BR112019010412B1 - Composição de polímero degradável, formulação aditiva para formação da composição de polímero degradável e método para formação da composição de polímero degradável - Google Patents

Composição de polímero degradável, formulação aditiva para formação da composição de polímero degradável e método para formação da composição de polímero degradável Download PDF

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Abstract

A presente invenção refere-se a uma composição de polímero degradável compreendendo: (a) uma poliolefina; (b) dois ou mais compostos de metal de transição em uma quantidade total de 0,15 a 0,6% em peso; (c) um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, ou um éster, anidrido ou amida do mesmo, em uma quantidade de 0,04 a 0,08% em peso; (d) uma borracha sintética em uma quantidade de 0,04 a 0,2% em peso; e, opcionalmente: (e) amido seco em uma quantidade de 0 a 20% em peso; e/ou (f) óxido de cálcio em uma quantidade de 0 a 1% em peso; e/ou (g) um estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0 a 0,2% em peso; em que os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos de ferro, manganês, cobre, cobalto e cério e em que os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes.

Description

[001]A presente invenção refere-se a uma composição de polímero, em particular, a uma composição degradável com uma taxa de degradação ajustável e propriedades de material melhoradas, e a um método de produção da mesma.
[002]Os materiais poliméricos têm muitos benefícios e podem fornecer materiais fortes, quimicamente e biologicamente inertes a um custo relativamente baixo. Infelizmente, muitas dessas características dificultam seu descarte sem causar danos permanentes ao meio ambiente. Suas propriedades mecânicas favoráveis e de baixo custo significam que os materiais poliméricos são geralmente utilizados com uma vida funcional muito curta. Isso leva a uma rápida acumulação de material residual que é inerte à maior parte da ação física e química à qual são submetidos durante o descarte convencional (por exemplo, despejo em aterros sanitários).
[003]À medida que a população se torna mais consciente do efeito humano sobre o clima, sobre nossos ecossistemas e sobre o planeta como um todo, há uma demanda crescente pela redução da quantidade de resíduos não degradáveis descartados nos aterros sanitários. Consequentemente, há uma crescente demanda por alternativas degradáveis aos materiais poliméricos convencionais. Em particular, há uma grande demanda por composições de polímero degradável, que podem ser formadas em folhas e películas para uso em diversas aplicações comuns, tal como em embalagens.
[004]Diversas composições de polímero degradável foram desenvolvidas. No entanto, existem desvantagens significativas associadas a esses polímeros degradáveis convencionais. Polímeros degradáveis convencionais (tais como poliésteres alifáticos) são geralmente mais difíceis e complicados de processar, resultando em menor produção. Esses materiais têm densidades significativamente maiores e menor resistência do que os polímeros tipo commodities convencionais não degradáveis.
[005]A US 4.016.117 divulga o uso de materiais de enchimento biodegradáveis, tais como amido, e uma substância autoxidante, tal como uma gordura que, quando exposta a metais de transição no solo, produz peróxidos que atacam ligações carbono-carbono na resina.
[006]A US 4,931,488 descreve a adição de uma substância biologicamente degradável (amido), um composto de ferro (FeOH(estearato)2), um ácido graxo ou éster de ácido graxo (tal como óleo de soja que é uma mistura de ésteres de ácido graxo) a um polímero termoplástico. A composição plástica resultante degrada sob a ação de calor e/ou luz ultravioleta e/ou insolação. Essas composições apresentam taxas de biodegradação e degradação abiótica desvantajosas.
[007]Dessa forma, é desejável fornecer composições de polímero degradável e um método de fabricação que aborde pelo menos alguns dos problemas associados com a técnica anterior ou, pelo menos, fornecer uma alternativa comercialmente útil para os mesmos.
[008]É também uma característica da presente invenção que plásticos à base de poliolefina incorporando o aditivo, antes do início da degradação, possam ser reciclados em correntes de reciclagem de poliolefina existentes.
[009]De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção provê uma composição de polímero degradável compreendendo: (a) uma poliolefina; (b) dois ou mais compostos de metal de transição em uma quantidade total de 0,15 a 0,6% em peso; (c) um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, ou um éster, anidrido ou amida do mesmo, em uma quantidade de 0,04 a 0,08% em peso; (d) uma borracha sintética em uma quantidade de 0,04 a 0,2% em peso; e, opcionalmente: (e) amido seco em uma quantidade de 0 a 20% em peso; e/ou (f) óxido de cálcio em uma quantidade de 0 a 1% em peso; e/ou (g) um estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0 a 0,2% em peso; em que os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos de ferro, manganês, cobre, cobalto e cério e em que os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes.
