BR102015031336B1

BR102015031336B1 - Plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável e processo para a preparação do mesmo

Info

Publication number: BR102015031336B1
Application number: BR102015031336-5A
Authority: BR
Inventors: Ravi Srinivasan Iyer; Narinder Bharj; Ammanamanchi Radhakrishna
Original assignee: Pep Licensing Limited
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2020-09-01
Also published as: BR102015031336A2

Abstract

um processo para preparação de polímero pepleno biodigerível biocompostável biodegradável. esta invenção se refere a um processo para preparação de polímero pepleno biodigerível biocompostável biodegradável compreendendo as etapas de: - mistura de pelo menos um peptídeo com pelo menos uma proteína e enzima, - adição de um agente de compostagem, - mescla com pelo menos um polímero em presença de aditivo para obter o dito material de polímero pepleno.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Esta invenção se refere a um plástico biodigerível biocompostável biodegradável e um processo para sua preparação.

FUNDAMENTOS/ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Plásticos são fabricados a partir de petróleo, nomeadamente polietilenos, polipropilenos, os quais levam muitos anos para degradarem no meio ambiente e, portanto, poluem água, solo e ar.

[0003] Degradação ambiental de polímeros sintéticos ocorre em taxas variáveis e em graus variáveis dependendo das características de polímero e seu meio ambiente. Tais degradações são catalisadas por luz, calor, ar, água, micro-organismos e forças mecânicas tais como vento, chuva, tráfego de veículos, etc. Melhorar a estabilidade e/ou a degradabilidade de polímeros é geralmente realizado por aditivos, mudança de estrutura principal de polímero, introdução de grupos funcionais, ou por mescla com preenchedores apropriados para tornar o material de plástico/polímero de material hidrofóbico para hidrofílico. No entanto, muitas dessas técnicas para degradação também resultam em propriedades prejudiciais para os produtos de polímero.

[0004] Plásticos/polímeros sintéticos à base de petróleo para superar os problemas e limite de material natural devido a suas excelentes propriedades físicas, peso leve e relação custo-benefício, plasticidade é uma das modernas características científicas estabelecidas ao desenvolver diversos polímeros hidrofílicos, especialmente plástico hidrofílico. No entanto, cada país no mundo atual se prepara para medidas defensivas diversificadas como problemas de poluição a partir de inúmeros produtos plásticos estão se tornando sérios em uma escala global e se torna uma questão desafiadora resolver tais problemas de poluição surgindo de resíduos plásticos.

[0005] Reciclar, incineração e aterro sanitário têm sido usados principalmente para resolver esses problemas de poluição ambientais provocados por diversos resíduos sólidos, incluindo plástico. No entanto, descarte de resíduos através de aterro, bem como a reciclagem não pode resolver os problemas de poluição ambientais completamente devido a seus problemas inerentes.

[0006] Por conseguinte, grande interesse e estudos no desenvolvimento de plástico biodegradável e/ou biocompostável que pode se degradar no fim do ciclo de vida estão aumentando recentemente. A tecnologia em plástico degradável é dividida em fotodegradável, oxo- degradável, oxo-biodegradável, biodegradável, bio-fotodegradável e uma combinação de tecnologias de formulação de plástico foto- e/ou oxo e/ou biodegradável que estão aumentando recentemente na escala industrial de fabricação.

[0007] Embora haja muitos tipos de plástico biodegradável, por exemplo, micro-organismos produzindo polímeros como PHB (poli-β- hidroxibutilato), polímeros usando micro-organismo produzindo bioquímicos, ou polímeros tendo polímero natural como quitina ou amido. Os problemas que se referem a presente tecnologia sobre polímeros tendo diversos aditivos tais como amido foram mencionados e melhorias são descritas na literatura.

[0008] Pat. U.S. No.4, 021,388 por G. J. L. Griffin é direcionada a um processo para preparar filme biodegradável aperfeiçoado pelo tratamento da superfície de amido com agente de acoplamento silano para ser hidrofóbico, mas aumenta apenas um pouco a força de interação física entre resina de matriz e amido. No entanto, apresenta dificuldade em resolver o problema de degradação nas propriedades físicas de filmes mediante a incorporação de amido.

