Mezcla madre y composición polimérica.

Un método de preparar una composición polimérica biodegradable que cumple los criterios de biodegradabilidad especificados en la Norma EN 13432 o ASTM 6400,

comprendiendo dicho método mezclar en masa fundida un primer poliéster biodegradable y una mezcla madre, en el que dicha mezcla madre se ha formado por separado mezclando en masa fundida en presencia de un catalizador de transesterificación un polisacárido, un segundo poliéster biodegradable y un polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes.

Mezcla madre y composición polimérica

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a composiciones poliméricas biodegradables. En particular, la invención se refiere a un método de preparación de una composición polimérica biodegradable, al uso de una mezcla madre en la fabricación de la composición polimérica, a un método de preparación de la mezcla madre, y a la mezcla madre.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La eliminación de los residuos de consumidores se ha convertido en un problema importante en muchos países industrializados. Por ejemplo, hay relativamente pocos sitios que queden disponibles para vertederos en lugares como Europa y Japón. Un volumen considerable de desechos de consumidores se compone de material polimérico, y ha habido un esfuerzo concertado para introducir estrategias de reciclaje de polímeros para reducir tales residuos poliméricos destinados a vertederos. Sin embargo, a diferencia de otros materiales tales como vidrio, madera y metal, el reciclaje de polímeros puede ser problemático. Por ejemplo, las técnicas de reciclaje de polímeros requieren típicamente que los polímeros sean clasificados en función de su composición química. Sin embargo, debido a la diversa gama de diferentes polímeros comerciales, puede ser difícil separar de esta manera los materiales poliméricos de la corriente de residuos. Además, la mayoría de las técnicas de reciclaje de polímeros implican una etapa de procesamiento en estado fundido que puede reducir las propiedades físicas y mecánicas del polímero. Por lo tanto, los polímeros reciclados tienden a tener propiedades inferiores y esto puede limitar la gama de aplicaciones en las que se pueden emplear.

Aparte de los problemas asociados con el reciclaje de materiales poliméricos de desecho, la mayoría de los polímeros que se utilizan actualmente se derivan de productos a base de petróleo, haciendo insostenible su fabricación a largo plazo.

En respuesta a estos problemas, ha habido un aumento acusado en la investigación dirigida hacia el desarrollo de polímeros biodegradables que pueden ser fabricados, al menos en parte, utilizando recursos renovables. A diferencia de los polímeros convencionales, los polímeros biodegradables pueden ser degradados más fácilmente a través de la acción de microorganismos para producir productos de bajo peso molecular que suponen, en todo caso, poca preocupación medioambiental. Además, a través de la acción de biodegradación el volumen ocupado por estos polímeros en corrientes de desechos se reduce significativamente.

Gran parte de la investigación hasta la fecha en el campo de los polímeros biodegradables se ha enfocado a la utilización de biopolímeros que se producen de forma natural tales como polisacáridos. Tal vez el polisacárido más ampliamente estudiado en este sentido es el almidón. El almidón es un biopolímero particularmente adecuado, debido a que se deriva de recursos renovables (es decir, productos vegetales) , está fácilmente disponible y es relativamente económico. Sin embargo, las propiedades físicas y mecánicas de almidón en su forma nativa son relativamente deficientes en comparación con las de polímeros basados en petróleo convencionales (es decir, "sintéticos") .

Se ha desarrollado un cierto número de técnicas para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del almidón nativo. Una estrategia ha implicado la conversión de almidón nativo en un almidón termoplásticamente procesable (TPS) . Por ejemplo, el documento PCT/WO90/05161 describe un procedimiento para producir TPS, que comprende mezclar en masa fundida almidón que tiene un bajo contenido de agua con un plastificante tal como glicerol. Aunque las propiedades físicas y mecánicas de tales polímeros de TPS son sustancialmente mejores que el almidón nativo, estos polímeros tienen típicamente una deficiente resistencia al agua y, por lo tanto, sólo pueden ser utilizados en aplicaciones limitadas.

La resistencia al agua de polímeros de TPS se puede mejorar mezclando estos polímeros con otros polímeros termoplásticos tales como poliolefinas. Sin embargo, la biodegradabilidad de estas mezclas de polímeros de TPS puede verse afectada adversamente debido al hecho de que los polímeros que Normalmente se mezclan con el TPS son relativamente no biodegradables. Además, las propiedades físicas y mecánicas de tales mezclas de polímeros de TPS son a menudo bastante deficientes debido a la inmiscibilidad de los polímeros empleados en la fabricación de las mezclas. En particular, polisacáridos tales como almidón y TPS son relativamente hidrófilos, mientras que la

mayoría de los polímeros termoplásticos sintéticos son relativamente hidrófobos. Por consiguiente, la mezcladura en masa fundida de almidón o TPS con otros polímeros termoplásticos típicamente resulta en la formación de una morfología multi-fase que tiene una alta tensión interfacial que puede impactar negativamente en las propiedades físicas y mecánicas de la mezcla polimérica resultante.

Se han hecho intentos para mejorar la biodegradabilidad y las propiedades físicas y mecánicas de mezclas poliméricas de TPS. Por ejemplo, el documento US 5.844.023 describe una mezcla polimérica biológicamente degradable que comprende un poliéster biodegradable, un TPS y un "mediador en la fase de polímero". Se dice que la mezcla polimérica es fácilmente biodegradable y que el mediador en la fase de polímero fomenta el acoplamiento de la fase de poliéster hidrófoba y fase hidrófila de TPS, mejorando así las propiedades físicas y mecánicas de la mezcla polimérica. Una composición polimérica biodegradable descrito en la referencia de EE.UU. se forma a través de mezcladura en masa fundida de un poliéster termoplástico con TPS. En este caso, se dice que el mediador en la fase de polímero se formado in situ durante este proceso de mezcladura en masa fundida a través de transesterificación entre algo del poliéster y algo del TPS. De esta manera se considera difícil de controlar la formación del mediador de fases y se cree que el proceso proporciona una reducción limitada en la tensión interfacial entre las fases de polímero inmiscibles.

