Material polimérico y procedimiento para su preparación.
Material polimérico obtenible mediante homogeneización de una mezcla que contiene
- del 40 al 85 % en peso de almidón y/o derivado de almidón,
- del 15 al 55 % en peso de plastificante y
- del 0,01 al 7 % en peso de un polímero que contiene grupos epóxido,
con aporte de energía térmica y/o mecánica y ajuste del contenido de agua de la mezcla a menos del 7 % en peso.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/064269.
Solicitante: BIOTEC BIOLOGISCHE NATURVERPACKUNGEN GMBH & CO. KG.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: WERNER-HEISENBERG-STRASSE 32 46446 EMMERICH ALEMANIA.
Inventor/es: SCHMIDT, HARALD, HESS,CHRISTOPH, MATHAR,JOHANNES, HACKFORT,RALF.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C08J5/18 QUIMICA; METALURGIA. › C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES. › C08J PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS; TRATAMIENTO POSTERIOR NO CUBIERTO POR LAS SUBCLASES C08B, C08C, C08F, C08G o C08H (trabajo, p. ej. conformado, de plásticos B29). › C08J 5/00 Fabricación de artículos o modelado de materiales que contienen sustancias macromoleculares (fabricación de membranas semipermeables B01D 67/00 - B01D 71/00). › Fabricación de películas u hojas.
- C08L3/02 C08 […] › C08L COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones basadas en monómeros polimerizables C08F, C08G; pinturas, tintas, barnices, colorantes, pulimentos, adhesivos D01F; filamentos o fibras artificiales D06). › C08L 3/00 Composiciones de almidón, amilosa o amilopectina o de sus derivados o productos de degradación. › Almidón; Sus productos de degradación, p. ej. dextrina.
PDF original: ES-2517600_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Material polimérico y procedimiento para su preparación La invención se refiere a un material polimérico que contiene almidón, a un procedimiento para su preparación así como a piezas de moldeo, láminas y/o fibras producidas a partir del material.
Por lo general son conocidos materiales poliméricos que contienen almidón del tipo que se ha mencionado al principio. Entre los bioplásticos económicamente más significativos se incluyen, en particular, almidón termoplástico o almidón que se puede procesar termoplásticamente (TPS) . Por lo general, el almidón termoplástico se prepara a partir de almidón nativo tal como, por ejemplo, almidón de patata. Para hacer que el almidón nativo se pueda procesar termoplásticamente, se añaden al mismo plastificantes tales como sorbitol y/o glicerol y se homogeneiza la mezcla en una extrusora. El almidón termoplástico se caracteriza por un reducido contenido de agua que, por lo general, asciende a menos del 12 % en peso, en particular a menos del 6 % en peso en relación con el peso total del almidón termoplástico. La preparación y las propiedades del almidón termoplástico se describen, por ejemplo, en los documentos EP 0 397 819 B1, WO 91/16375 A1, EP 0 537 657 B1 y EP 0 702 698 B1.
El almidón termoplástico está disponible en el mercado, por ejemplo, con el nombre comercial "Bioplast® TPS" en forma de granulado en Biotec GmbH & Co. KG, Emmerich (Alemania) .
Por el documento US 5 635 550 es conocida una composición que contiene almidón termoplástico así como un polímero que hace de agente de acoplamiento y que está seleccionado del grupo que está compuesto de poliolefinas, que están modificadas por grupos químicamente funcionales que son reactivos en relación con los grupos hidroxilo funcionales del almidón. La composición puede contener también un polímero termoplástico.
La invención se basa en el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de los materiales que contienen almidón que se han mencionado al principio así como de los productos producidos a partir de los mismos (por ejemplo, piezas de moldeo, láminas y/o fibras) .
Este objetivo se consigue, de acuerdo con la invención, mediante un material polimérico que se puede obtener mediante homogeneización de una mezcla que contiene -del 40 al 85 % en peso de almidón y/o derivado de almidón, -del 15 al 55 % en peso de plastificante y -del 0, 01 al 7 % en peso de un polímero que contiene grupos epóxido con suministro de energía térmica y/o mecánica y ajuste del contenido de agua de la mezcla a menos del 7 % en peso.
