Método para la fabricación de productos espumados biodegradables.

Método para fabricar un producto espumado biodegradable (7) que incluye los pasos de:

a) seleccionar uno o más materiales base de almidón o derivados de almidón que contienen agua como agenteespumante y mezclar el material base de almidón o derivado de almidón seleccionado con uno o más aditivospara formar una mezcla;

b) extrudir la mezcla del paso (a) en presencia de agua a una temperatura inferior al punto de vaporización delagua, para obtener un producto con un contenido en agua entre el 15% y el 50%;

c) acondicionar el producto extrudido del paso (b) a una temperatura y humedad controladas para obtener unproducto acondicionado;

d) transferir el producto extrudido acondicionado del paso (c) a un molde; y

e) calentar el producto extrudido acondicionado del paso (b) utilizando microondas de un dispositivo calentadorpor microondas que produce microondas con una frecuencia de 2.400 - 2.500 MHz,

caracterizado por los pasos de:

f) precalentar, mediante la aplicación de dichas microondas, en un primer paso de calentamiento, el productoextrudido acondicionado en el dispositivo del paso (d) a una temperatura justo por debajo del punto devaporización del agente espumante para lograr una distribución de temperatura uniforme por todo el productoextrudido; y

g) a continuación, en un segundo paso de calentamiento diferente del primer paso de calentamiento y después dealcanzar dicha distribución de temperatura uniforme por todo el producto extrudido, calentar durante menos desegundos el producto extrudido acondicionado precalentado del paso (f) mediante la aplicación de dichasmicroondas en el dispositivo del paso (e) pasando por el punto de vaporización del agente espumante;

h) formando así un producto espumado expandido (7) con una estructura uniforme de células cerradas, unadensidad media y con propiedades elásticas.

Método para la fabricación de productos espumados biodegradables

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un método para fabricar productos moldeados biodegradables. Más en particular, la presente invención se refiere a la obtención de una matriz basada en almidón o en materiales de propiedades reológicas similares, espumada para su uso en productos moldeados. En particular, el método implica dos pasos característicos de procesamiento con microondas que dan como resultado un producto con propiedades de embalaje mejoradas, incluyendo resiliencia, compresibilidad y absorción de golpes.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El campo de los materiales espumados biodegradables basados en almidón se ha analizado ampliamente en la técnica anterior. En particular, la patente US 6.168.857 incluye una descripción detallada a la que se puede hacer referencia en relación con esta patente.

Envases y Embalajes Actualmente se utiliza una enorme cantidad de artículos, tales como láminas, películas y moldes de embalaje, hechos de materiales como papel, cartón, plástico, poliestireno e incluso metales. Éstos pueden adoptar la forma de materiales impresos, esteras, envases, separadores, divisores, sobres, tapas, cubiertas, latas y otros materiales de embalaje. Las avanzadas técnicas de procesamiento y embalaje actualmente disponibles permiten almacenar, embalar o transportar una enorme cantidad de productos líquidos y sólidos protegiéndolos al mismo tiempo de elementos perjudiciales.

Los envases y otros materiales de embalaje protegen los productos frente a influencias ambientales y daños durante la distribución, en particular de influencias químicas y físicas. El embalaje ayuda a proteger una enorme variedad de productos frente a gases, humedad, luz, microorganismos, insectos, golpes físicos, fuerzas de compresión, vibraciones, fugas o derrames.

Para los fines de la descripción, muchos de los productos y procesos de la técnica anterior se consideran poco respetuosos con el medio ambiente. Para los fines de la presente invención, el concepto “respetuoso con el medio ambiente” se puede caracterizar como:

• producido a partir de materias primas esencialmente naturales y renovables;

• fabricado de modo que genera el mínimo deterioro del medio ambiente, por ejemplo según un proceso de bajo consumo energético y métodos con bajo nivel de emisiones;

• fabricar un producto biodegradable y no perjudicial para el medio ambiente; y

• producción cuyos procesados son todos sostenibles.

No obstante, esta definición no se ha de considerar como limitativa.

Impacto de los Materiales Tradicionales Últimamente se debate sobre cuál de estos materiales (por ejemplo papel, cartón, plástico, poliestireno, vidrio o metal) es más nocivo para el medio ambiente. Cada uno de estos materiales, papel, cartón, plástico, poliestireno, vidrio y metal, presenta aspectos únicos que no satisfacen la definición de “respetuoso con el medio ambiente”. Estos aspectos pueden relacionarse con la biodegradabilidad del propio material o con el método de producción, por ejemplo alto consumo energético, subproductos nocivos y emisiones.

