ES2286385T3 - Recipientes biodegradables o que pueden convertirse en compost. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para formar un material biodegradable que comprende: (a) formar una suspensión de almidón pregelificado, "pregel", producida a partir de aproximadamente el 2-15% de almidón de patata en peso del pregel, y aproximadamente el 75-95% de agua en peso del pregel de tal manera que la suspensión pregelificada se mantiene a temperaturas entre 0-60ºC; (b) mezclar juntas fibras de madera o harina de madera que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y 1:8, una suspensión de almidón pregelificado producida a partir de aproximadamente el 15% de almidón de maíz en peso del pregel y aproximadamente el 85% de agua en peso del pregel, y un almidón nativo para formar una mezcla homogénea; (c) añadir a la suspensión de almidón pregelificado la mezcla homogénea para formar una composición moldeable homogénea final; y (d) moldear la composición moldeable homogénea con calor para formar un material biodegradable.
Description
Recipientes biodegradables o que pueden
convertirse en compost.
Esta solicitud está en el campo de recipientes
biodegradables y en particular que pueden convertirse en compost
que pueden contener artículos en condiciones secas, húmedas o
mojadas. Los productos se basan en composiciones de almidón
novedosas que pueden formar un gel hidratado a temperaturas bajas,
por ejemplo, entre 0-60ºC, preferiblemente entre
0-40ºC.
Materiales tales como papel, cartón, plástico,
poliestireno e incluso metales se usan actualmente en una cantidad
enorme en la fabricación de artículos tales como recipientes,
separadores, divisores, cubiertas, tapas, latas, y otros materiales
de envasado. La tecnología de tratamiento y envasado moderna permite
que se almacenen, envasen, y envíen un amplio intervalo de
artículos líquidos y sólidos en materiales de envasado mientras se
protegen de elementos dañinos, tales como gases, humedad, luz,
microorganismos, parásitos, choque físico, fuerzas de triturado,
vibración, fugas, o derrames. Muchos de estos materiales se
caracterizan como desechables, pero en realidad tienen poca
biodegradabilidad funcional, si tienen alguna. Para muchos de estos
productos, el tiempo para su degradación en el medio ambiente puede
extenderse décadas o incluso siglos.
Cada año, más de 100 mil millones de latas de
aluminio, miles de millones de botellas de vidrio, y miles de
toneladas de papel y plástico se usan en el almacenamiento y
dispensación de refrescos, zumos, comidas tratadas, cereales,
cerveza y otros productos. Sólo en los Estados Unidos, se consumen
aproximadamente 5,5 millones de toneladas de papel cada año en
materiales de envasado, lo que representa sólo aproximadamente el
15% de la producción de papel nacional anual total.
Los materiales de envasado (por ejemplo, papel,
cartón, plástico, poliestireno, vidrio, o metal) son todos, en
grados variables, dañinos para el medio ambiente. Por ejemplo, la
fabricación de productos de poliestireno implica el uso de una
variedad de productos químicos y materiales de partida peligrosos,
tales como benceno (a mutágeno conocido y una probable sustancia
cancerígena). También se han usado clorofluorocarbonos (o
"CFC") en la fabricación de productos de poliestireno
"soplados" o "expandidos". Los CFC se han relacionado con
la destrucción de la capa de ozono.
Debido a las preocupaciones medioambientales
generalizadas, ha habido presión significativa sobre las empresas
para interrumpir el uso de productos de poliestireno a favor de
materiales más seguros desde el punto de vista del medio ambiente.
Algunos grupos han estado a favor del uso de productos tales como
papel u otros productos fabricados a partir de pulpa de madera. Sin
embargo, sigue habiendo inconvenientes en el uso único de papel
debido a la enorme cantidad de energía que se requiere para
producirlo. Todavía existe una fuerte necesidad de encontrar
materiales nuevos, fácilmente degradables que cumplan con las normas
de rendimiento necesarias.
La degradabilidad es un término relativo.
Algunos productos que parecen degradarse simplemente se rompen en
partes muy pequeñas. Estas partes son difíciles de ver, pero todavía
pueden tardar décadas o siglos en desintegrarse realmente. Otros
productos se fabrican a partir de materiales que experimentan una
descomposición más rápida que los productos no biodegradables. Si
la velocidad de esta degradación es tal que el producto se degradará
en un periodo inferior a aproximadamente 24 días en condiciones
medioambientales normales, se dice que el producto puede
convertirse en compost. El logro de productos fabricados a partir de
materiales que pueden convertirse en compost que también cumplen
una variedad de necesidades, tales como recipientes para productos
en condiciones húmedas o mojadas, ha planteado un reto
significativo.
Una solución ha sido fabricar materiales de
envasado a partir de láminas horneadas, comestibles, por ejemplo,
obleas o crepés elaborados a partir de una mezcla de agua, harina y
un agente leudante. Aunque las láminas comestibles pueden
prepararse en forma de bandejas, conos y tazas que se descomponen
fácilmente, plantean varias limitaciones. Por ejemplo, puesto que
se añaden grasas o aceites a la mezcla para permitir la eliminación
de la lámina del molde para horneado, la oxidación de estas grasas
provoca que las láminas comestibles se pongan rancias. En general
las láminas comestibles son muy quebradizas y demasiado frágiles
para sustituir a la mayoría de artículos fabricados a partir de
materiales convencionales. También son demasiado sensibles a la
humedad y pueden llenarse de moho o descomponerse fácilmente antes
de, o durante, su uso previsto.
El almidón es un material abundante, económico y
renovable que se encuentra en una gran variedad de fuentes
vegetales, tales como cereales, tubérculos y frutas. En muchos
casos, se desecha el almidón como un producto secundario no deseado
del tratamiento de alimentos. El almidón es fácilmente biodegradable
y no permanece en el entorno durante un periodo significativo tras
su eliminación. El almidón también es un nutriente, que facilita su
degradación y eliminación del entorno.
Debido a la naturaleza biodegradable del
almidón, ha habido muchos intentos para incorporarlo dentro de una
variedad de materiales. El almidón se ha incorporado dentro de
composiciones de múltiples componentes en diversas formas,
incluyendo como carga y como aglutinante, así como se ha usado como
un constituyente en combinaciones de polímeros termoplásticos.
El almidón puede usarse como un aglutinante o
adhesivo para adherir juntos constituyentes sólidos para formar una
mezcla heterogénea de diferentes componentes. En algún momento antes
de o durante la fase de moldeo, el almidón se disuelve o se
gelatiniza normalmente en un disolvente apropiado, tal como agua, de
modo que el almidón se vuelve un material fluido dentro del que
pueden dispersarse los otros componentes. Puesto que el almidón
nativo tiene un punto de fusión que se acerca a su temperatura de
descomposición, es necesario añadir líquidos o disolventes polares
para dejar fundirse, solvatarse o de otro modo licuarse el almidón
para dar un estado plástico a una temperatura que es segura por
debajo de su temperatura de descomposición. Con la resolidificación
del almidón gelatinizado, normalmente mediante la eliminación de
suficiente agua por evaporación de modo que el almidón recristaliza
o se seca de otro modo, el almidón forma una matriz de unión sólida
o semisólida que puede unir el resto de los componentes juntos.
Aunque muchos han intentado durante años perfeccionar una
combinación de almidón que proporcionara un material que no daña el
medioambiente mientras que, al mismo tiempo, sea económico de
fabricar, tal combinación no se ha logrado todavía.
Todavía existe una necesidad en la técnica de
proporcionar un producto que puede convertirse totalmente en
compost que sea fuerte, que no sea propenso a moho o plagas, y que
pueda fabricarse fácilmente y de manera económica. Además, existe
una necesidad para desarrollar un procedimiento robusto para
desarrollar productos que pueden convertirse en compost que puedan
usarse para contener un material seco, mojado o húmedo en un
intervalo de temperaturas.
La publicación PCT número WO 99/02598,
presentada por Business Promotions, Inc., describe un procedimiento
para fabricar un producto biodegradable para su uso como un
recipiente para productos alimenticios, incluyendo líquidos
calientes y fríos. El producto se fabrica a presión y calor en un
molde, basado en un material básico realizado a partir de harina
que comprende amilosa derivada de una plata de cultivo comestible,
harina de madera, cera natural y agua. El material básico está
constituido sustancialmente por un granulado húmedo que comprende
50-250 partes en peso de harina,
10-85 partes en peso de harina de madera,
2-30 partes en peso de cera natural y
50-250 partes en peso de agua.
