ES2280651T3 - Metodo para producir un material de embalaje biodegradable elastico. - Google Patents
Metodo para producir un material de embalaje biodegradable elastico. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2280651T3 ES2280651T3 ES03013262T ES03013262T ES2280651T3 ES 2280651 T3 ES2280651 T3 ES 2280651T3 ES 03013262 T ES03013262 T ES 03013262T ES 03013262 T ES03013262 T ES 03013262T ES 2280651 T3 ES2280651 T3 ES 2280651T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- starch
- extruder press
- extruded
- extruder
- product
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/3402—Details of processes or apparatus for reducing environmental damage or for working-up compositions comprising inert blowing agents or biodegradable components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
- B29C44/34—Auxiliary operations
- B29C44/56—After-treatment of articles, e.g. for altering the shape
- B29C44/5627—After-treatment of articles, e.g. for altering the shape by mechanical deformation, e.g. crushing, embossing, stretching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
- C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2003/00—Use of starch or derivatives as moulding material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2303/00—Characterised by the use of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/10—Esters; Ether-esters
- C08K5/101—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids
- C08K5/103—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids with polyalcohols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L91/00—Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L99/00—Compositions of natural macromolecular compounds or of derivatives thereof not provided for in groups C08L89/00 - C08L97/00
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Wrappers (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Método continuo para producir un artículo de almidón expandido conformado que comprende las etapas de: (a) introducir una composición de alimentación de la prensa extrusora que comprende desde un 70% hasta un 97% en peso de almidón al interior de una prensa extrusora; caracterizado porque el método comprende adicionalmente (b) extruir dicha composición a través de una boquilla tubular para generar un producto extruido tubular; (c) estirar dicho producto extruido de tuvo a medida que emerge de dicha boquilla tubular; (d) comprimir sustancialmente dicho producto extruido tubular para formar una lámina de producto extruido; y (e) conformar dicha lámina de producto extruido para formar un artículo conformado
Description
Método para producir un material de embalaje
biodegradable elástico.
Esta invención se refiere generalmente a
productos biodegradables que contienen almidón expandidos con una
flexibilidad, plegabilidad o elasticidad mejoradas y otras
propiedades adecuadas para su uso como materiales de embalaje,
particularmente para láminas extruidas, bandejas moldeadas y otros
envases para embalaje. La invención incluye un método para fabricar
productos de almidón expandidos y composiciones de alimentación de
la prensa extrusora que contienen almidón.
Actualmente, los materiales biodegradables son
muy demandados actualmente para aplicaciones en materiales de
embalaje. El poliestireno ("Styrofoam" (marca registrada)), el
polipropileno, el polietileno y otros materiales de embalaje que
contienen plástico no biodegradables comúnmente utilizados se
consideran perjudiciales para el medioambiente. El uso de tales
materiales no biodegradables disminuirá a medida que las
restricciones gubernamentales no fomenten su uso en aplicaciones de
embalaje. Son necesarios materiales biodegradables que sean
flexibles, plegables y no frágiles en una variedad de aplicaciones
de embalaje, particularmente para la fabricación de envases
biodegradables conformados para el embalaje de alimentos.
Para tales aplicaciones, el material
biodegradable debe tener propiedades mecánicas que permitan
conformar y conservar la forma deseada del envase, siendo
resistente al colapso, al rasgado o a la rotura. Además, los
materiales biodegradables con elasticidad, compresibilidad y
densidad aparente comparables a las bolitas ("peanuts")
de
"Styrofoam" (marca registrada) son necesarios en aplicaciones de embalaje suelto de relleno ("loose-fill"). Además, son necesarios materiales laminares biodegradables que tengan propiedades comparables a las de los materiales de polipropileno y polietileno, por ejemplo, en materiales de embalaje de laminación.
"Styrofoam" (marca registrada) son necesarios en aplicaciones de embalaje suelto de relleno ("loose-fill"). Además, son necesarios materiales laminares biodegradables que tengan propiedades comparables a las de los materiales de polipropileno y polietileno, por ejemplo, en materiales de embalaje de laminación.
El almidón es un polímero biodegradable
económico y abundante. Se han propuesto una variedad de materiales
biodegradables basados en almidón para su uso en aplicaciones de
embalaje. La extrusión convencional de almidón produce productos
que son frágiles, sensibles al agua y que no son adecuados para la
preparación de materiales de embalaje. Los intentos de preparar
productos basados en almidón con flexibilidad, plegabilidad o
elasticidad y otras propiedades mecánicas aceptables para varias
aplicaciones de embalajes biodegradable se han centrado
generalmente en la modificación química o fisicoquímica del almidón,
en el uso de almidón con alto contenido en amilosa y costoso, o en
mezclar almidón con polímeros sintéticos para obtener las
propiedades deseadas al mismo tiempo que conservan la
biodegradabilidad. Varias referencias se refieren a la extrusión y
al moldeo por inyección de composiciones que contienen almidón.
Las patentes de los EE.UU. 4.133.784, 4.337.181,
4.454.268, 5.322,866, 5.362.778 y 5.384.170 se refieren a películas
basadas en almidón que se elaboran mediante la extrusión de almidón
gelatinizado o desestructurado combinado con materiales poliméricos
sintéticos. La patente de los EE.UU. 5.322.866 se refiere
específicamente a un método de fabricación de películas expandidas
que contienen almidón biodegradable que incluye una etapa de
extrusión de una mezcla de almidón no procesado bruto, copolímeros
que incluyen poli(alcohol vinílico), un agente de nucleación
y un plastificante. Se dice que el procedimiento evita la necesidad
de pretratar el almidón. La patente de los EE.UU. 5.409.973 se
refiere a composiciones biodegradables elaboradas mediante la
extrusión de almidón desestructurado y un copolímero de
etileno-acetato de vinilo.
La patente de los EE.UU. 5.087.650 se refiere al
moldeo por inyección de mezclas de polímeros de injerto y almidón
para producir productos parcialmente biodegradables con una
elasticidad y estabilidad en agua aceptables. La patente de los
EE.UU. 5.258.430 se refiere a la producción de artículos
biodegradables a partir de almidón desestructurado y polímeros
químicamente modificados, que incluyen poli(alcohol vinílico)
químicamente modificado. Se dice que los artículos elaborados
tienen una biodegradabilidad mejorada, pero que conservan las
propiedades mecánicas de artículos elaborados solamente a partir
del polímero. La patente de los EE.UU. 5.292.782 se refiere a
artículos biodegradables moldeados o extruidos preparados a partir
de mezclas de almidón, un polímero termoplástico y determinados
plastificantes. La patente de los EE.UU. 5.403.875 se refiere a
mezclas de almidón con polímeros acrílicos que se procesan fundidos
para dar artículos termoplásticos. La patente de los EE.UU.,
5.393.804 se refiere a composiciones biodegradables elaboradas a
partir de masas fundidas de almidón que contienen almidón
convertido y plastificantes que incluyen poli(alcohol
vinílico). La patente de los EE.UU. 5.095.054 se refiere a métodos
de fabricación de artículos conformados a partir de una mezcla de
almidón desestructurado y un
polímero.
polímero.
La patente de los EE.UU. 4.125.495 se refiere a
un procedimiento para fabricar bandejas para carne a partir de
composiciones de almidón biodegradable. Los gránulos de almidón se
modifican químicamente, por ejemplo con un reactivo de silicona, se
mezclan con polímero o copolímero y se conforman para formar una
bandeja biodegradable poco profunda.
\newpage
La patente de los EE.UU. 4.673.438 se refiere a
la extrusión y al moldeo por inyección de almidón para la
fabricación de cápsulas. La patente de los EE.UU. 5.427.614 se
refiere a un método de moldeo por inyección en el que un almidón no
modificado se combina con un lubricante, un agente de texturización
y un acelerador del flujo del fundido.
Las patentes de los EE.UU. 4.863.655, 5.035.930
y 5.043.196 se refieren a materiales de almidón expandidos en los
que el almidón tiene al menos un 45% en peso de amilosa (materiales
de alto contenido de amilosa). Las composiciones de almidón con
alto contenido de amilosa expandidas también se han modificado
mediante reacción con oxiranos (por ejemplo, óxido de etileno) e
incluyen el producto disponible comercialmente
"ECO-FOAM" (marca registrada) en el que el
almidón se modifica mediante reacción con óxido de propileno. Los
materiales de embalaje expandidos elaborados a partir de almidón
con alto contenido de amilosa son demasiado caros para un uso
comercial práctico. La patente de los EE.UU. 5.314.754 de Knight
(24 de mayo de 1994) se refiere a la producción de artículos
conformados a partir de almidón con alto contenido de amilosa.
La solicitud de patente europea publicada EP
712883 (publicada el 22 de mayo de 1996) se refiere a productos
conformados estructurados, biodegradables con buena flexibilidad,
elaborados mediante la extrusión de almidón que tiene un tamaño de
partícula grande definido (por ejemplo de 400 a 1500 micras). Sin
embargo, la solicitud sólo ejemplifica el uso de almidón con alto
contenido de amilosa y almidón con alto contenido de amilosa
químicamente modificado.
La patente de los EE.UU. 5.512.090 se refiere a
un procedimiento de extrusión para fabricar materiales de embalaje
biodegradables de baja densidad, elásticos, que incluyen materiales
sueltos de relleno, mediante la extrusión de mezclas de almidón que
comprenden poli(alcohol vinílico) (PVA) y otros componentes.
La patente se refiere a una cantidad mínima de aproximadamente un
5% en peso de PVA. El documento de los EE.UU. 5.186.990 se refiere
a un material de embalaje biodegradable ligero producido mediante la
extrusión de sémola de maíz mezclada con un agente aglutinante
(goma guar) y agua. Se dice que la sémola de maíz contiene entre
otros componentes almidón (76-80%), agua
(12,5-14%), proteína (6,5-8%) y
grasa (0,5-1%). La patente de los EE.UU. 5.208.267
se refiere a rellenos de embalaje basados en almidón, elásticos y
compresibles, biodegradables con volúmenes elevados y pesos bajos.
Los productos se forman mediante la extrusión de una mezcla de
almidón no modificado con polialquilenglicol o ciertos derivados
del mismo y un agente de nucleación de burbujas, tal como el
dióxido de silicio. La patente de los EE.UU. 5.252.271 de Hyrum (12
de octubre de 1993) se refiere a un material de embalaje
biodegradable, de peso ligero con células cerradas formado mediante
la extrusión de un almidón modificado. Se hace reaccionar almidón
no modificado en una prensa extrusora con ciertos ácidos débiles en
presencia de agua y un compuesto de carbonato para generar CO_{2}.