Otro problema del papel, el cartón, el poliestireno y el plástico es que cada uno de ellos requiere materias primas orgánicas relativamente costosas, algunas de ellas no renovables, como el uso de petróleo en la fabricación de poliestireno y plástico. Aunque los árboles utilizados para producir papel y cartón son renovables en el sentido estricto de la palabra, los grandes terrenos necesarios y su rápida reducción en determinadas áreas del mundo socavan esta noción. Por tanto, el uso de enormes cantidades de materias primas esencialmente no renovables para la producción de láminas y artículos no es sostenible y no es sensato desde una perspectiva a largo plazo.

Espumas Basadas en Almidón Son conocidos usos recientes de almidones y derivados de almidón como agentes aglutinantes o como constituyentes exclusivos de artículos moldeados. El documento US 5.095.054 es el documento raíz de este tipo de productos. La patente principal y aquellas que la citan reconocen el hecho de que el almidón se puede espumar y moldear mediante una conformación conocida en la técnica como “almidón desestructurado”. En la producción de almidón desestructurado se mezclan almidón natural o derivados de almidón con una gran variedad de aditivos tales como plastificantes, y se calientan, solidifican y enfrían, típicamente en un molde.

En los documentos EP-7070345 y WO95/07693 se utilizan procesos de calentamiento por conducción térmica convencionales que no se prestan a la producción de piezas moldeadas con paredes gruesas. Cuando el proceso de

calentamiento se basa en la conducción de calor, el calentamiento no es homogéneo, ya que es difícil calentar el núcleo del material al mismo nivel que su parte externa. Esto conduce a una espuma de propiedades no uniformes, lo que no es deseable en los embalajes protectores utilizados para aplicaciones anti golpes.

El documento US 6.168.857 incluye otro ejemplo donde el proceso sólo puede ser utilizado en aplicaciones de pared delgada. Los artículos de pared delgada tienen un uso limitado como embalajes protectores en aplicaciones anti golpes. Cuando se requieren propiedades anti golpes es necesario utilizar artículos de pared gruesa. El método para moldear artículos a partir de láminas utilizado en el documento US 6.168.857 no permite obtener láminas gruesas.

Otra patente, la US 5.730.824, utiliza la extrusión para producir paneles de espuma. Estos paneles se laminan juntos para formar láminas gruesas, que pueden cortadas con alambre en formas de varios tamaños. Este proceso tiene limitaciones debido a los necesarios y costosos equipos requeridos para la fabricación. En consecuencia, el método hace necesario transportar “aire”, ya que el producto sólo se puede producir en emplazamientos centrales. Además, las formas son muy limitadas o muy costosas, ya que deben ser recortadas desde láminas en lugar de moldearlas durante el proceso de espumado.

Otro ejemplo, la US 5.801.207, se refiere a tomar piezas de almidón espumado, colocarlas en una bolsa o dentro de capas de láminas y moldear las piezas preexpandidas en forma de cacahuete en moldes de espuma sólida in situ. Las limitaciones son que las piezas espumadas en forma de cacahuete utilizadas para hacer los moldes son muy voluminosas y ocupan mucho espacio de almacenamiento, y de nuevo incrementan los gastos al tener que transportar aire hasta el punto de uso en lugar de enviar gránulos densos que se pueden espumar en el la zona de uso. Además, el método es un procedimiento complicado para el usuario final, ya que éste ha de llenar y sellar bolsas de piezas espumadas en forma de cacahuete y después moldear la bolsa con la forma del producto.

Otras dos patentes, la WO 9.851.466 y la US 5.639.518, utilizan calentamiento dieléctrico en el procesamiento de los materiales basados en almidón.

En el documento WO 9.851.466, el calentamiento dieléctrico se produce en un paso y no tiene en cuenta la variación de las propiedades dieléctricas del material cuando éste se calienta, ni la relación entre las propiedades reológicas (por ejemplo elasticidad y viscosidad) y la velocidad de calentamiento. En consecuencia, el material no se calienta de forma tan rápida e intensa, lo que reduce el espumado potencial y la resiliencia del producto.

