Cuadro II que presenta datos de transmisión de vapor de agua para películas de PEO no llenado, películas de PEO llenado con arcilla no modificada y películas de PEO llenado con arcilla orgánicamente modificada de espesores que varían de 2.2 a 3.0 milésimas de pulgada.

La Figura 4 es el Cuadro III que presenta datos de transmisión de vapor de agua para películas de PEO no llenado, películas de PEO llenado con arcilla no modificada, películas de PEO llenado con arcilla orgánicamente modificada y películas de PEO llenado con carbonato de calcio de espesores que varían de 4.5 a 8.2 milésimas de pulgada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las composiciones en conformidad con la presente invención comprenden por lo menos dos componentes: (1) un polímero que es sensible al agua y opcionalmente degradable en el medio ambiente y (ii) partículas de arcilla que no han sido orgánicamente modificada, incluyendo pero no limitadas a, arcillas no modificadas, silicatos estratificados y sus mezclas. La presente invención es demostrada mediante el uso de un polímero de óxido de etileno como el componente de polímero sensible al agua de las composiciones de la presente invención. De manera conveniente, los polímeros de óxido de etileno usados en los ejemplos son tanto sensibles al agua, como degradables en el medio ambiente. La adición de partículas de arcilla no modificada o silicato estratificado al polímero mejora inesperadamente la capacidad para respirar del polímero. Las composiciones descritas en el presente son útiles para producir películas que tienen capacidad para respirar mejorada que se pueden desechar al inodoro y son opcionalmente degradables en el medio ambiente.

La técnica anterior sugiere que la mezcla o la incorporación de partículas de arcilla o silicato estratificado que tienen una relación alta entre dimensiones a la matriz del polímero mejora de manera considerable las propiedades de barrera a gases y vapores. La propiedad de barrera es mejorada de manera considerable debido a que las laminillas inorgánicas con relación alta entre dimensiones son impermeables a gases y vapores y crean una trayectoria muy sinuosa para que el vapor penetre a través de la matriz del polímero. Inesperadamente, mediante la extrusión por fusión de la mezcla sólida de polímero sensible al agua, degradable en el medio ambiente y partículas de arcilla no modificada, nosotros redujimos de manera considerable la propiedad de barrera y mejoramos la permeabilidad del vapor de agua de la capacidad para respirar del material extruido por fusión.

Se cree que la capacidad para respirar inesperadamente mejorada de las películas mostradas en el presente es un resultado de la nanoestructura única, celular que surgió de la mezcla sólida extruida por fusión del polímero sensible al agua y la arcilla. La nanoestructura única es caracterizada como una red de poros de nanoescala de espacios vacíos distribuidos a través de la fase del polímero que forma la matriz del compuesto. Los espacios vacíos o poros son distribuidos de una manera bastante uniforme en toda la matriz del compuesto e imparten porosidad deseada y capacidad para respirar mejorada a las películas hechas de las composiciones. La morfología "nanoporosa" de las composiciones de la presente invención pueden describirse como espacios vacíos distribuidos al azar producidos mediante la intersección de superficies de elementos similares a las fibras formados de los componentes de polímero y arcilla de las composiciones. La micrografía proporcionada en la Figura 1 presenta un perfil transversal de una película en conformidad con la presente invención comprendiendo un polímero sensible al agua, PEO y partículas de arcilla no modificada. La estructura nanoporosa única de las composiciones de la presente invención, además de mejorar la capacidad para respirar, también pueden mejorar la accesibilidad de la humedad en las composiciones y mejorar el porcentaje de degradación ambiental de las composiciones.

La estructura porosa incluye vacíos que tienen forma esférica y vacíos alargados de forma generalmente elipsoidal. Las estructuras incluyen vacíos con tamaños de poro que tienen una longitud de eje principal la cual es de por lo menos 0.01 mieras (µm) . De manera alternativa, la longitud del eje principal puede ser de por lo menos 0.1 mieras. En otras realizaciones, la longitud del eje principal es de manera conveniente no mayor que 10 mieras y, opcionalmente, no es mayor que 5 mieras. La morfología de los vacíos puede caracterizarse por el tamaño promedio de poro y el área de la cobertura de los poros en el área transversal de las películas de las composiciones .

Las películas producidas de las composiciones reveladas en el presente son respirables sin el uso de agentes espumantes, entrada de aire o estiramiento. De esta manera, las composiciones descritas en el presente representan un método eficiente, alternativo para desarrollar materiales respirables para aplicaciones donde los artículos pueden desecharse en el inodoro. La fabricación de películas respirables de las composiciones de la presente invención ofrece varias ventajas sobre las técnicas convencionales para formar películas respirables. La capacidad para respirar mejorada de las composiciones sugiere una accesibilidad mejorada de la humedad a las composiciones la cual puede ser benéfica para la degradación ambiental de las composiciones y los artículos y productos hechos con las composiciones de la presente invención.

El proceso para hacer películas, fibras y artículos respirables y que pueden desecharse en el inodoro en conformidad con la presente invención incluye la preparación de un compuesto formado mezclando un polímero que es sensible al agua y partículas de arcilla o silicatos estratificados. El componente del polímero sensible al agua forma la matriz del compuesto. Aunque la presente invención sea demostrada en los siguientes ejemplos mediante el uso del poli (óxido de etileno) , se pueden usar otros polímeros conocidos sensibles al agua y degradables en el medio ambiente como el componente de polímero de la mezcla e incluir polímeros sensibles al agua que contienen grupos polares, iónicos o catiónicos y/o grupos con momentos dipolares eficaces que pueden interactuar de una manera eficiente con las superficies de cargas y los bordes de las laminillas de arcilla y silicato estratificado. Estos polímeros incluyen, pero no están limitados a, polímeros y copolímeros de óxido de etileno, particularmente homopolímeros, polímeros modificados y copolímeros injertados de óxido de etileno; polímeros de alcohol de vinilo; polivinilpirrolidona, polietiloxazolina, copolímeros a base de ácido acrílico sensibles al agua, polímeros polares teniendo grupos ester como poliláctidas y mezclas, combinaciones y derivados de los anteriores. Los polímeros sensibles al agua, degradables en el medio ambiente sugeridos incluyen ácido poliláctico, policaprolactona, succinato adipato de polibutileno, succinato de polibutileno, polietilenglicol y combinaciones, mezclas y derivados sensibles al agua de los anteriores. Los copolímeros de ácido poliláctico y poli (óxido de etileno) también son útiles para la presente invención. En los ejemplos, el polímero sensible al agua es un polímero o copolímero de óxido de etileno, más particularmente un homopolímero de óxido de etileno. Como se usa en el presente, el término "polímero" incluye homopolímeros, copolímeros, terpolímeros y sus modificaciones. El término "degradable en el medio ambiente" como se usa en el presente en relación con una composición o artículo significa que la composición o artículo es degradable bajo la acción del agua, calor o microorganismos que naturalmente ocurren de tal manera que ocurre un cambio considerable en la estructura del material, incluyendo una reducción en el peso molecular o un cambio en la estructura química, o una pérdida considerable de pérdidas, como integridad mecánica, resistencia mecánica, rigidez o módulos elásticos, o fragmentación.

