Composiciones poliméricas que contienen almidón termoplástico y proceso de preparación.

Un método de preparación de una combinación de almidón termoplástico/polímero sintético,

comprendiendo dichométodo las etapas de:

(a) proporcionar una suspensión de almidón recién preparada y agitada que comprende almidón, agua y glicerol;

(b) obtener una masa fundida homogénea de almidón termoplástico a partir de dicha suspensión de almidóncausando la gelatinización y plastificación de dicha suspensión de almidón al ejercer calor y presión sobre dichasuspensión de almidón en una extrusora de dos tornillos;

(c) ventilar el agua residual de dicha masa fundida de almidón termoplástico, obteniéndose una masa fundida dealmidón termoplástico que comprende aproximadamente un 1% de agua;

(d) obtener una masa fundida de un polímero termoplástico sintético o combinación de polímeros en una segundaunidad de extrusión que es una extrusora de un tornillo;

(e) combinar dicha masa fundida de almidón termoplástico obtenida en la etapa (c) con dicha masa fundida obtenidaen la etapa (d), obteniéndose una combinación de almidón termoplástico y polímero sintético y minimizando eltiempo de combinación de modo que se minimice la degradación térmica del almidón termoplástico.

Composiciones poliméricas que contienen almidón termoplástico y proceso de preparación

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

Esta invención se refiere a composiciones poliméricas que contienen almidón termoplástico y a un método de preparación de estas composiciones.

2. La técnica anterior

La combinación de almidón con polímeros sintéticos tales como polietileno y polipropileno ha sido objeto de un creciente interés durante los últimos años. La motivación es fuerte puesto que el almidón es un material de relleno abundante y económico. Además, el almidón puede conferir también una biodegradabilidad parcial a la combinación resultante.

El almidón natural encontrado en productos vegetales puede aislarse en forma de un polvo granular. Es conocido que el almidón natural puede tratarse a temperatura y presión elevadas con la adición de cantidades definidas de agua para formar una masa fundida. Se hace referencia a dicha masa fundida como almidón gelatinizado o desestructurado. Es también conocido mezclar almidón desestructurado con adhesivos tales como plastificantes para obtener un almidón termoplástico o TPS. Es conocido mezclar estas formas de almidón con polímeros y copolímeros sintéticos. Por ejemplo, la patente de EE.UU. 5.095.054 e Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. vol 19, pág.

592 (1980) describen tal proceso.

Han surgido dificultades porque la presencia de almidón tenía un impacto negativo sobre las propiedades físicas de la mezcla resultante en comparación con los polímeros sintéticos puros. Además, cuando se mezcla almidón con polímeros o copolímeros sintéticos, los dominios de almidón se rodean por los polímeros sintéticos no biodegradables y por consiguiente se reduce significativamente su biodegradabilidad.

Un material biodegradable puede definirse como aquel que puede convertirse en CO2 y H2O por ciertos microorganismos comunes.

Continúa siendo desconocida en la técnica la generación de mezclas compuestas por almidón y polímeros no biodegradables en que los dominios de almidón sean fácilmente accesibles para la degradación ambiental manteniendo buenas propiedades mecánicas.

Con respecto al método de preparación de combinaciones de polímero y TPS, se han reseñado algunos estudios de combinación que usan mezcladores internos. Se encuentran ejemplos de dichos estudios en la solicitud internacional WO 90/14388 y en las patentes europeas 0.554.939 y 0.327.505.

Es también conocido por el artículo titulado “Procesamiento y caracterización de combinaciones de almidón termoplástico/polietileno”, publicado en Polymer, 38 (3) , 647 (1997) , combinar TPS y polietileno de baja densidad

(LDPE) en un proceso continuo usando una disposición corrotativa de una extrusora de dos tornillos, alimentada por un lado por una extrusora de un tornillo. La extrusora lateral se usa para preparar el TPS. La extrusora principal se usa para preparar la masa fundida de LDPE que se combina con la masa fundida de TPS. Sin embargo, dicho proceso da como resultado combinaciones de TPS/LDPE que tienen malas propiedades físicas debido a la presencia de agua y burbujas. Además, las propiedades de tracción del extrudido caían drásticamente a un contenido de TPS de aproximadamente 10% o más. Los ensayos revelaron que el TPS, presente en forma de una fase dispersada en el extrudido, exhibía formas esféricas o elipsoides. Por consiguiente, el extrudido no era fácilmente biodegradable, puesto que la gran mayoría de formas esféricas o elipsoidales estaban rodeadas por polietileno, que no es biodegradable. En otras palabras, la fase de TPS dispersado no era continua.