[010]A presente invenção será agora descrita em detalhes.Nas seguintes passagens, diferentes aspectos da invenção são definidos em mais detalhes.Cada aspecto assim definido pode ser combinado com qualquer outro aspecto ou aspectos, a menos que claramente indicado em contrário. Em particular, qualquer característica indicada como sendo preferida ou vantajosa pode ser combinada com qualquer outra característica ou características indicadas como sendo preferidas ou vantajosas.
[011]A invenção refere-se a uma composição de polímero degradável. A descrição a seguir utiliza o termo polímero degradável para se referir a composições de polímero sintético que se degradam em CO2, H2O, biomassa e sais inorgânicos sob condições de compostagem normais e em outros ambientes.
[012]A composição de polímero degradável compreende uma poliolefina. Isso forma a maior parte da composição, tal como preferencialmente pelo menos 50% em peso. A descrição a seguir utiliza o termo poliolefina para se referir à classe de polímeros que compreendem unidades de repetição da fórmula geral -[CH2CRR’]-, preferencialmente em que R e R’ são individualmente selecionados da lista que compreende hidrogênio, metil, etil, acetato, vinilacetato, metil metacrilato, álcool vinílico e ácido acrílico. Preferencialmente, a poliolefina forma o equilíbrio da composição de polímero degradável junto com os componentes listados. Preferencialmente, a composição de polímero degradável inclui menos de 5% de outros ingredientes, mais preferencialmente, menos de 1%, mais preferencialmente, a composição de polímero degradável é essencialmente livre de outros ingredientes ou impurezas.
[013]Preferencialmente, a poliolefina compreende monômeros de etileno e/ou propileno e, opcionalmente, ainda compreende monômeros selecionados da lista que compreende acetato, vinilacetato, metil metacrilato, álcool vinílico e ácido acrílico.Preferencialmente, a poliolefina é selecionada de LDPE, LLDPE, HDPE, MDPE, VLDPE, EVA, EVOH, EMMA e EAA.
[014]A composição de polímero degradável compreende dois ou mais compostos de metal de transição em uma quantidade total de 0,15 a 0,6% em peso, preferencialmente 0,2 a 0,3% em peso. A descrição a seguir utiliza o termo metal de transição para se referir a qualquer um dos elementos metálicos dos grupos IVB-VIII, IB e IIB, ou 4-12 na tabela periódica. Metais de transição preferidos são ferro, manganês, cobre, cobalto e cério, preferencialmente, quando o ferro é usado, está em seu estado de oxidação +3 e, quando cobre é usado, está no seu estado de oxidação +2. Esses compostos catalisam a degradação. Incluir grandes quantidades de metal de transição aumenta o custo da composição degradável e pode levar a acúmulo de metal de transição nos locais de depósito de resíduos. Adicionalmente, uma vez que o metal de transição desempenha um papel catalítico no processo de degradação, elevar o teor de metal de transição acima dessas quantidades tem um impacto decrescente na taxa de degradação.
[015]Os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos de ferro, manganês, cobre, cobalto e cério e os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes. Preferencialmente, os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos férricos, de manganês, cobre, cobalto e cério e os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes.
[016]Preferencialmente, o metal de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição compreendem: (i) ferro, manganês e cobre; ou (ii) manganês e cobre; ou (iii) ferro e manganês.
[017]A temperatura da composição de polímero, bem como sua exposição à luz também podem afetar sua taxa de degradação. Os presentes inventores descobriram surpreendentemente que a escolha do metal de transição pode ser usada para ainda ajustar esses efeitos. Em particular, os presentes inventores descobriram que o ferro é um fotocatalisador mais eficiente, enquanto que o manganês é um catalisador térmico mais eficiente do processo de degradação. O componente de metal de transição pode, portanto, ser usado para ajustar a taxa de degradação dependendo da exposição esperada ao calor e à luz de um determinado produto.