En las reivindicaciones dependientes están descritas configuraciones ventajosas de la invención.
Una característica esencial del material polimérico que contiene almidón de acuerdo con la invención es la adición de un polímero que contiene grupos epóxido durante su preparación. Sorprendentemente, se ha constatado que la presencia de polímeros que contienen grupos epóxido como aditivo durante la preparación de materiales poliméricos que contienen almidón conduce a una sustancial mejora de las propiedades mecánicas del material, en particular de su resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura.
El material polimérico de acuerdo con la invención se caracteriza por excelentes propiedades mecánicas. De este modo, una lámina producida a partir del material polimérico puede presentar una resistencia a la tracción de acuerdo con DIN 53455 de 2 a 10 N/mm2, en particular de 4 a 8 N/mm2 y/o un alargamiento a la rotura de acuerdo con DIN 53455 del 80 al 200 %, en particular del 120 al 180 %.
El material de acuerdo con la invención se puede obtener mediante homogeneización de una mezcla que contiene almidón o derivado de almidón, plastificante y polímero que contiene grupos epóxido.
La preparación de polímeros termoplásticos que contienen almidón mediante homogeneización de una mezcla de partida que contiene almidón por lo general es conocida y se realiza habitualmente en una extrusora. Están descritos procedimientos de preparación adecuados para polímeros termoplásticos que contienen almidón, por ejemplo, en los documentos EP 0 397 819 B1, WO 91/16375 A1, EP 0 537 657 B1 y EP 0 702 698 B1.
El almidón o el derivado de almidón empleado para la preparación del material de acuerdo con la invención preferentemente están seleccionados de almidón de patata nativo, almidón de tapioca, almidón de arroz y almidón de maíz.
De acuerdo con una forma de realización preferente de la invención, la mezcla contiene del 45 al 80 % en peso, en particular del 50 al 75 % en peso, preferentemente del 55 al 72 % en peso, aún más preferentemente del 58 a 70 %
en peso, mucho más preferentemente del 59 al 67 % en peso de almidón y/o derivado de almidón.
El plastificante o el agente de plastificado para la preparación del material de acuerdo con la invención preferentemente está seleccionado del grupo compuesto de etilenglicol, propilenglicol, glicerol, 1, 4-propanodiol, 1, 2butanodiol, 1, 3-butanodiol, 1, 4-butanodiol, 1, 5-pentanodiol, 1, 5-hexanodiol, 1, 6-hexanodiol, 1, 2, 6-hexanotriol, 1, 3, 5hexanotriol, neopentilglicol, acetato de sorbitol, diacetato de sorbitol, monoetoxilato de sorbitol, dietoxilato de sorbitol, hexaetoxilato de sorbitol, dipropoxilato de sorbitol, aminosorbitol, trihidroximetilaminometano, glucosa/PEG, el producto de reacción de óxido de etileno con glucosa, monoetoxilato de trimetilolpropano, monoacetato de manitol, monoetoxilato de manitol, butilglucósido, monoetoxilato de glucosa, ï?¡-metilglucósido, la sal sódica de carboximetilsorbitol, monoetoxilato de poliglicerol, eritritol, pentaeritritol, arabitol, adonitol, xilitol, manitol, iditol, galactitol, alitol, sorbitol, alcoholes polihidroxilados en general, ésteres de glicerol, formamida, N-metilformamida, DMSO, mono-y diglicéridos, alquilamidas, polioles, trimetilolpropano, alcohol polivinílico con 3 a 20 unidades de repetición, poligliceroles con 2 a 10 unidades de repetición, así como derivados y/o mezclas de los mismos. En particular se consideran glicerol y/o sorbitol como plastificante.
El plastificante presenta preferentemente un parámetro de solubilidad (parámetro de Hildebrand) d (SI) de 30 a 50 MPa1/2 dentro de un intervalo de temperaturas de aproximadamente 150 a 300 º C.
El contenido de plastificante en la mezcla preferentemente es del 20 al 50 % en peso, en particular del 25 al 45 % en peso, más preferentemente del 28 al 42 % en peso, aún más preferentemente del 30 a 40 % en peso y mucho más preferentemente del 35 al 38 % en peso en relación con la composición total.
