Material aplicable para obtener filmes biodegradables para bolsas por extrusión y soplado,

y método de preparación del mismo que se centra en la formulación y procesado de bioplásticos a partir de almidones reactivos, polialcoholes reactivos y derivados celulósicos reactivos que, mediante coextrusión-soplado con poliésteres biodegradables, puedan dar lugar a filmes para bolsas biodegradables. Para ello, se mezclan, en diferentes etapas: a) almidón funcionalizado con grupos isocianatos en hidroxilos terminales y cadenas polialcohólicas igualmente funcionalizadas; b) mezcla de poliéster y de derivado de celulosa funcionalizado terminalmente; y, finalmente, c) extrusionado y soplado de las mezclas anteriormente obtenidas

Material aplicable para obtener filmes biodegradables para bolsas por extrusión y soplado, y método de preparación del mismo.

Objeto de la invención

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un material aplicable para obtener filmes biodegradables para bolsas por extrusión y soplado, y al método de preparación del mismo.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en la formulación y procesado de bioplásticos a partir de almidones reactivos, polialcoholes reactivos y derivados celulósicos reactivos que, mediante coextrusión-soplado con poliésteres biodegradables, puedan dar lugar a filmes para bolsas biodegradables. Para ello, se mezclan, en diferentes etapas: a) almidón funcionalizado con grupos isocianatos en hidroxilos terminales y cadenas polialcohólicas igualmente funcionalizadas; b) mezcla de poliéster y de derivado de celulosa funcionalizado terminalmente; y, finalmente, c) extrusionado y soplado de las mezclas anteriormente obtenidas.

Campo de aplicación de la invención

El campo de aplicación de la presente invención se encuadra dentro del sector técnico de la industria dedicada a la fabricación de filmes para bolsas.

Antecedentes de la invención

Como es sabido, cada año se consumen ingentes toneladas de bolsas de plástico, fabricadas principalmente con polietileno, que son desechadas poco después de su uso. Así, son depositadas, tras su uso, en vertederos controlados donde permanecerán durante siglos. Una desventaja añadida a la no biodegradabilidad de los polímeros empleados en la fabricación de estos artículos de uso común es su procedencia del petróleo, fuente no renovable, cuyo precio se espera que suba exponencialmente con el agotamiento de las reservas mundiales.

Aunque existen reticencias provenientes de ciertos sectores, la demanda de polímeros obtenidos a partir de materias primas de procedencia vegetal está en auge y se prevé que aumente en los próximos años. Recientemente, se vienen utilizando biopolímeros extraídos directamente de biomasa renovable, u obtenidos mediante polimerización de biomonómeros. Ambos tipos presentan un alta biodegradabilidad en un periodo relativamente corto de tiempo y bajo condiciones recogidas en la norma europea EN13432. Además, estos polímeros presentan propiedades mecánicas y fisicoquímicas que los hacen aptos para ser usados en los mismos sectores a los que se destinan los plásticos derivados del petróleo.

El uso de estos bioplásticos tiene gran interés, si se logran superar las dificultades asociadas a la adecuación de sus propiedades mecánicas, viabilidad económica, control de la degradación mediante la modificación del polímero, procesabilidad y otras. El diseño de estos materiales para bolsas biodegradables precisa formulaciones de materiales compuestos: polímeros naturales como la celulosa, almidón y proteínas, introducción de grupos hidrolizables u oxidables, como acetato de celulosa, ésteres de lignocelulosa, poli (beta-hidroxialcanoatos) PHAs, o nuevas estructuras hidrolizables (poliésteres, polianhídridos, policarbonatos, etc.). En tal sentido, los polímeros biodegradables más empleados, en la actualidad, son las mezclas con derivados de fuentes naturales, almidón y celulosa, fundamentalmente. El ejemplo más importante es la familia de polímeros que contienen almidón con otros componentes como poli(Σ-caprolactona) (PCL) en distintos porcentajes (MaterBi® de Novamont).

El ácido poliláctico (PLA), un derivado obtenido a partir del almidón de maíz, es el que más está empleándose en la producción de bolsas biodegradables. Es un poliéster alifático biodegradable que se produce a partir de la polimerización del ácido láctico procedente de la fermentación de glucosa obtenida mediante la hidrólisis de almidón. Más conveniente resulta la obtención de ácido poliláctico mediante polimerización catalítica del anillo formado por dimerización del ácido láctico. El ácido poliláctico presenta propiedades mecánicas semejantes a las del poliestireno, con una buena resistencia a la tracción aunque pequeños valores de deformación en la rotura.