A pesar de representar un avance en el campo de los polímeros biodegradables, debido a sólo una mejora marginal en el acoplamiento de fases, las propiedades físicas y mecánicas de tales mezclas de poliéster/TPS son todavía relativamente deficientes en comparación con los polímeros basados en petróleo convencionales. Para compensar esto, mezclas de poliéster/TPS de este tipo se preparan típicamente con muy bajos niveles de almidón. Sin embargo, la reducción del contenido en almidón de la composición aumenta su coste y puede reducir su biodegradabilidad.

Por consiguiente, sigue existiendo la necesidad de desarrollar composiciones poliméricas biodegradables alternativos que tengan buenas propiedades físicas y mecánicas.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un método para preparar una composición polimérica biodegradable, comprendiendo dicho método mezclar en masa fundida un primer poliéster biodegradable y una mezcla madre, en el que dicha mezcla madre se ha formado por separado mezclando en masa fundida en presencia de un catalizador de transesterificación un polisacárido, un segundo poliéster biodegradable y un polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes.

En una realización de la invención, la mezcla madre proporciona la única fuente de polisacárido que se mezcla en masa fundida con el primer poliéster biodegradable para formar la composición polimérica biodegradable.

Se ha encontrado ahora que se puede preparar una composición polimérica que tiene una biodegradabilidad y propiedades físicas y mecánicas excelentes utilizando una mezcla madre que se ha formado por separado a través de mezcladura en masa fundida de un polisacárido, un poliéster biodegradable y un polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes en presencia de un catalizador de transesterificación.

Por consiguiente, la invención también describe una mezcla madre adecuada para su uso en la preparación de una composición polimérica biodegradable, comprendiendo dicha mezcla madre los siguientes componentes y/o su producto de reacción de transesterificación: (a) polisacárido; (b) poliéster biodegradable; (c) polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes; y (d) catalizador de transesterificación.

Preferiblemente, la masa total de los componentes (a) - (d) y/o su producto de reacción de transesterificación en la mezcla madre representa al menos 50% en peso de la masa total de... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparar una composición polimérica biodegradable que cumple los criterios de biodegradabilidad especificados en la Norma EN 13432 o ASTM 6400, comprendiendo dicho método mezclar en masa fundida un primer poliéster biodegradable y una mezcla madre, en el que dicha mezcla madre se ha formado por separado mezclando en masa fundida en presencia de un catalizador de transesterificación un polisacárido, un segundo poliéster biodegradable y un polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mezcla madre proporciona la única fuente de polisacárido que se mezcla en masa fundida con el primer poliéster biodegradable para formar la composición polimérica biodegradable.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el primer poliéster biodegradable se utiliza en una cantidad que varía de 5% en peso a 90% en peso, y la mezcla madre se utiliza en una cantidad que varía de 10% en peso a 95% en peso, respecto a la masa total del primer poliéster biodegradable y la mezcla madre, y de manera que la masa total de estos dos componentes representa al menos 65% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la mezcla madre se forma por separado mezclando en masa fundida 20% en peso a 70% en peso del polisacárido, 20% en peso a 70% en peso del segundo poliéster biodegradable, 5% en peso a 50% en peso del polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes, y 0, 1% en peso a 1% en peso del catalizador de transesterificación, con relación a la masa total del polisacárido, el segundo poliéster biodegradable, el polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes, y el catalizador de transesterificación, y de manera que la masa total de estos cuatro componentes y/o su producto de reacción de transesterificación representa al menos 50% en peso de la masa total de la mezcla madre.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polisacárido se selecciona de almidón, glucógeno, quitosano y celulosa.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el polisacárido es almidón y el almidón se selecciona de almidón nativo, almidón termoplásticamente procesable (TPS) y almidón químicamente modificado.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el primer y el segundo poliésteres biodegradables se seleccionan, cada uno independientemente, de policaprolactona, ácido poliláctico, polihidroxi-butirato, poli (succinato de etileno) poli (adipato/tereftalato de butileno) , poli (hidroxibutirato valerato) poli (succinato de butileno) , poli (adipato de butileno) , acetato-butirato de celulosa y acetato-propionato de celulosa.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes se selecciona de copolímero de etileno y ácido acrílico, poli (etileno-ácido acrílico-alcohol vinílico) , poli (ácido acrílico) , poli (ácido metacrílico) , copolímeros de etileno-ácido metacrílico y poli (acrilamida-ácido acrílico) .

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes es copolímero de etileno y ácido acrílico.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el catalizador de transesterificación es un hidróxido de metal alcalino.

11. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la mezcla madre se forma por separado a través de mezcladura en masa fundida del poliéster, el segundo poliéster biodegradable, el polímero biodegradable que tiene grupos ácido carboxílico colgantes y un plastificante en presencia de un catalizador de transesterificación.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el plastificante se selecciona de glicerol y/o sorbitol.

13. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la composición polimérica biodegradable preparada cumple los criterios de biodegradabilidad especificados en la Norma EN 13432.

14. Una composición polimérica biodegradable que cumple los criterios de biodegradabilidad especificados en la Norma EN 13432 o ASTM 6400, preparada de acuerdo con el método de la reivindicación 1.

15. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con la reivindicación 14, que cumple los criterios de biodegradabilidad recogidos en la Norma EN 13432.