[018]Metais de transição específicos podem ter efeitos nas propriedades de composição de polímero.Por exemplo, os compostos de ferro podem colorir a composição de polímero.
[019]Além disso, outros metais, tais como cobre, aumentam vantajosamente a taxa de degradação, mas podem tornar a composição de polímero inadequada para determinadas aplicações, tais como a utilização como invólucro alimentar, devido à sua toxicidade. Por conseguinte, nas composições sensíveis à cor, o ferro pode ser evitado, enquanto que, se o produto for para uso na indústria alimentar, o cobre pode ser evitado.
[020]Preferencialmente, os ligandos dos compostos de metal são ligandos inorgânicos e/ou ligandos orgânicos saturados. Preferencialmente, os ligandos dos compostos de metal não compreendem ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli- insaturado, ou um éster, anidrido ou amida do mesmo.
[021]Preferencialmente, os compostos de metal de transição compreendem porções selecionadas de estearato, carboxilato, acetilacetonato, triazaciclononano ou combinações de dois ou mais do mesmo. Preferencialmente, os compostos de metal de transição podem estar presentes com uma razão em peso de estearato de ferro e estearato de manganês para estearato de cobre de 4:1 a 8:1. Preferencialmente, os compostos de metal de transição podem estar presentes com uma razão de estearato férrico e estearato de manganês para estearato de cobre de 4:1 a 8:1.
[022]Alternativamente ou adicionalmente, determinados ligandos não iônicos que desempenham um papel ativo na degradação também podem ser incluídos. Quando presentes, os ligandos não iônicos são preferencialmente selecionados de aminas, iminas, amidas, fosfitos, fosfinas e carbenos. Os presentes inventores descobriram que tais ligandos não iônicos podem ter um efeito vantajoso na taxa de degradação da composição enquanto mantêm as propriedades essenciais do material. Os ligandos não iônicos preferencialmente constituem pelo menos 5% dos ligandos e, preferencialmente, até 50% dos ligandos, preferencialmente, 10 a 40% dos ligandos.
[023]Preferencialmente, os ligandos de metal de transição são escolhidos para tornar o metal de transição fisicamente e quimicamente compatível com o polímero. Vantajosamente, a seleção de ligandos pode afetar a atividade catalítica do metal de transição. Os ligandos podem ser escolhidos para tornar o metal compatível com a poliolefina particular utilizada e para controlar a taxa de degradação da composição de polímero.
[024]A composição de polímero degradável compreende um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado em uma quantidade de 0,04 a 0,08% em peso, preferencialmente 0,04 a 0,06% em peso. A descrição a seguir utiliza o termo ácido carboxílico para se referir à faixa de moléculas que contêm uma porção de ácido carboxílico -(COOH). O ácido carboxílico da presente invenção é mono- ou poli- insaturado e tem uma cadeia principal de carbono contendo entre 14 e 24 átomos de carbono, o que significa que tem pelo menos uma ligação dupla na cadeia principal de carbono. A cadeia principal de carbono do ácido carboxílico pode ser linear, ramificada ou aromática. Preferencialmente, o ácido carboxílico mono- ou poli- insaturado é um ácido carboxílico C16-C20.Ácidos carboxílicos preferidos são oleico, linoleico e cinâmico, mais preferencialmente, o ácido carboxílico é ácido oleico.
[025]Alternativamente, a composição de polímero degradável compreende um éster, anidrido ou amida de um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado em uma quantidade de 0,04 a 0,08% em peso, preferencialmente 0,04 a 0,06% em peso.
[026]Os componentes de ácido carboxílico ou um éster, anidrido ou amida são preferencialmente “livres” ou “não coordenados”, no sentido de que não são parte de um composto de metal de transição.
[027]Quando a composição de polímero degradável compreende um éster de um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, o componente alcoólico preferencialmente compreende um álcool C1-C30, mais preferencialmente, um álcool C1-C30 de cadeia reta saturada.
[028]Quando a composição de polímero degradável compreende um anidrido de um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, o anidrido pode ser simétrico ou não. O segundo componente de ácido carboxílico preferencialmente compreende um ácido carboxílico C1-C30, mais preferencialmente, um ácido carboxílico C1-C30 de cadeia reta saturado.
[029]Quando a composição de polímero degradável compreende uma amida de um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, a amida pode ser uma amida primária, secundária ou terciária. Quando uma amida secundária ou terciária está presente, cada uma das cadeias de carbono preferencialmente compreende de 1 a 30 átomos de carbono, mais preferencialmente, cada cadeia de carbono é um grupo C1-C30 alquil.
[030]A menos que especificado de outra forma, quando as características do ácido carboxílico são discutidas nesta descrição, pretende-se também abranger o éster, o anidrido ou a amida do mesmo.
[031]Sem desejar estar limitado pela teoria, acredita-se que o ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado na composição de polímero se autoxide para produzir peróxidos que podem atacar as ligações carbono-carbono da cadeia de polímero, tornando o polímero suscetível a processos normais de degradação. A presença de metais de transição catalisa a autoxidação aumentando a taxa de degradação da composição de polímero.
[032]Incluir mais de 0,08% em peso de ácido carboxílico C14-C24 mono-ou poli- insaturado pode tornar o polímero excessivamente sensível ao ar. A autoxidação excessiva do ácido carboxílico pode causar concentrações relativamente altas de peróxido e rápida decomposição da estrutura de polímero. Isso pode causar problemas de vida útil. Por outro lado, incluir menos do que 0,04% em peso de ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado pode levar a uma taxa de degradação insignificante. Os inventores descobriram que incluir entre 0,04 e 0,08% em peso de ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado permite ajustar a taxa de degradação para valores desejáveis para muitas aplicações.
[033]Surpreendentemente, os presentes inventores descobriram que ácidos monoinsaturados lineares e, em particular, o ácido oleico demonstram o maior efeito nataxa de degradação. Isso não seria esperado pela estabilidade química desses compostos isoladamente, pois, em geral, quanto mais ligações duplas em um ácido carboxílico, mais suscetível à oxidação ele é.
[034]A composição de polímero degradável compreende uma borracha sintética em uma quantidade de 0,04 a 0,2% em peso, preferencialmente, 0,08 a 0,12% em peso, mais preferencialmente, cerca de 0,1% em peso. A descrição a seguir utiliza o termo borracha para se referir a polímeros elásticos viscosos.Borrachas são polímeros amorfos que existem em temperaturas acima da sua temperatura de transição vítrea.Preferencialmente, a borracha da presente invenção é uma borracha insaturada, mais preferencialmente, a borracha da presente invenção compreende poli-isopreno, estireno-isopreno, estireno-isopreno-estireno, ou uma mistura de dois ou mais destes.
[035]O teor de borracha pode, vantajosamente, melhorar as propriedades mecânicas da composição de polímero. Além disso, as borrachas são geralmente menos quimicamente estáveis do que a poliolefina volumosa. Por conseguinte, o teor de borracha pode melhorar a taxa de degradação sem afetar negativamente as propriedades físicas do polímero. Dessa forma, parece agir como um cocatalisador.
[036]Vantajosamente, a presença da borracha sintética na composição de polímero melhora a elasticidade. Isso ajuda a neutralizar a fragilização da composição de polímero causada pelos outros aditivos. Incluir menos de 0,04% de borracha sintética pode levar o polímero a ser excessivamente frágil e inadequado. Incluir mais de 0,12% de borracha sintética pode levar a rápidas taxas de degradação e pode afetar negativamente as propriedades do material do polímero. Além disso, acredita- se que o teor de borracha sintética aumente a taxa de degradação sem a necessidade de aumentar o teor de metal de transição, amido ou ácido carboxílico.
[037]A composição de polímero degradável opcionalmente compreende amido seco em uma quantidade de 0 a 20% em peso, preferencialmente, 0 a 10% em peso, mais preferencialmente, 0,1 a 1% em peso e, ainda mais preferencialmente, 0,1 a 0,4% em peso. A descrição a seguir utiliza o termo amido para se referir a um polissacarídeo compreendendo um grande número (em geral, 500-2.000.000 unidades de monômero) de unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas. O amido da presente invenção é amido seco, ou seja, o amido contém menos de 5% em peso de água, preferencialmente, menos de 1% em peso de água, mais preferencialmente, o amido essencialmente não contém água.
[038]Incluir grandes quantidades de amido pode aumentar a densidade e reduzir a resistência à tração do polímero. Além disso, altos teores de amido podem levar a problemas de prazo de validade devido à rápida degradação. Altos teores de amido tornam o conteúdo do polímero suscetível a danos físicos e cosméticos devido à exposição a microrganismos e à água. Se amido insuficiente for incluído, o aditivo pode ter um efeito insignificante na taxa de biodegradação.
[039]A composição de polímero degradável opcionalmente compreende óxido de cálcio em uma quantidade de 0 a 1% em peso, preferencialmente, de 0 a 0,4% em peso, mais preferencialmente, de 0,1 a 0,3% em peso. A descrição a seguir utiliza o termo óxido de cálcio para se referir ao sólido cristalino com a fórmula química CaO. Vantajosamente, o óxido de cálcio reage com e imobiliza água na composição. Isso estabiliza a composição durante o processamento e pode reduzir a ocorrência de manchas e descoloração do produto final. Surpreendentemente e inesperadamente, os presentes inventores descobriram também que o aumento do teor de óxido de cálcio na composição de polímero pode aumentar a taxa de degradação. Vantajosamente, o teor de CaO pode ser utilizado para melhorar a degradabilidade sem a necessidade de aumentar o metal de transição do teor de amido. Incluir mais de 0,4% em peso de CaO leva à fragilização do polímero.
[040]A composição de polímero degradável opcionalmente compreende um aditivo de geração de oxigênio.Aditivos de geração de oxigênio podem ser orgânicos ou inorgânicos.Preferencialmente, o aditivo de geração de oxigênio é selecionado de nitratos, peróxidos, sulfatos e fosfatos ou combinações de dois ou mais dos mesmos.Preferencialmente, o aditivo de geração de oxigênio é nitrato de cálcio. Preferencialmente, o aditivo de geração de oxigênio está presente em uma quantidade de 0,1 a 1,0% em peso. Descobriu-se que o aditivo de geração de oxigênio acelera ainda mais a taxa de oxidação do polímero.
[041]A composição de polímero degradável opcionalmente compreende um estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0 a 0,2% em peso, preferencialmente, de 0,02 a 0,15% em peso. Estabilizantes antioxidantes fenólicos são bem conhecidos na técnica e incluem, por exemplo, Irganox 1076 e Irganox 1010. Descobriu-se que o estabilizante antioxidante fenólico permite maior controle sobre o tempo de degradação do polímero. Especificamente, a inclusão de um estabilizante antioxidante fenólico pode retardar o início da degradação, aumentando a vida útil do produto e o período em que o produto pode ser reciclado nas correntes de reciclagem de poliolefina existentes.
[042]Preferencialmente, o polímero se degrada em no máximo 90 dias ao ar. Para determinadas aplicações, o polímero precisa se fragilizar em no máximo 90 dias em um ambiente natural, tal como em um campo; isso pode ser alcançado com a presente invenção.
[043]Preferencialmente, a composição ainda compreende um aditivo de cor, tal como, mas não exclusivamente, negro-de-fumo ou óxido de titânio.
[044]Por conseguinte, a presente invenção provê uma composição com base em uma combinação específica de ingredientes que permite a provisão de uma composição degradável ideal. Em particular, a degradação é ajustada para a aplicação selecionada pela mistura desses ingredientes usados.
[045]Em uma modalidade preferida, a presente invenção provê um polímero degradável, em que a composição compreende a poliolefina, em conjunto com um ou mais de: (b) dois ou mais compostos de metal de transição, preferencialmente, estearatos de metal de transição, em uma quantidade total de 0,2 a 0,3% em peso; e/ou (c) um ácido carboxílico linear C16-C20 monoinsaturado, ou éster, anidrido ou amida do mesmo, em uma quantidade de 0,04 a 0,06% em peso; e/ou (d) uma borracha sintética em uma quantidade de 0,08 a 0,12% em peso; e/ou (e) amido seco em uma quantidade de 0,1 a 0,4% em peso; e/ou (f) óxido de cálcio em uma quantidade de 0,1 a 1% em peso, preferencialmente 0,1 a 0,3% em peso; e/ou (g) estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0,02% a 0,15% em peso; em que os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos férricos, de manganês, cobre, cobalto e cério e em que os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes.