La selección del polímero sensible al agua se basa en la consideración de variables clave, incluyendo, pero no limitadas a, respuesta al agua, degradabilidad ambiental, peso molecular controlado, procesabilidad por fusión, resistencia y ductilidad. En los siguientes ejemplos, se seleccionaron varias resinas de poli (óxido de etileno) disponibles en el mercado (más adelante abreviado como PEO) como el componente de polímero sensible al agua de la mezcla. A pesar de que la presente invención es demostrada por el uso del PEO como el componente de polímero, el alcance de la presente invención no está limitado al PEO y puede expandirse a otros polímeros sensibles al agua que contienen grupos funcionales polares, iónicos, catiónicos y/o grupos con momentos dipolares eficaces, los cuales pueden interactuar de manera eficiente con la superficie cargada y los bordes de las laminillas de partículas de arcilla y silicato estratificado. Además, la resina del PEO puede modificarse químicamente por injerto, extrusión de reactivos, polimerización de bloques o ramificación para mejorar su procesabilidad en una fusión y su rendimiento en un estado sólido. La resina de PEO puede modificarse por extrusión de reactivos o injerto como se describe más detalladamente en la solicitud copendiente de los Estados Unidos, Número de Serie 09/002.197 la cual se incorpora en su totalidad en el presente para referencia. De manera conveniente, el polímero sensible al agua es dispersible en agua y de manera más conveniente es soluble en agua.

Como se usa en el presente, el término "dispersible en agua" se refiere a la habilidad de un polímero, composición, película, artículo, etcétera, de disolverse o dividirse en pedazos más pequeños que 20 mesh después de ser sumergidos en agua por aproximadamente treinta minutos. El término "desintegrable en agua" se refiere a la habilidad de un polímero, composición, película, artículo, etcétera, de dividirse en múltiples pedazos dentro de treinta minutos de la inmersión en agua, en donde algunos de los pedazos son atrapados por un tamiz de 20 mesh sin pasar de la misma manera como un hilo a través del ojo de una aguja. El término "debilitable en agua" se refiere a la habilidad de un polímero, composición, película, artículo, etcétera, de permanecer en un pedazo, pero debilitarse y perder cierta rigidez después de treinta minutos de la inmersión en agua y de volverse movible, es decir, se dobla sin una fuerza externa aplicada al mismo cuando es sostenido por un lado en una posición horizontal. El término "estable en agua" se refiere a un polímero, composición, película, artículo, etcétera, el cual no se vuelve movible después de treinta minutos de la inmersión en agua y permanece en un pedazo después de la prueba de respuesta al agua. En el presente, el término "sensible al agua" se refiere a composiciones, películas, artículos, etcétera, que son solubles, dispersibles, desintegrables o debilitables en agua.

De manera conveniente, las resinas de PEO modificado y no modificado útiles como el componente sensible al agua de la presente invención tienen pesos moleculares que varían de 100.000 gramos por mol a 8.000.000 gramos por mol (abreviado en lo sucesivo como g/mol) . De una manera más conveniente, las resinas de PEO modificado y no modificado útiles como el componente sensible al agua de la presente invención tienen pesos moleculares que varían de 100.000 g/mol a 4.000.000 g/mol. Las resinas de PEO con peso molecular más alto en estas gamas son convenientes para la estabilidad mejorada en líquidos, la resistencia mecánica aumentada y la ductilidad aumentada. Por lo tanto, las resinas de PEO con peso molecular más bajo proporcionan mejores propiedades de procesabilidad por fusión y formación de película. Tomando estos factores en consideración, una gama todavía más conveniente de pesos moleculares del PEO como el componente de polímero soluble en agua es de 200.000 gramos por mol a 2.000.000 gramos por mol (en lo sucesivo g/mol) .

Un proveedor comercial de resinas de PEO es Union Carbide Chemicals & Plástic Company, Inc. Los ejemplos de resinas de PEO adecuadas disponibles por Union Carbide incluyen, pero no están limitadas a, resinas vendidas bajo las siguientes denominaciones comerciales y pesos moleculares promedio reportados: POLYOX® WSR N-80, un PEO de 200.000 g/mol; POLYOX® WSR N-750, un PEO de 300,000 g/mol; POLYOX® WSR N-3000, un PEO de 400.000 g/mol; POLYOX® WSR 205, un PEO a 600.000 g/mol; POLYOX® WSR N-12K, un PEO de 1.000.000 g/mol; POLYOX® WSR N-60K, un PEO de 2.000.000 g/mol; POLYOX® WSR N-301, un PEO de 4.000.000 g/mol; y POLYOX® WSR N-308, un PEO de 8.000.000 g/mol. (Ver también POLYOX® ; Resinas Solubles en Agua, Union Carbide Chemicals & Plástic Company, Inc., 1991, que se incorpora en su totalidad en el presente para referencia) . Union Carbide abasteció todas las resinas de PEO en forma de polvo. Tanto el polvo de PEO, como las pastillas de PEO se utilizaron en los ejemplos de la presente invención.

Las resinas de PEO empleadas en las composiciones, películas y artículos de la presente invención pueden contener opcionalmente varios aditivos incluyendo, pero no limitados a, plastificadores , medios de procesamiento, rellenos, dispersantes, modificadores del estado sólido, modificadores de reología, antioxidantes, estabilizadores de luz ultravioleta, pigmentos, colorantes, aditivos resbaladizos, agentes antiatascos, emulsiones poliméricas, etcétera. Estos aditivos pueden agregarse antes, durante o después de mezclar las partículas de arcilla y la resina del polímero sensible al agua. Por ejemplo, los aditivos repelentes al agua de varias composiciones, como fluorosiliconas, organosiliconas, otros fluoroquímicos y ceras de especialidad pueden agregarse a las composiciones de la presente invención para mejorar más la estabilidad en líquidos de las composiciones. Los ejemplos comerciales de aditivo repelente al agua sugerido incluyen, pero no están limitados a, fluoroquímicos FX-1801 abastecido por 3M y aditivo derretido fluorado TLF-8860 abastecido por DuPont. Además, pueden agregarse varios tensioactivos a la resina del polímero sensible al agua antes, durante o después de combinarse con el relleno inorgánico para controlar la interacción de la resina con el relleno inorgánico y mejorar la dispersión del relleno.