La patente europea 0773721B1 concedida a
Coöperatieve Verkoop describe compuestos realizados a partir de una
suspensión de almidón y un revestimiento de cera, que se hornea
dentro de un molde base. El revestimiento se realiza a partir de
una composición de cera que comprende al menos el 50% de cera y que
tiene una temperatura de fusión de al menos 40ºC. La composición de
almidón se realiza preferiblemente mediante un procedimiento que
incluye el 5-75% de un derivado de almidón que tiene
una capacidad de hinchamiento reducida a temperaturas elevadas
cuando se compara con almidón nativo.
La publicación PCT número WO 01/60898,
presentada por Novamont describe productos tales como láminas de
espesores y perfil diferentes basadas en almidón desestructurado o
complejado, que son biodegradables. En particular, la patente
reivindica productos parcialmente terminados, por ejemplo un
material de láminas de espuma, que comprende almidón
desestructurado o complejado espumado como una fase continua, que
tiene una densidad entre 20 kg/m^{3} y 150 kg/m^{3},
dimensiones de células en un intervalo entre 25 \mum y 700 \mum
con una distribución de células de manera que el 80% de ellas
tienen una dimensión entre 20 \mum y 400 \mum.
La patente estadounidense número 6.451.170
concedida a Cargill, Inc. describe composiciones de almidón
mejoradas de almidón catiónico reticulado, usado en el
procedimiento de fabricación de papel. La patente 170 reivindica el
siguiente procedimiento de fabricación de papel: 1) proporcionar un
componente de almidón cationizado reticulado que tiene una
viscosidad de la pasta en caliente en el intervalo desde
aproximadamente 200 cps hasta aproximadamente 3000 cps medida en un
viscosímetro Brookfield a aproximadamente 95ºC usando un husillo
número 21; 2) cocer una primera parte del componente de almidón
para generar un componente de almidón cocido a una temperatura de
cocción promedio por debajo de 165,5ºC durante un periodo de tiempo;
3) deshidratar una pasta de papel (incluyendo la pasta de papel:
(i) fibras celulósicas en una suspensión acuosa, (ii) partículas
inorgánicas que comprenden al menos el 50 por ciento en peso de
partículas que tienen un tamaño de partícula promedio no superior a
1 micrómetro, y (iii) el componente de almidón cocido); y 4) ajustar
la tasa de deshidratación cociendo una segunda parte del componente
de almidón a una temperatura promedio de al menos -12,2ºC diferente
a la primera temperatura de cocción. La cuarta etapa en el
procedimiento de fabricación de papel puede incluir también ajustar
la retención del primer paso durante la deshidratación cociendo una
segunda parte de la composición de almidón a una temperatura
promedio de al menos -12,2ºC diferente a la primera temperatura de
cocción.
La patente estadounidense número 5.122.231
concedida a Cargill, Inc. describe un nuevo almidón reticulado
catiónico para su uso en la fabricación de papel en el sistema de
extremo húmedo de una máquina de papel usando un acabado neutro o
alcalino. La patente '231 reivindica procedimientos para aumentar la
capacidad de carga del almidón en un procedimiento de fabricación
de papel en los que el procedimiento de fabricación de papel tiene
un pH de aproximadamente 6 o superior. Un procedimiento se refiere a
añadir el almidón reticulado cationizado a una pasta de papel del
procedimiento antes de la transformación de la pasta en una banda
seca en la que se cationiza el almidón hasta un grado de
sustitución en los grupos hidroxilo del almidón entre
aproximadamente 0,005 y aproximadamente 0,050 y en la que tras la
cationización el almidón se reticula hasta una viscosidad de la
pasta en caliente en el intervalo desde aproximadamente 500 cps
hasta aproximadamente 3000 cps medida en un viscosímetro Brookfield
a aproximadamente 95ºC, usando un husillo número 21. Otro
procedimiento se refiere a añadir almidón reticulado cationizado a
una pasta de papel del procedimiento en una cantidad eficaz para
hacer el potencial Z de la pasta aproximadamente cero y en el que el
almidón se cationiza con cationes monovalentes y tiene un grado de
sustitución de cationes monovalentes en los grupos hidroxilo del
almidón entre aproximadamente 0,005 y aproximadamente 0,050 y en el
que tras la cationización el almidón se reticula hasta una
viscosidad de la pasta en caliente en el intervalo desde
aproximadamente 500 cps hasta aproximadamente 3000 cps medida en un
viscosímetro Brookfield a aproximadamente 95ºC, usando un husillo
número 21.
Las patentes estadounidenses números 5.569.692 y
5.462.982, ambas cedidas a Novamont, describen una composición para
un material biodegradable que puede usarse a altas temperaturas que
comprende almidón desestructurado, un polímero termoplástico, y un
plastificante que tiene un punto de ebullición superior a 150ºC en
una cantidad desde el 20% hasta el 100% basándose en el peso de
almidón, obteniéndose dicho almidón desestructurado desestructurando
el almidón tal como está, sin la adición de agua. Los inventores
descubrieron que si un almidón se desestructura tal como está, con
la adición de un plastificante con un alto punto de ebullición (tal
como glicerina) y un agente desestructurante (tal como urea), en
una prensa extrusora calentada hasta una temperatura por debajo del
punto de ebullición del plastificante (pero entre 120ºC y 170ºC), se
obtienen composiciones de almidón desestructurado que pueden
mezclarse con polímeros que tienen puntos de fusión relativamente
altos y son adecuados para la extrusión a temperaturas superiores a
120ºC a baja presión. Las composiciones así obtenidas son
particularmente adecuadas para operaciones posteriores tales como
termoconformado y soplado.
La patente estadounidense número 5.252.271
concedida a Bio-Products International describe un
material que se basa en una composición de almidón seco, que tiene
un contenido en agua no superior al 30%; que está mezclado con un
ácido suave en forma de polvo seco (preferiblemente ácido málico,
ácido tartárico, ácido cítrico, ácido maleico y ácido succínico) en
un porcentaje del 0,2% al 7% de la composición de almidón total.
Añadiendo una composición de carbonato en polvo seca que puede
reaccionar con ácido para generar gas CO_{2} en un porcentaje de
composición del 0,1% al 2% de la composición de almidón total y
mezclando y haciendo avanzar el producto con agua dentro de un
barril de extrusión de los medios de extrusión significa generar
calor y presión elevadas para convertir el material a un estado
gelatinoso que puede secarse y permanecer maleable.
La patente estadounidense número 4.863.655
concedida a National Starch and Chemical Corp. describe un material
de envasado biodegradable que comprende un producto de almidón
expandido, de alto contenido en amilosa que tiene un contenido en
amilosa de al menos el 45% (en peso del material final) y una
densidad baja, estructura de células cerradas con buena elasticidad
y compresibilidad. Otra realización proporciona un procedimiento
para preparar el material de envasado con un contenido en humedad
total del 21% o inferior en peso, a una temperatura desde 150ºC
hasta 250ºC.
La patente estadounidense número 5.428.150
concedida a Cerestar Holdings describe un procedimiento para
preparar una composición que contiene almidón para producir un
material adecuado para la producción de artículos moldeados en los
que la composición contiene además del almidón, un producto de
degradación de almidón seleccionado de productos de hidrólisis del
almidón que tienen equivalentes de dextrosa de 1 a 40,
particularmente una maltodextrina, almidones oxidados y
pirodext.
Las patentes estadounidenses números 5.660.900,
5.868.824, y la publicación PCT número WO 96/05254 presentadas por
Khashoggi describen composiciones para fabricar artículos
biodegradables a partir de materiales sumamente cargados con
sustancias inorgánicas que tienen un aglutinante basado en almidón.
Estos documentos describen artículos de fabricación que tienen
niveles altos de carga inorgánica en una matriz polimérica sin
efectos adversos sobre las propiedades del sistema de unión. Los
artículos contienen una matriz de almidón y al menos un agregado
inorgánico, presente en al menos aproximadamente el 20% en peso (o
el 5% en volumen) de la mezcla final. La matriz se prepara a partir
de aproximadamente el 10% al 80% de un aglutinante basado en almidón
que se ha gelatinizado sustancialmente por agua y después se ha
endurecido mediante la eliminación de una cantidad sustancial de
agua mediante la evaporación con un agregado inorgánico dispersado
por toda la matriz celular unida por almidón. La mezcla se diseña
con las consideraciones principales de maximizar los componentes
inorgánicos, minimizar el componente de almidón y disolvente, y
modificar selectivamente la viscosidad para producir artículos que
tienen las propiedades deseadas para su uso previsto.