[0009] Enquanto U.S. Pat. Nos. 4,133,784 e 4,337,181 depositados por F. H. Otey et al. de USDA divulgam processos para preparar filmes biodegradáveis pela adição de a-amigo a copolímero etileno-acrílico, apresentam dificuldade em generalizar pelo preço alto de copolímero etileno-acrílico e redução de propriedades físicas dos filmes produzidos.

[00010] As Publicações de Patente Coreana Nos.90-6336 e 91- 8553 depositados por Seonil Glucose Co., Korea estão relacionadas a processos para aumentar força de interação física entre resina de matriz e amido pelo aumento de propriedade hidrofóbica de amido ou aumento de propriedade hidrofílica de resina de matriz para aumentar compatibilidade com resina de matriz e amido.

[00011] A patente US 5281681A descreve formulação de polietileno fotodegradável e biodegradável pelo co-processamento de etileno e 2-metileno-1,3-dioxepano (MDOP) para produzir terpolímero que apresenta melhor fotodegradabilidade do que o copolímero, porque os grupos de carbonila adicionais no polímero se dividem mediante absorção de luz tal como luz do sol ou luz UV. O terpolímero pode ser tanto fotodegradável quanto biodegradável porque ambos o éster e a carbonila funcionalizam.

[00012] A patente US 5461094A descreve composição de polietileno biodegradável ligadas quimicamente com amido e um processo para sua preparação.

[00013] Portanto, é necessário prover alto rendimento de peptídeo-polietileno neste documento referido como PEPIeno, tendo boa biodegradabilidade/biocompostabilidade/biodigestão no ambiente.

OBJETOS DA INVENÇÃO

[00014] Um objeto desta invenção é propor um plástico biodigerível biocompostável biodegradável e um processo para sua preparação que supere desvantagens associadas com os estados da técnica.

[00015] Outro objeto desta invenção é propor um plástico biodigerível biocompostável biodegradável e um processo para sua preparação que melhore a biodegradabilidade/biocompostabilidade/biodigestão do polímero sem a perda de força física, características estruturais e também sendo reciclável no fluxo de reciclagem principal caso a oportunidade surja sem afetar o fluxo.

[00016] Um objeto adicional da presente invenção é propor um plástico biodigerível biocompostável biodegradável e um processo para sua preparação que tenha uma boa relação custo-benefício.

[00017] Ainda outro objeto desta invenção é propor um plástico biodigerível biocompostável biodegradável e um processo para sua preparação que seja favorável ao ambiente.

RESUMO DA INVENÇÃO

[00018] A presente invenção propõe produtos de polímeros ou plásticos biodigeríveis Zbiocompostáveis /biodegradáveis, tais como sacolas de supermercado, filme de cobertura morta para uso agrícola, filmes de embalagem, etc., citando alguns, além da substituição de plástico de fonte petrolífera normal ao incorporar aditivos biodegradáveis/biocompostáveis/biodigeríveis no processamento de polímero para torná-los biodegradáveis/biocompostáveis/biodigeríveis. Assim, uma formulação de plástico foi desenvolvida pela incorporação de peptídeos/enzima/proteína natural a partir de fonte comestível para fazer polímeros à base de petróleo não biodegradáveis, nomeadamente a poliolefina tal como polietileno, polipropileno e seus diferentes graus como polímero de poliolefina biodigerível/biocompostável/biodegradável.

[00019] Assim, a presente invenção descreve um filme biodigerível/biocompostável/biodegradável preparado por ligação química de peptídeos/enzima/proteína e outros aditivos com um exemplo de cadeias de polietileno, o qual é uma poliolefina tendo a aplicação geral mais ampla, e um processo para sua preparação. O mesmo pode ser a tecnologia de processo para as outras poliolefinas tais como polipropileno, etc.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS ANEXOS

[00020] Objetos e vantagens adicionais desta invenção serão mais aparentes a partir da seguinte descrição quando lidos em conjunto com os desenhos anexos de modalidades exemplares da invenção e nos quais:

[00021] Fig.1: Biodegradação Ambiental do filme de PEPIeno.