El componente del relleno inorgánico de las composiciones de la presente invención forma la fase dispersa del compuesto. De manera conveniente, por lo menos uno de los rellenos comprende partículas de arcilla o silicato estratificado que no han sido modificadas orgánicamente. La selección del material de relleno se basa en la consideración de parámetros clave incluyendo, pero no limitados a, tamaño de la partícula, expansión y eficiencia de hinchamiento e interacción con el polímero. Para la presente invención se desean las arcillas del grupo de esmectitas, como varias formas de montmorillonitas y bentonitas . En una realización de la presente invención, las partículas de relleno de arcilla o silicato estratificado tienen un tamaño de partícula promedio de no mayor que 50 mieras. De una manera más conveniente, el tamaño de partículas promedio no es mayor que 10 mieras y de una manera todavía más conveniente, el tamaño de partículas promedio no es mayor que 5 mieras para proporcionar dispersión y procesabilidad mejoradas.

También, de manera conveniente, las partículas de relleno comprenden paquetes o pilas de muchas laminillas extremadamente pequeñas, las cuales son dipolares. Dipolar significa que las laminillas poseen diferentes cargas en los bordes exteriores y en las superficies planas. De manera conveniente, las cargas positivas están en los bordes exteriores y las cargas negativas están en las superficies planas. De manera más conveniente, las laminillas tienen relaciones altas entre dimensiones. La relación entre dimensiones de una laminilla es la relación del ancho superficial de la laminilla a su espesor. De una manera todavía más conveniente, la relación entre dimensiones no es menor que 3:1, e incluso de una manera más conveniente, la relación entre dimensiones no es menor que 5:1, y hasta más conveniente no es menor que 10:1. De una manera conveniente, la relación entre dimensiones no es mayor que 15.000:1, de una manera más conveniente no es mayor que 5.000:1, y de una manera todavía más conveniente no es mayor que 2.000:1.

Tanto las partículas de arcilla tratada y no tratada, como las partículas de silicato estratificado pueden incorporarse a las composiciones de la presente invención. Los ejemplos de materiales de arcilla disponibles en el mercado que se pueden utilizar en la presente invención incluyen, pero no están limitados a, uno o más de los siguientes: arcilla Polargel T, una forma muy eficiente de bentonita blanca purificada disponible en el mercado por Kraft Chemical Company de Melrose Park, Illinois; arcilla Polargel NF, una bentonita altamente purificada, disponible en el mercado por Kraft Chemical Company de Melrose Park, Illinois; arcilla Suspengel Ultra, una bentonita de gran pureza, disponible en el mercado por Cimber Performance Minerals de Cartersville, Georgia; y arcilla Bentolite H, una montmorillonita muy activada, disponible en el mercado por Southern Clay Products, Inc., de Gonzales, Texas. Los ejemplos de arcillas sintéticas disponibles en el mercado que se pueden utilizar en la presente invención incluyen varios grados de Laponite, un silicato estratificado coloidal, sintético, disponible por Southern Clay Products, Inc.

Las partículas de arcilla que tienen una superficie pretratada u orgánicamente modificada absorben sustancias orgánicas de una manera más fácil y son adecuadas como un componente de relleno adicional de las composiciones de la presente invención. Las partículas de arcilla que tienen una superficie pretratada o modificada en general son referidas en el presente como organoarcillas y arcillas orgánicamente modificadas. Las organoarcillas y las arcillas orgánicamente modificadas pueden presentar compatibilidad aumentada con el PEO. Los paquetes y pilas de laminillas de organoarcillas y arcillas orgánicamente modificadas pueden dispersarse de una manera uniforme en la matriz del polímero durante el proceso de mezcla por fusión sin una formación de una estructura nanoporosa celular distintiva de las composiciones de la presente invención, aumentando al mismo tiempo las propiedades de barrera del material . Esto puede dar como resultado una reducción en la capacidad para respirar. Vea los Ejemplos 1 y 6. Las arcillas orgánicamente modificadas o tratadas sugeridas incluyen, pero no están limitadas a, una o más de las siguientes: Organoarcilla Claytone APA, bentonita de amonio de dimetilbencilo (sebo hidrogenado) libre de activador; Claytone HY, bentonita modificada con compuesto de amonio cuaternario libre de activador; Claytone 40, bentonita de amonio de dimetil-bis (sebo hidrogenado) y arcillas experimentales, orgánicamente modificadas SCPX-1121, SCPX-1122 y SCPX-1123 obtenidas de Southern Clay Products, Inc., de Gonzales, Texas. El material particulado de relleno está presente de una manera adecuada en las composiciones de la presente invención en una cantidad dentro de la gama de 1 por ciento en peso a 70 por ciento en peso en relación con la suma del peso del polímero sensible al agua y el material particulado de relleno. De manera conveniente, la cantidad de relleno comprende de 10 por ciento en peso a 60 por ciento en peso de la composición de la mezcla y, de una manera todavía más conveniente, la cantidad de relleno comprende de 20 por ciento en peso a 50 por ciento en peso en relación con la suma del polímero sensible al agua y el material particulado de relleno.

La presente invención es demostrada por el uso de dos de las arcillas no modificadas antes mencionadas: arcilla Polargel NF y arcilla Polargel T. Estas partículas de arcilla se emplean en los siguientes ejemplos y tienen las siguientes distribuciones de tamaño de partículas. Las partículas de arcilla Polargel T tienen un tamaño medio geométrico de 2.74 mieras con una desviación estándar geométrica de 2.07 mieras. Las partículas de arcilla Polargel NF tienen un tamaño medio geométrico de 2.01 mieras con una desviación estándar geométrica de 1.87 mieras. Además, se presenta un ejemplo que comprende partículas de arcilla orgánicamente modificada Claytone APA para fines comparativos. Las partículas de arcilla Claytone APA del Ejemplo 1 tienen un tamaño medio geométrico de 0.93 mieras con una desviación estándar geométrica de 1.74 mieras. Las distribuciones de tamaño de partículas de las partículas de arcilla, obtenidas de los proveedores, fueron medidas por Particle Technology Labs, Ltd., de Downers Grove, Illinois, usando un analizador de tamaño de partículas computarizado Elzone.