González F.J.R. et al.: "Low density polyethylene/ thermoplastic starch blends; effect of glycerol content and LDPE concentration on morphology and tensile properties in the dual phase continuity region", ANTEC '99 - SOC. PLAST. ENG., vol 57, nº 2, 1999, páginas 2770-2774 describen que se gelatinizaba, plastificaba y combinaba en estado fundido almidón con LDPE en un proceso de una etapa con tres relaciones diferentes de glicerol/agua. En combinaciones de LDPE/almidón termoplástico (TPS) , el porcentaje en peso de LDPE variaba de 40 a 70 para estudiar la región de continuidad de fase dual. Se caracterizaron en láminas extrudidas la composición, propiedades de tracción y morfología. Se llevó a cabo la degradación hidrolítica para determinar el grado de conectividad de los dominios de TPS. Los dominios de TPS presentaban una estructura de tipo fibra cuando el contenido de glicerol era mayor de 27, 5%. Se encontraron morfologías cocontinuas en aproximadamente un 45% en peso del TPS producido por coalescencia de fibra. Se confirmaron esos resultados por el grado de conectividad de los dominios de TPS. El

alargamiento de rotura de combinaciones que tienen una alta carga de TPS y mixturadas con un 27, 5% de glicerol o más se mantiene por encima del 80% del alargamiento original del LDPE.

La técnica anterior no habla tampoco de controlar parámetros de proceso dirigidos a conseguir morfologías controladas en la combinación resultante.

Por tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar un método novedoso para obtener combinaciones de TPS/polímero que tengan propiedades físicas controlables y mejoradas frente a combinaciones de la técnica anterior.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una composición mejorada de material que comprende una combinación de TPS y polímero o polímeros que tenga propiedades físicas mejoradas frente a combinaciones de la técnica anterior.

Es un objeto relacionado de la invención proporcionar un producto mejorado en el que la fase de TPS sea continua de modo que permita que tengan lugar procesos de biodegradación dentro del producto.

En realizaciones preferidas, el producto es una lámina extrudida o película soplada.

Resultarán evidentes otros objetos y alcances adicionales de aplicabilidad de la presente invención a partir de la descripción detallada dada más adelante en la presente memoria. Sin embargo, debería entenderse que esta descripción detallada, aunque indica realizaciones preferidas de la invención, se da solo a modo de ilustración.

Sumario de la invención Se proporciona un método de preparación de una combinación de almidón termoplástico/polímero sintético que 25 comprende las etapas de:

(a) proporcionar una suspensión de almidón recién preparada y agitada que comprende almidón, agua y glicerol;

(b) obtener una masa fundida homogénea de almidón termoplástico a partir de dicha suspensión de almidón causando la gelatinización y plastificación de dicha suspensión de almidón al ejercer calor y presión sobre dicha suspensión de almidón en una extrusora de dos tornillos;

(c) ventilar el agua residual de dicha masa fundida de almidón termoplástico, obteniéndose una masa fundida de

almidón termoplástico que comprende aproximadamente un 1% de agua; 35

(d) obtener una masa fundida de un polímero termoplástico sintético o combinación de polímeros en una segunda unidad de extrusión que es una extrusora de un tornillo;

(e) combinar dicha masa fundida de almidón termoplástico obtenida en la etapa (c) con dicha masa fundida obtenida en la etapa (d) , obteniéndose una combinación de almidón termoplástico y polímero sintético y minimizando el tiempo de combinación de modo que se minimice la degradación térmica del almidón termoplástico.

