COMPOSICIONES BIODEGRADABLES A BASE DE ALMIDON NANOPARTICULADO.
Composiciones biodegradables multifásicas que comprenden por lo menos dos fases:
(a) una fase continua compuesta por una matriz de por lo menos un polímero hidrófobo rígido incompatible con almidón, seleccionándose dicho polímero de la clase de poliésteres de diácido-diol;
(b) una fase de almidón nanoparticulado dispersado de manera homogénea;
en las que una película de un espesor de 20 µm obtenida a partir de dichas composiciones y sometida a prueba según la norma ASTM D882 está caracterizada porque presenta un factor K superior a 28 y unas dimensiones medias numéricas de las partículas de dicha fase de almidón dispersado (b) inferiores a 0,25 µm, estando definido el factor K mediante la siguiente fórmula:
K = (carga de rotura) x (módulo de Young) x (energía de rotura)/1.000.000
expresándose la carga de rotura y el módulo de Young en MPa y la energía de rotura en KJ/m2
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/060230.
Solicitante: NOVAMONT S.P.A..
Nacionalidad solicitante: Italia.
Dirección: VIA G. FAUSER, 8,28100 NOVARA.
Inventor/es: BASTIOLI, CATIA, DEL TREDICI, GIANFRANCO, FLORIDI, GIOVANNI.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 19 de Mayo de 2010.
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.
- C08L67/02 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 67/00 Composiciones de poliésteres obtenidos por reacciones que forman un éster carboxílico unido en la cadena principal (de poliéster-amidas C08L 77/12; de poliéster-imidas C08L 79/08 ); Composiciones de los derivados de tales polímeros. › Poliésteres derivados de ácidos dicarboxílicos y compuestos dihidroxi (C08L 67/06 tiene prioridad).
Clasificación PCT:
- C08J5/18 C08J 5/00 […] › Fabricación de películas u hojas.
- C08L3/02 C08L […] › 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.
- C08L67/02 C08L 67/00 […] › Poliésteres derivados de ácidos dicarboxílicos y compuestos dihidroxi (C08L 67/06 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
Composiciones biodegradables a base de almidón nanoparticulado.
La presente invención se refiere a composiciones multifásicas biodegradables a base de almidón que pueden transformarse en películas flexibles con propiedades extensibles longitudinales en tracción a 23ºC, 50% de HR que dan lugar a un factor K superior a 28, preferentemente superior a 30 e incluso más preferentemente superior a 33, definido tal como sigue:
K = (carga de rotura) x (módulo de Young) x (energía de rotura)/1.000.000
expresándose la carga de rotura y el módulo de Young en MPa y la energía de rotura en KJ/m2. Estas películas no presentan fenómenos de rasgado transversal incluso a una humedad relativa inferior al 20% y a 23ºC y son particularmente adecuadas para producir bolsas y envolturas muy rígidas. Estas propiedades son incluso más notorias ya que se refieren a películas obtenidas sin estiramiento posterior de la película.
Las composiciones según la presente invención son insolubles en agua y no dispersables en agua según la norma UNI 10956 o EN 14987.
En particular, la presente invención se refiere a composiciones biodegradables multifásicas que comprenden por lo menos dos fases:
en las que el factor K es superior a 28, preferentemente superior a 30 e incluso más preferentemente superior a 33.
Las dimensiones de las partículas de almidón se miden en la sección transversal con respecto a la dirección del flujo de extrusión o, de cualquier manera, con respecto a la dirección de salida del material.
La dimensión de una partícula de almidón se mide, por lo tanto, sobre la forma bidimensional que resulta de la sección transversal.
La dimensión media de las partículas de almidón se calcula como el promedio numérico (o aritmético) de las dimensiones de las partículas.
En el caso de una partícula esférica, la dimensión de la partícula corresponde al diámetro de un círculo.