A pesar de que las arcillas y los silicatos estratificados interactúan únicamente con el polímero sensible al agua y crean nanoporos en el mismo, pueden agregarse rellenos convencionales a las composiciones de la presente invención para modificar y controlar la porosidad. Además del componente de arcilla y/o silicato estratificado en las composiciones de la presente invención, pueden agregarse rellenos y partículas de arcilla orgánicamente modificada convencionales para cambiar la apariencia, opacidad o suavidad de las composiciones y también se consideran dentro del alcance de la presente invención. Los rellenos convencionales incluyen, pero no están limitados a, carbonato de calcio y dióxido de titanio. Un relleno de carbonato de calcio, empleado en el Ejemplo 4, es el relleno de carbonato de calcio SUPERMITE®, el cual está disponible en el mercado por ECC International de Sylacauga, Alabama. Puede modificarse la superficie de las partículas del relleno de carbonato de calcio con un agente modificador de superficie o tensioactivos para mejorar su compatibilidad con un polímero. Un agente modificador de superficie sugerido incluye, pero no está limitado a, un copolímero de glicol de silicona, para reducir la tensión superficial de las partículas y mejorar la interacción con sus fluidos. Los tensioactivos sugeridos para la modificación de superficie del carbonato de calcio incluyen, pero no están limitados a, ácido esteárico y ácido behénico. Es posible modificar la superficie de las partículas del relleno con un agente modificador de superficie teniendo un número de Equilibrio Hidrofílico-Lipofílico (abreviado en lo sucesivo como HLB) que varía de 0 a 15, de una manera conveniente teniendo un número de HLB de 6 a 13. Las organosiliconas líquidas adecuadas como agentes modificadores de superficie están disponibles en el mercado por Dow Corning de Midland, Michigan.

El componente de polímero empleado para formar las composiciones de la presente invención puede intermezclarse de una manera adecuada con la arcilla y otros rellenos opcionales en forma de polvo o pastilla, o de otra manera combinados usando técnicas convencionales de mezcla y combinación. De una manera conveniente, el componente de polímero sensible al agua es mezclado con el componente de arcilla y el relleno inorgánico opcional antes de la fusión. La mezcla puede combinarse por fusión en un aparato adecuado, como un mezclador, un extrusor de un solo tornillo, un extrusor de dos tornillos, etcétera. En los siguientes ejemplos, el proceso para mezclar el polímero sensible al agua y el relleno inorgánico es demostrado en un extrusor experimental de dos tornillos obtenido de Haake de Paramus, Nueva Jersey. Sin embargo, pueden utilizarse otros tipos de aparatos adecuados para mezclar polímeros y rellenos inorgánicos a fin de producir composiciones en conformidad con la presente invención.

Las películas u hojas de los compuestos pueden fabricarse mediante técnicas convenientes como el moldeo por compresión y/o fundición por extrusión. El polímero sensible al agua y la arcilla pueden mezclarse antes de la fabricación como se describe arriba o pueden ser suministrados por separado o al mismo tiempo al aparato de procesamiento.

La selección del equipo de procesamiento para la elaboración de las películas de los siguientes ejemplos se basa en requisitos importantes como el procesamiento por fusión de gran esfuerzo cortante, tiempo de residencia suficiente para mezcla y potencial para procesamiento a alta velocidad. De manera conveniente, los materiales componentes, la resina de PEO y el relleno particulado inorgánico, se intermezclan de una manera adecuada antes de la fusión. Sin embargo, los componentes de las composiciones de la presente invención pueden suministrarse por separado en el aparato de procesamiento por fusión. Los extrusores convencionales que tienen alimentadores separados son adecuados para preparar las composiciones de la presente invención.

El término "extruible por fusión", como se aplica a mezclas y composiciones en el presente, significa una mezcla sólida termoplástica que tiene un valor de velocidad de flujo derretido (MFR) de no menos que 0.1 gramos/10 minutos, basado en ASTM D1238. De una manera conveniente, el valor de MFR de la composición adecuada extruible por fusión de la presente invención varía de O.lg/10 minutos a 100g/10 minutos. De una manera más conveniente, el valor de MFR varía de 0.2g/l0 minutos a 50g/l0 minutos, y de una manera todavía más conveniente, varía de 0.8g/l0 minutos a 20g/l0 minutos para proporcionar niveles deseados de procesabilidad.

El proceso para preparar las composiciones es demostrado en un extrusor experimental de dos tornillos Haake descrito en el presente. El extrusor de dos tornillos Haake comprende un par de tornillos cónicos hechos a la medida para proporcionar un gran esfuerzo cortante por fusión y mayor tiempo de residencia. A continuación se proporciona una descripción general del extrusor de dos tornillos Haake. El extrusor de dos tornillos Haake comprende seis secciones. La Sección 1 comprende una sección de bombeo hacia delante con dos tramos teniendo un paso de tornillo grande y un ángulo de hélice alto. La Sección 2 comprende una sección de bombeo hacia delante con dos tramos teniendo un paso de tornillo que es más pequeño que el paso de tornillo de la Sección 1. La Sección 3 comprende una sección de bombeo hacia delante con dos tramos teniendo un paso de tornillo que es más pequeño que el paso de tornillo de la Sección 2. La Sección 4 comprende una sección de bombeo invertido con dos tramos y ranurado teniendo un tramo completo con ranuras. La sección 5 comprende una sección de bombeo hacia delante con dos tramos y ranurado teniendo dos tramos completos. La Sección 6 comprende una sección de bombeo hacia adelante con dos tramos, teniendo un paso de tornillo intermedio entre el paso de tornillo de la Sección 1 y el paso de tornillo de la Sección 2. El extrusor de dos tornillos Haake tiene tres zonas de extrusión calentadas con enfriamiento por aire. La sección de alimentación del extrusor es enfriada con agua para evitar la fusión prematura de la resina polimérica. En el extremo del extrusor, un troquel de filamentos con dos agujeros, cada uno de tres milímetros de diámetro, se ajusta al extrusor para producir filamentos extruidos del compuesto. Los filamentos extruidos son enfriados en una correa transportadora enfriada con ventilador y después nodulizados .

Las mezclas secas de pastillas de polímero y relleno se prepararon con niveles de carga de relleno en la gama de 10 a 50 por ciento en peso del relleno con respecto al peso de la resina polimérica del relleno. De manera conveniente, el nivel de carga de relleno debe ser menor que ochenta por ciento en peso del relleno con respecto al peso de la resina polimérica. Las mezclas secas se suministraron por chorro al extrusor de dos tornillos que opera en la gama de 45 a 55 revoluciones por minuto. Para los ejemplos que comprenden resina de PEO POLYOX® WSR N-80, las temperaturas del extrusor se ajustaron en 120°C, 150°C, 150°C y 150°C para la primera, segunda y tercera zona de calentamiento y el troquel, respectivamente. Para los ejemplos que comprenden resina de PEO con peso molecular más alto POLYOX® WSR N-12K, las temperaturas del extrusor se ajustaron en 170°C, 180°C, 180°C y 180°C para la primera, segunda y tercera zona de calentamiento y el troquel, respectivamente. Después de la extrusión, las composiciones de PEO llenado fueron nodulizadas y suministradas a través del extrusor una segunda vez. Durante la segunda extrusión, el extrusor fue operado a una velocidad más alta de 75 a 95 revoluciones por minuto. La segunda extrusión produjo filamentos uniformes con superficies lisas. El diseño de procesamiento antes descrito permitió el procesamiento de los compuestos de PEO bajo condiciones de gran esfuerzo cortante y tiempo de residencia suficiente usando el extrusor experimental corto .