Se proporcionan también composiciones de material que comprende (i) una fase de almidón termoplástico y (ii) una fase de polímero sintético según la reivindicación 9. Estas composiciones de material exhiben propiedades 45 mecánicas favorables y proporcionan una fase termoplástica continua o altamente continua para potenciar su biodegradabilidad.

Breve descripción de los dibujos La figura 1A es una ilustración esquemática en vista superior del aparato usado en una realización preferida del método de la presente invención.

La figura 1B es una vista lateral.

Las figuras 2A-2D son microfotografías de barrido electrónico (SEM) de diversas realizaciones del producto de la presente invención, en las que el producto es una combinación de LDPE/TPS (aprox. 30% de TPS) : (a) LDPE2040/TPS (20% de glicerol) 500X; (b) LDPE2049/TPS (20% de glicerol) 500X; (c) LDPE2040/TPS (27, 5% de glicerol) 1000X; (d) LDPE2049/TPS (27, 5% de glicerol) 500X.

Las figuras 3A-3D son microfotografías de barrido electrónico (SEM) de diversas realizaciones del producto de la presente invención, en las que el producto es una combinación... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparación de una combinación de almidón termoplástico/polímero sintético, comprendiendo dicho método las etapas de: 5

(a) proporcionar una suspensión de almidón recién preparada y agitada que comprende almidón, agua y glicerol;

(b) obtener una masa fundida homogénea de almidón termoplástico a partir de dicha suspensión de almidón

causando la gelatinización y plastificación de dicha suspensión de almidón al ejercer calor y presión sobre dicha 10 suspensión de almidón en una extrusora de dos tornillos;

(c) ventilar el agua residual de dicha masa fundida de almidón termoplástico, obteniéndose una masa fundida de almidón termoplástico que comprende aproximadamente un 1% de agua;

(d) obtener una masa fundida de un polímero termoplástico sintético o combinación de polímeros en una segunda unidad de extrusión que es una extrusora de un tornillo;

(e) combinar dicha masa fundida de almidón termoplástico obtenida en la etapa (c) con dicha masa fundida obtenida en la etapa (d) , obteniéndose una combinación de almidón termoplástico y polímero sintético y minimizando el 20 tiempo de combinación de modo que se minimice la degradación térmica del almidón termoplástico.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho glicerol está presente en una proporción de 10 a 32% en peso, preferiblemente de 20 a 32% en peso, basado en el peso total de la suspensión densa.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho polímero sintético es polietileno.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho polímero sintético es polietileno.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (b) se realiza a una temperatura de 50 a 100ºC. 30

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (d) se realiza a una temperatura de 70 a 200ºC.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho almidón es almidón de trigo.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha extrusora de un tornillo está conectada con dicha extrusora de dos tornillos en el ángulo correcto respecto a la misma.

9. Una composición de material, comprendiendo dicha composición (a) una fase de almidón termoplástico que comprende almidón gelatinizado, agua y un plastificante y (ii) una fase de polímero sintético que comprende un 40 polímero sintético termoplástico seleccionado de una poliolefina, un poliéster y mezclas de los mismos; en la que la fase de almidón termoplástico que comprende aproximadamente 1% de agua está dispersada en la fase de polímero sintético en forma de dominios interconectados de tal modo que al menos un 50% en peso del almidón termoplástico sea extraíble cuando se mide como pérdida de peso de almidón termoplástico de un espécimen de 1 mm de largo por 7, 5 mm de ancho de dicha composición sometida a degradación hidrolítica en una solución de ácido clorhídrico 1

N, estando descritas las condiciones de medida de la pérdida de peso en las páginas 18 y 19 de la descripción, y en la que la fase de almidón termoplástico está presente en una proporción de 10 a 70% en peso basada en el peso total de la composición.

10. Una composición de material de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el polímero sintético es una 50 poliolefina.

11. Una composición de material de acuerdo con la reivindicación 10, en la que la poliolefina es polietileno.

12. Una composición de material de acuerdo con la reivindicación 9, en la que el polímero sintético es poli (ε55 caprolactona) .

13. Una composición de material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en la que dicho plastificante es glicerol.