[00022] Fig.2: 150 Dias Biodegradação Ambiental do Solo do filme de PEPIeno.

[00023] Fig.3: FTIR indicando a incorporação de peptídeos/enzima/proteína no Master Batch de PEPIeno.

[00024] Fig.4: FTIR indicando a incorporação de peptídeos/enzima/proteína no filme de PEPIeno.

[00025] Fig.5: Grau de Porcentagem de PEPIeno de Biodegradação

DESCRIÇÃO DE DETALHE DA INVENÇÃO COM REFERÊNCIA AOS DESENHOS ANEXOS

[00026] A presente invenção faz uma divulgação no que se refere a plástico biodigerível biocompostável biodegradável e um processo para sua preparação.

[00027] Por conseguinte, a Presente invenção provê um processo para composição e sua composição para acelerar a biodegradação/biocompostabilidade/ biodigestão de materiais de PEPIeno.

[00028] O processo compreende preparar uma composição ao combinar pelo menos um peptídeo com pelo menos uma proteína e enzima, e um agente de compostagem. Isso é seguido de mescla com pelo menos um polímero na presença de aditivo preferencialmente a uma temperatura de 45 a 300 °C de modo a reter as propriedades catalíticas essenciais e natureza dos peptídeos/enzima/proteína.

[00029] A composição assim obtida pode ser diretamente utilizada ou encapsulada em um polímero constituindo uma composição revestida ou em forma líquida. Diversos exemplos de ingredientes acima podem ser listados neste documento abaixo:

[00030] Peptídeo - celulase, papaína, mas não restrito aos exemplos neste documento.

[00031] Proteína/enzima - leite, vegetais, (grão de soja, quiabo). Mas não restrito aos exemplos neste documento.

[00032] Agente de Compostagem - carboximetilcelulose, sebo de carneiro hidrolisado. Mas não restrito aos exemplos neste documento.

[00033] Polímero - polietileno, o qual pode ser pelo menos um de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE), polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE) polietileno de densidade média, etileno acetato de vinila (EVA) e etileno-butil acrilato (EBA) e qualquer combinação destes.

[00034] Ácido cítrico, bacilo do ácido láctico, sebo de carneiro hidrolisado, levedura do aditivo e qualquer combinação destes para melhorar as propriedades de biodegradação/biocompostabilidade/ biodigestão de material polimérico.

[00035] Os componentes naturais da composição da presente invenção são materiais de qualidade alimentar. Isso também pode incluir quaisquer carboidratos tais como lactose, amido, etc.

[00036] A presente invenção leva à redução no custo de produção devido à simplificação no processo para preparação da composição. Evita o problema de degradação nas propriedades físicas de filme ao acentuar unicamente a força de interação física entre a resina de matriz e peptídeos/enzima/proteína e aditivos adicionados referidos acima

[00037] Adicionalmente de acordo com outra modalidade, uma composição de polietileno biodegradável/biocompostável Zbiodigerível pode ser ligada quimicamente com amido.

[00038] A composição de PEPIeno tem peso molecular de pelo menos cerca de 7000 com boas características biodegradáveis/biocompostáveis /biodigeriveis fig. 1.

[00039] No polímero plástico, x, y e z em números inteiros de espaço dos grupos de peptídeo/ enzima I proteína, tais como carboxila, são aleatoriamente ou uniformemente distribuídos no polímero ao longo da estrutura principal do polímero polietileno, de acordo com as concentrações variantes dos grupos funcionais Figura 3 e 4.

[00040] A mescla de composição de plástico é submetida à extrusão a uma de cerca de 100 a 350 °C. De modo que, durante o processo de extrusão, a composição infunde ou penetra nas células ou estrutura molecular do polímero enquanto o polímero está em um estado pré-fundido. Os produtos plásticos obtidos a partir do presente processo incluem filmes de plástico/embalagem secundários, sacolas, sacos de lixo, sacos para entulho, filmes de cobertura morta agrícolas e muitos outros tipos de filmes. A presente mescla de composição também é adequada para os polímeros, por exemplo, impressão em 3D, fiação de fibras e material não tecido usando moldagem por injeção e tecnologias de processo de fiação por fundição, citando alguns.