Las patentes estadounidenses números 5.736.209 y
5.810.961, y la publicación PCT número WO 97/37842, también cedidas
a Kashoggi Industries, describen procedimientos para desarrollar
papel y productos biodegradables que incluyen una matriz de unión
de almidón y éter celulósico, y fibras dispersadas de una forma
sustancialmente homogénea por toda la matriz. La patente 209
describe un intervalo de concentración para el almidón de
aproximadamente el 5% a aproximadamente el 90% en peso de sólidos
en la lámina, para el éter celulósico un intervalo desde
aproximadamente el 0,5% hasta aproximadamente el 10% en peso de
sólidos, y para las fibras un intervalo de concentración desde
aproximadamente el 3% hasta aproximadamente el 40%. Opcionalmente,
puede añadirse una carga mineral inorgánica. Se describen láminas
producidas usando este material biodegradable que tienen un espesor
inferior a aproximadamente 1 cm y una densidad superior a
aproximadamente 0,5 g/cm^{3}.
La publicación PCT número WO 01/51557, también
presentada por Khashoggi, se refiere a composiciones y
procedimientos para fabricar composiciones de almidón termoplástico
que tienen una carga de material particulado (presente en una
cantidad superior a aproximadamente el 15% en peso del almidón
termoplástico) y, opcionalmente, refuerzo con fibras. Los gránulos
de almidón nativo se hacen termoplásticos mezclando y calentando en
presencia de un plastificante apropiado (incluyendo disolventes
algo polares tales como agua o glicerina) para formar una masa
fundida de almidón. Entonces se combina la masa fundida de almidón
con uno o más materiales distintos de almidón con el fin de mejorar
las propiedades y reducir el coste de la composición de almidón
termoplástico resultante. Después de esto se combina un componente
de carga de material particulado con la masa fundida de almidón,
preferiblemente una carga de material particulado mineral económico,
que se produce de manera natural ("carga inorgánica"),
incluido en una cantidad superior a aproximadamente el 15% en peso
de la composición de almidón termoplástico. Además, esta referencia
describe una composición que comprende una masa fundida de almidón
termoplástico que tiene un contenido en agua inferior a
aproximadamente el 5% en peso cuando está en estado fundido, en la
que al menos un plastificante tiene una presión de vapor inferior a
aproximadamente 10^{5} Pa cuando está en estado fundido y en la
que se dispersa una fase de carga de material particulado sólido y
se incluye en una cantidad desde aproximadamente el 5% hasta
aproximadamente el 95% en peso. Otra realización describe la
dispersión de una fase de carga de material particulado sólido en
una cantidad desde aproximadamente el 5% hasta aproximadamente el
95% en peso de la composición de almidón termoplástico y una fase
fibrosa en una concentración desde aproximadamente el 3% hasta
aproximadamente el 70% en peso.
La patente estadounidense número 6.168.857
concedida a Khashoggi Industries describe una lámina de unión de
almidón que tiene un espesor inferior a aproximadamente 1 cm y una
densidad superior a aproximadamente 0,5 g/cm^{3} que comprende:
(a) una matriz de unión que incluye almidón y un polímero orgánico
auxiliar que puede dispersarse en agua, en la que el almidón tiene
una concentración superior a aproximadamente el 5% en peso de los
sólidos totales en la lámina; y (b) fibras dispersadas de forma
sustancialmente homogénea por toda la lámina unida por almidón; y
opcionalmente una carga mineral inorgánica.
Las patentes estadounidenses números 5.618.341,
5.683.772, 5.709.827, y 5.679.145 y la publicación PCT número WO
97/2333, cedidas a Khashoggi Industries, describen composiciones
basadas en almidón que pueden usarse para fabricar recipientes. Los
documentos US '341 y '145 muestran procedimientos para dispersar
fibras dentro de una composición fibrosa que comprende las etapas
de: (a) combinar juntos agua, fibras y un agente espesante de
manera que el agente espesante (tal como un almidón pregelatinizado)
y agua interaccionan juntos para formar una fracción fluida que se
caracteriza por una resistencia a la deformación plástica y
viscosidad que permite que las fibras se dispersen de forma
sustancialmente uniforme por toda la composición fibrosa mientras
que las fibras y la fracción fluida se mezclan juntas, teniendo las
fibras una longitud promedio superior a aproximadamente 2 mm y una
proporción de aspecto promedio superior a aproximadamente 25:1; y
(b) mezclar juntos el agente espesante, agua y fibras combinados
con el fin de dispersar de forma sustancialmente uniforme las fibras
por toda la composición fibrosa. El agente espesante está incluido
en una cantidad en un intervalo desde aproximadamente el 5% hasta
aproximadamente el 40% en peso de la fracción fluida. El
procedimiento inventivo implica un sistema fluido que puede
conferir cizallamiento a partir de un aparato de mezclado mecánico
hasta el nivel de fibras con el fin de obtener una composición
basada en almidón que tiene fibras dispersadas de forma
sustancialmente uniforme. La patente estadounidense '772 describe
adicionalmente una carga inorgánica para potenciar la resistencia y
flexibilidad de los artículos. El documento '827 describe
adicionalmente procedimientos para realizar el artículo de
fabricación que se desarrolla a partir de mezclas que incluyen
fibras que tienen una proporción de aspecto promedio superior a
aproximadamente 25:1. Las patentes '341, '772, '827, y '145 y la
solicitud WO 97/2333 describen fibras de proporciones de aspecto
altas (es decir, aproximadamente 25:1 o superior) y larga longitud
(es decir, al menos aproximadamente 2 mm) para reforzar la
estructura. La publicación PCT número WO 97/23333 describe
artículos que contienen altos contenidos en almidón (desde
aproximadamente el 50% hasta aproximadamente el 88% en peso de
almidón no gelatinizado y de aproximadamente el 12% a
aproximadamente el 50% en peso de almidón gelatinizado).
La patente estadounidense 6.303.000 concedida a
Omnova Solutions describe un procedimiento para mejorar la
resistencia del papel añadiendo una dispersión acuosa de almidón
catiónico modificada con una resina glioxálica de bloque a una
suspensión de pulpa de papel. La dispersión de almidón se prepara
gelatinizando una suspensión acuosa de gránulos de almidón
(incluyendo patata, maíz, maíz céreo, sorgo rojo y blanco, trigo y
tapioca y almidones fluidizados por ácidos, y almidones que se han
modificado químicamente de manera adicional) y haciendo reaccionar
el almidón con una resina glioxálica bloqueada a temperaturas de al
menos 70ºC, preferiblemente de 85ºC a 95ºC. Las resinas glioxálicas
bloqueadas adecuadas que pueden usarse con la invención incluyen
condensados de urea cíclica/glioxal/poliol, condensados de
poliol/glioxal, condensados de urea o urea cíclica/glioxal, y
condensados de glicol/glioxal en una cantidad desde aproximadamente
el 3% hasta aproximadamente el 30%, preferiblemente del 9% al 20%,
del peso seco total de almidón. La composición de almidón
gelatinizado resultante puede enfriarse y almacenarse, o añadirse
directamente a una suspensión de pulpa de papel diluida para
aumentar la resistencia a tracción y elasticidad del producto de
papel resultante.
La publicación PCT número WO 01/05892 presentada
por Kim & Kim describe procedimientos para fabricar artículos
sustitutos del plástico usando materiales naturales preparando un
adhesivo realizado mezclando juntos un 20% en peso de un almidón y
un 80% en peso de agua, calentando esta mezcla; lavando y secando
las cáscaras de arroz hasta un grado de secado del 98%; mezclando
juntas el adhesivo y las cáscaras de arroz de modo que se forma una
mezcla del adhesivo y las cáscaras de arroz, secándolas hasta un
grado de secado del 98%, y triturándolas hasta un intervalo de
tamaño de 0,01-0,1 mm. Después, mezclando un 80% en
peso final de la mezcla del adhesivo y las cáscaras de arroz, un 5%
en peso final de agua, y un 15% en peso final de colofonia para
formar una mezcla final; y moldeando la mezcla final usando una
máquina de moldeo a una temperatura de 100-350ºC a
una presión de 5 kg/cm a una frecuencia de producción de
30-80 segundos por producto.