La patente US 5.639.518 tampoco utiliza pasos diferentes que tengan en cuenta la variación de las propiedades reológicas del material cuando éste se calienta. Se esbozan dos etapas en relación con cambios en la frecuencia de microondas, desde baja frecuencia y después alta frecuencia, pero no se hace referencia a las propiedades variables del material ni al perfil de la velocidad de calentamiento. Este cambio de frecuencia resulta en un aumento considerable de los gastos de procesamiento, ya que se requiere un equipo más especializado.

Además, los métodos arriba descritos con frecuencia producen espumas de consistencia variable dependiendo de la forma requerida y, a veces, sin una combinación de propiedades físicas y mecánicas uniformes. Estas propiedades incluyen densidad, compresibilidad, resiliencia y amortiguación de golpes. Todas estas propiedades limitan las aplicaciones del producto.

Otro método para moldear artículos a partir de mezclas basadas en almidón incluye el moldeo por lotes de una mezcla acuosa de almidón entre matrices calientes. Preferentemente, el aglutinante de almidón está inicialmente en un estado no modificado y no gelatinizado dentro de... [Seguir leyendo]

1. Método para fabricar un producto espumado biodegradable (7) que incluye los pasos de:

a) seleccionar uno o más materiales base de almidón o derivados de almidón que contienen agua como agente espumante y mezclar el material base de almidón o derivado de almidón seleccionado con uno o más aditivos para formar una mezcla;

b) extrudir la mezcla del paso (a) en presencia de agua a una temperatura inferior al punto de vaporización del agua, para obtener un producto con un contenido en agua entre el 15% y el 50%;

c) acondicionar el producto extrudido del paso (b) a una temperatura y humedad controladas para obtener un producto acondicionado;

d) transferir el producto extrudido acondicionado del paso (c) a un molde; y

e) calentar el producto extrudido acondicionado del paso (b) utilizando microondas de un dispositivo calentador

por microondas que produce microondas con una frecuencia de 2.400 – 2.500 MHz,

caracterizado por los pasos de:

f) precalentar, mediante la aplicación de dichas microondas, en un primer paso de calentamiento, el producto extrudido acondicionado en el dispositivo del paso (d) a una temperatura justo por debajo del punto de vaporización del agente espumante para lograr una distribución de temperatura uniforme por todo el producto extrudido; y

g) a continuación, en un segundo paso de calentamiento diferente del primer paso de calentamiento y después de alcanzar dicha distribución de temperatura uniforme por todo el producto extrudido, calentar durante menos de 30 segundos el producto extrudido acondicionado precalentado del paso (f) mediante la aplicación de dichas microondas en el dispositivo del paso (e) pasando por el punto de vaporización del agente espumante;

h) formando así un producto espumado expandido (7) con una estructura uniforme de células cerradas, una densidad media y con propiedades elásticas.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento por microondas del paso (g) se lleca a cabo empleando uno o más generadores de microondas.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque se utiliza más de un generador de microondas en el paso (e) y los generadores de microondas se ajustan a una frecuencia seleccionada de entre el grupo consistente en: todos los generadores a la misma frecuencia; todos los generadores a frecuencias diferentes; y generadores independientes ajustados a frecuencias diferentes.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los almidones se seleccionan de entre el grupo consistente en almidón de cereal, de raíces y tubérculos, almidones modificados y cualquier combinación de los mismos.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el almidón es almidón de tapioca.

6. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se incluye al menos un aditivo junto con el material base seleccionado de entre el grupo consistente en plastificantes, agentes de nucleación, aditivos de ajuste de resistencia, modificadores de la viscosidad, promotores de adhesión; agentes auxiliares de procesamiento, materiales de carga y combinaciones de los mismos.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el plastificante utilizado es alcohol polivinílico.

8. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el agente de nucleación utilizado es silicato de magnesio.

9. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se incluye al menos un aditivo con el material base seleccionado de entre el grupo consistente en agentes auxiliares de propiedades dieléctricas, agentes espumantes no acuosos, productos ignífugos, agentes antifúngicos, inhibidores de moho, y combinaciones de los mismos.

10. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el producto extrudido del paso (b) se acondiciona a una temperatura controlada de 15ºC a 40ºC y una humedad relativa de entre el 25% y el 80% para obtener un producto extrudido acondicionado con un contenido en humedad de entre el 12% y el 16%.

FIGURA 1

Resultado de Espumado