[00041] Os mecanismos de biodegradação podem incluir os seguintes estágios:

[00042] Ação: Peptídeo/ enzima / proteína ajudam a introduzir a hidrofilicidade nas cadeias do polímero. Enquanto o polímero está no estado pré-fundido durante o processo de extrusão, o peptídeo/ enzima / proteína penetra no polímero de modo a habilitar a hidrofilicidade na formulação de polímero.

[00043] Degradação térmica: O polímero de natureza hidrofílica é processado adicionalmente em um filme de polímero que sofre uma degradação térmica ou ruptura em fragmentos menores, sob condições laboratoriais isso ocorre devido às condições de temperatura e à umidade no ambiente e também devido à luz e oxigênio.

[00044] Ação do solo: Após degradação térmica (seja em condições laboratoriais ou no ambiente natural), a presença de peptídeo/ enzima / proteína na composição da presente invenção devido à natureza hidrofílica atrai micro-organismos de solo que atacam o polímero. Umidade inerente na formulação do polímero devido à hidrofilicidade da composição e/ou umidade no solo (por exemplo 58% de umidade) possibilita que as ligações de cadeia do polímero, já em um estado molecular separado ou enfraquecido, sofram um processo de compostagem natural em que os produtos de despolimerização proveem nutrientes para os microorganismos de solo e os produtos remanescentes se tornarem biomassa.

[00045] Degradação: Os últimos produtos de biodegradação incluem dióxido de carbono e água devido ao metabolismo microbiano do polímero.

[00046] Em um exemplo, as composições de enzima da presente invenção são mescladas com um copolímero pulverizado, ou seja, LLDPE. Polietileno utilizado para a fabricação de filmes para sacolas para embalagem secundárias, sacos de lixo, sacos para entulho, filmes de cobertura morta agrícola precisam do copolímero LLDPE tanto para elasticidade quanto para escalabilidade do filme. A presença de peptídeo/ enzima /proteínas e outros aditivos no polietileno atrai os micro-organismos de solo a atuar no material de compostagem. O resíduo é biomassa, água e dióxido de carbono. No entanto, no presente polímero PEPIeno, os resíduos da biodegradação são dióxido de carbono e água.

[00047] Outros produtos resultantes da biodegradação ou bio- refinação incluem gases (por exemplo, metano), cetonas (por exemplo, acetona) e álcoois (por exemplo, metanol, etanol, propanol, e butanol). Produtos tais como metano e etanol são fontes conhecidas de energia e está previsto que esses ou outros produtos resultantes, podem ser capturados para uso adicional, tal como para atuar como fontes de energia.

[00048] Uma vantagem da presente invenção é que os produtos de polímero obtidos pela presente invenção retêm as propriedades mecânicas desejadas e validade mais reciclagem de polímeros resulta no polímero não biodegradável - exemplo polietileno. Ao contrário dos agentes foto-oxidativos ou oxodegradáveis que iniciam a degradação do polímero espontaneamente e desse modo reduzem a validade dos produtos de polímero, processo de biodegradação/ biocompostabilidade/biodigestão iniciado enzimaticamente começa apenas mediante exposição a micróbios no ambiente como fim do ciclo de vida.

[00049] Os filmes de PEPIeno preparados utilizando a composição de peptídeo/ enzima /proteína seja diretamente dispersa ou encapsulada na presente invenção foram testados com êxito como por protocolos de teste ASTM D 5988, ISO 14855, ISO 17556 e EN 13432/ ASTM D6400 (e outros equivalentes nacionais) para biodegradabilidade e ecotoxicidade e capacidade de germinação de plantas do solo no qual esses filmes biodegradam. Por exemplo, protocolos EN para produtos à base de celulose exigem mais que 90% de degradação dentro de 180 dias. Produtos de acordo com a presente invenção começam a degradar a partir de 90 dias sob condições de compostagem Figura 1 e 2. Velocidade de degradação é geralmente afetada por condições microbianas ambientais, a quantidade de composição peptídeo/ enzima /proteína e a espessura do produto. A título de exemplo, degradação de produtos preparados de acordo com a presente invenção foi alcançada com filme extrudado de 5 a 50 microns de espessura.