En el caso de una partícula no esférica, la dimensión (d) de la partícula se calcula según la siguiente fórmula:
en la que d1 es el diámetro menor y d2 es el diámetro mayor de la elipse en la que la partícula puede inscribirse o aproximarse.
Preferentemente, las composiciones según la presente invención presentan una distribución de las partículas de almidón tal como:
- la dimensión del 80% de las partículas de almidón es inferior a 0,35 µm;
- el área de ese 80% de partículas de almidón es superior al 45% con respecto al área total de las partículas de almidón.
Se prefieren particularmente según la presente invención composiciones con una distribución de las partículas de almidón tal como:
- la dimensión del 80% de las partículas de almidón es inferior a 0,25 µm;
- el área de ese 80% de partículas de almidón es superior al 50% con respecto al área total de las partículas de almidón.
Un inconveniente de las bolsas biodegradables a base de almidón presentes actualmente en el mercado está representada por la falta de uniformidad de las propiedades mecánicas, en particular la resistencia al rasgado en las direcciones transversal y longitudinal. Las bolsas de la compra con medidas de 60 x 60 cm, utilizadas a gran escala por vendedores minoristas, están hechas frecuentemente de PE con espesores de aproximadamente 18-20 µm, mientras que a estos espesores, las películas biodegradables a base de almidón son todavía demasiado flexibles o demasiado frágiles para resistir ciertos límites de peso (es decir, 10 kg). Estos límites en las prestaciones son particularmente evidentes en condiciones de humedad baja.
El problema técnico anteriormente mencionado se ha solucionado ahora con las composiciones biodegradables a base de almidón según la presente invención que, al presentar una alta carga, un módulo superior al de un LDPE normal y una tenacidad extremadamente alta en las dos direcciones, sin ningún desplazamiento transversal, son particularmente ventajosas para producir películas finas.
De hecho, las presentes composiciones biodegradables permiten producir bolsas con espesores en el orden de 18-20 µm e incluso con espesores inferiores a 18 µm si es necesario para una aplicación practica, en otras palabras, con espesores comparables a bolsas hechas del polietileno de densidad media. Es posible también producir bolsas con "asa de lazo" con dimensiones de aproximadamente 70 x 70 cm y espesores en el orden de 50 µm, el mismo espesor que bolsas con asa de lazo de LPDE.
Las presentes composiciones son biodegradables según la norma EN 13432.
En particular, los materiales según la presente invención comprenden:
Para obtener un material con carga de rotura y tenacidad en las dos direcciones transversal y longitudinal superiores a los materiales descritos en la técnica anterior, es necesario utilizar razones en peso específicas de los diversos componentes, y utilizar un proceso en la prensa extrusora o cualquier otra maquina que pueda proporcionar condiciones de temperatura y cizalladura que permitan la reducción de las fases dispersadas en partículas muy pequeñas.
En general, los sistemas de extrusión más adecuados son los que utilizan husillos de laminación con una razón entre el diámetro mínimo y máximo del husillo inferior a 1,6 y más preferentemente inferior a 1,4.
Con respecto a la matriz hidrófoba, se tienen en cuenta en la presente memoria polímeros rígidos de diácido-diol, es decir, poliésteres caracterizados por un módulo inferior a 200 MPa y un alargamiento de rotura superior al 500%, tales como los poliésteres aromáticos alifáticos de diácido/diol del tipo descrito en los documentos EP 559 785 (Eastman), EP 792 309 (BASF) y WO 2006/097353 (Novamont). Dentro de los límites indicados, se tienen en cuenta también en la presente memoria poliésteres alifáticos de diácido/diol del tipo descrito en el documento EP 1 117 738.
El documento WO 2006/097353 A da a conocer una composición biodegradable multifásica que comprende una fase de poliéster continua y almidón dispersado en la fase de poliéster continua. Las partículas de almidón presentan un tamaño de partícula promedio de 0,1 micrómetros (página 10). El poliéster puede seleccionarse de diversos poliésteres de diácido-diol (página 9). El documento no hace ninguna mención del factor K ni de las propiedades mecánicas básicas que constituyen este factor K.