Las películas que pueden desecharse en el inodoro se fabricaron de las composiciones de PEO usando técnicas convencionales de elaboración de películas como moldeo por compresión y fundición por extrusión sin técnicas de estiramiento, formación de espuma o separación de fases. En los ejemplos, las películas se prepararon de las pastillas previamente extruidas de PEO llenado con arcilla usando el extrusor experimental Haake descrito en el presente . El extrusor Haake tiene un período de procesamiento más corto y un tiempo de procesamiento y mezcla más corto que el deseado. Se entiende que las películas que tienen capacidad para respirar mejorada pueden formarse directamente de partículas de relleno de arcilla no modificada y un polímero sensible al agua usando un extrusor experimental más grande que sea capaz de mezclar los componentes y fundir una película de la mezcla de los componentes en un paso. Estos extrusores están disponibles por American Leistritz Extruder, Inc. de Somerville, Nueva Jersey. De manera conveniente, las películas pueden procesarse por fusión de una mezcla seca de los componentes en un paso de procesamiento sin técnicas de estiramiento, formación de espuma, separación de fases u otro procesamiento adicional .

La morfología de las películas de los ejemplos se analizó usando la siguiente técnica. La película sujeta a análisis primero fue criotomizada a una temperatura de muestra de aproximadamente -110 °C usando un cuchillo de diamante criogénico en un criótomo Reichert UltraCut S. Las secciones expuestas de la película se colocaron verticalmente sobre soportes de muestra y se cubrieron por pulverización con alrededor de 200 Angstroms de una aleación de oro/paladio. Las imágenes en microscopio de exploración electrónica (abreviado en los sucesivo como SEM) se adquirieron en un SEM JEOL 6400 usando una señal electrónica secundaria, en un voltaje de operación de 6kV. El análisis se realizó mediante la recolección de imágenes digitales de SEM usando un analizador PGT IMIX en amplificaciones adecuadas para la resolución de los poros.

Los datos sobre el tamaño de los poros se acumularon de cuatro campos seleccionados al azar por muestra de película. El diámetro promedio de los poros y el área cubierta por los poros también se determinaron. El número total de poros detectados y el porcentaje de la cobertura del área superficial se calcularon a partir de las imágenes. Las dimensiones de los microporos y el porcentaje de la cobertura del área superficial se determinaron a partir de los perfiles transversales de dos muestras de película. La muestra de película analizada de la Figura 1 es de un perfil transversal de una película producida de la composición del Ejemplo 3 que consta de 70 partes de resina de PEO WSR-N-12K y 30 partes de partículas de relleno de arcilla no modificada Polargel T.

La Figura 1 es una imagen de SEM de un perfil transversal de una película que comprende partículas de relleno de PEO y arcilla no modificada y ejemplifica un perfil transversal típico de una película en conformidad con la presente invención. El perfil transversal de la Figura 1 ilustra la morfología porosa de nanoescala única caracterizada por las composiciones reveladas en el presente. La morfología única de nanoescala puede describirse como espacios vacíos distribuidos al azar producidos por la intersección de superficies de elementos similares a las fibras. Estos elementos similares a las fibras se forman por la interacción única del componente de polímero y el componente de arcilla no modificada de las composiciones de la presente invención. Esta interacción única del componente de polímero con las partículas de arcilla puede dar como resultado una penetración de las moléculas polares poliméricas de un componente de polímero sensible al agua en los espacios intercalados de partículas de arcilla y silicato estratificado, laminillas y filas de paquetes de partículas y laminillas. Las fuerzas de fijación entre los paquetes de laminillas son reducidas como resultado de la penetración y envoltura por fusión del polímero y los paquetes de laminillas. De esta manera, las laminillas y partículas pueden separarse durante el procesamiento por fusión de la composición y formar las paredes de la red celular de los poros. La red celular resultante de los poros incrustados en la fase polimérica caracteriza la morfología de estas películas. La red celular esta constituida de numerosos poros de forma esférica y/o elíptica que se interconectan para formar la red. Los poros de la red celular tienen una distribución de tamaño en la gama de nanoescala. De manera conveniente, los poros o los espacios vacíos tiene una distribución de tamaño que incluyen poros o espacios vacíos teniendo una longitud de eje principal que por lo menos es de 0.01 mieras (µm) y, de una manera más conveniente, una longitud de eje principal que es de por lo menos 0.1 mieras. De manera conveniente, el eje principal de los poros no es mayor que 50 mieras y, de una manera más conveniente, el eje principal de los poros no es mayor que 10 mieras. Las variables clave del material que afectan la distribución del tamaño de los poros incluyen: distribución del tamaño de partículas del relleno, actividad del relleno, modificación del relleno y hasta la selección del polímero y el peso molecular del polímero. De manera conveniente, el área de la cobertura de los poros del perfil transversal de la película de las composiciones de la presente invención no es menor que 0.5 por ciento y, de una manera más conveniente, el área de la cobertura de los poros no es menor que 1 por ciento. En otros aspectos de la invención, el área de la cobertura de los poros del perfil transversal de la película no es mayor que 60 por ciento y, de una manera todavía más conveniente, no es mayor que 30 por ciento.

La caracterización estructural cuantitativa de la película del Ejemplo 3 se basa en el análisis de las imágenes de SEM de los perfiles transversales criotomizados de la película de acuerdo con lo mostrado en la Figura 1. Los datos sobre el tamaño de los poros se acumularon para cuatro campos seleccionados al azar por muestra de película. Las dimensiones promedio de los poros fueron similares para las películas del Ejemplo 3, alrededor de 0.2 mieras. La dimensión promedio de los poros de las películas que comprenden PEO con peso molecular más bajo del Ejemplo 2 fue de 0.05 a 0.1 mieras. El porcentaje del área de la cobertura de los poros también se calculó para algunas de las películas. Las películas que comprenden el relleno de arcilla Polargel T tuvieron un área de 1.7 por ciento de la cobertura de los poros del perfil transversal de la película y las películas que comprenden la arcilla Polargel NF tuvieron un área de 0.88 por ciento de la cobertura de los poros del perfil transversal de la película. El análisis estructural muestra que los compuestos a base de PEO que comprenden solo organoarcilla, arcilla orgánicamente modificada y carbonato de calcio como relleno han disminuido la porosidad y la capacidad para respirar en comparación con las películas que comprenden partículas de relleno de arcilla que no son orgánicamente modificadas. Las partículas de relleno de arcilla no orgánicamente modificada producen compuestos respirables y que pueden desecharse en el inodoro que poseen la microestructura única porosa de "casa de cartas" descrita en el presente.