La publicación PCT número WO 02/083386 también
presentada por Kim & Kim describe procedimientos para fabricar
artículos sustitutos del plástico usando materiales naturales usando
un adhesivo basado en almidón y resina de melamina. La resina de
urea o melamina es una resina termoendurecible que se forma por
reacción de melamina o urea que actúan sobre formaldehído. Los
productos se fabrican preparando en primer lugar una mezcla de un
20% en peso de un almidón y un 80% en peso de agua, calentando esta
mezcla; lavando y secando cáscaras de arroz hasta un grado de
secado del 98%; mezclando juntos el adhesivo y las cáscaras de arroz
de modo que se forma una mezcla del adhesivo y las cáscaras de
arroz, secándolas hasta un grado de secado del 98%, y triturándolas
hasta un intervalo de tamaño de 0,01-0,1 mm. Se
obtiene la resina de melamina mediante un procedimiento de, en
primer lugar, mezclar un 30% en peso de disolución de formaldehído y
un 70% en peso de agua, un 30% en peso de melamina o urea y
calentar la mezcla a una temperatura de 350ºC. Se prepara entonces
una mezcla de un 70% en peso final de la mezcla del adhesivo y las
cáscaras de arroz, un 15% en peso de agua, y un 15% en peso de
resina de melamina para formar una mezcla final. Se moldea la mezcla
final mediante una máquina de moldeo a una temperatura de
100-350ºC a una presión de 5 kg/cm a una frecuencia
de producción de 30-80 segundos por
producto.
producto.
La publicación estadounidense número US
2002/0108532 y la publicación PCT número WO 00/39213 presentadas por
Apack AG describen procedimientos para producir un cuerpo
conformado realizado a partir de una material biodegradable que
muestra buen comportamiento de expansión durante el termoconformado
desde el 7,6% hasta el 8,5% en peso de fibras celulósicas, desde el
16,1% hasta el 17,6% en peso de almidón nativo, desde el 5,4 hasta
el 6% en peso de almidón pregelatinizado y desde el 68,0% hasta el
70,6% en peso de agua. En primer lugar, se produce el almidón
pregelatinizado mezclando entre el 5,4-6% de almidón
y el 94-94,6% de agua, calentando la mezcla hasta
68-70ºC, manteniendo la mezcla constante a
68-70ºC durante 10 minutos, y enfriando el almidón
pregelatinizado hasta 50ºC. Después, añadiendo del 16,1% al 17,6%
en peso de almidón nativo, del 7,6% al 8,5% en peso de fibras
celulósicas, y del 68,0% al 70,6% en peso de agua a la disolución
pregelatinizada a una temperatura de 50ºC; mezclando durante 5
minutos para lograr una mezcla homogénea a 40ºC, no dejando que la
mezcla se enfríe sustancialmente, y colocando la mezcla en un molde
para hornear, y horneando la mezcla a 100-200ºC
durante 10-100 segundos para formar el cuerpo
conformado.
La patente alemana DE 19.706.642 concedida a
Apack Verpackungen Gmbh describe la producción de un artículo
biodegradable a partir del 25-75% de fibras, el
13-38% de almidón y el 13-38% de
agua. En primer lugar, se mezclan el 25-75% de
fibras, el 13-38% de almidón en un estado seco en un
procedimiento continuo; después se añade agua continuamente. A
continuación se somete la mezcla a un procedimiento de horneado para
obtener el artículo moldeado terminado, y después el artículo
moldeado se reviste con una película biológicamente degradable que
es impermeable a la humedad.
Aunque se han hecho numerosos intentos para
proporcionar materiales que pueden convertirse en compost y
biodegradables adecuados para envasar, las sustancias resultantes
no son ideales. Los materiales disponibles actualmente o no pueden
usarse satisfactoriamente para envasar materiales, particularmente
los que están mojados, o bien no se degradan eficazmente en
condiciones medioambientales normales. Existe una necesidad para
desarrollar materiales que reduzcan la acumulación de materiales
desechados, de degradación lenta, y limiten el daño medioambiental
producido por productos químicos tóxicos usados en la producción de
materiales de envasado.
Por tanto es un objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento robusto y materiales para la
producción de un recipiente eficazmente biodegradable.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar materiales y un procedimiento para producir un
recipiente biodegradable que puede contener productos en
condiciones secas, mojadas o húmedas.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar material y un procedimiento para producir recipientes
biodegradables mediante el uso de una disolución de almidón
pregelatinizado que es estable en un amplio intervalo de
temperaturas.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento y material para producir recipientes
biodegradables mediante el uso de una disolución de almidón de papel
pregelatinizado que es estable en un amplio intervalo de
temperaturas.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento y material para producir recipientes
biodegradables a partir de un amplio intervalo de materiales.
Es aún otro objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento y material para producir recipientes
biodegradables en un amplio rango de condiciones
medioambientales.
Es todavía otro objeto de la presente invención
proporcionar productos biodegradables y que pueden convertirse en
compost.
La patente estadounidense número 5.849.152
describe la producción de cuerpos conformados usando una masa
viscosa que contiene material fibroso, agua y almidón que pueden
convertirse en compost biológicamente.
La patente estadounidense número 5.916.503
describe un procedimiento para la fabricación de partes conformadas
a partir de cartón gris, en el que una masa que está formada a
partir de al menos un aglutinante y un material de partículas
pequeñas que se pone en contacto con el aglutinante se somete a
extrusión a altas temperaturas y
presión.
presión.
El documento
DE-A-19751234 describe un
procedimiento para la preparación de artículos moldeados espumosos
biodegradables realizados a partir de almidón, agua y fibra, para su
uso como materiales de envasado.
El documento
EP-A-524920 describe elementos
conformados basados en gel de almidón y partículas de material
fibroso en una cantidad del 5-85%.
La presente invención proporciona un
procedimiento y materiales mejorados para formar recipientes
biodegradables que pueden contener productos alimenticios en
condiciones secas, húmedas o mojadas. Los recipientes se producen
mediante el uso de una suspensión de almidón pregelificado que es
única en su capacidad para formar geles hidratados y para mantener
esta estructura de gel en presencia de muchos otros tipos de
materiales y a bajas temperaturas. Además, este almidón
pregelificado tiene la capacidad para fundirse para dar materiales
de tipo plástico a temperaturas relativamente bajas en presencia de
un amplio intervalo de materiales en condiciones medioambientales
variables. Además, este material pregelificado permite el desarrollo
de recipientes con altas fuerzas de unión y estructuras de células
abiertas para proporcionar aislamiento y reticulación de los
componentes.
Un aspecto de la presente invención es un
procedimiento para formar un material biodegradable que
comprende:
- (a)
- formar una suspensión de almidón pregelificado, el "pregel", producida a partir de aproximadamente el 2-15% de almidón de patata en peso del pregel, y aproximadamente el 75-95% de agua en peso del pregel de tal manera que la suspensión pregelificada se mantiene a temperaturas entre 0-60ºC;
- (b)
- mezclar juntas fibras de madera o harina de madera que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y 1:8, una suspensión de almidón pregelificado producida a partir de aproximadamente el 15% de almidón de maíz en peso del pregel y aproximadamente el 85% de agua en peso del pregel, y un almidón nativo para formar una mezcla homogénea;
- (c)
- añadir a la suspensión de almidón pregelificado la mezcla homogénea para formar una composición moldeable homogénea final; y
- (d)
- moldear la composición moldeable homogénea con calor para formar un material biodegradable.
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Otro aspecto de la presente invención es un
procedimiento para formar un material biodegradable que
comprende:
- (a)
- formar una suspensión de almidón de papel pregelificado que se mantiene a temperaturas entre 0-60ºC;
- (b)
- mezclar juntas harina o fibras de madera (que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y 1:8), y un(os) almidón/almidones nativo(s) para formar una mezcla homogénea;
- (c)
- añadir a la suspensión de almidón pregelificado la mezcla homogénea para formar una composición moldeable homogénea; y
- (d)
- moldear la composición moldeable homogénea con calor para formar un material biodegradable.
\vskip1.000000\baselineskip
Otro aspecto de la presente invención es un
procedimiento para crear un material resistente al agua que
comprende:
- (a)
- formar una primera suspensión de almidón pregelificado que se mantiene a temperaturas entre 0-60ºC;
- (b)
- mezclar juntas fibras de madera o harina de madera que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1: 2 y 1:8, y otro material seleccionado del grupo constituido por ceras, alcoholes grasos, fosfolípidos y glicerol;
- (c)
- añadir a la primera suspensión de almidón pregelificado la mezcla homogénea que contienen la fibra de madera y otro material;
- (d)
- moldear la composición homogénea con calor para formar un material biodegradable; y
- (e)
- revestir el material con un revestimiento resistente a líquidos.
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Otro aspecto de la presente invención es un
procedimiento para formar un material de espuma de células abiertas
mediante:
- (a)
- formar una suspensión de almidón pregelificado producida a partir de aproximadamente el 3-5% de almidón de patata (en peso del pregel) y aproximadamente el 95-97% de agua (en peso del pregel) de manera que se mantiene la suspensión pregelificada a bajas temperaturas;
- (b)
- mezclar juntas harina o fibras de madera (que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y 1:8), una segunda suspensión de almidón pregelificado (el segundo pregel) producida a partir de aproximadamente el 15% de almidón de maíz (en peso del segundo pregel) y aproximadamente el 85% de agua (en peso del segundo pregel), y polvos para hornear del 0,4-12% de polvos para hornear (en peso de la composición moldeable homogénea) para formar una mezcla homogénea;
- (c)
- añadir a la suspensión de almidón de patata pregelificado una mezcla homogénea que contiene las fibras de madera y almidón de maíz pregelificado para formar una composición moldeable homogénea; y
- (d)
- moldear la composición moldeable homogénea con calor para formar un material biodegradable.
Preferiblemente, la suspensión pregelificada se
mantiene a temperaturas entre 0-40ºC.
Preferiblemente, las fibras de madera o harina
de madera tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente
1:2 y 1:4.
En otras realizaciones, pueden añadirse los
siguientes materiales a las fibras de madera para formar una mezcla
homogénea:
- (i)
- ceras, alcoholes grasos, fosfolípidos u otros productos bioquímicos de alto peso molecular, tal como glicerol, por ejemplo, entre aproximadamente el 1-5% o, más específicamente, el 2,6-3,7% de glicerol (en peso de la composición moldeable homogénea);
- (ii)
- aproximadamente el 0,5-20% de agua (en peso de la composición moldeable homogénea), de manera preferible aproximadamente el 0,5%-10%, 0,5%-11%, 0,5%-12%, 10% o 20%;
- (iii)
- polvos para hornear, por ejemplo entre aproximadamente 0,1%-15% en peso de la composición moldeable homogénea, de manera preferible aproximadamente el 0,42%, 1% o 12%; y/o
- (iv)
- otros materiales, de modo que hasta aproximadamente el 5% en peso de la composición moldeable homogénea de cargas de tierras naturales, por ejemplo, arcillas tales como bentonita, productos de partida amorfos tales como yeso y sulfato de calcio, minerales tales como caliza, o materiales fabricados por el hombre tales como ceniza volante.
En una realización, la suspensión de almidón
pregelificado se produce a partir de aproximadamente el
2,5-15% de almidón (en peso del pregel), tal como
almidón de patata o maíz, y a partir de aproximadamente el
85-97,5% de agua en peso de la composición
moldeable homogénea. En otra realización la suspensión de almidón
pregelificado se produce a partir de aproximadamente el
2,5-5,5% de almidón y a partir de aproximadamente el
94,5-97,5% de agua (en peso del pregel). En
realizaciones preferidas, la suspensión de almidón pregelificado se
produce a partir de aproximadamente el 2,5-10% de
almidón de patata, más preferiblemente el 3%, 5%, 7,5% o 10% de
almidón de patata, y el 90%, 92,5%, 95% o 97% de agua (en peso del
pregel). En otra realización preferida, la suspensión de almidón
pregelificado se produce a partir de aproximadamente el 15% de
almidón de maíz (en peso del
pregel).
pregel).
En otra realización, la disolución de almidón de
papel pregelificado se produce a partir de aproximadamente el
5-10% de pulpa de papel (en peso del pregel),
preferiblemente el 5,9-8%, más preferiblemente el
7,3-7,5%, 6,5-6,7%, o
5,9-6,1%; aproximadamente el 5-15%,
preferiblemente el 10% de almidón de patata u otro almidón natural
(tal como almidón de maíz), y aproximadamente el
75-90% agua (en peso del pregel).
En una realización, el almidón nativo puede ser
almidón de maíz o almidón de patata. En otra realización el almidón
de patata y el almidón de maíz pueden usarse juntos. En otra
realización, el almidón de maíz puede comprender aproximadamente el
4-18%, preferiblemente desde el
4,45-17,9%, o desde aproximadamente el
5-35%, preferiblemente el 5,9-34,4%
en peso de la composición moldeable homogénea, preferiblemente el
4%, 5%, 6%, 13%, 15%, 16%, 17%, 18%, 20%, 21%, 22%, 26%, 28%, 29%,
30%, 31% o 34%.
Todavía en otra realización, la harina o fibras
de madera pueden comprender aproximadamente el
11-24%, preferiblemente el 11%, 12%, 13%, 14%, 16%,
17%, 18%, 19%, 20%, 21%, 22%, 23%, o 23,3% en peso de la composición
moldeable homogénea que contiene la disolución de almidón
pregelificado. En una realización alternativa, la harina o fibras
de madera pueden comprender aproximadamente el
7-11%, preferiblemente el 7%, 8%, 9%, 10% u 11%, en
peso de la composición moldeable homogénea que contiene la
disolución de almidón de papel pregelificado. La harina o fibras de
madera pueden tener una proporción de aspecto, anchura a longitud
entre aproximadamente 1:2 y 1:10, 1:2 y 1:9, 1:2 y 1:8, 1:2 y 1:7,
1:2 y 1:6, 1:2 y 1:5, 1:2 y 1:4, 1:2 y 1:3, o una fracción de los
mismos, por ejemplo una proporción entre 1:2 y 1:9,9.
En otra realización, los recipientes que se
forman usando el procedimiento de la invención son eficazmente
biodegradables, disgregándose preferiblemente para dar las partes
piezas componentes en menos de un año. En otra realización, los
recipientes pueden convertirse en compost, disgregándose para dar
moléculas componentes en menos de seis meses, preferiblemente en
menos de aproximadamente 24 días.
En otras realizaciones, también puede usarse
presión en combinación o alternancia con calor para moldear el
recipiente biodegradable. Puede usarse cualquier cantidad de presión
que logre el producto deseado, por ejemplo, la presión entre
aproximadamente 13.789 Pa - 20.684 Pa puede ser apropiada. Del mismo
modo, puede usarse cualquier cantidad de calor que logre el
resultado deseado. Por ejemplo, en una realización, el calor usado
para moldear los recipientes biodegradables está entre
aproximadamente 150-250ºC, preferiblemente
195-225ºC, lo más preferiblemente 215ºC.
En otra realización, el recipiente puede
revestirse con cualquier revestimiento resistente a líquidos. Los
ejemplos incluyen, pero no se limitan a, revestimiento tales como
PROTECoat (de New Coat, Inc.), Zein® (un material biodegradable
aislado a partir del maíz); poli(ácido láctico) (PLA, un polímero de
ácido láctico de materias primas de fermentación);
polihidroxialcanoatos (PHA, de fermentación microbiana); celulosa
bacteriana; polímeros basados en quitosano (por ejemplo, a partir
de desechos de mariscos); o revestimiento basados en ceras y
aceite. Estos materiales pueden aplicarse como una película fina o
bien pueden pulverizarse/sumergirse sobre el producto. Se conocen
en la técnica procedimientos de unión para la aplicación de
películas finas de materiales resistentes al agua.
En una realización, se proporciona un
procedimiento para producir un recipiente resistente al agua
mediante:
- (a)
- formar una primera suspensión de almidón pregelificado que se mantiene a bajas temperaturas, por ejemplo, entre 0-60ºC, preferiblemente entre 0-40ºC;
- (b)
- mezclar juntas harina o fibras de madera (que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y 1:8), y cera, alcohol graso, fosfolípidos u otros productos bioquímicos de alto peso molecular, tales como glicerol;
- (c)
- añadir a la primera suspensión de almidón pregelificado la mezcla homogénea que contiene la fibra de madera y otro material;
- (d)
- moldear la composición homogénea con calor para formar un recipiente biodegradable; y
- (e)
- revestir el recipiente con un revestimiento resistente a líquidos, tal como PROTECoat (de New Coat, Inc.), Zein® (un material biodegradable aislado a partir de maíz); poli(ácido láctico) (PLA, un polímero de ácido láctico de materias primas de fermentación); polihidroxialcanoatos (PHA, de fermentación microbiana); celulosa bacteriana; polímeros basados en quitosano (por ejemplo, a partir desechos de mariscos); o revestimientos basados en ceras y aceite.
En otra realización, se reconoce que para
facilitar el revestimiento del artículo moldeado, así como para
otras indicaciones específicas, tales como disminuir el olor
residual de la madera en el producto final, la cantidad de pulpa de
papel puede aumentarse hasta el 50%, o el 30-50%, en
peso de la mezcla final, y la cantidad de fibra o harina de madera
puede disminuirse hasta el 0%.
En otra realización, puede usarse un vacío para
formar una película alrededor del artículo moldeado. Cuando se usa
un vacío para formar una película alrededor del artículo moldeado,
se reconoce que aumentando los niveles de harina/fibra de madera
y/o pulpa de papel puede facilitarse el procedimiento de vacío. En
una realización, los niveles de harina/fibra de madera y/o pulpa de
papel pueden aumentarse hasta el 30%, 40% o 50% en peso de la
mezcla final.
Los procedimientos descritos en el presente
documento producirán recipientes biodegradables que están formados
a partir de diferentes combinaciones de materiales en peso. Por
ejemplo, pueden formarse recipientes a partir de aproximadamente el
16-61% de suspensión de almidón de patata
pregelificado (en peso de la composición moldeable homogénea) y
aproximadamente el 11-37% (o el
11-15%) de harina o fibras de madera (en peso de la
composición moldeable homogénea). Además, pueden añadirse diversas
combinaciones de otros materiales a la harina o fibras de madera
para producir una mezcla homogénea antes de mezclarla con la
suspensión de almidón pregelificado, que incluyen, pero no se
limitan a:
- (i)
- aproximadamente el 57-66% de una suspensión de almidón de maíz pregelificado (en peso de la composición moldeable homogénea) (suspensión formada a partir de aproximadamente el 5-15% de almidón de maíz (en peso del pregel) y aproximadamente el 85-95% de agua en peso del pregel);
- (ii)
- aproximadamente el 4-35% de almidón nativo (en peso de la composición moldeable homogénea), por ejemplo el 3-5% (preferiblemente el 3,7% o el 4,2%) de almidón de patata nativo, y/o el 15,4-34,4% de almidón de maíz nativo;
- (iii)
- aproximadamente el 1-5% de glicerol (en peso de la composición moldeable homogénea);
- (iv)
- hasta aproximadamente el 10% o el 20% de agua (en peso de la composición moldeable homogénea);
- (v)
- aproximadamente el 0,1-15% de polvos de horneado (en peso de la composición moldeable homogénea);
- (vi)
- menos de aproximadamente el 5% de materiales naturales (en peso de la composición moldeable homogénea), tal como arcilla de bentonita.
El término "lámina" tal como se usa en el
presente documento se refiere a cualquier lámina sustancialmente
plana, corrugada, curvada, doblada o con textura realizada usando
los procedimientos descritos en el presente documento. Las láminas
también pueden incluir revestimientos orgánicos, impresiones, otras
láminas laminadas a la misma. Las láminas dentro del alcance de la
presente invención pueden tener espesores que varían en gran medida
dependiendo de las aplicaciones particulares para las que se
destinan las láminas. Las láminas pueden ser de tan sólo
aproximadamente 0,001 mm de espesor o de hasta 1 cm o superior de
espesor cuando la resistencia, durabilidad, y/o volumen son
consideraciones importantes.
El término "película" no es inherentemente
diferente del término "lámina" excepto porque "película"
indica normalmente una lámina muy fina. Las películas se forman a
menudo mediante procedimientos que son diferentes a cómo se forman
normalmente las láminas, tales como por soplado de película en vez
de calandrado de lámina. En general, se definirán las películas
como artículos de tipo lámina que tienen espesores de tan sólo
aproximadamente 1 micrómetro y de hasta aproximadamente 1 mm.
La expresión "artículo moldeado" se
referirá a artículos que se conforman directa o indirectamente a
partir de composiciones de almidón usando cualquier procedimiento
de moldeo conocido en la técnica.
Se pretende que el término "recipiente" tal
como se usa en esta memoria descriptiva y las reivindicaciones
adjuntas incluya cualquier artículo, receptáculo, o vaso utilizado
para almacenar, dispensar, envasar, dividir o enviar diversos tipos
de productos u objetos (que incluyen, pero no se limitan a,
productos alimenticios y bebidas). Ejemplos específicos de tales
recipientes incluyen, entre otros, cajas, tazas, recipientes en
forma de concha, jarras, botellas, platos, cuencos, bandejas,
cartones, estuches, cajones, cajas de cereales, cajas de comida
congelada, cartones de leche, bolsas, sacos, elementos portadores
para recipientes de bebidas, placas, cartones de huevos, tapas,
pajitas, sobres, u otros tipos de soportes. Además de recipientes
formados de manera solidaria, también pretende incluirse los
productos de contención usados junto con los recipientes dentro de
la definición de "recipiente". Tales artículos incluyen, por
ejemplo, tapas, forros, pajitas, particiones, envolturas,
materiales de amortiguamiento, utensilios, y cualquier otro producto
usado en envasar, almacenar, enviar, dividir, servir o dispensar un
objeto dentro de un recipiente.
Tal como se usa en el presente documento, la
expresión "seco o húmedo" se refiere a una composición sólida
que puede estar seca, o puede estar húmeda o mojada, generalmente
con agua, aunque pueden usarse otros disolventes. La cantidad de
líquido en la composición no es suficiente para actuar como un
vehículo entre partículas en la composición.
Tal como se usa en el presente documento, la
expresión "mezcla homogénea" se refiere a mezclas de materiales
particulados sólidos o de sólidos en un vehículo líquido que son
sustancialmente uniformes en composición a escala macroscópica. Se
apreciará que las mezclas de diferentes tipos de partículas sólidas
o de sólidos en un vehículo líquido no son homogéneas cuando se ven
a escala microscópica, es decir, tal como el nivel de tamaño de
partícula.
El componente de almidón puede incluir cualquier
material de almidón conocido, incluyendo uno o más almidones no
modificados, almidones modificados y derivados de almidón. Los
almidones preferidos pueden incluir la mayoría de cualquier almidón
no modificado que está inicialmente en un estado nativo tal como un
sólido granular y que formará una masa fundida termoplástica
mediante el mezclado y el calentamiento. Se considera normalmente
el almidón como una cadena de hidrato de carbono natural que
comprende moléculas de glucosa polimerizadas en una unión
alfa-(1,4) y que se encuentra en la naturaleza en forma de gránulos.
Tales gránulos se liberan fácilmente de los materiales vegetales
mediante procedimientos conocidos. Los almidones usados en la
formación de la suspensión de almidón pregelificado usada en el
procedimiento de la invención tienen de forma deseable las
siguientes propiedades: la capacidad para formar geles hidratados y
mantener esta estructura de gel en presencia de muchos tipos de
otros materiales; y la capacidad para fundirse para dar materiales
de tipo plástico a bajas temperaturas, por ejemplo, entre
0-60ºC, preferiblemente entre
0-40ºC, y en presencia de un amplio intervalo de
materiales y en entornos húmedos y mostrar altas fuerzas de unión y
producir una estructura de células abiertas tanto para aislamiento
como para reticulación de los componentes. Las fuentes preferidas
de almidón para pregeles son granos de cereales (por ejemplo, maíz,
maíz céreo, trigo, sorgo, arroz, y arroz céreo, que puede usarse
también en el estado de harina y agrietado), tubérculos (patata),
raíces (tapioca (es decir, casava y jiquima), boniato y arrurruz),
almidón de maíz modificado, y médula de palma de Sagú.
Sin pretender limitarse por ninguna explicación
mecanística específica para las propiedades deseables observadas
cuando se emplea el procedimiento de la invención, se cree que la
propiedad de gel mantiene a otros componentes en suspensión hasta
que el producto puede moldearse y mantiene los niveles de humedad
constantes dentro de la mezcla hasta y durante el moldeo. La
segunda propiedad es evidente en la transición en el molde de la
estructura del gel dentro de una secadora y la forma seca que
fundirá después para dar el producto de tipo plástico de unión,
dentro de los límites del molde. Esta estructura reticulada
tridimensional compleja es la estructura principal para el
producto, que muestra propiedades tanto de resistencia como de
aislamiento. El almidón pregelificado se prepara mezclando el
almidón con agua (por ejemplo a niveles de aproximadamente el 2% al
15% en peso del pregel, preferiblemente al menos el 2,5%, 3%, 5%,
10%, o 15%) a aproximadamente la temperatura ambiente
(aproximadamente 25ºC). El gel se forma calentando lentamente la
mezcla agua-almidón con agitación constante hasta
que se forma un gel. El calentamiento continuado degradará
lentamente el gel, por lo que el proceso deberá detenerse tan
pronto como se alcance un nivel apropiado de gelificación. Los geles
pueden usarse fríos. El gel es estable durante unos cuantos días si
está refrigerado. Durante el almacenamiento puede añadirse un
biocida, preferiblemente a una concentración de aproximadamente 10
ppm a aproximadamente 500 ppm.
Los aglutinantes basados en almidón preferidos
son los que gelifican y producen una alta viscosidad a temperatura
relativamente baja. Por ejemplo, el almidón de patata gelifica
rápidamente y alcanza una viscosidad máxima a aproximadamente 65ºC.
Después la viscosidad disminuye, alcanzando un mínimo a
aproximadamente 95ºC. El almidón de trigo actúa de una forma
similar y también puede usarse. Tales aglutinantes basados en
almidón son valiosos en la producción de artículos de paredes finas
que tienen una superficie lisa y una envuelta con espesor y
densidad suficiente para proporcionar las propiedades mecánicas
deseadas.
En general, los gránulos de almidón son
insolubles en agua fría; sin embargo, si la membrana exterior se ha
roto, por ejemplo, mediante el molido, los gránulos pueden hincharse
en agua fría para formar un gel. Cuando los gránulos intactos se
tratan con agua templada, los gránulos se hinchan y una parte del
almidón soluble difunde a través de la pared del gránulo para
formar una pasta. En agua caliente, los gránulos se hinchan hasta
un grado tal que explotan, dando como resultado la gelificación de
la mezcla. La temperatura exacta a la que el almidón se hincha y
gelifica depende del tipo de almidón. La gelificación es un
resultado de polímeros de amilosa lineales, que se comprimen
inicialmente dentro de los gránulos, alargándose y reticulándose
entre sí y con la amilopectina. Tras retirar el agua, la retícula
resultante de cadenas poliméricas interconectadas forma un material
sólido que puede tener una resistencia a la tracción de hasta
aproximadamente 40-50 MPa. Los polímeros de amilosa
también pueden usarse para unir partículas de agregados individuales
y fibras dentro de la mezcla moldeable.
Es posible reducir la cantidad de agua en masas
fundidas de almidón sustituyendo el agua encontrada de forma
inherente en el almidón con un plastificante de baja volatilidad
apropiado que puede provocar que el almidón funda por debajo de su
temperatura de descomposición, tal como glicerina, poli(óxidos de
alquileno), mono y diacetatos de glicerina, sorbitol, otros
alcoholes de azúcares; y citratos. Esto puede permitir una
elaborabilidad mejorada, resistencia mecánica superior, mejor
estabilidad dimensional con el tiempo, y mayor facilidad para
combinar la masa fundida de almidón con otros polímeros.
El agua puede retirarse antes del tratamiento
usando almidón que se ha secado previamente para retirar al menos
una parte del contenido en agua natural. Como alternativa, puede
retirarse el agua durante el tratamiento desgasificando o purgando
la mezcla fundida, tal como mediante una prensa extrusora equipada
con medios de purga o desgasificación. También puede combinarse
inicialmente el almidón nativo con una pequeña cantidad de agua y
glicerina con el fin de formar masas fundidas de almidón que se
someten a un procedimiento de desgasificación antes del
enfriamiento y solidificación con el fin de retirar sustancialmente
todo el agua de las mismas.
En un aspecto de la presente invención, la
suspensión de almidón pregelificado se produce a partir de
aproximadamente el 3-10%, preferiblemente, el 3%,
5%, 7,5% o 10%, de almidón en peso del pregel, preferiblemente, de
almidón de patata, y el 90-97% de agua en peso del
pregel de modo que la suspensión pregelificada se mantiene a bajas
temperaturas. En una realización, la disolución de almidón
pregelificado puede mantenerse a todas las temperaturas por encima
del punto de congelación, 0ºC. En otra realización, la disolución de
almidón pregelificado puede mantenerse durante más de 24 horas,
hasta unos cuantos días, si se almacena refrigerada, por ejemplo,
entre 3-15ºC.
En otro aspecto de la presente invención, una
suspensión de almidón de papel pregelificado se produce a partir de
aproximadamente el 5-15%, preferiblemente el 10%, de
almidón (en peso del pregel), preferiblemente de almidón de patata;
el 5-10% de pulpa de papel (en peso del pregel),
preferiblemente el 5,9-8%, más preferiblemente, el
7,3-7,5%, 6,5-6,7%, o
5,9-6,1%; y 75-92,5% de agua (en
peso del pregel), de modo que la suspensión pregelificada se
mantiene a bajas temperaturas. En una realización, la disolución de
almidón de papel pregelificado puede mantenerse a todas las
temperaturas por encima del punto de congelación, 0ºC. En otra
realización, la disolución de almidón de papel pregelificado puede
mantenerse durante más de 24 horas, hasta unos cuantos días, si se
almacena refrigerada, por ejemplo, entre 3-15ºC.
En un aspecto de esta invención, se mezcla papel
que previamente se ha transformado en pulpa con el pregel. La
cantidad de pulpa de papel preferida añadida está en el intervalo
del 5-10% en peso del pregel, preferiblemente el
5,9-8%, más preferiblemente, el
7,3-7,5%, 6,5-6,7%, o
5,9-6,1%. El papel previamente transformado en pulpa
puede mezclarse con el 5-15%, preferiblemente el
10% de almidón de patata u otro almidón natural (tal como almidón
de maíz), y el 75-90% de agua, por ejemplo, 580 g de
agua, 57,5 g de almidón de patata seco, y 42,31 g de pulpa de
papel. Se agita la mezcla a pocas rpm mientras se aumenta la
temperatura hasta 60-70ºC, tras la cual pueden
añadirse los componentes secos premezclados (harina de madera
(preferiblemente el 5-10% (p/p) con una proporción
de aspecto de 1:8; 1:9,9; 1:9 o 1:5), almidón de patata nativo
(preferiblemente el 10-15% (en peso)) y/o almidón
de maíz nativo (preferiblemente el 10-20% (en
peso)).
La pulpa de papel para esta invención puede
producirse mediante cualquier procedimiento conocido en la técnica.
La producción de pulpa de celulosa es un procedimiento que utiliza
principalmente especies arbóreas de cultivos especializados. Para
producir la pulpa de papel, se trata madera, normalmente reducida
hasta dimensiones de aproximadamente 30-40 mm y un
espesor de aproximadamente 5-7 mm, a temperatura y
presión altas con mezclas adecuadas de reactivos químicos que
atacan selectivamente las macromoléculas de hemicelulosa y lignina,
haciéndolas en solubles. Las pulpas que salen de este primer
tratamiento, denominado comúnmente "cocción", se llaman
"pulpas en bruto"; todavía contienen lignina parcialmente
modificada y tienen color más o menos marrón habano. Las pulpas en
bruto pueden someterse a tratamientos
químico-físicos adicionales adecuados para eliminar
casi todas las moléculas de lignina y moléculas coloreadas en
general; esta segunda operación se denomina comúnmente
"blanqueamiento". Para este procedimiento, se usan
principalmente plantas leñosas de crecimiento rápido, que, con la
ayuda de sustancias químicas (álcalis o ácidos), en condiciones de
alta presión y temperatura, se elimina selectivamente la lignina
para obtener pulpas que contienen celulosa y otros componentes de
lignocelulosa. Entonces se someten estas pulpas a tratamientos
mecánicos y físico-químicos, con el fin de completar
la eliminación de componentes residuales de lignina y hemicelulosa,
y a continuación se utilizan para la producción de papel. Puede
usarse cualquiera de las formas de pulpa de papel en los materiales
de envasado descritos en el presente documento.