El documento WO 98/20073 A se refiere a composiciones biodegradables multifásicas que comprenden una fase de poliéster continua y almidón dispersado en la fase de poliéster continua, presentando buenas propiedades mecánicas (página 1, párrafos 1 y 2). En detalle, el documento da a conocer una composición biodegradable multifásica que comprende una fase de poliéster continua de ácido tereftálico y butanodiol y almidón dispersado en la fase de poliéster continua (ejemplos 1B y 2B en las páginas 42 a 44). Sin embargo, el documento presenta factores K diferentes a los obtenibles a partir de las propiedades mecánicas dadas a conocer.
Se prefieren particularmente poliésteres en los que el resto diácido se selecciona de entre por lo menos uno de los siguientes diácidos:...
Reivindicaciones:
1. Composiciones biodegradables multifásicas que comprenden por lo menos dos fases:
en las que una película de un espesor de 20 µm obtenida a partir de dichas composiciones y sometida a prueba según la norma ASTM D882 está caracterizada porque presenta un factor K superior a 28 y unas dimensiones medias numéricas de las partículas de dicha fase de almidón dispersado (b) inferiores a 0,25 µm, estando definido el factor K mediante la siguiente fórmula:
K = (carga de rotura) x (módulo de Young) x (energía de rotura)/1.000.000
expresándose la carga de rotura y el módulo de Young en MPa y la energía de rotura en KJ/m2.
2. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque:
3. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque dicho poliéster comprende un resto diácido derivado de un diácido seleccionado de entre el grupo constituido por los siguientes diácidos alifáticos: ácido succínico, adípico, azelaico, sebácico, undecanodioico, dodecanodioico, brasílico o mezclas de los mismos.
4. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque dicho poliéster comprende un resto diácido derivado de por lo menos un diácido aromático.
5. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 4, caracterizadas porque dicho resto diácido se selecciona de entre el grupo constituido por compuestos dicarboxílicos del tipo de ácido ftálico y sus ésteres.
6. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 5, caracterizadas porque dicho ácido ftálico está presente en una cantidad comprendida entre el 49 y el 66% en moles con respecto a la cantidad total de los componentes ácidos.
7. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque dicha matriz de por lo menos un polímero hidrófobo rígido comprende aditivos seleccionados de entre policarbodiimidas, resinas poliepoxídicas, peróxidos u oxazolinas.
8. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque dicha fase dispersada adicional comprende un polihidroxialcanoato.
9. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque en la fase de formación de la estructura multifásica está presente por lo menos un plastificante para el almidón.
10. Composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1, caracterizadas porque contienen plastificantes en cantidades inferiores al 10% en relación a la suma de (a) + (b).
11. Película producida con composiciones biodegradables multifásicas según la reivindicación 1.
12. Bolsas o sacos, extruidos o termoformados, laminados con papel, aluminio, plástico y bioplásticos, multiperforados producidos con la película según la reivindicación anterior.
13. Película según la reivindicación 12 para envasar alimentos, película termorretráctil extensible, película para cinta adhesiva, para cintas de pañales desechables y para cintas coloreadas decorativas, película para cubrir envases de carne, queso y otros artículos alimenticios y botes de yogur, película para ensilado.
14. Utilización de bolsas según la reivindicación 12 para transportar artículos, para envasar alimentos, como bolsas transpirables para frutas y verduras, bolsas para pan y otros productos alimenticios.
15. Tejidos y material textil no tejido para ropa, fibras coextruidas y productos higiénicos e industriales no tejidos hilados, incluyendo redes de pesca o redes para frutas y verduras producidos con las composiciones multifásicas biodegradables sustancialmente insolubles en agua según la reivindicación 1.
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