Los porcentajes de transmisión de vapor de agua (abreviado en lo sucesivo como WVTR) de las películas de los Ejemplos se caracterizaron usando la norma E86-90 de ASTM.

Prueba y Método de la Transmisión de Vapor de Agua Para determinar la capacidad para respirar mejorada de las composiciones en conformidad con la presente invención, los porcentajes de transmisión de vapor de agua de las películas de varias composiciones de PEO se midieron en conformidad con la norma E 96-80 de ASTM. Las muestras circulares que miden 3 pulgadas de diámetro se cortaron de cada uno de los materiales probados, así como un material estándar de control, película microporosa CELGARD® 2500 disponible por Hoechst Celanese Corporation. Las muestras individuales de los materiales de prueba y el material de control se colocaron a través de los tragantes abiertos de las tazas individuales del vaporímetro, cada taza del vaporímetro conteniendo 100 mililitros de agua destilada. Las bridas atornilladas de las tazas del vaporímetro se apretaron para formar un sello a lo largo de los bordes de la taza. Las tazas selladas se colocaron en un horno de convección ajustado en 100°F. La humedad relativa dentro del horno no se controló específicamente.

Las tazas primero se pesaron (peso previo) y después se metieron inmediatamente al horno. Después de 24 horas, se sacaron las tazas del horno y se pesaron otra vez (peso posterior) . El WVTR de base de cada material se calculó basándose en la pérdida de peso (?W) y se reportó en g/m2/24 horas. El porcentaje de base se normalizó de acuerdo con el porcentaje de transmisión de vapor de agua del estándar de control, CELGARD® 2500, multiplicando el porcentaje de base por el factor de corrección (CF) : WVTR = Porcentaje de base x CF El factor de corrección CF se calculó asumiendo que el WVTR de la película microporosa CELGARD® 2500 es de 5000 g/m2/24 horas bajo condiciones predeterminadas: CF = 5000 /Porcentaje de base CELGARD® 2500 El WVTR ajustado al espesor de la película se calculó multiplicando el WVTR por el espesor de la película en milésimas de pulgada (WVTR ajustado) y se reporta en g/m2/24 horas/1 milésima de pulgada.

El método y las mediciones resultantes fueron normalizadas en comparación con una película de 1 milésima de pulgada de CELGARD® 2500 como un estándar de control. Los datos se ajustaron de acuerdo con el espesor de la película de 1 milésima de pulgada, asumiendo una proporcionalidad inversa del porcentaje de transmisión de vapor de agua con respecto al espesor de la película. En los cuadros se presentan los porcentajes de transmisión de vapor de agua para películas de PEO llenado de arcilla, con peso molecular bajo POLYOX® N-80 de 200,000 g/mol. Se emplearon dos arcillas como rellenos, organoarcilla Claytone APA y la arcilla no modificada Polargel NF previamente mencionada. Las películas no llenadas que comprenden CELGARD® 2500 también se incluyen como estándares de control, así como las películas no llenadas que comprenden POLYOX® N-80 como ejemplos comparativos. Basadas en el mismo peso molecular de la resina sensible al agua, las películas formadas de PEO llenado con partículas de arcilla no modificada Polargel poseen porcentajes de transmisión de vapor de agua mejorados en comparación con las películas formadas de PEO no llenado y de PEO llenado con arcilla orgánicamente modificada u otros rellenos que no son de arcilla. Cuando se normaliza a un espesor de película de 1 milésima de pulgada, se estima un porcentaje de transmisión de vapor de agua de aproximadamente 5490 gramos por metro cuadrado al día (abreviado en lo sucesivo como g/m2 -día) para las películas de PEO con peso molecular bajo, llenado con arcilla Polargel NF en el Ejemplo 2 del Cuadro II.

También se presentan los porcentajes de transmisión de vapor de agua para varias películas llenadas de PEO con peso molecular alto POLYOX® WSR-12K de 1,000,000 g/mol y PEO con peso molecular bajo POLYOX® N80 de 200,000 g/mol. Los porcentajes de trasmisión de vapor de agua mayores que los porcentajes de trasmisión de agua mayores que 1000g/m2/24 horas se consideran como respirables para los propósitos de la invención. De acuerdo con ciertos aspectos de la invención, las películas de la invención pueden proporcionar de una manera conveniente un valor mejorado de WVTR. En una realización de la presente invención, el WVTR es de por lo menos 1000 g/m2/24 horas/milésima de pulgada (gramos por metro cuadrado, por 24 horas, por 0.001 pulgada de espesor de la película) . Opcionalmente, el WVTR es de por lo menos 3,000 g/m2/24 horas/milésima de pulgada y, de una manera más conveniente, es de por lo menos 4,000 g/m2/24 horas/milésima de pulgada. En otra realización, el WVTR no es mayor que 50,000 g/m2/24 horas/milésima de pulgada. Alternativamente, el valor de WVTR no es mayor que 30,000 g/m2/24 horas/milésima de pulgada. Para ambos pesos moleculares, las películas que comprenden rellenos de arcilla no modificada Polargel T y Polargel NF demuestran niveles más altos de capacidad para respirar en comparación con las películas no llenadas y llenadas similares que comprenden relleno de arcilla orgánicamente modificada Claytone APA o rellenos convencionales. Se cree que la capacidad para respirar mejorada de las películas formadas de las composiciones de PEO que comprenden partículas de relleno de arcilla no modificada resultan de la nanoestructura celular única de la mezcla del polímero de PEO y el relleno de arcilla no modificada. La nanoestructura celular única contiene una red de poros de nanoescala de espacios vacíos distribuidos de una manera muy uniforme en toda la matriz del compuesto e imparte porosidad y capacidad para respirar deseada a las películas hechas de las composiciones .

Se presentan porcentajes de trasmisión de vapor de agua de las películas delgadas que comprenden PEO con peso molecular bajo POLYOX® N80. Los datos en el Cuadro I muestran que el nivel considerable de capacidad para respirar puede lograrse cuando el espesor de la película es reducido a 1 a 2 milésimas de pulgada. El nivel inesperadamente mejorado de la capacidad para respirar lograda con películas de PEO llenado con arcilla sugiere que estas películas pueden utilizarse como cubiertas exteriores respirables para varios productos que pueden desecharse en el inodoro y/o pueden degradarse en el medio ambiente. Esta tecnología puede permitir un procedimiento alternativo eficiente para el desarrollo de materiales respirables alternativos para aplicaciones donde pueden desecharse los artículos al inodoro y/o pueden degradarse en el medio ambiente. Además, esta tecnología ofrece varias ventajas de procesamiento en comparación con las técnicas convencionales que utilizan procesamiento por estirado o un método de separación de fases para producir películas respirables eliminando los pasos de procesamiento adicionales y los costos adjuntos.