Además, el material polimérico de acuerdo con la invención contiene un polímero que contiene grupos epóxido, tratándose preferentemente de un copolímero que contiene grupos epóxido. Como polímeros o copolímeros que contienen grupos epóxido se consideran en particular aquellos que presentan un peso molecular (Mw) de 1.000 a 25.000, en particular de 3.000 a 10.000.
Preferentemente, en el caso del polímero que contienen grupos epóxido se trata de un polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo. Un polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo adecuado es, por ejemplo, un copolímero de (a) estireno y/o etileno y/o metacrilato de metilo y/o acrilato de metilo y (b) (met) acrilato de glicidilo. Es particularmente adecuado como polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo un copolímero que está seleccionado del grupo compuesto por estireno-metacrilato de metilo-metacrilato de glicidilo, etileno-acrilato de metilo-metacrilato de glicidilo y etileno-metacrilato de glicidilo. Aquí está contenido (met) acrilato de glicidilo preferentemente en una cantidad del 1 al 60 % en peso, en particular del 5 al 55 % en peso, más preferentemente del 45 al 52 % en peso en relación con la composición total del polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo.
Como polímeros que contienen grupos epóxido se consideran, además, copolímeros que contienen grupos epóxido a base de estireno, etileno, éster de ácido acrílico y/o éster de ácido metacrílico.
La mezcla contiene preferentemente del 0, 01 al 5 % en peso, en particular del 0, 05 al 3 % en peso, más preferentemente del 0, 1 al 2 % en peso de polímero que contiene grupos epóxido en relación con la composición total.
La mezcla puede contener, además de los constituyentes principales almidón o derivado de almidón, plastificante, polímero que contiene grupos epóxido y agua, también aditivos habituales tales como, por ejemplo, coadyuvantes de procesamiento, plastificantes, estabilizantes, agentes anti-llama y/o cargas.
Además, la mezcla puede contener también otros materiales... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Material polimérico obtenible mediante homogeneización de una mezcla que contiene
- del 40 al 85 % en peso de almidón y/o derivado de almidón, -del 15 al 55 % en peso de plastificante y -del 0, 01 al 7 % en peso de un polímero que contiene grupos epóxido, con aporte de energía térmica y/o mecánica y ajuste del contenido de agua de la mezcla a menos del 7 % en peso.
2. Material polimérico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la mezcla contiene del 45 al 80 % en peso, en particular del 50 al 75 % en peso, preferentemente del 55 al 72 % en peso, más preferentemente del 58 al 70 % en peso, mucho más preferentemente del 59 al 67 % en peso de almidón y/o derivado de almidón.
3. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla contiene del 20 al 50 % en peso, en particular del 25 al 45 % en peso, preferentemente del 28 al 42 % en peso, más preferentemente del 30 al 40 % en peso y mucho más preferentemente del 35 al 38 % en peso de plastificante.
4. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla contiene del 0, 01 al 5 % en peso, en particular del 0, 05 al 3 % en peso, más preferentemente del 0, 1 al 2 % en peso de polímero que contiene grupos epóxido.
5. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material polimérico es biológicamente degradable de acuerdo con la norma EN 13432.
6. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el plastificante está seleccionado del grupo que consiste en etilenglicol, propilenglicol, glicerol, 1, 4-propanodiol, 1, 2-butanodiol, 1, 3butanodiol, 1, 4-butanodiol, 1, 5-pentanodiol, 1, 5-hexanodiol, 1, 6-hexanodiol, 1, 2, 6-hexanotriol, 1, 3, 5-hexanotriol, neopentilglicol, acetato de sorbitol, diacetato de sorbitol, monoetoxilato de sorbitol, dietoxilato de sorbitol, hexaetoxilato de sorbitol, dipropoxilato de sorbitol, aminosorbitol, trihidroximetilaminometano, glucosa/PEG, el producto de reacción de óxido de etileno con glucosa, monoetoxilato de trimetilolpropano, monoacetato de manitol, monoetoxilato de manitol, butilglucósido, monoetoxilato de glucosa, ï?¡-metilglucósido, la sal sódica de carboximetilsorbitol, monoetoxilato de poliglicerol, eritritol, pentaeritritol, arabitol, adonitol, xilitol, manitol, iditol, galactitol, alitol, sorbitol, alcoholes polihidroxilados en general, ésteres de glicerol, formamida, N-metilformamida, DMSO, mono-y diglicéridos, alquilamidas, polioles, trimetilolpropano, alcohol polivinílico con 3 a 20 unidades de repetición, poligliceroles con 2 a 10 unidades de repetición, así como derivados y/o mezclas de los mismos.
7. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el plastificante presenta un parámetro de solubilidad (parámetro de Hildebrand) d (SI) de 30 a 50 MPa1/2 dentro de un intervalo de temperaturas de aproximadamente 150 a 300 º C.
8. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla contiene como plastificante glicerol y/o sorbitol.
9. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de agua de la mezcla se ajusta a del 1, 5 al 6 % en peso, más preferentemente del 1, 5 al 3 % en peso.
10. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el polímero que contiene grupos epóxido es un copolímero.
11. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el polímero que contiene grupos epóxido es un polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo.
12. Material polimérico de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que el polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo es un copolímero de (a) estireno y/o etileno y/o metacrilato de metilo y/o acrilato de metilo y
(b) (met) acrilato de glicidilo.
13. Material polimérico de acuerdo con las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que el polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo es un copolímero que contiene grupos epóxido a base de estireno, etileno, éster de ácido acrílico y/o éster de ácido metacrílico.
14. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que el polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo es un copolímero que está seleccionado del grupo compuesto por estirenometacrilato de metilo-metacrilato de glicidilo, etileno-acrilato de metilo-metacrilato de glicidilo y etileno-metacrilato de glicidilo.
15. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que el polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo contiene (met) acrilato de glicidilo en una cantidad del 1 al 60 % en peso, en particular del 5 al 55 % en peso, más preferentemente del 45 al 52 % en peso en relación con la composición total del polímero que contiene (met) acrilato de glicidilo.
16. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el polímero que contiene grupos epóxido presenta un peso molecular (Mw) de 1.000 a 25.000, en particular de 3.000 a 10.000.
17. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la 10 homogeneización de la mezcla se realiza mediante dispersión, agitación, amasado y/o extrusión.
18. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la homogeneización de la mezcla se realiza mediante extrusión.
19. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la homogeneización de la mezcla se realiza mediante acción de fuerzas de cizalla sobre la mezcla.
20. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla durante la homogeneización o la extrusión se calienta a una temperatura de 90 a 200 º C, en particular de 120 a 20 180 º C, más preferentemente de 130 a 160 º C.
21. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de agua de la mezcla se ajusta a menos del 5 % en peso, en particular a menos del 3 % en peso, más preferentemente a menos del 3 % en peso.
22. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de agua de la mezcla se ajusta durante la homogeneización.
23. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido
de agua de la mezcla se ajusta mediante desgasificación de la mezcla, en particular mediante desgasificación de la masa fundida.
24. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de agua de la mezcla se ajusta mediante secado de la mezcla durante la homogeneización o la extrusión. 35
25. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material polimérico se puede procesar termoplásticamente.
26. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una lámina
producida a partir del material polimérico presenta una resistencia a la tracción de acuerdo con DIN 53455 de 2 a 10 N/mm2, en particular de 4 a 8 N/mm2.
27. Material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que una lámina producida a partir del material polimérico presenta un alargamiento a la rotura de acuerdo con DIN 53455 del 80 al 45 200 %, en particular del 120 al 180 %.
28. Uso de un material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores para la producción de piezas de moldeo, láminas o fibras.
29. Piezas de moldeo, láminas o fibras que contienen un material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
30. Procedimiento para la preparación de un material polimérico de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento: 55
(a) preparación de una mezcla que contiene -del 40 al 85 % en peso de almidón y/o derivado de almidón, -del 15 al 55 % en peso de plastificante .
60. del 0, 01 al 7 % en peso de un polímero que contiene grupos epóxido,
(b) homogeneización de la mezcla con aporte de energía térmica y/o mecánica y
(c) ajuste del contenido de agua de la mezcla a menos del 7 % en peso.
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