Se dice que la elasticidad del producto es del 60% al 85%, con una
densidad inferior a 0,032 g/cm^{3}.
La patente de los EE.UU. 3.137.592 se refiere a
productos de almidón gelatinizado útiles para aplicaciones de
revestimiento producidos mediante un trabajo mecánico intenso de
mezclas de almidón/plastificante en una prensa extrusora. En la
patente de los EE.UU. 5.032.337 se describen mezclas de
revestimiento relacionadas que se fabrican mediante la extrusión de
una mezcla de almidón y poli(alcohol vinílico). La aplicación
de un tratamiento termomecánico en una prensa extrusora modifica
las propiedades de solubilidad de la mezcla resultante que puede
utilizarse entonces como un agente aglutinante para el revestimiento
de papel.
El documento
EP-A-0 541 050 se refiere a fibras
de almidón producidas mediante un método de hilado por fusión, que
puede utilizarse para producir materiales textiles, así como
materiales de vellón para bolsas, paños, redes, pañales, guata o
filtros.
El documento GB 965.349 se refiere a mejoras en
la extrusión del material de amilosa utilizado para producir
películas o fibras.
Aunque se ha realizado un progreso significativo
hacia materiales de embalaje biodegradables basados en almidón, no
frágiles, existe sin embargo una necesidad significativa de reducir
los costes de producción y mejorar las propiedades mecánicas y
físicas de los materiales de almidón extruidos.
La presente invención proporciona un método para
producir productos de almidón expandidos biodegradables con
propiedades mejoradas para aplicaciones de embalaje según la
reivindicación 1.
Se ha descubierto que la compresión combinada
con el estiramiento del producto extruido basado en almidón mejora
significativamente la flexibilidad, plegabilidad, resistencia
mecánica y estabilidad dimensional de los envases para embalaje
moldeados por presión, extruidos. El método preferido para la
compresión del producto extruido es mediante laminado. También se
ha descubierto que la compresión o el laminado mejora la elasticidad
de artículos de almidón expandidos, de baja densidad, extruidos,
tales como aquellos útiles para aplicaciones de relleno suelto. Se
obtienen reducciones significativas en la fragilidad de productos de
almidón extruidos mediante la compresión, el laminado, o mediante
la compresión y el estirado o el laminado y el estirado del
material tras la extrusión. La aplicación de los métodos de esta
invención permite la producción de materiales de embalaje de
almidón expandidos que tienen propiedades mecánicas apropiadas para
la aplicación de embalaje utilizando niveles significativamente
inferiores de plastificantes poliméricos caros, por ejemplo
polioles, tales como poli(alcohol vinílico).
En el método de esta invención, puede aplicarse
presión al producto extruido emergente en una dirección generalmente
perpendicular a la dirección de extrusión. Preferiblemente, se
aplica presión sustancialmente perpendicular a la dirección de
extrusión. La presión aplicada es preferiblemente suficiente para
comprimir sustancialmente las células en el producto extruido.
Sorprendentemente, se cree que comprimir sustancialmente, o
preferiblemente prensar las células del producto expandido mejora
significativamente la flexibilidad, plegabilidad o elasticidad del
producto y reduce significativamente la fragilidad. El método
preferido de aplicar presión al producto extruido es laminar el
producto extruido entre laminadores opuestos. La cantidad de presión
aplicada puede variar dependiendo de las propiedades finales
deseadas del material. La laminación se realiza preferiblemente
mientras el producto extruido todavía está caliente, lo más
preferiblemente inmediatamente tras salir el producto extruido de
la boquilla de la prensa
extrusora.
extrusora.
En otro aspecto, puede aplicarse estiramiento,
por ejemplo, mediante la tracción del filamento extruido,
sustancialmente en la dirección de la extrusión, más rápido que la
velocidad de extrusión. La extrusión puede realizarse utilizando un
aparato y métodos convencionales. El tamaño de la boquilla, la forma
de la boquilla y/o la velocidad de estiramiento aplicada se ajustan
para proporcionar las propiedades finales deseadas en el producto
extruido. El producto extruido estirado se somete a una
conformación, moldeo y/o corte adicionales para obtener un artículo
conformado final deseado para que sea adecuado para la aplicación
planificada. El estiramiento del producto extruido basado en
almidón mejora significativamente las propiedades finales de los
artículos extruidos conformados, incluyendo los recipientes para
embalaje moldeados a presión.
En otra realización del método, el producto
extruido se estira, por ejemplo, mediante la tracción del filamento
extruido a medida que sale de la boquilla a una velocidad superior a
la velocidad de extrusión. Las velocidades de estiramiento
preferidas son desde aproximadamente 1,1 hasta aproximadamente
1,5.
El producto extruido puede estirarse antes,
después o al mismo tiempo que se lamina. Preferiblemente, se aplica
un estiramiento al mismo tiempo que la compresión. La forma
preferida de comprimir y estirar el producto extruido es utilizar
laminadores en los que la velocidad del laminador se fija más rápida
que la velocidad de extrusión. En este caso, el producto extruido
se lamina y se estira. Las velocidades del laminador para un
estiramiento se fijan normalmente inferiores o iguales a un 50% más
rápido que la velocidad de extrusión. Las velocidades preferidas
del laminador para un estiramiento están entre aproximadamente un
10% y aproximadamente un 20% más rápidas que la velocidad de
extrusión. Sin embargo, la cantidad deseada de estiramiento depende
de las propiedades finales deseadas del producto tal como se
utiliza en el presente documento, una velocidad del laminador del
10%, 20% o del 50% más rápida que la velocidad de extrusión
significa una velocidad de estiramiento de 1,1, 1,2 o 1,5 del
producto extruido, respectivamente.
El producto de almidón expandido comprimido y
estirado es biodegradable y tiene una baja fragilidad y otras
propiedades que lo hacen atractivo para su uso en aplicaciones de
embalaje.
En una realización, esta invención proporciona
láminas de almidón mejoradas para aplicaciones de embalaje y
amortiguación. Se preparan láminas mediante laminado, o mediante
laminado y estirado del producto extruido, utilizando un laminador
plano. Las láminas de almidón expandidas laminadas son generalmente
útiles en aplicaciones de embalaje y envoltura y en la fabricación
de materiales laminados para aplicaciones de embalaje, tales como
para fabricar sobres de correo y recipientes relacionados. Mediante
el método de esta invención pueden formarse láminas de una hoja, de
dos hojas o de múltiples hojas.
En otra realización, esta invención proporciona
artículos de almidón moldeados mejorados, particularmente artículos
que se moldean por presión a partir de láminas de almidón extruidas,
comprimidas y estiradas. Las láminas para los artículos moldeados
por presión preferiblemente se laminan o se laminan y se estiran.
Los artículos moldeados pueden tener varios tamaños y formas que
incluyen bandejas profundas y poco profundas, tazas, cubas, tubos y
otros envases. Los artículos moldeados también pueden ser bandejas o
envases con uno o múltiples compartimientos y también pueden
conformarse con salientes, rebordes o bordes internos o externos.
El producto extruido de almidón se lamina y/o estira antes del
moldeo por presión. El moldeo por presión puede utilizar equipo y
procedimientos convencionales.
En todavía otra realización, esta invención
proporciona materiales de almidón expandidos mejorados que tienen
alta elasticidad, una compresibilidad adecuada, baja densidad, baja
capacidad de formar polvo y baja fragilidad para su uso en
aplicaciones de embalaje de relleno suelto. Estos materiales de
almidón mejorados se producen mediante los métodos descritos en el
presente documento por extrusión, combinada con una etapa de
compresión o preferiblemente, prensado sustancial de las células en
el producto extruido, preferiblemente mediante una laminación del
producto extruido caliente. El relleno suelto puede producirse en
una variedad de formas mediante la elección de combinaciones
adecuadas de las formas de la boquilla y del laminador. Esta
invención proporciona un producto de almidón expandido suelto de
relleno con una elasticidad superior al 50%, útil para aplicaciones
de embalaje. Los productos de relleno suelto de esta invención
tienen propiedades de flexibilidad y compresibilidad comparables al
relleno suelto "Styrofoam".
Los métodos de esta invención pueden utilizarse
esencialmente con cualquier composición de almidón adecuada para la
extrusión. En particular y preferiblemente, el método puede
utilizarse con composiciones de almidón en las que el componente
principal es almidón no modificado, bruto. El método de esta
invención permite el uso de niveles significativamente inferiores
de plastificantes en la alimentación de almidón de la prensa
extrusora que los anteriormente conocidos para obtener las
propiedades mecánicas deseadas en los productos finales de almidón
moldeados o expandidos.
La invención también proporciona mezclas de
alimentación de la prensa extrusora que contienen almidón no
modificado, bruto para la producción de productos de almidón
expandidos, que contienen niveles inferiores de plastificantes,
particularmente niveles inferiores de plastificantes poliméricos,
tales como PVA y polioles relacionados. Para obtener costes de
producción inferiores, las mezclas de alimentación de la prensa
extrusora contienen preferiblemente menos de un 5% (en peso) de PVA
o de un plastificante polihidroxilado relacionado. Mezclas de
alimentación de la prensa extrusora más preferidas contienen menos o
igual que aproximadamente un 2,5% de PVA o de un plastificante
polihidroxilado relacionado. Las mezclas de alimentación de la
prensa extrusora más preferidas no contienen PVA ni plastificante
polihidroxilado relacionado.
Se ha descubierto que los artículos de almidón
expandidos de peso más ligero y los artículos de almidón expandidos
moldeados por presión con buena resistencia mecánica y estabilidad
dimensional pueden producirse mediante el procedimiento de esta
invención a partir de mezclas de alimentación de la prensa extrusora
que contienen talco.
En otro aspecto, la invención proporciona un
dispositivo de extrusión en el que una prensa extrusora convencional
se combina con un dispositivo a presión que puede aplicar presión a
un producto extruido que emerge de una boquilla de prensa
extrusora, sustancialmente perpendicular a la dirección de
extrusión. La presión aplicada por laminación es suficiente para
comprimir sustancialmente, o preferiblemente para prensar las
células en el producto extruido caliente. La cantidad de presión
aplicada y la duración del tiempo de aplicación de presión dependen
de las propiedades finales deseadas del producto.
Aspectos y características adicionales de la
invención resultarán evidentes en la siguiente descripción detallada
de la invención.
La figura 1 es un dibujo esquemático de un
dispositivo de estirado y extrusión/laminación o
extrusión/laminación en la puesta en práctica de los métodos de
esta invención.
La figura 2 es un dibujo esquemático de un
alisador de flujo utilizado en el dispositivo de la figura 1.