[00050] Por conseguinte, uma vantagem adicional da presente invenção é que as composições compreendem materiais de grau alimentar e natural e não deixam resíduos tóxicos após biodegradação e/ou estão dentro dos limites de metal pesado como prescrito por diversos países para os produtos/materiais de plástico.

[00051] O presente produto da invenção também é reciclável em conformidade com o protocolo ASTM D 7209 e EN 15347; O presente produto da invenção também é compostável de acordo com a norma EN 13432; e biodegradável de acordo com a norma ASTM D 5988, protocolos de teste ISO 14855, ISO 17556 e EN 13432/ ASTM D6400 (e outros equivalentes nacionais) para biodegradabilidade Figura 5.

[00052] Ademais, a presente invenção avaliada sob US FDA 177.1520 para conformidade de segurança de contato alimentar.

[00053] Uma vantagem adicional da presente invenção é que os materiais preparados de acordo com a invenção biodegradam quando submetidos a condições adequadamente ambientais. Os filmes de PEPIeno do produto da presente inovação também são estáveis até descarte, tal como no solo, composto, aterro sanitário, biodigestor ou semelhante e sob condições anaeróbicas. Os materiais são capazes de serem metabolizados em biomassa pela colônia formando grupos bacterianos presentes nas composições da presente invenção e os micro-organismos disponíveis no solo.

[00054] As composições da presente invenção com poliolefina, tais como polietileno sob condições aeróbicas mostraram ser possível submeter polifilmes à completa biodegradação e bio-compostáveis por ataque microbiano oxidativo.

[00055] Deve-se notar que a presente invenção é suscetível a modificações, adaptações e mudanças por aqueles versados na técnica. Tais modalidades variantes empregando os conceitos e recursos desta invenção destinam-se a estar dentro do escopo da presente invenção, a qual é adicionalmente estabelecida sob as seguintes reivindicações:

Claims

1. Processo para a preparação de plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: Mistura de pelo menos um peptídeo com celulase ou papaína e proteína do leite, grão de soja ou quiabo, Adição de um agente de compostagem, Mescla com pelo menos um polímero de poliolefina em presença de aditivo para obter o dito plástico, em que o aditivo é selecionado de ácido cítrico, bacilo do ácido láctico, sebo de carneiro hidrolisado, levedura e qualquer combinação destes, e Adicionalmente submeter a mistura de plástico à extrusão em temperatura de 100 até 350 °C.

2. Processo para a preparação de plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de compostagem é carboximetilcelulose.

3. Processo para a preparação de plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o polímero de poliolefina compreende polietileno, o qual é tal como polietileno linear de baixa densidade (LLDPE), polietileno de alta densidade (HDPE) e polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de média densidade (MDPE), etileno- acetato de vinila (EVA), etileno-butil acrilato (EBA) e qualquer combinação destes.

4. Processo para a preparação de plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os produtos de plástico obtidos a partir do processo incluem, por exemplo, filmes de plástico/embalagem secundários, sacolas, sacos de lixo, sacos para entulho, filmes de cobertura morta agrícolas, fibras de polímero, materiais fiados não tecidos.

5. Plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, caracterizado pelo fato de compreender: i. pelo menos um peptídeo, celulase ou papaína e proteína do leite, grão de soja ou quiabo; ii. um agente de compostagem; iii. pelo menos um polímero de poliolefina e iv. um aditivo selecionado de ácido cítrico, bacilo do ácido láctico, sebo de carneiro hidrolisado, levedura e qualquer combinação destes.

6. Plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o agente de compostagem é carboximetilcelulose.

7. Plástico biodigerível/biocompostável/biodegradável, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que os produtos de plástico são selecionados de filmes de plástico/embalagem secundários, sacolas, sacos de lixo, sacos para entulho, filmes de cobertura morta agrícolas, fibras de polímero, materiais fiados não tecidos