El almidón es un material granular, de origen vegetal, compuesto por dos tipos de polímeros naturales: amilosa y amilopectina. La adición de un plastificante no volátil y la acción combinada de calor y cizalla producen la destrucción de los puentes de hidrógeno que existen entre sus macromoléculas, transformándolo en un material homogéneo y amorfo, que se conoce como almidón termoplástico. Algunos tipos de plastificantes comprenden agua, glicerol, sorbitol, xilitol, etilenglicol, manitol, etc. El termoplastificado del almidón facilita su procesabilidad y aumenta su compatibilidad con otros biopolímeros. Mezclado en proporciones adecuadas con el ácido poliláctico, la extensibilidad de la mezcla resultante mejora y se reduce el coste unitario del producto. Algunos tipos de almidón incluyen los procedentes de maíz, patata, trigo, tapioca, etc.

El uso de almidón de bajo coste como "filler" (relleno) del PLA daría lugar a un material completamente biodegradable. Sin embargo, sus mezclas presentan propiedades mecánicas pobres, especialmente aquéllas que tienen una alta concentración de almidón, debido a una débil interacción interfacial entre los gránulos de almidón y la matriz de PLA. Generalmente, las propiedades mecánicas de una mezcla pueden mejorarse mediante la reducción de la fuerte tensión interfacial presente entre el "filler" (gránulos de almidón) y la matriz (PLA). La adición de un agente enlazante o modificante a la mezcla puede inducir una fuerte adhesión interfacial, compatibilizando el almidón y el PLA. Un buen agente enlazante debería tener grupos funcionales que reaccionaran con la matriz y el "filler". Existe la necesidad, por tanto, de compatibilizar el almidón con el PLA para conseguir plásticos biodegradables con unas propiedades mecánicas adecuadas. Para ello, la patente US 6211325 propone el uso de compatibilizantes o agentes modificantes, tales como 4,4'-difenilmetano diisocianato (MDI puro o en su forma polimérica), 2,4 toluen diisocianato ó 2,6 toluen diisocianato (TDI), 1,6-hexametilen diisocianato (HDI), 1,5-naftalen diisocianato (NDI), o isoforona diisocianato (IPDI). Así, los compuestos de isocianato, que son altamente reactivos tanto con grupos hidroxilos como con carboxilos, dando lugar a enlaces uretánicos, son unos buenos agentes compatibilizantes entre polisacáridos y poliésteres. Además, debido a la alta reactividad de este grupo funcional, no deberían esperarse residuos de isocianato en los bioplásticos resultantes. Por otra parte, los grupos uretanos, formados en pequeña cantidad, pueden ser totalmente degradados por ciertos hongos y asimilados por el suelo.

Los derivados de celulosa son producidos generalmente mediante modificación química de la celulosa natural, donde algunos de sus grupos hidroxilo han reaccionado con agentes de esterificación. Algunos tipos de derivados de celulosa incluyen mono, di y triacetato de celulosa, etil celulosa, metil celulosa y carboximetil celulosa.

Son numerosas las patentes que describen los métodos de preparación de materiales biodegradables. Algunas patentes se basan en la preparación de películas poliméricas mediante la formación de una fina capa de fase líquida, en la que los distintos componentes se encuentran disueltos, dispersos o emulsionados, y posterior eliminación del disolvente. Así, la patente CA2049159A1 está relacionada con la obtención de películas biodegradables mediante la inclusión de un componente lipídico en una matriz constituida por polisacáridos o proteínas, mediante el método descrito. Este método, además de los problemas que puede acarrear el posible empleo de un homogeneizador de alta cizalla y/o de tensioactivos, requiere una etapa final de secado.

Otras patentes describen la fabricación de películas poliméricas biodegradables constituidas no sólo por materias primas procedentes de fuentes renovables sino también de polímeros sintéticos derivados del petróleo, del tipo LLDPE, LDPE, HDPE, etc. En este caso, varios métodos de incorporación de la poliolefina han sido considerados. La patente CA2027058A1 contempla la mezcla del biopolímero y el polímero sintético con anterioridad a la formación de la película. Por el contrario, la patente JP2000342083 describe una película polimérica formada por superposición de dos capas de distinta naturaleza. En cualquier caso, debe remarcarse la gran desventaja que implica la pérdida...

1. Material aplicable para obtener filmes biodegradables para bolsas por extrusión y soplado, caracterizado por el hecho de estar compuesto por: