ES2209012T3 - Composiciones biodegradables procesables en estado fundido y articulos elaborados con las mismas. - Google Patents
Composiciones biodegradables procesables en estado fundido y articulos elaborados con las mismas.Info
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Abstract
LA INVENCION PRESENTA CLASES DE COMPOSICIONES TERMOPLASTICAS, BIODEGRADABLES. LOS ENSAYOS INDICAN QUE ESTAS COMPOSICIONES PRESENTAN UNAS PROPIEDADES MECANICAS BUENAS, DEGRADANDOSE FACILMENTE EN PRESENCIA DE MICROORGANISMOS. LAS COMPOSICIONES DE ESTA INVENCION SON UTILES PARA LA PRODUCCION DE ARTICULOS MOLDEADOS POR INYECCION DE PAREDES FINAS Y QUE SON CAPACES DE DEGRADARSE CONSIDERABLEMENTE EN EL SISTEMA DE AGUAS RESIDUALES EN (30) DIAS.
Description
Composiciones biodegradables procesables en
estado fundido y artículos elaborados con las mismas.
Esta invención se refiere al desarrollo y uso de
materiales ecológicos que pueden reducir el creciente problema
ambiental del exceso de basura. Esta invención se refiere al
desarrollo de composiciones que se degradan rápidamente por
microorganismos. Estas composiciones se pueden en una diversidad de
productos de consumo desechables. Por ejemplo, los materiales se
pueden elaborar en películas, fibras y piezas moldeadas para
fabricar productos desechables tales como pañales, compresas
higiénicas, productos de incontinencia para adultos, y
particularmente aplicadores de tampón.
Se conocen muchos polímeros que se degradan
rápidamente por los microorganismos, pero la mayoría de ellos no son
útiles para la fabricación de artículos porque carecen de las
propiedades típicas de los materiales plásticos. Además, no se
pueden elaborar por fusión. Uno de dichos materiales es almidón
natural. Siendo barato y fácilmente disponible, el almidón se ha
convertido en el componente principal en muchos desarrollos de
composiciones biodegradables. El desafío ha sido siempre convertir
este polvo termosensible en una composición elaborable por fusión
que tenga buenas propiedades mecánicas manteniendo su alta velocidad
de biodegradación.
Se conocen muchos materiales naturales y
sintéticos que experimentan una rápida digestión por
microorganismos. Sus estructuras químicas varían de hidrocarburos y
carbonatos a moléculas con enlaces éster o amida. Encyclopedia of
Chemical Technology, Plastic, Environmentally Degradable,
Supp.Vol., 626 - 68 (Kirk - Othmer, 3ª edición). La mayoría de
estos materiales no son útiles para la fabricación de artículos
porque carecen de las propiedades mecánicas típicas de los
materiales plásticos, además de ser difíciles de elaborar.
Se conoce el uso de almidón como una carga
biodegradable de bajo coste en ciertos sistemas poliméricos. Se
requiere una concentración bastante alta de carga de almidón para
lograr la biodegradación. Al mismo tiempo, las propiedades mecánicas
de las composiciones se deterioran de manera importante con el
incremento con el contenido de almidón. El primer adelanto para
fabricar materiales con alto contenido en almidón fue el
descubrimiento de que el almidón se puede elaborar por fusión en
presencia de agua, calor y presión. Véase las patentes de Estados
Unidos números 4.133.784 y 4.337.181 ("patentes USDA" en lo
que sigue).
Las patentes USDA describen la utilización de
poli(etileno-ácido acrílico) (abreviadamente EAA) y
polietileno (abreviadamente (PE) cargados con almidón en forma de
película biodegradable para envases y plásticos agrícolas. Estas
patentes describen un procedimiento en el que el almidón primero se
gelatiniza en presencia de agua a elevadas temperaturas. Bajo tales
condiciones la estructura natural altamente unida por hidrógeno se
destruye y se alcanza un flujo de fusión. Después la mezcla
resultante se combina con EEA y PE. Se utilizan grandes cantidades
de agua
(20% - 50%) y el contenido final de almidón es tan alto como 60% en peso, después de eliminar el agua.
(20% - 50%) y el contenido final de almidón es tan alto como 60% en peso, después de eliminar el agua.
Los ensayos han indicado que la velocidad de
biodegradación de los materiales preparados según estas patentes
mostraban propiedades de biodegradación insatisfactorias. Las
piezas moldeadas inyectadas que contenían PE/EAA con un 40% en peso
de almidón no se degradaban totalmente en el sistema de aguas
residuales (pérdida de peso del
0 al 5%) después de 30 días. Este período de tiempo se seleccionó para los ensayos debido a que en agua residual tiene una permanencia en las estaciones de tratamiento de agua de aproximadamente 30 días, aunque en las instalaciones modernas el tiempo de residencia es menor de una semana. Sin embargo, los dispositivos de protección sanitaria pueden ir a parar a tanques sépticos de manera que se evite la acumulación y atasco en las tuberías, esto es razonable que requiera un máximo de 30 días para la degradación.
0 al 5%) después de 30 días. Este período de tiempo se seleccionó para los ensayos debido a que en agua residual tiene una permanencia en las estaciones de tratamiento de agua de aproximadamente 30 días, aunque en las instalaciones modernas el tiempo de residencia es menor de una semana. Sin embargo, los dispositivos de protección sanitaria pueden ir a parar a tanques sépticos de manera que se evite la acumulación y atasco en las tuberías, esto es razonable que requiera un máximo de 30 días para la degradación.
También se describe una película de soplado a
base de almidón en un artículo de Felix Otey. Ind. Eng. Chem.
Res., 1987, 26, 1659 - 1663.
La patente de Estados Unidos nº 3.949.145
describe un procedimiento para preparar películas de alcohol
polivinílico cargadas con almidón para aplicaciones agrícolas. Esta
composición es altamente sensible al agua, haciendo la composición
inadecuada para productos desechables tales como pañales y compresas
sanitarias. También, las muestras que contienen alcohol polivinílico
se degradan muy lentamente en condiciones de tratamiento de aguas
residuales anaeróbicas simuladas, que hacen que las composiciones
formuladas según esta patente no sean adecuadas para productos
desechables.
En la patente de Estados Unidos Nº 6.673.438 se
describen cápsulas de almidón moldeadas por inyección. Estas
cápsulas están hechas de almidón puro en presencia de un 5% a 30%
de agua y calor. La estructura del almidón fuertemente unida con
hidrógeno se cree que se destruirá en estas condiciones creando un
flujo de fusión. El material resultante es rígido y extremadamente
sensible al agua, lo que hace que las composiciones sean un mal
candidato para productos biodegradables tales como pañales y
compresas sanitarias.
Se han descrito recientes mejoras en la
producción de artículos biodegradables a base de almidón. Véase la
patente de Estados Unidos nº 4.673.438; patente de Reino Unido nº
2.190.093; y las publicaciones europeas 282.451, 298.920, 304.401,
326.517 y 327.505.
La patente de Estados Unidos nº 5.095.054
describe mezclas de polímeros que se pueden transformar mediante
calor y a presión para formar productos que tienen estabilidad
dimensional. Estas composiciones comprenden almidón desestructurado
y al menos un polímero sustancialmente insoluble en agua; la
composición puede contener opcionalmente otro polímero insoluble en
agua y un plastificante. El almidón utilizado es estas
composiciones tiene un contenido relativamente alto de agua que
modifica significativamente las propiedades dimensionales y
mecánicas del almidón; aunque el almidón desestructurado es
termoplástico, no es resistente al agua. Esta composición de
almidón no es un sustrato adecuado para la fabricación de productos
desechables tales como aplicadores de tampón, pañales desechables y
compresas sanitarias.
La patente de Estados Unidos nº 5.087.650
describe composiciones plásticas biodegradables que comprenden
almidón no modificado y polímeros termoplásticos. El almidón
también tiene un alto contenido en agua que ocasiona que el almidón
pierda la estructura cuando se calienta a presión. Esto afecta a las
propiedades dimensionales y mecánicas del almidón y hace que las
composiciones sean inadecuadas para combinaciones termoplásticas
biodegradables.
El documento WO 91/02023 de Butterfly S.R.L.
describe un material plástico biodegradable que se produce por
extrusión de una composición que incluye almidón, un polímero
compatible con almidón, en particular un copolímero etileno-ácido
acrílico y/o un copolímero etileno-alcohol vinílico
y un agente de expansión. A diferencia de la presente invención, en
el documento WO 91/02023 no hay presente almidón inmodificado, y el
almidón que se introduce antes de la extrusión se destruye
considerablemente. Los ensayos han indicado que las composiciones
preparadas según este documento carecían de las propiedades de
biodegradación necesarias para adecuarse a los productos de
consumo.
El documento GB 2.190.093 describe composiciones
de almidón que están constituidas por al menos un 72% en peso de
almidón y, opcionalmente, un segundo polímero hidrófilo. La
presencia de al menos un 10% en peso de agua es también esencial en
ese procedimiento que hace las composiciones inadecuadas para los
productos de consumo.
La solicitud PCT, publicación internacional nº
WO91/02025 describe una aleación almidón-polímero
que comprende almidón desestructurado y un copolímero de etileno.
Los ensayos han indicado que las composiciones preparadas según esta
patente carecían de las propiedades de biodegradación necesarias
requeridas para ser productos de consumo adecuados.
El uso de mezclas de copolímeros de
poli(3-hidroxibutirato) (PHB) y
poli(3-hidroxivalerato) (PHV) se describe en
Dave et al., Polym. Mater. Sci., 1990, 62,
231-35. Los estudios de degradación de las
composiciones de policaprolactona/PHBV producían una pérdida de peso
relativamente baja a hidrólisis enzimática de laboratorio.
En la patente de Estados Unidos nº 4.900.299
cedida a McNeil se describe un aplicador de tampón moldeado a partir
de poli(3-hidroxibutirato) y
poli(3-hidroxivalerato), un plastificante y
un agente de nucleación. También se describe el uso opcional de una
carga biodegradable como hidroxialquilcelulosa o almidón.
El uso de polímeros con carga de almidón es la
vía más económica y más conveniente para producir materiales
biodegradables funcionales. Pero el contenido de almidón en dichas
composiciones debe ser muy alto (> 50% en peso) para lograr una
velocidad de biodegradación razonable. Además, el polvo de almidón
típicamente contiene del 10 al 40% en peso de humedad. Este almidón
se carga generalmente en un extrusor en el que la combinación de
calor y presión es suficiente para deshacer la estructura y fundir
el almidón. Ya que el almidón llega a ser la fase principal, los
materiales resultantes son frágiles y requieren modificaciones
adicionales.
Típicamente, se requiere una concentración
bastante alta de carga de almidón para llevar a cabo la
biodegradación. Pero los polímeros convencionales como por ejemplo
polietileno, poliuretano, etc., tienen una capacidad útil limitada
para la carga del almidón, es decir, las propiedades mecánicas de
las composiciones se deterioran fuertemente cuando aumenta el
contenido de almidón. Además, los microorganismos han mostrado que
digieren selectivamente el almidón sin degradar la matriz
polimérica.
La técnica anterior describe ciertas
composiciones que contienen almidón desestructurado, que es un
material soluble en agua y que tiene un uso muy limitado en
productos de consumo. Este almidón se forma mediante la exposición
del almidón a calor y presión en presencia de agua, que rompe los
enlaces de hidrógeno entre las moléculas de almidón y convierte los
materiales en termoplásticos pero solubles en agua fría y, de este
modo, inadecuados para productos de consumo. Por esta razón, se han
incorporado otros polímeros insolubles en agua en dichas
composiciones, aunque esto causaba una escasa biodegradación.
A pesar de los avances, todavía existe un desafío
para encontrar una solución alternativa entre resistencia al agua y
alta velocidad de degradación. La presente invención proporciona
composiciones que mantienen un equilibrio adecuado entre las
propiedades mecánicas, alta velocidad de biodegradación,
procesabilidad y bajo coste.
Los ensayos indican que las composiciones
preparadas según la invención son termoplásticas, muestran buenas
propiedades mecánicas y fácil degradación en presencia de
microorganismos. Las composiciones de esta invención se pueden
moldear por inyección en piezas de paredes delgadas que son capaces
de degradarse apreciablemente en el sistema de aguas residuales en
treinta días. Estos productos encuentran utilidad en productos
desechables lavables.
En un aspecto de esta invención, se proporciona
una clase de composiciones biodegradables a base de almidón. Estas
composiciones comprenden
- a.
- aproximadamente del 15 al 50% en peso de una aleación almidón-polímero; dicha aleación almidón-polímero comprende:
- i.
- aproximadamente del 50 al 80% en peso de almidón desestructurado y aproximadamente del 20 al 50% en peso de un copolímero hidrófobo seleccionado del grupo constituido por etileno-acetato de vinilo que tiene un contenido molar de acetato de vinilo de aproximadamente 5 al 90%, etileno acetato de vinilo modificado que tiene de aproximadamente el 5 al 90% de grupos acetato hidrolizados, etileno-acrilato de glicidilo, etileno-metacrilato de metilo, etileno-anhídrido maleico y mezclas de los mismos;
- ii.
- un plastificante que tiene un punto de ebullición mayor de 150ºC seleccionado del grupo constituido por glicerina; polietilenglicol; etilenglicol; propilenglicol, sorbitol; manitol; los derivados acetato, etoxilado y propoxilado de glicerina, polietilenglicol, etilenglicol, proplenglicol, sorbitol, manitol; y mezclas de los mismos;
- iii.
- del 0 hasta aproximadamente el 20% en peso de urea con respecto al peso del componente de almidón desestructurado del apartado (i); y
- b.
- aproximadamente del 30 al 55% en peso de almidón no modificado; y
- c.
- un plastificante soluble en agua que contiene grupos hidroxilo y que tiene un peso molecular menor de aproximadamente 1000.
Esta invención se refiere también a artículos
preparados a partir de las composiciones biodegradables descritas en
la presente memoria descriptiva, en particular, aplicadores de
tampones desechables.
La Figura 1 es una representación gráfica que
ilustra que modificando la aleación de
almidón-polímero preparada previamente (resina
AlO6H) con un 20% en peso de glicerina y 40% en peso de almidón da
como resultado una mayor viscosidad, mientras que con un 40% en
peso de CaCO_{3} se consigue una viscosidad significativamente
menor.
La Figura 2 es una representación gráfica que
demuestra la simplicidad del control de viscosidad variando el
contenido de almidón y CaCO_{3}.
Esta invención proporciona clases de
composiciones termoplásticas biodegradables.
Esta invención se refiere a una clase de
composiciones termoplásticas biodegradables que comprenden una
aleación de almidón-polímero hidrófobo preparada
previamente, mezclada con almidón sin modificar y un plastificante
líquido.
La aleación de almidón-polímero
comprende aproximadamente del 50 al 80% en peso de almidón
desestructurado y del 20 al 50% en peso de un polímero insoluble en
agua. En el contexto de esta invención "almidón
desestructurado" tiene su significado habitual, es decir,
almidón que se ha formado por fusión termoplástica en presencia de
agua; este procedimiento rompe los enlaces de hidrógeno del almidón
y, por lo tanto, la estructura cristalina del almidón. El polímero
insoluble en agua se selecciona del grupo constituido por
etileno-acetato de vinilo que tiene un contenido
molar de acetato de vinilo de aproximadamente el 5 al 90%, etileno
acetato de vinilo modificado que tiene de aproximadamente el 5 al
90% de grupos acetato hidrolizados, etileno-acrilato
de glicidilo, etileno-metacrilato de metilo,
etileno-anhidrido maleico y mezclas de los mismos.
En ciertas realizaciones preferidas, el polímero será etileno-
acetato de vinilo, preferiblemente con un contenido de acetato de
vinilo de aproximadamente el 12 al 80%.
La aleación de almidón-polímero
comprende, además, un plastificante seleccionado del grupo
constituido por glicerina, polietilenglicol; etilenglicol;
propilenglicol; sorbitol; manitol; los derivados acetato, etoxilado
y propoxilado de glicerina, polietilenglicol, etilenglicol,
propilenglicol, sorbitol, manitol y mezclas de los mismos. En
ciertas realizaciones preferidas, el plastificante será glicerina.
Generalmente, el plastificante comprende entre aproximadamente el
20 y el 60% en peso del componente de almidón desestructurado
presente en la aleación.
La aleación comprende, además, del 0 hasta
aproximadamente el 20% en peso de urea con respecto al peso del
componente de almidón desestructurado; es decir, si la composición
contiene 60 gramos de almidón desestructurado la composición
contendrá 12 gramos de urea.
El contenido de la aleación de
almidón-polímero preparada previamente descrita
anteriormente en la composición biodegradable es de aproximadamente
el 15 al 50% en peso, preferiblemente de aproximadamente el 15 al
30% en peso.
Esta aleación de almidón-polímero
se mezcla adicionalmente con almidón sin modificar que tiene un
contenido en agua bajo. En el contexto de esta invención,
"almidón sin modificar" se refiere a almidón que no se ha
elaborado por fusión y que, por lo tanto, su estructura cristalina
no se ha alterado. En ciertas realizaciones preferidas, el
contenido de almidón no tiene más de aproximadamente el 2% en peso
de agua. En una realización más preferida, el almidón no tiene más
de aproximadamente el 0,1% en peso de agua. En una realización
preferida, el tamaño de partícula del almidón será menor de
aproximadamente 15 micras, preferiblemente de aproximadamente 5 a 10
micras, y más preferiblemente menor de aproximadamente 5
micras.
El contenido de almidón sin modificar de la
composición biodegradable es de aproximadamente 30 a 55% en peso,
preferiblemente de aproximadamente 40 a 50% en peso. En una
realización preferida, el contenido total de almidón de la
composición biodegradable (es decir, el almidón desestructurado más
el almidón sin modificar) será de aproximadamente 55 a 70% en peso,
más preferiblemente de aproximadamente 60 a 65% en peso.
Para llegar a la composición de la invención, la
aleación almidón-polímero se mezcla adicionalmente
con un plastificante soluble en agua que contiene grupos hidroxilo.
Este plastificante debería tener un peso molecular de menos de
aproximadamente 1000. En ciertas realizaciones preferidas, el
plastificante puede ser glicerina, trimetilpropano, sorbitol,
eritritol o polietilenglicol. En una realización más preferida, el
plastificante es glicerina. Otros plastificantes preferido se hacen
evidentes para los expertos en la técnica, y el uso de otros
plastificantes no se alejará del ánimo de la invención. La cantidad
de plastificante utilizada es una cantidad eficaz para hacer
termoplástica la composición y para reducir la sensibilidad de la
composición al agua. Generalmente, el plastificante está presente
en una cantidad de aproximadamente 15 al 30% en peso de la
composición, preferiblemente del 20 al 30% en peso.
Además de almidón sin modificar, se pueden
incorporar a la formulación otros aditivos inertes, como por ejemplo
carbonato cálcico (CaCO_{3}). En ciertas realizaciones
preferidas, la cantidad de carga inerte adicional es de
aproximadamente el 2 al 20% en peso, más preferiblemente del 5 al
10% en peso.
La siguiente tabla resume los intervalos de
utilización preferidos:
| Material | Intervalo, % en peso | Intervalo preferido, % |
| Aleación preparada previamente total | 15-50 | 15-30 |
| Almidón sin modificar | 30-55 | 40-50 |
| Plastificante | 15-30 | 20-30 |
| CaCO_{3} | 2-20 | 5-10 |
| Valores calculados: | ||
| Almidón modificado | 9-30 | 9-18 |
| Polímero hidrófobo compatible insoluble en agua | 6-20 | 6-12 |
| Almidón total | 55-70 | 60-65 |
Las composiciones termoplásticas de esta
invención son útiles para producir artículos moldeados por inyección
de pared delgada que tienen la ventaja de ser biodegradables. Por lo
tanto, las composiciones son particularmente útiles para preparar
productos lavables, desechables como por ejemplo aplicadores de
tampón. Los productos conformados como por ejemplo películas,
fibras y piezas moldeadas se pueden preparar a partir de las
composiciones reivindicadas no sólo por procedimientos de moldeo
por inyección, sino también por procedimientos de fusión como por
ejemplo extrusión por fusión y moldeo por compresión.
AlO6H - Mater Bi®, para uso en moldeo, una
aleación almidón-polímero (Novamont).
Almidón - almidón de maíz Clinton 400, 1% en peso
de humedad (ADM, Decture IL).
CaCO_{3} - carbonato cálcico - Supermite,
tamaño de partícula 1 micra, sin tratar (ECC Internacional,
Syalacauga, Alabama).
Glicerina - 99% puro.
PEG - Carbowax, 600 MW (Union Carbide).
Atmer 129 - agente de liberación del molde del
monoesterato de glicerol (ICI).
El Mater- Bi® para uso en moldeo por inyección
(AlO6H) se obtuvo de Novamont en bolsas selladas de 50 kg. Los
gránulos se mezclaron mecánicamente con los polvos modificadores
(almidón, carbonato cálcico) y líquidos (polietilenglicol,
Carbowax, glicerina) y se alimentaron a un mezclador Brabender con
doble husillo. La temperatura del recipiente se mantuvo a 160ºC
para evitar la degradación térmica del almidón. La velocidad del
husillo era de 50 rpm y la capacidad de procesamiento total alcanzó
los 6,80-9,07 kg/h. Las hebras se enfriaron al aire
en un transportador antes de entrar al granulador. La reología de
fusión de cada composición se determinó a diversas velocidades de
cizalla usando un reómetro capilar de Keyaness (Honey Brook PA,
modelo Galaxy IV nº 0052). Las películas se prepararon moldeando
por compresión los gránulos en películas con un espesor de
0,254-0,508 milímetros (34474 KPa), 160ºC en una
prensa Pasadena, para los ensayos de caracterización y
biodegradación. Las composiciones seleccionadas se moldearon por
inyección en un aplicador de tampón usando una máquina Engle de 80
toneladas con un cilindro extrusor de 0,1474 kg.
Las unidades de digestión a escala experimental
se prepararon en una incubadora. Cada unidad contenía una mezcla de
lodos crudos y digeridos recogida recientemente a partir de una
instalación de tratamiento de residuos. También se añadieron lodos
aclimatados previamente (siembra) en un 1,5% aproximadamente. Los
digestores anaeróbicos se colocaron en una incubadora a 35ºC. Cada
material de ensayo (película de 1 gramo, espesor de
0,254-0,508 mm) se envolvieron en una malla de nylon
que contenía un peso de vidrio para asegurar el contacto con el
fondo del lodo. Se controló la pérdida de peso y el desprendimiento
gaseoso durante 30 días.
La glicerina y el almidón son muy compatibles con
la resina Mater-Bi y sus mezclas produjeron
películas transparentes. En los ensayos de biodegradación, pareció
que la parte del polímero sintético de Mater-Bi® no
se degradaba y esto mantuvo la integridad de la película. La
adición de glicerina y almidón redujo el contenido de resina
sintética en la composición y aumentó la velocidad de degradación.
En las aleaciones de almidón sin modificar, se midió una pérdida de
peso de aproximadamente el 55%, que es también la concentración
nominal de almidón en Mater-Bi®. Las resinas
modificadas han mostrado pérdidas de peso de hasta el 88%.
Se puede trazar una correlación empírica entre la
velocidad de degradación y el contenido de resina hidrófoba en la
fase continua. La concentración de las composiciones modificadas en
la fase continua se puede calcular de la siguiente manera:
% \ resina \ sintética=
\frac{[concentración \ de \ Mater\text{-}Bi®] \ X \
0,4}{[concentración \ de \ Mater\text{-}Bi®] \ + \ [almidón \
añadido]}
En la Tabla 3 se muestran la parte calculada de
resina sintética y las pérdidas de peso correspondientes.
| nº ejemplo | A | B | C | D | E | F | G |
| AlO6H | 40 | 45 | 50 | 40 | 45 | 45 | 100 |
| Glicerina | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | - |
| Almidón | 40 | 35 | 30 | 20 | 15 | - | - |
| CaCO_{3} | - | - | - | 20 | 20 | 35 | - |
| Resina sintética, %- calculado | 20 | 22,5 | 25 | 27 | 30 | 40 | 40 |
| Pérdida de peso a los 30 días, % | 88 | 80,4 | 76,6 | 70,1 | 68,5 | 54 | 55 |
Los resultados indican también que la presencia
de CaCO_{3} no tiene efecto sobre la biodegradación. Comparando
las muestras F y G con las muestras A-E, es evidente
que para conseguir una mayor velocidad de degradación, la fase
continua se puede diluir con almidón.
Las composiciones de almidón deben poseer ciertas
características de flujo de fusión para producir piezas de moldeo
por inyección con paredes delgadas, como por ejemplo aplicador de
tampón. Las medidas reológicas sugieren también que el almidón tiene
una fuerte interacción con Mater-Bi®. Esto se
manifestó con un aumento brusco de la viscosidad de fusión. Dicho
fenómeno no se observó con las cargas internas, es decir, carbonato
cálcico.
Como era de esperar, la adición de glicerina
provocó una reducción significativa de la viscosidad de fusión. Al
mismo tiempo, la glicerina hizo que la composición fuera suave y
flexible. Aunque esto ha facilitado el procedimiento de llenado del
molde, también necesitaría un periodo de enfriamiento muy largo
para evitar la distorsión de la pieza tras la eyección. Se encontró
que el efecto ablandador de la glicerina se puede compensar
añadiendo polvo de almidón pero no carbonato cálcico. Por lo tanto,
para una cantidad dada de glicerina y polvo añadido, tanto la
tenacidad como la viscosidad de fusión se puede determinar por la
proporción de almidón a CaCO_{3}. Este efecto se ilustra en las
figuras adjuntas. La Figura 1 muestra que modificando la resina
AlO6H con un 20% en peso de glicerina y un 40% en peso da como
resultado una mayor viscosidad, mientras que con un 40% de
CaCO_{3} se alcanza una viscosidad significativamente menor. La
Figura 2 demuestra la simplicidad del control de la viscosidad
variando el contenido de almidón y CaCO_{3}. En la Tabla 4 se
enumeran las diversas formulaciones y sus propiedades medidas.
Se identificó un balance crítico entre los
componentes que permitiría un moldeo de ciclo corto. Se identificó
un intervalo de viscosidad deseado de 3300- 4200 poise a una
velocidad de cizalla de 100 s^{-1} y a 160ºC. Se produjeron piezas
incompletas con mayores viscosidades y piezas blandas
distorsionadas, obtenidas al final. La adición del modificador de
flujo, Atmer 129 de ICI resultó beneficiosa, pues se comprobó que
pudo reducir la viscosidad sin disminuir el módulo (es decir, la
tenacidad) de la aleación. El efecto de Atmer en la viscosidad se
puede observar en la Tabla 4, experimentos A21, A23 y A23.
Claims (11)
1. Una composición de un material que
comprende:
- a.
- aproximadamente del 15 al 50% en peso de una aleación almidón-polímero, comprendiendo la aleación de almidón-polímero:
- i.