[046]Em outro aspecto, a presente invenção provê uma formulação aditiva para formação de uma composição de polímero degradável em adição a uma poliolefina, a formulação aditiva compreendendo os dois ou mais compostos de metal de transição, o ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, ou éster, anidrido ou amida do mesmo, a borracha sintética e, opcionalmente, o amido seco e/ou o estabilizante antioxidante fenólico e/ou o óxido de cálcio, e em que a formulação aditiva ainda compreende um polímero veículo e é para diluição na poliolefina em uma quantidade de 1 a 20% em peso da formulação aditiva na composição de polímero degradável, preferencialmente, 1 a 4% em peso.
[047]A formulação aditiva é adequada para formação da composição de polímero da presente invenção.
[048]Em outro aspecto, a presente invenção provê um método para formação de uma composição de polímero degradável, o método compreendendo: (i) formação de uma formulação aditiva por extrusão a quente, sob uma atmosfera de nitrogênio, de um polímero veículo, dois ou mais compostos de metal de transição, ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, uma borracha sintética e, opcionalmente, óxido de cálcio e/ou um estabilizante antioxidante fenólico; (ii) opcionalmente, adição de amido; (iii) mistura do aditivo com uma poliolefina para formar uma mistura compreendendo 1 a 20% em peso do aditivo, preferencialmente 1 a 4% em peso do aditivo.
[049]Preferencialmente, o aditivo pode ser obtido por um método compreendendo a mistura em peso combinado do aditivo e do polímero: (a) dois ou mais compostos de metal de transição em uma quantidade total de 0,15 a 0,6% em peso; (b) um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, ou um éster, anidrido ou amida do mesmo, em uma quantidade de 0,04 a 0,08% em peso; (c) uma borracha sintética em uma quantidade de 0,04 a 0,2% em peso; e, opcionalmente: (d) amido seco em uma quantidade de 0 a 20% em peso; e/ou (e) óxido de cálcio em uma quantidade de 0 a 1% em peso; e/ou (f) um estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0 a 0,2% em peso; em que os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos de ferro, manganês, cobre, zinco, titânio, cobalto e cério e em que os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes.
[050]O método é adequado para formar a composição de polímero da invenção. A formulação aditiva da invenção é adequada para uso no método.
[051]A adição de amido após a etapa de extrusão a quente evita a exposição do amido a temperaturas elevadas. Quando o amido é exposto a altas temperaturas, ele é decomposto para formar dextrinas. Portanto, a adição de amido após a etapa de extrusão a quente mantém sua estrutura e evita o escurecimento e o enfraquecimento prematuro da estrutura de polímero.
[052]O método da presente invenção pode ainda compreender a formação da composição de polímero em uma película tendo uma espessura de 5 a 50 micra, preferencialmente, 10 a 25 micra.
[053]A película pode ser revestida em um substrato celulósico, tal como papel ou papelão.
[054]O método da presente invenção pode compreender a formação da composição de polímero em uma folha tendo uma espessura de até 1000 micra, preferencialmente, de 100 a 750 micra.
[055]O método da presente invenção pode compreender a formação da composição de polímero degradável em uma folha fundida por extrusão tendo uma espessura de até 1000 micra. Essa folha pode ser, então, termoformada em vários produtos usando técnicas conhecidas. Alternativamente, o método pode compreender a formação da composição de polímero degradável em um produto plástico moldado por injeção, tal como um recipiente ou garrafa.
[056]O polímero degradável da presente invenção pode ter uma taxa de degradação ajustável. Isto é, selecionando quantidades e componentes aditivos específicos, a taxa de degradação de polímero pode ser controlada. Para determinadas aplicações, particularmente algumas aplicações agrícolas, a fragilização da película precisa ser alcançada em 90 dias. A biodegradação subsequente precisa ser suficientemente rápida para evitar o acúmulo de fragmentos de polímero a longo prazo.Por outro lado, a fim de obter uma vida útil e prazo de validade suficiente, a degradação só deve começar após um determinado período de tempo. Para a maioria dos produtos que passam por uma cadeia normal de distribuição de mantimentos, isso pode levar até dois anos.
[057]Vantajosamente, ao contrário das composições de polímero degradável convencionais, composições de polímero da presente invenção são compatíveis com muitos aditivos de cor de polímero comuns, tais como negro-de-fumo e o dióxido de titânio.
[058]Todas as porcentagens utilizadas nesta invenção são em peso, salvo indicação em contrário.