Las películas respirables de la presente invención pueden usarse para hacer una variedad de productos para el cuidado personal y para el cuidado de la salud. Opcionalmente, las películas pueden laminarse a una tela no tejida. Los ejemplos de fibras adecuadas para la tela no tejida incluyen fibras orgánicas como fibras celulósicas; fibras sintéticas hechas de polímeros termoplásticos como poliéster o poliamida; y fibras sintéticas compuestas de polímero termoplástico como fibras de polipropileno. Opcionalmente, la tela no tejida puede recubrirse o de otra manera tratarse para impartir el nivel deseado de impermeabilidad a los líquidos. Opcionalmente, las películas respirables de la presente invención pueden modificarse o de otra manera tratarse para mejorar a un nivel deseado la propiedad de barrera a los líquidos de las películas. Para mejorar la propiedad de barrera a los líquidos de las películas respirables, una capa delgada adicional de barrera a los líquidos puede recubrirse o extruirse en conjunto con la película respirable.

Ejemplo Comparativo A Para determinar la capacidad para respirar o el porcentaje de trasmisión de vapor de agua de una película no llenada, soluble en agua para fines comparativos, se fabricaron películas de diferente espesor de una resina de PEO no llenado. La resina de PEO no llenado usada en el Ejemplo Comparativo A se obtuvo en forma de polvo de Union Carbide. La resina de PEO en particular usada en este Ejemplo Comparativo A se vende bajo la denominación comercial POLYOX® WSR N-80 y tiene un peso molecular promedio reportado de aproximadamente 200,000 g/mol. Antes de convertirse en una película, este polvo de PEO no llenado con peso molecular bajo primero fue nodulizado por Planet Polymer Technologies de San Diego, California usando un extrusor de dos tornillos y una correa enfriada por aire. Las pastillas de PEO después fueron moldeadas por compresión en películas de espesores de 1.3, 1.6, 2.4, 2.6, 6.3 y 7.3 milésimas de pulgada usando una prensa caliente de laboratorio Carver. Las prensas calientes Carver están disponibles por Fred S. Carver, Inc., de Menomonee, Wisconsin. Las transmisiones de vapor de agua de las películas de PEO no llenado se probaron en conformidad con E 96-80 de ASTM. Los resultados de las pruebas se reportan en los Cuadros I, II y III para fines comparativos.

Ejemplo Comparativo B Como un estándar para la comparación, se obtuvieron películas microporosas, respirables de Hoechst Celanese Corporation y se probaron bajo las mismas condiciones. Se obtuvieron las películas microporosas de Hoechst Celanese Corporation y están disponibles en el mercado bajo la marca comercial CELGARD® 2500. Las películas que se obtuvieron y se probaron tenían 1 milésima de pulgada de espesor y tenían 1 porcentaje medio de trasmisión de vapor de agua ajustado de 5000 gramos de vapor de agua por metro cuadrado de película al día de acuerdo con nuestras pruebas en conformidad con E 96-80 de ASTM. Los resultados de las pruebas de trasmisión de vapor de agua se reportan en los Cuadros I, II y III para fines comparativos.

Ejemplo 1 Se produjeron películas respirables, sensibles al agua de 70 partes en peso de pastillas de PEO POLYOX® WSR N-80 y 30 partes en peso de relleno de organoarcilla Claytone APA. Los dos componentes anteriores se premezclaron y la mezcla seca resultante se suministró por chorro al extrusor de dos tornillos Haake descrito anteriormente. Para formar una combinación uniforme de la mezcla, el extrusor se operó a una velocidad en la gama de 45 a 55 revoluciones por minuto y temperaturas de 120°C, 150°C, 150°C y 150°C para la primera, segunda y tercera zona de calentamiento y el troquel, respectivamente. Después de la extrusión, la mezcla de PEO y arcilla se enfrió usando una correa transportadora enfriada por aire. La mezcla enfriada de PEO/arcilla fue nodulizada. Las pastillas de PEO y arcilla se suministraron de nuevo a través del extrusor Haake para formar una mezcla más uniforme. Esta segunda extrusión produjo filamentos uniformes de un compuesto de PEO llenado con arcilla teniendo superficies lisas. Los filamentos producidos de la segunda extrusión se nodulizaron de nuevo.

Las películas de diferente espesor, 1.2, 1.4, 2.2, 2.6, 2.7, 6.5 y 7.6 milésimas de pulgada, se produjeron de las pastillas de la segunda extrusión. Estas películas se formaron mediante el moldeo por compresión de las pastillas usando la prensa caliente de laboratorio Carver antes descrita. Las propiedades de la trasmisión de vapor de agua de estas películas se probaron en conformidad con E 96-80 de ASTM como los Ejemplos Comparativos anteriores y los siguientes Ejemplos. Los resultados de las pruebas de trasmisión de vapor de agua de las películas y su espesor se reportan en los Cuadros I, II y III.

Ejemplo 2 Se produjeron películas de 70 partes en peso de resina de PEO POLYOX® WSR N-80 y 30 partes en peso de relleno de arcilla Polargel NF mediante el mismo procedimiento descrito para el Ejemplo 1 anterior. Las películas de esta composición respirable, sensible al agua se comprimieron en espesor de 2.3, 2.5, 2.7, 2.8, 3.0 y 6.3 milésimas de pulgada y se probaron en conformidad con E 96-80 de ASTM. Los resultados de las pruebas de transmisión de vapor de agua se reportan en los Cuadros I, II y III.

Ejemplo 3 Se produjeron películas de 70 partes en peso de resina de PEO POLYOX® WSR N-12K y 30 partes en peso de relleno de arcilla Polargel T mediante el mismo procedimiento descrito para el Ejemplo 1 anterior. La resina de PEO POLYOX® WSR N-12K tiene un peso molecular promedio reportado de aproximadamente 1,000,000 g/mol. Las películas de esta composición respirable, sensible al agua se comprimieron en espesor de 7.8 y 8.2 milésimas de pulgada y se probaron en conformidad con E 96-80 de ASTM. Los resultados se reportan en el Cuadro III.

Ejemplo 4 Se produjeron películas de 55 partes en peso de resina de PEO POLYOX® WSR N-12K y 45 partes en peso de material de relleno particulado de carbonato de calcio SUPERMITE® que había sido recubierto superficialmente con 6% en peso, basado en el peso del material de relleno, con tensioactivo de glicol de silicona Dow Corning 193 (abreviado como 193 F en los cuadros adjuntos) . El relleno particulado de carbonato de calcio SUPERMITE® se obtuvo de ECC International y se trató superficialmente con el glicol de silicona para mejorar la interacción de las superficies de las partículas de carbonato de calcio con la matriz de la resina de PEO. Una mezcla seca del relleno tratado y el PEO se suministró por chorro al extrusor de dos tornillos Haake. El extrusor se operó a una velocidad en la gama de 45 a 55 revoluciones por minuto y temperaturas ajustadas en 170°C, 180°C, 180°C y 180°C para la primera, segunda y tercera zona de calentamiento y el troquel, respectivamente. Después de la extrusión, la mezcla de PEO y carbonato de calcio fue nodulizada usando una correa transportadora enfriada por aire y suministrada a través del extrusor Haake una segunda vez para producir una mezcla más uniforme. La segunda extrusión produjo filamentos uniformes teniendo superficies lisas. Después se nodulizaron los filamentos y se produjeron películas en espesores de 4.5 y 4.7 milésimas de pulgada mediante el moldeo por compresión con la prensa caliente de laboratorio Carver. Las películas se probaron en conformidad con E 96-80 de ASTM. Los resultados se reportan en el Cuadro III.