- aproximadamente del 50 al 80% en peso de almidón desestructurado y aproximadamente del 20 al 50% en peso de un copolímero hidrófobo seleccionado del grupo constituido por acetato de etilenvinilo que tiene un contenido molar de acetato de vinilo de aproximadamente 5 al 90%, etileno acetato de vinilo modificado que tiene aproximadamente del 5 al 90% de grupos acetato hidrolizados, etileno-acrilato de glicidilo, etileno-metacrilato de metilo, etileno-anhídrido maleico y mezclas de los mismos;
- ii.
- un plastificante presente en una cantidad de aproximadamente el 20 al 60% en peso del componente de almidón desestructurado de (i) presente en la aleación de almidón-polímero, dicho plastificante se selecciona del grupo constituido por glicerina, polietilenglicol, etilenglicol, propilenglicol, sorbitol, manitol, los derivados acetato, etoxilado y propoxilado de glicerina, polietilenglicol, etilenglicol, propilenglicol, sorbitol, manitol y mezclas de los mismos;
- iii.
- del 0 hasta aproximadamente el 20% de urea con respecto al peso del componente de almidón desestructurado de (i); y
- b.
- aproximadamente del 30 al 55% en peso de almidón sin modificar con un contenido de agua no mayor de aproximadamente el 2% en peso, y
- c.
- un plastificante hidrosoluble que contiene grupos hidroxilo que tienen un peso molecular menor de aproximadamente 1000.
2. La composición de la reivindicación 1 que
comprende, además, aproximadamente del 2 al 20% en peso de una carga
inerte.
3. La composición de la reivindicación 2 en la
que la carga inerte es carbonato cálcico.
4. La composición de la reivindicación 3 en la
que el carbonato cálcico comprende aproximadamente del 5 al 10% en
peso de la composición.
5. La composición de la reivindicación 1 que
comprende aproximadamente del 15 al 30% en peso del componente
a.
6. La composición de la reivindicación 1 que
comprende aproximadamente del 40 al 50% en peso de almidón sin
modificar, componente b.
7. La composición de la reivindicación 1 en la
que el contenido de almidón de la composición total está en el
intervalo de aproximadamente el 55 al 70% en peso.
8. La composición de la reivindicación 7 en la
que el contenido de almidón de la composición total está en el
intervalo de aproximadamente el 60 al 65% en peso.
9. Un procedimiento de preparación de una
composición biodegradable que comprende:
- a.
- mezclar aproximadamente un 50-80% en peso, con respecto al producto de la etapa (c) de almidón desestructurado con aproximadamente un 20-50% en peso, con respecto al producto de la etapa (c), de un copolímero hidrófobo seleccionado del grupo constituido por acetato de etilenvinilo que tiene una contenido molar de acetato de vinilo de aproximadamente el 5 al 90%, etileno acetato de vinilo modificado que tiene de aproximadamente el 5 al 90% de grupos acetato hidrolizados, etileno-acrilato de glicidilo, etileno-metacrilato de metilo, etileno-anhídrido maleico y mezclas de los mismos;
- b.
- mezclar el producto de la etapa (a) con un plastificante seleccionado del grupo constituido por glicerina; polietilenglicol; etilenglicol; propilenglicol; sorbitol; manitol; los derivados acetato, etoxilado y propoxilado de glicerina, polietilenglicol, etilenglicol, propilenglicol, sorbitol, manitol y mezclas de los mismos; dicho plastificante está presente en una cantidad de aproximadamente 20 al 60% en peso del componente almidón desestructurado de la etapa (a);
- c.
- mezclar, opcionalmente, el producto de la etapa (b) con hasta aproximadamente el 20% de urea con respecto al peso del componente de almidón desestructurado de la etapa (a);
- d.
- mezclar del 15 al 50% en peso, con respecto a la composición total del producto de la etapa (c) con aproximadamente del 30 al 55% en peso, con respecto a la composición total, de almidón sin modificar con un contenido de agua no mayor del 2% en peso y un plastificante soluble en agua que contiene grupos hidroxilo y que tiene un peso molecular menor de aproximadamente 1000.
10. Un artículo conformado, formado a partir de
la composición de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
11. Un artículo conformado, formado a partir de
la composición de la reivindicación 9, que es un aplicador de
tampón.
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