[059]A invenção será agora descrita em relação às seguintes figuras não limitantes. Outras vantagens da invenção são evidentes por referência à descrição detalhada quando considerada em conjunto com os Exemplos.
Exemplo 1
[060]Uma formulação aditiva foi preparada consistindo em: i)Amido seco-10,00% em peso ii)Estearato de manganês -4,00% em peso iii)Estearato férrico-8,00% em peso iv)Estearato de cobre-1,30% em peso v)Ácido oleico-2,00% em peso vi)Copolímero de SIS/SI-4,00% em peso vii)Óxido de cálcio-10% em peso viii)LLDPE-60,70% em peso
Exemplo 2
[061]Uma formulação aditiva foi preparada consistindo em: i)Amido seco-10,00% em peso ii)Estearato de manganês -2,00% em peso iii)Estearato férrico-10,00% em peso iv)Irganox 1076 -13,0% em peso v)Ácido oleico-1,00% em peso vi)Copolímero de SIS/SI-2,00% em peso vii)Óxido de cálcio-10,00% em peso viii)LLDPE-52,0% em peso
Exemplo 3
[062]Uma formulação aditiva foi preparada consistindo em: i)Amido seco-10,00% em peso ii)Estearato de manganês -4,00% em peso iii)Estearato de cobre-8,00% em peso iv)Ácido oleico-6,00% em peso v)Copolímero de SIS/SI-2,00% em peso vi)LLDPE-70,00% em peso
[063]Os exemplos 1, 2 e 3 foram formados por componentes de extrusão a quente ii-viii e, em seguida, adicionando separadamente o amido. Adicionando o amido separadamente, ele pode ser adicionado após as etapas de aquecimento, evitando danificar a estrutura.
[064]A formulação aditiva foi, então, misturada com outra poliolefina e formada em folhas em uma película de 15 micra e usada para produzir sacos de lixo.
Exemplo 4
[065]Uma formulação aditiva foi preparada consistindo em: i)Estearato de manganês -4,00% em peso ii)Estearato férrico-8,00% em peso iii)Estearato de cobre-1,30% em peso iv)Ácido oleico-6,00% em peso v)Copolímero de SIS/SI-1,00% em peso vi)Óxido de cálcio-10,00% em peso vii)LLDPE-69,70% em peso
Exemplo 5
[066]Uma formulação aditiva foi preparada consistindo em: i)Estearato de manganês -4,00% em peso ii)Estearato férrico-8,00% em peso iii)Estearato de cobre-1,30% em peso iv)Ácido oleico-2,00% em peso v)Copolímero de SIS/SI-1,00% em peso vi)Óxido de cálcio-10,00% em peso vii)Irganox 1076 -10,00% em peso viii)LLDPE-63,70% em peso
[067]Os Exemplos 4 e 5 foram formados por extrusão a quente dos componentes.
[068]As composições são resumidas abaixo: 4 5
Figure img0001
[069]A formulação aditiva foi, então, misturada com outra poliolefina e formada em folhas de uma película de 15 micra e usada para produzir sacos de lixo.A outra poliolefina era LLDPE e foi fornecida em uma quantidade suficiente para formar 98% em peso do polímero final.
[070]Sob condições de desagregação acelerada, as composições 1-5 acima apresentaram decomposição pelo menos 50% mais rápida em comparação com o polietileno sozinho. Além disso, as composições apresentaram decomposição pelo menos 10% mais rápida em comparação com uma composição de controle de polietileno contendo 0,25% de estearato de manganês sozinho (uma carga de metal de transição semelhante). Mesmo assim, as propriedades da película de poliolefina, tais como força e elasticidade, permaneceram inalteradas.
[071]Embora as modalidades preferidas da invenção tenham sido aqui descritas em detalhes, os versados na técnica compreenderão que variações podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção ou das reivindicações anexas.

Claims (19)

1. Composição de polímero degradável, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: (a) uma poliolefina; (b) dois ou mais compostos de metal de transição em uma quantidade total de 0,15 a 0,6% em peso, (c) um ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, ou um éster, anidrido ou amida do mesmo, em uma quantidade de 0,04 a 0,08% em peso; (d) uma borracha sintética em uma quantidade de 0,04 a 0,2% em peso; em que os dois ou mais compostos de metal de transição são selecionados de compostos de ferro, manganês, cobre, cobalto e cério e em que os metais de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição são diferentes.