La figura 3 es un dibujo esquemático de un
dispositivo de extrusión/compresión/corte adaptado para la
preparación de productos sueltos de relleno de esta invención.
Las figuras 4a-4e ilustran
varias configuraciones de laminadores que son apropiados para su uso
en la preparación de productos sueltos de relleno de esta
invención. Se ilustran configuraciones de laminadores que tienen 3
o 4 laminadores configurados.
Con referencia al aparato de fabricación de
extrusión esquemático de la figura 1, se describe el procedimiento
de elaborar artículos de almidón extruidos conformados de esta
invención. El almidón no modificado, bruto se mezcla con los
aditivos deseados, por ejemplo en un alimentador (1) adjunto, a
través de un tubo (2) de alimentación y se introduce en el
compartimiento de mezcla de una prensa (3) extrusora,
preferiblemente una prensa extrusora de dos tornillos, por ejemplo,
a través de una entrada (4). El tubo (2) de alimentación contiene
un alisador (5) de flujo. La mezcla se mezcla y se combina
adicionalmente, se somete a cizalladura, aumentando la presión y
temperatura en la prensa extrusora para formar una masa que se
fuerza a través de una boquilla (7) de expansión. La masa es
preferiblemente una masa fundida caliente homogénea.
Preferiblemente, la masa está plastificada.
Tal como se muestra con más detalle en la figura
2, el tubo (2) de alimentación del alimentador (1) contiene un
alisador (5) de flujo. Este dispositivo funciona para garantizar una
alimentación constante a la prensa extrusora para minimizar o
evitar la inestabilidad de la alimentación en la prensa extrusora.
El dispositivo comprende brazos (6) o radios que atraviesan la boca
del tubo de alimentación. De la forma más simple, el dispositivo
puede comprender un conjunto de hilos metálicos cruzados sujetos a y
a través de la boca del tubo de alimentación. Para aquellos
expertos en la técnica les resultarán fácilmente evidentes otras
configuraciones del alisador de flujo. Se ha descubierto que la
calidad del material extruido, particularmente la calidad de las
láminas extruidas se mejora significativamente si se utiliza un
alisador de flujo.
La forma de la boquilla de la prensa extrusora
tubular determina la forma del filamento extruido y la forma de la
boquilla se elige normalmente para preparar una forma deseada de
producto expandido. Normalmente, la mezcla se extruye fuera de la
boquilla a una presión de aproximadamente 700 a 2000 psi y el
producto extruido está a una temperatura de aproximadamente 120ºC a
aproximadamente 200ºC en la extrusión. Normalmente, la prensa
extrusora se calienta y puede tener varias zonas a lo largo de su
longitud en las que la temperatura puede ajustarse por
separado.
Para la preparación de artículos de almidón
expandidos, moldeados por presión, incluyendo bandejas, el producto
extruido se forma como un tubo mediante el uso de una boquilla de
prensa extrusora anular o tubular. El espesor del tubo de la prensa
extrusora está preferiblemente entre aproximadamente 0,1 y 0,05
pulgadas y más preferiblemente entre aproximadamente 0,1 a 0,03
pulgadas. El tubo extruido producido se comprime preferiblemente de
forma inmediata, por ejemplo, laminando, o laminando y estirando,
entre un par de laminadores opuestos planos. La laminación del tubo
da como resultado una lámina de dos hojas. Pueden formarse láminas
de múltiples hojas mediante la superposición dos o más tubos
extruidos seguido de su compresión o laminación. Alternativamente,
el tubo extruido puede dividirse para formar una banda que a
continuación se comprime o se lamina para dar una lámina de una
única hoja. Opcionalmente, la lámina comprimida o laminada se corta,
y además se conforma. Por ejemplo, una lámina laminada puede
hacerse pasar a un molde de presión donde se presiona para dar la
forma del producto deseado. El artículo conformado resultante puede
terminarse alisando o recortando los bordes o mediante la
aplicación de recubrimientos deseados. Por ejemplo, pueden aplicarse
sellantes, lubricantes, recubrimientos hidrófugos o resistentes al
agua para obtener un aspecto o calidad superficial deseados o para
minimizar la pérdida de agua desde (o la absorción del exceso de
agua por) el artículo conformado. También pueden incluirse o
añadirse colorantes, fragancias, conservantes, bactericidas en el
producto extruido utilizado para formar un artículo conformado.
El término lámina se utiliza en el presente
documento para referirse a una placa relativamente delgada,
generalmente plana de producto extruido que es preferiblemente de
espesor suficiente para permitir la formación de un artículo de
almidón expandido que conserva la estabilidad dimensional. No se
pretende que una lámina, tal como se utiliza en el presente
documento, incluya películas que no conserven la estabilidad
dimensional. El método de esta invención puede utilizarse para
elaborar películas, sin embargo, las láminas son el precursor
preferido para artículos moldeados extruidos conformados. Las
láminas preferidas para la preparación de artículos de almidón
extruidos tienen un espesor que es superior a aproximadamente 0,5 mm
(1/50 de una pulgada) y más preferiblemente superior a
aproximadamente 1,6 mm (1/16 de una pulgada). Sin embargo, en
general, el espesor de la lámina, que está determinado en parte por
la elección de la boquilla y el tipo de compresión o estiramiento
aplicado, por ejemplo la holgura del laminador, se selecciona para
obtener las propiedades y dimensiones finales deseadas en el
artículo de almidón extruido conformado.
Se ha descubierto que resulta beneficioso para
la calidad del producto final moldeado apretar los extremos del
tubo extruido antes de comprimirlo o laminarlo. Se cree que el
apriete del extremo del tubo para formar una bolsa atrapa vapor, lo
que es beneficioso durante el proceso de compresión/laminado para
mantener mejor la temperatura del producto extruido en la
compresión/laminación o para proporcionar un entorno húmedo para la
compresión/laminación. La provisión de una cámara de distribución de
vapor en el extremo de la prensa extrusora para encerrar el
producto extruido a medida que se hace pasar al laminador,
proporcionará un beneficio similar para la calidad del material
comprimido o laminado. Se ha descubierto que la duración de tiempo
entre la laminación y el moldeo tiene un efecto significativo sobre
la calidad del artículo moldeado resultante. Preferiblemente, la
lámina comprimida o laminada se hace pasar inmediatamente al molde
para un moldeo por presión. Se cree que un factor importante en
esta etapa es la temperatura del molde en relación con la
temperatura de la lámina. Preferiblemente, la lámina se moldea por
presión mientras aún está caliente. Alternativamente, el propio
molde puede calentarse para garantizar una calidad sistemática del
producto.
Puede añadirse agua al sistema de extrusión
durante la estancia de la mezcla de almidón base en la prensa
extrusora para ajustar la consistencia de la mezcla de almidón
durante la extrusión y/o para ajustar la extensión de la expansión
del producto. También pueden ajustarse los niveles de lubricante en
el producto extruido para mejorar el flujo a través de la prensa
extrusora. También pueden ajustarse los niveles de glicerina en la
prensa extrusora para mejorar el flujo y/o variar las propiedades
del producto expandido. No existe necesidad de eliminar agua de la
mezcla base en la prensa extrusora antes de la extrusión.
Específicamente, no existe necesidad de aplicar una presión
subatmosférica al producto extruido o al filamento extruido para
eliminar agua.
Continuando con referencia a la figura 1, el
producto extruido que sale de la boquilla (7) se alimenta a través
de un dispositivo (10) de laminación que tiene dos o más laminadores
(11) colocados unos respecto a otros para aplicar presión al
filamento, sustancialmente perpendicular a la dirección de
extrusión. Puede utilizarse un conjunto múltiple de laminadores,
colocados consecutivamente a lo largo de la dirección de extrusión
para aplicar presión consecutivamente al producto extruido. La
presión de cada laminador utilizado se aplica preferiblemente de
forma sustancialmente perpendicular a la dirección de extrusión.
Cada conjunto de laminadores puede fijarse para aplicar las mismas
o distintas cantidades de presión al producto extruido. Los
laminadores en un conjunto dado de laminadores pueden formar una
abertura correspondiente a la forma del producto deseado. Para la
formación de láminas de almidón expandidas, incluidas aquellas que
posteriormente se moldean opcionalmente por presión, pueden
utilizarse uno o más pares de laminadores planos opuestos.
Preferiblemente, los laminadores ejercen suficiente presión al
filamento para comprimir sustancialmente las células, o más
preferiblemente para prensar las células en el filamento. Los
laminadores también pueden utilizarse para finalizar la conformación
del producto expandido.
La etapa del procedimiento de aplicar presión al
filamento del producto extruido, preferiblemente mediante laminado,
es una mejora importante en el procedimiento de fabricación de esta
invención, que da como resultado una fragilidad significativamente
reducida de los productos de almidón extruidos. La aplicación de
presión, tal como se ha descrito en el presente documento, también
reduce la capacidad de generar polvo y el desbastado de los
productos extruidos y aumenta la densidad aparente. La presión del
laminador necesaria para obtener propiedades mejoradas depende de
la forma del producto extruido, el tamaño de célula y la densidad
aparente del producto extruido, que a su vez depende de la
composición del producto extruido, incluido el tipo de almidón y el
contenido de agua. La presión del laminador requerida necesaria para
obtener las propiedades finales deseadas se determina fácilmente
para una composición de almidón y la forma del producto particulares
empíricamente sin el gasto de una experimentación excesiva. En
general, la presión del laminador para elaborar productos de lámina
será superior que en la elaboración de relleno suelto
conformado.
La velocidad del laminador puede ajustarse para
que coincida sustancialmente con la velocidad de extrusión. Si se
hace esto, se produce un estiramiento mínimo del producto extruido.
Alternativamente, la velocidad del laminador puede ajustarse algo
más rápida que la velocidad de extrusión. En este caso, el producto
extruido se lamina y se estira. Sorprendentemente, se ha
descubierto que la compresión acompañada de estiramiento, tal como
se aplica cuando un producto extruido se lamina y se estira,
confiere propiedades mejoradas a los artículos de almidón moldeados
utilizando el producto extruido comprimido y estirado. Pueden
aplicarse velocidades de los laminadores de hasta aproximadamente
un 50% más rápidas que la velocidad de extrusión para obtener un
estiramiento con compresión. Las velocidades de los laminadores
preferidas para el estiramiento y la compresión están entre un 10%
y aproximadamente un 20% más rápidas que la velocidad de
extrusión.
La figura 3 ilustra esquemáticamente un
dispositivo de extrusión/laminación/corte adaptado para la
preparación de productos sueltos de relleno de esta invención. Las
características similares a las de la figura 1 están indicadas con
los mismos números. Se mezcla almidón, preferiblemente almidón no
modificado bruto, con los aditivos deseados, por ejemplo en un
alimentador o cámara (1) de mezcla, y se introduce en una prensa (3)
extrusora. En la figura 3, el alimentador se ilustra con
introducción directa en la prensa extrusora. También puede
utilizarse un alimentador tal como se ilustra en la figura 1 con
introducción de la alimentación a través de un alisador de flujo.
Nuevamente, la prensa extrusora es preferiblemente una prensa
extrusora de dos tornillos tal como se ilustra esquemáticamente
(12). La mezcla se mezcla y se combina adicionalmente, se somete a
cizalladura, aumentando la temperatura y la presión en la prensa
extrusora para formar una masa, preferiblemente una masa
plastificada, que se fuerza a través de una boquilla (7) de
expansión. El producto extruido se alimenta a través de un
dispositivo (10) de laminación que tiene dos o más laminadores (11)
que aplican presión al filamento, preferiblemente presión que es
sustancialmente perpendicular a la dirección de extrusión. Los
laminadores forman una abertura correspondiente a la forma del
producto deseado.
El producto extruido comprimido se corta en
longitudes deseadas mediante un dispositivo de corte, por ejemplo
una cuchilla (14) giratoria colocada después de los laminadores. El
producto extruido cortado y comprimido resultante se cura
preferiblemente en condiciones de humedad y temperatura controladas.
El curado se realiza preferiblemente entre aproximadamente 18º y
aproximadamente 30ºC, preferiblemente a 21ºC con una humedad que
oscila desde aproximadamente un 40% hasta aproximadamente un 80%,
preferiblemente de aproximadamente un 50%, durante 1 o 2 días.
La fabricación de relleno suelto de almidón
expandido y láminas de almidón expandidas se realiza normalmente en
un modo continuo mediante una alimentación continua al interior de
la prensa extrusora, mediante extrusión, compresión/laminación y
corte.
En este procedimiento puede utilizarse una
prensa extrusora de dos tornillos convencional que tiene tornillos
de alimentación, tornillos de guía individuales, paletas de cizalla
(preferiblemente 3 o más, siendo típicas 3-10) y
paletas de mezclado (normalmente 1-5). En la prensa
extrusora de dos tornillos puede utilizarse una configuración de
tornillo de tipo de expansión. El tiempo de permanencia normal de la
mezcla base (es decir, el almidón con cualquier aditivo) en la
prensa extrusora es desde aproximadamente 9 hasta aproximadamente
20 segundos y la extrusión se produce a una velocidad de desde
aproximadamente 45 hasta aproximadamente 91 kg/h (de 100 a
aproximadamente 200 lb/h) por inserto de boquilla.
El tamaño y configuración de la abertura de la
boquilla determina la forma transversal del filamento de producto
extruido. Pueden elaborarse varias formas y tamaños de productos
finales. El almidón también puede extruirse para elaborar láminas
de material de amortiguación o para un conformado adicional mediante
moldeo por presión. Normalmente, las láminas de producto que tienen
un espesor de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 6,4 mm (de 1/10
a aproximadamente ¼ de pulgada) pueden realizarse mediante el método
de extrusión/laminado. Los productos de almidón conformados para
material de embalaje de relleno suelto, por ejemplo, pueden tener
varias formas transversales, incluyendo entre otras, la ómicron
mayúscula, figura 8, varillas cortas, forma de S, forma de C,
ovalada y una omega. La forma del producto no afecta
significativamente a la elasticidad del material de embalaje suelto
de relleno. Sin embargo, la densidad aparente del relleno suelto
puede depender de la forma.
Variando la forma de la abertura de la boquilla
pueden elaborarse una variedad de formas y tamaños de los productos
finales de relleno suelto. La figura 4a ilustra el uso de dos
laminadores (21a y 21b) opuestos en combinación con una boquilla
(7a) para formar un relleno (a) suelto con la forma de la figura 8.
La configuración del laminador conformado se muestra por separado.
La figura 4b ilustra una configuración con tres laminadores (22a,
22b, y 22c) para formar un producto de sección transversal
triangular. La dirección de extrusión a través de los laminadores
se indica con la flecha 19. La figura 4c ilustra una segunda
configuración de tres laminadores (23a, 23b, y 24) para formar un
producto con forma de omega. Las figuras 4d y 4e ilustran dos
configuraciones distintas de cuatro laminadores
(25a-d y 26a-d, respectivamente) que
dan como resultado productos con lados cóncavos o convexos. Para
obtener formas deseadas de relleno suelto del producto pueden
utilizarse muchas otras configuraciones de laminadores que
contengan laminadores con formas planas, curvas u otras. En cada
uno de los dibujos de la figura 4, están indicados los husillos de
laminador y la dirección de laminación.
\newpage
Un dispositivo de laminación preferido aplica
presión al filamento de producto extruido sustancialmente
perpendicular a la dirección de extrusión. El filamento de producto
extruido caliente simplemente puede hacerse pasar a través de los
laminadores planos opuestos (que pueden distorsionar la forma
impuesta por la boquilla). Generalmente, se prefiere que el
laminador o laminadores apliquen presión de manera simétrica al
producto extruido caliente conformando la forma deseada del
producto, por ejemplo, preferiblemente se utiliza una lámina
laminada para el moldeo por presión de bandejas y envases
similares. Los laminadores pueden fabricarse de acero inoxidable,
teflón o materiales relacionados que sean inertes al producto
extruido. Los laminadores se colocan preferiblemente con respecto a
la boquilla de la prensa extrusora, de manera que el filamento del
producto extruido caliente pueda alimentarse directamente a los
laminadores mientras el filamento de producto extruido todavía está
caliente.
Previamente no se ha aplicado una etapa de
compresión o laminación a la producción de productos de almidón
expandidos. Los laminadores preferidos son cargados por muelles y la
presión aplicada puede ajustarse. Aunque la laminación es el método
preferido para aplicar presión al producto extruido para lograr las
propiedades en los artículos de almidón expandidos, los expertos
habituales en la técnica apreciarán que pueden aplicarse otros
métodos para lograr el resultado deseado. También se apreciará que
está disponible una variedad de métodos para estirar el producto
extruido. En particular, está disponible una variedad de métodos
para estirar el producto extruido antes, durante o después de la
compresión.
Preferiblemente, los laminadores se colocan
suficientemente cerca de la boquilla de la prensa extrusora de
manera que el producto extruido permanezca caliente durante la
laminación. Para facilitar la ilustración, el dispositivo de
laminador de la figura 1 muestra un conjunto de laminadores. Pueden
utilizarse dos o más conjuntos de laminadores en el método de
tratamiento de esta invención. El uso de más de un conjunto de
laminadores puede mejorar la eficacia del procedimiento. Sin
embargo, debería tenerse cuidado en mantener el producto extruido
caliente durante el proceso de laminación. Los laminadores pueden
calentarse. Para la producción de láminas de almidón en particular,
puede ser preferible el uso de dos o más laminadores para obtener
las propiedades finales deseadas.
La forma del material de embalaje de relleno
suelto afecta a la capacidad de enclavamiento del material. El
relleno suelto conformado, de manera que existe cierto enclavamiento
entre las piezas, se desplaza con menor facilidad por empuje y
protege mejor los artículos embalados frente a los daños por
impacto. Las formas de relleno suelto preferidas por su capacidad
de enclavamiento son aquellas con salientes o muescas que permiten
que las piezas se enclaven.
Las composiciones de alimentación de la prensa
extrusora preferidas en esta invención contienen almidón no
modificado bruto como componente principal (aproximadamente del 70%
a aproximadamente el 97% en peso). Pueden añadirse cantidades
minoritarias de aditivos, incluidos lubricantes, plastificantes,
humectantes, agentes de nucleación y otros agentes de expansión
(además de agua) en los que los aditivos comprenden preferiblemente
hasta un máximo del 30% en peso del peso total de los productos
extruidos. Uno de los productos extruidos preferidos contiene una
cantidad mínima de plastificantes, que incluyen poli(alcohol
vinílico) o alcohol vinílico de etileno (u otros polioles) para
obtener las propiedades deseadas cuando se procesan mediante el
método mejorado de extrusión/compresión descrito en el presente
documento. En particular, la alimentación de la prensa extrusora
preferida contiene menos de aproximadamente un 5% en peso de
poli(alcohol vinílico) o de alcohol vinílico de etileno. Una
alimentación de la prensa extrusora más preferida contiene menos o
igual a aproximadamente un 2,5% en peso o contiene menos o igual a
aproximadamente un 1% en peso de poli(alcohol vinílico) o
alcohol vinílico de etileno.
Normalmente, se añade agua a la alimentación de
la prensa extrusora durante su paso a través de la prensa
extrusora, de la forma más típica en la parte de entrada de la
prensa extrusora. El agua añadida puede representar generalmente
aproximadamente un 30% o menos de la composición de almidón en la
prensa extrusora. En el propio almidón están presentes cantidades
adicionales variables de agua. La cantidad de agua añadida en una
extrusión dada dependerá de las condiciones de extrusión, del
contenido inicial de agua del almidón utilizado y del producto
deseado. Generalmente, la cantidad de agua en el producto extruido
se ajusta para maximizar la expansión del producto extruido,
mientras que se evita un producto extruido suave o fluido.
Previamente puede mezclarse con agua o añadirse por separado a
otros componentes de mezcla base de almidón. Por ejemplo, puede
añadirse agua, y ajustar y controlar su adición a través de
orificios de entrada al interior de la prensa extrusora. La
cantidad de agua que debe añadirse depende del contenido de humedad
del almidón bruto. El contenido de agua total de la mezcla de
almidón base antes de la extrusión está normalmente entre
aproximadamente un 6% y aproximadamente un 18%.
Se ha descubierto que los artículos moldeados
por presión que tienen propiedades adecuadas para aplicaciones de
embalaje, tales como envases y bandejas, pueden prepararse
utilizando composiciones de alimentación de la prensa extrusora que
no contengan plastificantes de poliol o poliméricos, por ejemplo PVA
o EVA.
En realizaciones preferidas, esta invención
utiliza almidón no derivatizado, no modificado, bruto, que es
esencialmente almidón tal como se produce en la naturaleza en lugar
de haber sido separado físicamente de otros componentes de las
plantas. Normalmente, el almidón es un polvo (fino o grueso) o
granular. En esta invención se prefiere el almidón de maíz, sin
embargo también puede utilizarse cualquier tipo de almidón no
modificado de trigo, arroz, patatas, tapioca o similares o mezclas
de almidones. Pueden utilizarse mezclas de almidones de distintas
fuentes vegetales. Además, como fuente de almidón para el
procedimiento de esta invención pueden utilizarse otros materiales
sintéticos o naturales que comprendan almidón como componente
principal, por ejemplo harina de arroz.
\newpage
La invención no requiere el uso de almidón con
alto contenido de amilosa para obtener una alta elasticidad o
flexibilidad deseadas. La invención no requiere el uso de almidón
derivatizado, tal como almidón que se ha hecho reaccionar
químicamente en los grupos hidroxilo (por ejemplo, esterificado,
eterificado o fosforilado). La invención no requiere un
preacondicionamiento del almidón mediante un tratamiento con calor o
presión, gelatinización o desestructuración del almidón antes de la
adición a la prensa extrusora. No obstante, las composiciones de
almidón que comprenden almidón con alto contenido de amilosa,
composiciones de almidón modificado o derivatizado que se
preacondicionan, gelatinizan o desestructuran pueden tratarse
mediante el procedimiento mejorado de extrusión, compresión y
estiramiento de esta invención para proporcionar materiales
extruidos con propiedades mejoradas para su uso como materiales de
embalaje. En los métodos de esta invención, pueden utilizarse
mezclas de almidón modificado o tratado de otro modo y almidón no
modificado, bruto. El almidón preferido para su uso en esta
invención es principalmente almidón no modificado, es decir almidón
que contiene un 50% o más en peso de almidón no
modificado.
modificado.
Los productos de almidón expandidos, elásticos,
flexibles o plegables de esta invención pueden prepararse con
niveles inferiores de plastificantes, particularmente
poli(alcohol vinílico), alcohol vinílico de etileno y
materiales de poliol relacionados que se han enseñado en la técnica
anterior.
La mezcla de almidón base premezclada, la
alimentación de la prensa extrusora (que incluye cualquier agua,
lubricante, glicerina u otro componente añadido) pueden introducirse
directamente en la prensa extrusora o pueden añadirse los
componentes individuales en cualquier orden en la prensa extrusora
para mezclarlos en la misma. En un método preferido de adición de
componentes, se añaden agua, lubricante y glicerina a los
componentes restantes en la prensa extrusora a través de entradas
independientemente ajustables al interior de la prensa extrusora.
Las mezclas de alimentación de la prensa extrusora de esta invención
comprenden principalmente almidón con cantidades minoritarias de un
agente de nucleación, tal como harina de maíz o talco.
La mezcla de alimentación de la prensa extrusora
preferida de esta invención comprende principalmente almidón con
cantidades minoritarias de humectantes, plastificantes, lubricantes,
agentes de nucleación y agentes de expansión opcionales y agentes
que funcionan para reducir el tamaño de célula. La glicerina, los
polioles relacionados que incluyen pentaeritritol, y aceite vegetal,
entre otros pueden funcionar en la extrusión de almidón como
humectantes y/o lubricantes para mejorar las propiedades de flujo de
la mezcla y proporcionar superficies suaves para la extrusión. El
poli(alcohol vinílico), alcohol vinílico de etileno y los
polioles poliméricos relacionados pueden funcionar como
plastificantes. La glicerina también puede funcionar como
plastificante. El talco, una proteína como la harina de cereal, en
la albúmina de huevo o harina de sangre u otras fuentes de
proteínas, y materiales que generan CO_{2} como "Hydrocerol"
(marca registrada, Boehringer Ingelheim) pueden funcionar como
agentes de nucleación.
El bicarbonato de sodio encapsulado y las
mezclas de ácido cítrico, por ejemplo "Hydrocerol," que genera
CO_{2} y citrato de sodio (formas CF y BIH, por ejemplo,
disponibles en Boehringer Ingelheim), pueden actuar como agente de
nucleación. Están disponibles distintas formas de material
encapsulado en las que los componentes encapsulados se liberan a
distintas temperaturas. Aquellos expertos en la técnica pueden
elegir fácilmente la forma apropiada para una aplicación dada. En
general, se utiliza la forma que libera a la temperatura más baja
compatible con la aplicación. El monoestearato de glicerol y otros
monoésteres de glicerol de ácidos grasos, por ejemplo
"Myvaplex," pueden funcionar para ayudar a la formación de
células pequeñas uniformes en el material extruido. El agua
sobrecalentada en el producto extruido puede actuar como agente de
expansión. La alimentación de la prensa extrusora de esta invención
también puede incluir cantidades minoritarias adicionales de agentes
de expansión que incluyen, entre otros, sales de carbonato que
incluyen sales de sodio, potasio y amonio. Cualquier aceite vegetal
o poliol utilizado en la mezcla base preferiblemente pueden
bombearse. En general, la mezcla de alimentación de la prensa
extrusora utilizada en esta invención puede contener combinaciones
de uno o más humectantes, plastificantes, lubricantes, agentes de
nucleación y/o agentes de expansión. La cantidad máxima de estos
aditivos es preferiblemente de aproximadamente el 30% en peso del
peso total de la mezcla de alimentación de la prensa extrusora
(incluida el agua añadida). La mezcla de alimentación de la prensa
extrusora contiene preferiblemente un mínimo de estos aditivos
necesarios para obtener las propiedades deseadas del producto
extruido. La mezcla contiene una cantidad mínima de plastificantes
para disminuir su coste.
La etapa de compresión/laminación de esta
invención permite el uso de cantidades mucho menores de
plastificantes que las necesarias en los procedimientos de la
técnica anterior para obtener productos de almidón expandidos no
frágiles, flexibles. La alimentación de la prensa extrusora
preferida contiene menos de aproximadamente el 5% de plastificante.
Los alcoholes vinílicos poliméricos se utilizan frecuentemente en
procedimientos de extrusión de almidón como plastificantes. Las
mezclas de alimentación de la prensa extrusora preferidas utilizadas
en esta invención contienen menos de aproximadamente el 5% en peso
de poli(alcohol vinílico),
poli(etilen-alcohol) o alcoholes vinílicos
poliméricos relacionados (o mezclas de los mismos). Las mezclas de
alimentación de la prensa extrusora preferidas utilizadas en esta
invención incluyen aquellas en las que la cantidad de alcohol
vinílico polimérico es inferior a aproximadamente el 5% en peso y,
específicamente, aquellas que tienen menos de aproximadamente un
2,5% en peso, así como aquellas que tienen menos de aproximadamente
un 1% en peso de alcohol vinílico polimérico. Está disponible PVA
que tiene pesos moleculares promedio distintos. Airol 325 y Airol
540, ambos disponibles de Air Product se encontraron adecuados en la
alimentación de la prensa extrusora de esta invención. Las mezclas
utilizadas en esta invención también pueden contener niveles
relativamente bajos de glicerina y otros humectantes.
\newpage
Las mezclas de esta invención incluyen aquellas
en las que el contenido de glicerina es inferior a aproximadamente
el 1,5% en peso y aquellas en las que el contenido de glicerina es
inferior a aproximadamente el 0,5% en peso. Las mezclas utilizadas
en esta invención también incluyen aquellas en las que el contenido
de talco está entre aproximadamente el 1% en peso y aproximadamente
el 10% en peso y aquellas en las que el contenido de talco está
entre aproximadamente el 1% en peso y aproximadamente el 5% en
peso.
Puede incluirse monoestearato de glicerol (por
ejemplo, "Myvaplex" (marca registrada, Eastman Kodak) en la
alimentación de la prensa extrusora para proporcionar una
uniformidad mejorada del tamaño de célula en el almidón expandido.
El monoestearato de glicerol se incluye preferiblemente en la
alimentación de la prensa extrusora en una cantidad que oscila desde
aproximadamente el 0,1% hasta aproximadamente el 0,5% en peso. Más
preferiblemente, está presente en una cantidad de desde
aproximadamente el 0,15% hasta aproximadamente el 0,25% en peso.
Por ejemplo, la mezcla de alimentación de la
prensa extrusora utilizada en esta invención puede contener los
siguientes componentes expresados en porcentaje en peso: almidón
(desde aproximadamente el 70% hasta el aproximadamente 97%),
preferible y principalmente almidón no modificado, bruto; agua
añadida (hasta aproximadamente el 30%); aceite vegetal (hasta
aproximadamente el 6%); glicerina (hasta aproximadamente el 3%);
poli(alcohol vinílico) u otro plastificante (hasta
aproximadamente el 25%, máximo preferido inferior a aproximadamente
el 5%); harina de cereal proteica (hasta aproximadamente el 20%);
monoestearato de glicerol (hasta aproximadamente el 0,5%); agente de
expansión adicional (hasta aproximadamente el 0,8%); y talco (hasta
aproximadamente el 10%) con la condición de que la mezcla debe
contener un agente de nucleación. Durante la extrusión puede
añadirse más agua y/o
lubricante.
lubricante.
Otros ejemplos de mezclas de alimentación de la
prensa extrusora adecuadas para su uso en esta invención incluyen
las siguientes, en las que la composición se expresa en porcentaje
en peso:
\vskip1.000000\baselineskip
La composición A que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 60% hasta
aproximadamente un 97%;
Harina de cereal proteica desde un 0% hasta
aproximadamente un 10%, si está presente, preferiblemente desde
aproximadamente un 4% hasta aproximadamente un 10%;
Poli(alcohol vinílico) desde un 0% hasta
aproximadamente un 27%, si está presente, preferiblemente inferior a
aproximadamente un 5%;
Talco desde un 0% hasta aproximadamente un 20%,
si está presente, preferiblemente desde aproximadamente un 0,1%
hasta aproximadamente un 10%, más preferiblemente desde
aproximadamente un 0,1% hasta aproximadamente un 1,5%;
"Myvaplex" (monoestearato de glicerol)
desde un 0% hasta aproximadamente un 0,5%, si está presente,
preferiblemente desde aproximadamente un 0,1% hasta aproximadamente
un 0,3%, más preferiblemente de aproximadamente y 0,2%;
"Hydrocerol" desde un 0% hasta
aproximadamente un 2%, si está presente, preferiblemente desde
aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente un 0,5%;
con la condición un agente de nucleación debe
estar presente;
\vskip1.000000\baselineskip
La composición B que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Harina de cereal proteica preferiblemente desde
aproximadamente un 4% hasta aproximadamente un 10%;
Poli(alcohol vinílico) 0% o si está
presente, preferiblemente menos de aproximadamente un 5%, más
preferiblemente inferior a aproximadamente un 2,5% o inferior a
aproximadamente un 1%;
Talco 0% o si está presente preferiblemente
desde aproximadamente un 0,1% hasta aproximadamente un 1,5%;
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%; e
"Hydrocerol" 0% o está presente
preferiblemente desde aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente
un 0,5%;
\newpage
La composición C que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Harina de cereal proteica 0% o si está presente
preferiblemente desde aproximadamente un 4% hasta aproximadamente un
10%;
Poli(alcohol vinílico) preferiblemente
inferior a aproximadamente un 5%, más preferiblemente inferior a
aproximadamente un 2,5% o inferior a aproximadamente un 1%;
Talco preferiblemente desde aproximadamente un
0,1% hasta aproximadamente un 1,5%;
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%; e
"Hydrocerol" preferiblemente desde
aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente un 0,5%
\vskip1.000000\baselineskip
La composición D que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Harina de cereal proteica 0% o si está presente
preferiblemente desde aproximadamente un 4% hasta aproximadamente un
10%;
Poli(alcohol vinílico) preferiblemente
inferior a aproximadamente un 5%, más preferiblemente inferior a
aproximadamente un 2,5% o inferior a aproximadamente un 1%;
Talco preferiblemente desde aproximadamente un
0,1% hasta aproximadamente un 10%;
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%; e
"Hydrocerol" 0%, o si está presente,
preferiblemente desde aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente
un 0,5%;
\vskip1.000000\baselineskip
La composición E que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Poli(alcohol vinílico) preferiblemente
inferior a aproximadamente un 5%, más preferiblemente inferior a
aproximadamente un 2,5% o inferior a aproximadamente un 1%;
Talco preferiblemente desde aproximadamente un
0,1% hasta aproximadamente un 10%; más preferiblemente desde
aproximadamente un 1% hasta aproximadamente un 10%;
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%; e
"Hydrocerol" 0%, o si está presente,
preferiblemente desde aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente
un 0,5%;
\vskip1.000000\baselineskip
La composición F que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Poli(alcohol vinílico) preferiblemente
inferior a aproximadamente un 5%, más preferiblemente inferior a
aproximadamente un 2,5% o inferior a aproximadamente un 1%;
Talco preferiblemente desde aproximadamente un
0,1% hasta aproximadamente un 10%; más preferiblemente desde
aproximadamente un 1% hasta aproximadamente un 10%; y
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%;
\newpage
La composición G que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Talco preferiblemente desde aproximadamente un
1% hasta aproximadamente un 10%, más preferiblemente desde
aproximadamente un 5% hasta aproximadamente un 6%; y
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%; e
"Hydrocerol" preferiblemente desde
aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente un 0,5%;
\vskip1.000000\baselineskip
La composición H que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 70% hasta
aproximadamente un 97%;
Poli(alcohol vinílico) preferiblemente
inferior a aproximadamente un 5%, más preferiblemente inferior a
aproximadamente un 2,5% o inferior a aproximadamente un 1%;
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%; e
"Hydrocerol" preferiblemente desde
aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente un 0,5%;
\vskip1.000000\baselineskip
La composición I que comprende:
Almidón desde aproximadamente un 60% hasta
aproximadamente un 97%;
Harina de cereal proteica preferiblemente desde
aproximadamente un 4% hasta aproximadamente un 10%;
Poli(alcohol vinílico) hasta
aproximadamente un 27%;
"Myvaplex" aproximadamente un 0,2%;
Aceite, por ejemplo, aceite vegetal desde un 0%
hasta aproximadamente un 1,5%;
Glicerina desde un 0% hasta aproximadamente un
1,5%; e
"Hydrocerol" preferiblemente desde
aproximadamente un 0,2% hasta aproximadamente un 1%.
La composición de alimentación de la prensa
extrusora utilizada en esta invención puede contener opcionalmente
agentes colorantes, fragancias, bactericidas y agentes inhibidores
de moldeo. La alimentación de la prensa extrusora puede incluir
opcionalmente varias fuentes de fibra, por ejemplo, fibra de soja.
El contenido de fibra puede oscilar preferiblemente hasta
aproximadamente un 10% en peso de la alimentación de prensa
extrusora, pero puede variar para ajustar la rigidez de las láminas
extruidas y de los artículos moldeados.
Se ha descubierto que los materiales de almidón
que se han comprimido para dar láminas y se han moldeado por
presión pueden reciclarse de nuevo en el procedimiento de extrusión
moliendo los materiales muy finamente, y combinándolos con una
composición de alimentación adicional. Por ejemplo, se ha
descubierto que el uso de una alimentación de la prensa extrusora
en la que hasta aproximadamente un 20% en peso del almidón es
almidón extruido reciclado molido no da como resultado un
detrimento significativo de las propiedades del producto
conformado, extruido final. Dependiendo de las propiedades finales
deseadas del producto, puede incluirse un porcentaje superior o
inferior de material reciclado en la alimentación de prensa
extrusora para su tratamiento.
La elasticidad (también denominada elasticidad
aparente) es la capacidad de un material para recuperar su tamaño y
forma, es decir, para recuperar su volumen original, tras una
deformación por una fuerza de compresión. La elasticidad aparente
de un material se evalúa como la recuperación de volumen porcentual
mediante una medición del volumen original (como la altura de una
cantidad de material dada en un recipiente) y el volumen después de
aproximadamente una recuperación de 30 segundos desde la aplicación
de una fuerza de compresión. Los productos de relleno suelto
elaborados tal como se ha descrito en el presente documento tendrán
generalmente una elasticidad de aproximadamente un 50% o más. Los
productos de relleno suelto preferidos tendrán una elasticidad
superior a aproximadamente un 60%, y productos de relleno suelto
más preferidos tendrán una elasticidad de aproximadamente un 75% o
más. Los productos de relleno suelto más preferidos tendrán una
elasticidad entre aproximadamente un 85% y aproximadamente un 95%.
En la presente invención, una elasticidad elevada se confiere
sustancialmente a los productos expandidos conformados mediante la
etapa física de procesamiento de laminado, o preferiblemente
laminado con estiramiento del producto extruido caliente. Las
cantidades minoritarias de humectantes y plastificantes que se
incluyen en la mezcla de almidón base no explican por sí mismas las
mejoras significativas de la elasticidad.
Los materiales de embalaje también pueden
compararse y evaluarse basándose en su densidad aparente
(peso/volumen unitario) y en su compresibilidad aparente (es decir,
la máxima fuerza necesaria para comprimir la muestra hasta un %
seleccionado de su volumen original, normalmente hasta 2/3 de su
volumen original). La flexibilidad, la capacidad de doblarse sin
romperse, puede evaluarse cualitativamente aplicando una presión
manual a los productos finales extruidos y moldeados apretando para
evaluar cuánta fuerza puede aplicarse antes de que el producto
extruido se rompa.
Los productos extruidos comprimidos o laminados
de esta invención pueden tener una densidad aparente inferior a
aproximadamente 32,0 kg/m^{3} (2,0 lbs/ft^{3}), pero superior a
4,0 kg/m^{3} (0,25 lbs/ft^{3}). La densidad aparente típica para
los productos de almidón de maíz de esta invención es de
aproximadamente 8,0 a 12,8 kg/m^{2} (0,5 a 0,8 lbs/ft^{3}). El
material extruido es normalmente mucho más ligero que el producto
final ya que la compresión o la laminación aumenta la densidad
aparente. Los productos de almidón expandidos tienen un contenido de
humedad generalmente inferior al del material de alimentación de la
prensa extrusora. Normalmente, los productos expandidos
comprimidos/laminados contienen desde aproximadamente un 5% hasta
aproximadamente un 9% en peso de humedad y más normalmente desde
aproximadamente un 6% hasta aproximadamente un 7% en peso de
humedad.
Las propiedades mecánicas de un artículo de
almidón expandido y moldeado por presión y otros elaborados mediante
los métodos de esta invención pueden evaluarse, por ejemplo,
mediante la preparación de barras Izod y elásticas según los métodos
de ensayo ASTM, D638-84 y
D256-84.
Los productos de almidón extruidos expandidos de
esta invención son útiles en aplicaciones de artículos conformados
para materiales de embalaje. Además del material de embalaje de
relleno suelto, las láminas de almidón para envolver u otras
aplicaciones pueden elaborarse mediante el método de
extrusión/laminado de esta invención. En particular, las láminas de
almidón producidas mediante los métodos del presente documento
pueden combinarse con papel y otros materiales biodegradables para
preparar materiales laminados biodegradables, tales como los sobres
de correo.
Además, pueden producirse artículos que tienen
una variedad de formas, incluyendo bandejas y otros envases,
mediante los métodos del presente documento combinados con métodos
convencionales de moldeo, particularmente moldeo por presión, de
almidón expandido.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos del
principio subyacente de esta invención.
Se prepararon láminas de almidón extruidas
útiles para un moldeo por presión de bandejas y otros artículos
conformados con baja fragilidad, una flexibilidad adecuada y
estabilidad dimensional útil utilizando el método de
extrusión-compresión de esta invención,
ejemplificado mediante el uso de laminadores para aplicar compresión
al producto extruido caliente. Las composiciones de alimentación de
la prensa extrusora útiles en este método incluyen las composiciones
1-I detalladas anteriormente.
Los componentes de la mezcla de alimentación se
mezclaron antes de su introducción en la prensa extrusora. Se añadió
agua independientemente a la prensa extrusora. La prensa extrusora
utilizada es una prensa extrusora de dos tornillos modelo Wenger
TX52 (Wenger Manufacturing, Inc. Sabetha, Kansas) que se adaptó con
tornillos de alimentación, un tonillo de guía individual, 5 paletas
de cizalla, y 10 paletas de mezclado. El cilindro de la prensa
extrusora tiene tres zonas de temperatura. La mezcla se plastificó
en la prensa extrusora. En general, las condiciones de la prensa
extrusora se fijaron, tal como se conoce en la técnica, para
proporcionar un flujo suave de producto extruido. A continuación, se
proporcionan más detalles.
En las extrusiones fueron adecuadas
configuraciones de tornillo habituales (nº 1), de alta intensidad
(nº 2) o de intensidad media (nº 3).
Las condiciones experimentales para la extrusión
son:
La configuración (nº 1) de tornillo tiene las
siguientes características:
| 4 ea | 1,5 D 3/4 paso | |
| 10 ea | Cizalla bilobular a 45 grados | |
| 4 ea | 1,5 D 3/4 paso | |
| 5 ea | Cizalla bilobular a 45 grados | |
| 1 ea | 376 tornillos cónicos |
\global\parskip0.900000\baselineskip
La configuración (nº 2) de tornillo tiene las
siguientes características:
| 4 ea | 1,5 D 3/4 paso | |
| 10 ea | Cizalla bilobular a 45 grados | |
| 2 ea | 1,5 D 3/4 paso | |
| 1 ea | 1,5 D 1/2 paso (paleta de corte) | |
| 1 conjunto | Cierres circulares de cizalla, 6,5 mm de espesor (36/52 OD) | |
| 1 conjunto | Cierres circulares de cizalla, 6,5 mm de espesor (42/47 OD) | |
| 8 ea | Cizalla bilobular a 45 grados | |
| 1 conjunto | Cierres circulares de cizalla, 13 mm de espesor(36/52 OD) | |
| 1 ea | 387 tornillos cónicos |
La configuración (nº 3) de tornillo tiene las
siguientes características:
| 4 ea | 1,5 D 3/4 paso | |
| 10 ea | Cizalla bilobular a 45 grados | |
| 2 ea | Cizalla bilobular (delgada) | |
| 3 ea | 1,5 D 3/4 paso | |
| 1 conjunto | Cierres circulares de cizalla, 6,5 mm de espesor (42/47 OD) | |
| 8 ea | Cizalla bilobular a 45 grados | |
| 1 conjunto | Cierres circulares de cizalla, 13 mm de espesor(36/52 OD) | |
| 1 ea | 387 tornillos cónicos |
Serie
1
La alimentación de la prensa extrusora (en
porcentaje en peso) utilizada fue: almidón de maíz no modificado,
bruto 92,1%; PVA (Airvol 540) (Air Products) 2,4%); Talco 5,1%;
"Myvaplex" 0,2%; e Hydrocerol BIH 0,3%.
Las condiciones experimentales para las
extrusiones son:
Configuración nº 1 de tornillo, boquilla tubular
del tornillo de RPM 474 (Assembly Dwg 2979025A (BEI) con cuerpo de
boquilla exterior ajustable, cuerpo de boquilla nº 2979025A, mandril
nº 2979022A. Huelgo del laminador 0,203 mm. Velocidad del laminador
28 RPM (corresponde aproximadamente a la velocidad de alimentación
de la prensa extrusora (es decir, la velocidad de extrusión).
Velocidad de alimentación 28,6 kg/h (63 lb/h).
| Temperaturas (ºC) | Z4 180º | |
| Z3 100º | ||
| Z2 70º | ||
| Z1 120º | ||
| Adición de agua 95 g/min (0,21 lbs/min) | ||
| Energía mecánica específica 0,099 |
La velocidad del laminador se fijó para que
correspondiera aproximadamente a la velocidad de alimentación de
manera que las láminas se laminaron pero no se estiraron. La
laminación mejoró la calidad de la lámina y garantizó un contenido
de humedad más uniforme en la lámina. El aumento de la flexibilidad
en la laminación fue evidente. En esta serie se produjeron bandejas
de buena calidad (flexibles con estabilidad dimensional).
Serie
2
La alimentación de la prensa extrusora (en
porcentaje en peso) utilizada fue: almidón de maíz no modificado,
bruto 94,3%; talco 5,2%; "Myvaplex" 0,2%; e Hydrocerol BIH
0,3%; una alimentación que no contiene PVA. Las condiciones de la
prensa extrusora fueron:
Configuración nº 1 de tornillo, RPM del tornillo
500. La misma boquilla que en la serie 1. Huelgo del laminador 0,203
mm. Velocidad del laminador 17 RPM. Velocidad de alimentación 28,6
kg/h (63 lb/h).
| Temperaturas (ºC) | Z4 180º | |
| Z3 100º | ||
| Z2 70º | ||
| Z1 136º | ||
| Adición de agua 0,113 kg/min (0,25 lbs/min) | ||
| Energía mecánica específica 0,087 |
\global\parskip1.000000\baselineskip
Se produjeron bandejas de excelente calidad
utilizando este método.
Serie
3
Esta serie utilizó la misma alimentación que en
la serie 1 y pretendía para evaluar el uso de una velocidad de
alimentación más alta y un tornillo de alta intensidad. Las bandejas
elaboradas eran de excelente calidad y no se observó ninguna
diferencia significativa en cuanto a la variación de los parámetros.
Condiciones de la prensa extrusora:
Configuración nº 2 de tornillo, RPM del
tornillo 480. La misma boquilla que en la serie 1. Huelgo del
laminador 0,203 mm. Velocidad del laminador 17 RPM (lámina estirada
y laminada. Velocidad de alimentación 33 kg/h (72,8 lb/h).
| Temperaturas (ºC) | Z4 180º | |
| Z3 100º | ||
| Z2 70º | ||
| Z1 153º | ||
| Adición de agua 0,145 kg/min (0,32 lbs/min) | ||
| Energía mecánica específica 0,11 |
Serie
4
Esta serie utilizó láminas extruidas recicladas
(aproximadamente 10% en peso del producto extruido total). La
alimentación de la prensa extrusora (en porcentaje en peso)
utilizada fue: almidón total 92,1% (almidón de maíz no modificado,
bruto más lámina de almidón extruida reciclada, elaborada utilizando
la fórmula de la serie 1 anterior); PVA 2,4%; talco 5,1%;
"Myvaplex" 0,2% e Hydrocerol BIH 0,3%. La lámina extruida
reciclada es el producto restante de las series de ensayo previas de
la prensa extrusora. Los materiales para el reciclado se
convirtieron primero en escamas en una escamadora y a continuación
se molieron tres veces hasta alcanzar una consistencia fina en un
molino Fitz. El material molido se mezcló con nuevo material en una
mezcladora horizontal con cinta helicoidal; el tiempo de mezclado
fue el habitual, aproximadamente de 15 min. Las bandejas elaboradas
a partir de la alimentación que contiene láminas extruidas
recicladas eran plegables y tenían una alimentación suave.
Condiciones de la prensa extrusora:
Configuración nº 1 del tornillo, RPM del
tornillo 500. la misma boquilla que en la serie 1. Huelgo del
laminador 0,203 mm. Velocidad del laminador 24 RPM. (Se aumentó a
medida que aumentaba la velocidad de alimentación). Velocidad de
alimentación 28,6 kg/h (63 lb/h) (que aumenta hasta 45,8 kg/h (101
lbs/h))
| Temperaturas (ºC) | Z4 180º | |
| Z3 100º | ||
| Z2 70º | ||
| Z1 127º | ||
| Adición de agua 0,113 kg/min (0,25 lbs/min) | ||
| Energía mecánica específica 0,099 |
\vskip1.000000\baselineskip
Se prepara un material de embalaje de relleno
suelto de alta elasticidad (desde aproximadamente un 85% hasta
aproximadamente un 95%) en la forma de una varilla utilizando una
mezcla base que tiene los siguientes componentes enumerados como %
en peso:
| % en peso | ||
| Almidón de maíz no modificado | 77,7 | |
| Agua | 2,8 | |
| Aceite vegetal | 0,97 | |
| Glicerina | 1,6 | |
| poli(alcohol vinílico) | 4,9 | |
| Harina de maíz | 9,7 | |
| "Myvaplex" (marca registrada, Eastman Kodak, monoglicérido de ácido | 0,39 | |
| esteárico, es decir, monoestearato de glicerol) | ||
| talco | 1,9 |
El almidón de maíz utilizado tenía
aproximadamente un 22% en peso de amilosa y desde aproximadamente un
8% hasta aproximadamente un 15% en peso de agua. El
poli(alcohol vinílico) utilizado tenía un intervalo de peso
molecular desde 200,000 hasta 300,000.
Estos componentes, excepto el agua, el aceite
vegetal y la glicerina se mezclaron antes de introducirlos en la
prensa extrusora. Se añadieron agua, aceite vegetal y glicerina
independientemente a la prensa extrusora a través de entradas
separadas. La prensa extrusora utilizada era una prensa extrusora de
dos tornillos modelo Wenger TX52 (Wenger Manufacturing, Inc.
Sabetha, Kansas) que se adaptó con tornillos de alimentación,
tornillos de guía individuales, 5 paletas de cizalla, 10 paletas de
mezclado y un inserto de boquilla con un diámetro de 2,54 mm (100
mil) para producir un producto extruido en forma de varilla. El
cilindro de la prensa extrusora tenía tres zonas de temperatura (150
Z6 [temperatura real 144ºC], 90 Z5 [temperatura real 139ºC] y 70 Z4
[temperatura real no medida]). Las rpm del tornillo eran 495. La
masa plastificada se extruyó a una velocidad de 50 kg/h (110 lb/h)
a 6900 kPa (1000 psi) y el producto extruido estaba a una
temperatura de aproximadamente 175ºC. El tiempo de permanencia del
material en la prensa extrusora fue de aproximadamente 13
segundos.
El material extruido se laminó perpendicular a
la dirección de extrusión hasta comprimir sustancialmente las
células en el mismo. Después de la laminación, el filamento puede
cortarse en segmentos pequeños de aproximadamente la misma longitud
(aproximadamente 25,4 mm (1 pulgada) de longitud). Los productos
expandidos, laminados y cortados se curaron a 21ºC a 50% de humedad
durante 24 h. El producto curado tenía una excelente elasticidad y
resistencia a la abrasión.
Se introdujo una mezcla base de esta invención
en una prensa extrusora, tal como la prensa extrusora de dos
tornillos descrita en el ejemplo 1, adaptada con una boquilla plana
o de ranura para formar láminas extruidas. Las láminas extruidas se
laminan con laminadores, preferiblemente dos conjuntos de
laminadores planos, que ejercen una presión perpendicular a la
dirección de extrusión y perpendicular al plano de la lámina. La
presión ejercida en la lámina fue suficiente para prensar
sustancialmente las células en la lámina. La lámina laminada se
recoge, si se desea, mediante arrollamiento en un rodillo y se corta
a lo largo de su anchura a lo largo para formar longitudes de
lámina deseadas. El material de lámina laminada se cura a
aproximadamente temperatura ambiente con una humedad media
(aproximadamente del 40-60%).
La lámina de almidón plegable resultante puede
utilizarse directamente en aplicaciones de embalaje o puede
utilizarse en productos de embalaje laminados. Los productos de
embalaje laminados incluyen, entre otros, papel "Kraft"
laminado con lámina de almidón plegable.
El papel "Kraft" se humedece con agua, se
coloca una lámina de almidón de tamaño adecuado sobre el papel
humedecido y el papel en capas y la lámina de almidón se laminan
para garantizar un contacto y adhesión totales de las dos capas.
Pueden añadirse capas adicionales de papel y/o láminas de almidón
mediante etapas similares para obtener un material laminado de
múltiples capas. Puede utilizarse papel "Kraft" con una sola
capa (aproximadamente 2,5 mm - aproximadamente 6,4 mm (1/10 -
aproximadamente ¼ de pulgada) de lámina de almidón para fabricar
sobres revestidos u otros recipientes para correo.
Claims (28)
1. Método continuo para producir un artículo de
almidón expandido conformado que comprende las etapas de:
(a) introducir una composición de alimentación
de la prensa extrusora que comprende desde un 70% hasta un 97% en
peso de almidón al interior de una prensa extrusora;
caracterizado porque el método comprende
adicionalmente
(b) extruir dicha composición a través de una
boquilla tubular para generar un producto extruido tubular;
(c) estirar dicho producto extruido de tuvo a
medida que emerge de dicha boquilla tubular;
(d) comprimir sustancialmente dicho producto
extruido tubular para formar una lámina de producto extruido; y
(e) conformar dicha lámina de producto extruido
para formar un artículo conformado.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho producto extruido tubular se estira sometiéndolo a tracción
desde dicha boquilla tubular a una velocidad más rápida que la
velocidad de extrusión.
3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el
que dicho producto extruido tubular se estira a una velocidad de
hasta 1,5.
4. Método según la reivindicación 1, 2 o 3, en
el que dicho producto extruido tubular se estira a una velocidad
que oscila desde 1,1 hasta 1,2.
5. Método según la reivindicación 1, en el que
dicha lámina de producto extruido se introduce en un molde a
presión y después dicha lámina de producto extruido se conforma para
formar un artículo conformado.
6. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicho producto extruido tubular se comprime
sustancialmente haciendo pasar dicho producto extruido a través de
un conjunto de laminadores para formar dicha lámina de producto
extruido.
7. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el producto extruido tubular se comprime
sustancialmente haciendo pasar dicho producto extruido tubular a
través de al menos un conjunto de laminadores, y dicho producto
extruido laminado también se estira antes, después o al mismo tiempo
que se comprime dicho producto extruido laminado.
8. Método según una de las reivindicación
anteriores, en el que el producto extruido tubular se comprime
sustancialmente mientras dicho producto extruido está caliente.
9. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende menos de un 5% en peso de un
plastificante polimérico.
10. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende menos de un 2,5% en peso de un
plastificante polimérico.
11. Método según una de las reivindicaciones
anteriores 9 y 10, en el que dicho plastificante polimérico es
poli(alcohol vinílico).
12. Método según una de las reivindicaciones
anteriores 9 y 10, en el que dicho plastificante polimérico es
alcohol vinílico de etileno.
13. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende además menos del 10% en peso de un agente
de nucleación.
14. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende además menos del 5% en peso de un agente
de nucleación.
15. Método según una de las reivindicaciones
anteriores 13 o 14, en el que dicho agente de nucleación es harina
de cereal proteica.
16. Método según una de las reivindicaciones
anteriores 13 o 14, en el que dicho agente de nucleación es
talco.
17. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende además un lubricante.
18. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende además un humectante.
19. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende además un agente de expansión.
20. Método según la reivindicación 19, en el que
dicha composición de alimentación de la prensa extrusora comprende
además menos del 1,5% en peso de un agente de expansión.
21. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende uno o más tipos diferentes de
almidón.
22. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicho almidón comprende almidón no
modificado.
23. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende un almidón comprimido expandido
reciclado.
24. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicho almidón en dicha composición de
alimentación de la prensa extrusora es un 20% o menos en peso de
almidón comprimido expandido reciclado.
25. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicho almidón en dicha composición de
alimentación de la prensa extrusora es un 10% o menos en peso de
almidón comprimido expandido reciclado.
26. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende además monoestearato de glicerina.
27. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha composición de alimentación de la
prensa extrusora comprende harina de arroz.
28. Método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicho artículo es una bandeja.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1997/000677 WO1998031523A1 (en) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Resilient biodegradable packaging materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2280651T3 true ES2280651T3 (es) | 2007-09-16 |
Family
ID=22260233
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES97905580T Expired - Lifetime ES2241038T3 (es) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Materiales de embalaje biodegradables elasticos. |
| ES03013262T Expired - Lifetime ES2280651T3 (es) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Metodo para producir un material de embalaje biodegradable elastico. |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES97905580T Expired - Lifetime ES2241038T3 (es) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Materiales de embalaje biodegradables elasticos. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP1354685B1 (es) |
| AT (1) | ATE292003T1 (es) |
| AU (1) | AU2242997A (es) |
| DE (1) | DE69732919T2 (es) |
| DK (1) | DK0954422T3 (es) |
| ES (2) | ES2241038T3 (es) |
| WO (1) | WO1998031523A1 (es) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7326743B2 (en) | 1998-12-14 | 2008-02-05 | Plantic Technologies Ltd. | Biodegradable polymer |
| ATE302817T1 (de) * | 1998-12-14 | 2005-09-15 | Plantic Technologies Ltd | Biologisch abbaubares polymer |
| US7384993B2 (en) | 1999-12-13 | 2008-06-10 | Plantic Technologies Ltd | Biodegradable polymer |
| DE10052543A1 (de) * | 2000-10-23 | 2002-04-25 | Artur Fischer Tip Gmbh & Co Kg | Formgebungswerkzeug zum Rundformen eines aus einem festen Schaum bestehenden, plastisch verformbaren Spielbausteins und Verfahren zur Herstellung eines Hohlkörpers aus einem aus einem festen Schaum bestehenden Spielbaustein |
| US20090123681A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-14 | Weder Donald E | Decorative grass and packaging material formed of renewable or biodegradable polymer materials and methods of producing same |
| GB2413787A (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-09 | Green Light Products Ltd | Manufacture of biodegradable packaging material |
| CN101061167B (zh) | 2004-10-05 | 2010-12-15 | 普朗蒂克科技有限公司 | 可成型的生物降解性聚合物 |
| DK2829377T3 (en) * | 2013-07-23 | 2015-10-19 | Sto Se & Co Kgaa | Process for manufacturing an insulating element |
| CN109553810A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-02 | 王泽宝 | 一种环保型缓冲剂及其制备工艺 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB965349A (es) * | 1961-12-16 | 1964-07-29 | Department Of Agriculture And Inspection | |
| US5114656A (en) * | 1987-07-17 | 1992-05-19 | Dionne Robert A | Method of forming packaging material |
| AT393272B (de) * | 1989-06-07 | 1991-09-25 | Rettenbacher Markus Dipl Ing | Verfahren zur herstellung von extrudierten, direkt expandierten biopolymerprodukten und holzfaserplatten, verpackungs- und isoliermaterialien |
| WO1992008759A1 (en) * | 1990-11-20 | 1992-05-29 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Expandable and expanded (foamed) solid products |
| DE4136694C2 (de) * | 1991-11-07 | 1996-10-10 | Inventa Ag | Stärkefaser oder Stärke-modifizierte Faser, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung |
| US5208267A (en) * | 1992-01-21 | 1993-05-04 | Univ Kansas State | Starch-based, biodegradable packing filler and method of preparing same |
| DE4344219A1 (de) * | 1992-12-24 | 1994-06-30 | Osamu Chikazawa | Formmasse, Formteil und Herstellungsverfahren |
| DE4400330C2 (de) * | 1993-03-24 | 1997-10-02 | Naturpack Gmbh Verpackungen Au | Verfahren zum Herstellen eines geschäumten Produktes oder Schaumstoffmaterials aus nichtmodifizierter Stärke sowie Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens |
| US5464878A (en) * | 1993-06-11 | 1995-11-07 | Camelot Technologies, Inc. | Degradable polymeric form and process for making |
| US5512090A (en) * | 1993-06-24 | 1996-04-30 | Free-Flow Packaging Corporation | Compositions for resilient biodegradable packaging material products |
| DE4424946A1 (de) * | 1994-07-14 | 1996-01-18 | Emsland Staerke Gmbh | Geschäumtes stärkehaltiges Material, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung |
| DE4431777C2 (de) * | 1994-09-06 | 1997-04-10 | Biotec Gmbh & Co | Formteil aus Stärkeschaumstoff |
-
1997
- 1997-01-16 WO PCT/US1997/000677 patent/WO1998031523A1/en active IP Right Grant
- 1997-01-16 DE DE69732919T patent/DE69732919T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-16 AT AT97905580T patent/ATE292003T1/de active
- 1997-01-16 ES ES97905580T patent/ES2241038T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-16 DK DK97905580T patent/DK0954422T3/da active
- 1997-01-16 AU AU22429/97A patent/AU2242997A/en not_active Abandoned
- 1997-01-16 EP EP03013262A patent/EP1354685B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-16 ES ES03013262T patent/ES2280651T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-16 EP EP97905580A patent/EP0954422B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1354685A3 (en) | 2003-12-10 |
| DE69732919T2 (de) | 2006-03-16 |
| EP1354685A2 (en) | 2003-10-22 |
| EP1354685B1 (en) | 2006-12-06 |
| AU2242997A (en) | 1998-08-07 |
| WO1998031523A1 (en) | 1998-07-23 |
| ES2241038T3 (es) | 2005-10-16 |
| DK0954422T3 (da) | 2005-08-08 |
| EP0954422B1 (en) | 2005-03-30 |
| DE69732919D1 (de) | 2005-05-04 |
| EP0954422A1 (en) | 1999-11-10 |
| ATE292003T1 (de) | 2005-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7981338B2 (en) | Resilient biodegradable packaging materials | |
| ES2322544T3 (es) | Lamina de almidon de espuma. | |
| US5766529A (en) | Resilient biodegradable packaging materials | |
| EP0696612B1 (en) | Biodegradable foamed articles and process for the preparation thereof | |
| US5801207A (en) | Biodegradable foamed articles and process for the preparation thereof | |
| JP2749918B2 (ja) | 生分解性生成物およびその製造方法 | |
| JP4714339B2 (ja) | モロコシ粉ベースの生分解性組成物、これから作られた成形品、およびこれらの成形品の作製方法 | |
| US5035930A (en) | Biodegradable shaped products and the method of preparation thereof | |
| US3399098A (en) | Method for production of foamed polyethylene | |
| ES2280651T3 (es) | Metodo para producir un material de embalaje biodegradable elastico. | |
| AU2001231742A1 (en) | Foamed Starch Sheet | |
| CN103097112A (zh) | 用于制备波纹产品的设备和方法 | |
| ES2384167T3 (es) | Procedimiento de producción de productos conformados en pellets expandidos | |
| ES2234173T3 (es) | Metodo para fabricar un cuerpo moldeado de estructura a partir de una masa que comprende polimeros naturales y agua y aparato para fabricar productos esponjosos mediante el metodo. | |
| EP0375831A1 (en) | Biodegradable shaped products and the method of preparation thereof | |
| JP2003039545A (ja) | 発泡樹脂シートの製造方法及び発泡樹脂シート並びにエンボスロール | |
| DE69737074T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines elastischen, biologisch abbaubaren Verpackungswerkstoffes |