Ejemplo 5 Se produjo una película de 55 partes en peso de resina de PEO POLYOX® WSR N-12K y 45 partes en peso de material de relleno particulado de carbonato de calcio SUPERMITE® que había sido recubierto superficialmente con 6% en peso de modificador Dow Corning FF 400, basándose en el peso del material de relleno. Se produjo una película de 5.8 milésimas de pulgada de espesor mediante el mismo procedimiento del Ejemplo 4 anterior, excepto que las superficies del relleno de carbonato de calcio se modificaron con el modificador Dow Corning FF 400. la película se probó en conformidad con E 96-80 de ASTM y los resultados se reportan en el Cuadro III.

Ej emplo 6 Se produjo una película de 60 partes en peso de relleno de organoarcilla Claytone APA mediante el mismo procedimiento descrito para el Ejemplo 1 anterior. Una película de esta composición respirable, sensible al agua se comprimió a un espesor de 1.3 milésimas de pulgada y se probó en conformidad con E 96-80 de ASTM. Los resultados de la prueba de trasmisión de vapor de agua se reportan en el Cuadro I .

Debe entenderse que en los ejemplos anteriores son realizaciones ilustrativas y que la presente invención no debe estar limitada por ninguno de los ejemplos o detalles en la descripción. Más bien, las reivindicaciones anexadas al presente deben interpretarse ampliamente dentro del alcance y el espíritu de la presente invención. Particularmente, debe entenderse que la invención incluye películas, películas poliestratificadas, fibras, fibras de múltiples componentes y artículos en los cuales se emplean las composiciones reivindicadas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Una composición de materia comprendiendo una mezcla respirable extruida por fusión, la mezcla comprendiendo un polímero sensible al agua y mayor que 1 por ciento en peso de las partículas de arcilla, partículas de silicato estratificado o una mezcla de las mismas en relación con la suma del peso del polímero sensible al agua, las partículas de arcilla y las partículas de silicato estratificado y la mezcla respirable extruida por fusión teniendo un porcentaje de trasmisión de vapor de agua de por lo menos 1000 g/m2/24 horas/milésima de pulgada de acuerdo con la norma E 96-80 de ASTM.

2. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque el polímero sensible al agua es un polímero de óxido de etileno.

3. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 2, caracterizado porque el polímero sensible al agua es un copolímero injertado de óxido de etileno.

4. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 2, caracterizado porque el polímero de óxido de etileno tiene un peso molecular dentro de la gama de 100,000 gramos por mol a 4,000,000 gramos por mol.

5. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado porque el polímero de óxido de etileno tiene un peso molecular dentro de la gama de 200,000 gramos por mol a 2,000,000 gramos por mol.

6. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque la composición comprende más que 10 por ciento en peso de partículas de arcilla en relación con la suma del peso del polímero sensible al agua y las partículas de arcilla.

7. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 2, caracterizado porque la composición comprende más que 20 por ciento en peso de partículas de arcilla no modificada en relación con la suma del peso del polímero sensible al agua y las partículas de arcilla.

8. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque las partículas de arcilla comprenden partículas de arcilla esmectita.

9. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque las partículas de arcilla comprenden partículas de arcilla montmorillonítica o arcilla bentonítica.

10. La composición tal y como se reivindica en la cláusula 6, caracterizado porque las partículas de arcilla comprenden partículas de arcilla de bentonita de sodio.

11. Una película que comprende la composición de la reivindicación 1.

12. La película tal y como se reivindica en la cláusula 11, caracterizado porque la película se forma mediante la extrusión por fusión.

13. Un artículo comprendiendo la composición de la reivindicación 1.

14. Una composición de materia comprendiendo una mezcla extruida por fusión de una mezcla seca de un polímero sensible al agua de óxido de etileno teniendo un peso molecular promedio dentro de la gama de 100,000 gramos por mol a 8,000,000 gramos por mol y más que 1 por ciento en peso de partículas de arcilla, partículas de silicato estratificado o una mezcla de las mismas en relación con la suma del peso del polímero sensible al agua de óxido de etileno, las partículas de arcilla y las partículas de silicato estratificado.

15. La composición de materia tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque el polímero sensible al agua de óxido de etileno tiene un peso molecular promedio dentro de la gama de 200,000 gramos por mol a 4,000,000 gramos por mol.

16. La composición de materia tal y como se reivindica en la cláusula 15, caracterizado porque el polímero sensible al agua de óxido de etileno tiene un peso molecular promedio dentro de la gama de 200,000 gramos por mol a 1,000,000 gramos por mol.

17. La composición de materia tal y como se reivindica en la cláusula 16, caracterizado porque la mezcla comprende más del 5 por ciento en peso de partículas de arcilla bentonítica en relación con la suma del peso del polímero sensible al agua de óxido de etileno, las partículas de arcilla y las partículas de silicato estratificado.

18. La composición de materia tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque las partículas de arcilla y las partículas de silicato estratificado constan esencialmente de partículas con un tamaño de partícula promedio de no más de 50 mieras .

19. Una composición de materia que comprende una mezcla extruida por fusión de: a) un polímero sensible al agua de óxido de etileno teniendo un peso molecular dentro de la gama de 100,000 gramos por mol a 8,000,000 gramos por mol; y b) de 1 por ciento en peso a 50 por ciento en peso de partículas de arcilla, partículas de silicato estratificado o una mezcla de partículas de arcilla y silicato estratificado sobre la base de la suma del peso del polímero sensible al agua, las partículas de arcilla y las partículas de silicato estratificado, en donde el tamaño de partícula promedio no es mayor que 10 mieras .

20. La composición de materia tal y como se reivindica en la cláusula 19, caracterizado porque la composición posee una microestructura de nanoescala caracterizada como una red de poros de nanoescala de espacios vacíos distribuidos a través de la fase del polímero sensible al agua que forma la matriz de la composición en donde los espacios vacíos son producidos por la intersección de la superficie de elementos similares a la fibra formados del polímero sensible al agua y las partículas de arcilla de la composición.