2. Composição de polímero degradável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: (e) amido seco em uma quantidade de 0 a 20% em peso; e/ou (f) óxido de cálcio em uma quantidade de 0 a 1% em peso; e/ou (g) um estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0 a 0,2% em peso.
3. Composição de polímero degradável, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a poliolefina compreende monômeros de etileno e/ou propileno e, opcionalmente, ainda compreende monômeros selecionados da lista que compreende acetato, vinilacetato, metil metacrilato, álcool vinílico e ácido acrílico.
4. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a poliolefina é selecionada de LDPE, LLDPE, HDPE, MDPE, VLDPE, EVA, EVOH, EMMA e EAA.
5. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o polímero se degrada em no máximo 90 dias ao ar.
6. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os compostos de metal de transição compreendem porções selecionadas de estearato, carboxilato, acetilacetonato, triazaciclononano ou combinações de dois ou mais dos mesmos.
7. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o metal de transição nos dois ou mais compostos de metal de transição compreendem: (i) ferro, manganês e cobre; ou (ii) manganês e cobre; ou (iii) ferro e manganês.
8. Composição de polímero degradável, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que uma razão em peso de estearato de ferro e estearato de manganês para estearato de cobre é de 4:1 a 8:1.
9. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição compreende um estabilizante antioxidante fenólico.
10. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição ainda compreende um aditivo de cor, preferencialmente negro-de-fumo ou óxido de titânio.
11. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado é um ácido carboxílico linear C16-C20, preferencialmente ácido oleico.
12. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a borracha sintética compreende um polímero insaturado, preferencialmente estireno-isopreno-estireno, mais preferencialmente uma mistura de um estireno-isopreno-estireno e um copolímero de estireno-isopreno.
13. Composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição compreende: (b) dois ou mais estearatos de metal de transição em uma quantidade total de 0,2 a 0,3% em peso; e/ou (c) um ácido carboxílico linear C16-C20 monoinsaturado em uma quantidade de 0,04 a 0,06% em peso; e/ou (d) uma borracha sintética em uma quantidade de 0,08 a 0,12% em peso; e/ou (e) amido seco em uma quantidade de 0,1 a 0,4% em peso; e/ou (f) óxido de cálcio em uma quantidade de 0,1 a 0,3% em peso; e/ou (g) um estabilizante antioxidante fenólico em uma quantidade de 0,02 a 0,15% em peso.
14. Formulação aditiva para formação da composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em adição a uma poliolefina, a formulação aditiva CARACTERIZADA pelo fato de que compreende os dois ou mais compostos de metal de transição, o ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, a borracha sintética e, opcionalmente, o amido seco e/ou o óxido de cálcio e/ou o estabilizante antioxidante fenólico e em que a formulação aditiva ainda compreende um polímero veículo e é para diluição na poliolefina em uma quantidade de 1 a 20% em peso da formulação aditiva na composição de polímero degradável, preferencialmente 1 a 4% em peso.
15. Método para formação da composição de polímero degradável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (i) formar o aditivo, conforme definido na reivindicação 14, por extrusão a quente, sob uma atmosfera de nitrogênio, do polímero veículo, os dois ou mais compostos de metal de transição, ácido carboxílico C14-C24 mono- ou poli-insaturado, a borracha sintética e, opcionalmente, o óxido de cálcio e/ou o estabilizante antioxidante fenólico; (ii) opcionalmente, adicionar de amido; (iii) misturar o aditivo com uma poliolefina para formar uma mistura compreendendo 1 a 20% em peso do aditivo, preferencialmente 1 a 4% em peso do aditivo.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende a formação da composição de polímero degradável em uma película tendo uma espessura de 5 a 50 micra, preferencialmente 10 a 25 micra.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a película é um produto compósito compreendendo ainda um substrato de celulose.
18. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende formar a composição de polímero degradável em uma folha fundida por extrusão tendo uma espessura de até 1000 micra.
19. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende a formação da composição de polímero degradável em um produto plástico moldado por injeção.
BR112019010412-7A 2016-11-22 2017-11-21 Composição de polímero degradável, formulação aditiva para formação da composição de polímero degradável e método para formação da composição de polímero degradável BR112019010412B1 (pt)

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