Tras la formación de un pregel, pueden añadirse
materiales secos o húmedos (tales como fibras, harina, pasta, o
almidones secos) para producir la mezcla moldeable final. Los
materiales secos o húmedos pueden mezclarse previamente antes de la
adición al pregel, para aumentar la homogeneidad del producto final
y aumentar la integridad estructural del producto moldeado final.
Preferiblemente, la cantidad de pregel añadido a la mezcla final
está en el intervalo de aproximadamente el 7-60% en
peso de la composición moldeable homogénea. Preferiblemente, el
pregel es aproximadamente al menos el 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%,
16%, 16,3%, 25%, 33%, 42%, 47%, 54%, 50%, 52%, 55%, 56%, 60% o
60,4% en peso de la composición moldeable homogénea.
Un componente en el material seco/húmedo que
puede añadirse al almidón pregelificado es un componente aglutinante
de almidón seco o húmedo. El almidón puede ser maíz u otro almidón
seco (por ejemplo almidón de patata, arroz o trigo). También pueden
añadirse aglutinantes basados en almidón pregelatinizado a la mezcla
moldeable. Los aglutinantes basados en almidón pregelatinizado son
almidones que previamente se han gelificado, secado, y molido de
nuevo para dar un polvo. Puesto que los aglutinantes basados en
almidón pregelatinizado gelifican en agua fría, tales aglutinantes
basados en almidón pueden añadirse a la mezcla moldeable para
aumentar la viscosidad de la mezcla antes de calentarse. El aumento
de viscosidad evita que se fijen y ayuda a producir paredes
celulares más gruesas. Este componente de almidón puede gelificarse
previamente de una manera similar a la descrita anteriormente. Por
ejemplo, el segundo componente de almidón puede gelificarse
previamente en una mezcla entre aproximadamente el 1 y el 15% de
almidón (por ejemplo el 15% de almidón de maíz) y el
85-99% de agua. En estos casos puede añadirse un
almidón seco adicional según sea necesario a la mezcla homogénea
para adsorber el agua en exceso. Si el segundo almidón pregelificado
está todavía húmedo, la cantidad preferida que ha de añadirse está
en el intervalo del 55-65% en peso de la
compo-
sición moldeable homogénea, de la manera más preferible aproximadamente el 57% o aproximadamente el 65%.
sición moldeable homogénea, de la manera más preferible aproximadamente el 57% o aproximadamente el 65%.
La concentración del aglutinante de almidón
nativo dentro de las mezclas moldeables de la presente invención
están preferiblemente en un intervalo desde aproximadamente el 5%
hasta aproximadamente el 60% en peso de la composición moldeable
homogénea, más preferiblemente en un intervalo desde aproximadamente
el 15% hasta aproximadamente el 30%, y de la manera más preferible
aproximadamente al menos el 6%, 20%, 21%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%,
30%, 31%, o 34% en peso de la composición moldeable homogénea.
Además, pueden emplearse combinaciones de diferentes almidones para
controlar más cuidadosamente la viscosidad de la mezcla a lo largo
de un intervalo de temperaturas, así como afectar las propiedades
estructurales del artículo final endurecido. Por ejemplo, la mezcla
puede estar constituida por una mezcla de almidón de patata y maíz
seco o húmedo (16-44% de almidón de maíz y almidón
de patata en peso de la composición moldeable homogénea), de modo
que el almidón de maíz comprende entre aproximadamente el
13-30%, preferiblemente entre aproximadamente el
13-18% o el 28-30%, y el almidón de
patata comprende entre aproximadamente el 3-14%, de
manera preferible aproximadamente el 11-14% o el
3-5% de la composición moldeable homogénea
final.
El almidón se produce en muchas plantas, y
muchos almidones pueden ser adecuados, sin embargo, tal como con el
almidón usado en el pregel, las fuentes preferidas de almidón son
semillas de granos de cereales (por ejemplo, maíz, maíz céreo,
trigo, sorgo, arroz, y arroz céreo) que pueden usarse también en el
estado de harina y agrietado. Otras fuentes de almidón incluyen
tubérculos (patata), raíces (tapioca (es decir, casava y jiquima),
boniato y arrurruz), y médula de palma de Sagú. El almidón puede
seleccionarse de almidón natural, almidón modificado química y/o
físicamente, almidón biotecnológicamente producido y/o genéticamente
modificado y mezclas de los mismos. Los almidones adecuados también
pueden seleccionarse de los siguientes: ajipa, apio (arracacha),
Sagittaria (arrurruz, patata china, jicama), mafafa, casava amarga,
arrurruz brasileño, casava (yuca), alcachofa china (crosne),
alcachofa japonesa (chorogi), castaña de agua china, coco,
tiquisque, callaloo, colocasia, oreja de elefante, girasol,
cacahuete, patata japonesa, alcachofa de Jerusalén (aguaturma,
girasol), raíz de loto, flor de lotus, malanga (tiquisque),
platanero, boniato, mandioca, jiquiama, patata mejicana, fríjol
mejicano, tiquisque viejo, saa got, sato-imo,
seegoo, pataca, aguaturma, casava dulce, tiquisque, tania,
rascadera, raíz de tapioca, taro, tupinambo, castaña de agua, raíz
de loto de agua, fríjol, ñame, yautia, cebada, maíz, sorgo, arroz,
trigo, avenas, trigo sarraceno, centeno, trigo de marca Kamut,
triticale, espelta, amaranto, quinua negra, heno, mijo, cáscaras de
semilla de plántago, cáscaras de semilla de psyllium, copos de
quinua, quinua, tef.
Los almidones que pueden usarse para la presente
invención incluyen almidones no modificados (amilosa y amilopectina)
y almidones modificados. Por modificados, quiere decirse que el
almidón puede derivatizarse o modificarse mediante procedimientos
típicos conocidos en la técnica tales como, por ejemplo,
esterificación, eterificación, oxidación, hidrólisis ácida,
reticulación, y conversión enzimática. Los almidones modificados
típicos incluyen ésteres, tales como el acetato y los semiésteres
de ácidos/anhídridos dicarboxílicos, particularmente los
ácidos/anhídridos alquenilsuccínicos; éteres, tales como los
almidones de hidroxietilo e hidroxipropilo; almidones oxidados,
tales como los oxidados con hipoclorito; almidones que se han hecho
reaccionar con agentes de reticulación, tales como oxicloruro de
fósforo, epiclorohidrina, epóxidos catiónicos hidrófobos, y
derivados de fosfato preparados mediante reacción con ortofosfato o
tripolifosfato de sodio o potasio, y combinaciones de los mismos.
Los almidones modificados también incluyen gel de agar de emulsión
segura "seagel", almidones alquílicos de cadena larga,
dextrinas, almidones de amina, y almidones de dialdehído. Se
prefieren generalmente aglutinantes basados en almidón no
modificado sobre aglutinantes basados en almidón modificado porque
son significativamente menos caros y producen artículos
comparables.
Los componentes secos, tales como almidón de
maíz y harina de madera preferiblemente se mezclan previamente en
una mezcla homogénea antes de añadirse al pregel. El almidón
seco/húmedo y la harina o fibras de madera pueden mezclarse para
formar una mezcla homogénea usando cualquier medio adecuado, tal
como, por ejemplo, un mezclador comercial Kitchen Aid®.
En la presente invención, pueden emplearse
fibras adicionales como parte del material seco/húmedo que se añade
al almidón pregelificado. Las fibras usadas son preferiblemente
orgánicas, y lo más preferiblemente materiales basados en celulosa,
que son químicamente similares a almidones porque comprenden
moléculas de glucosa polimerizada. "Fibras celulósicas" se
refiere a fibras de cualquier tipo que contienen celulosa o están
constituidas por celulosa. Las fibras vegetales preferidas en el
presente documento son las que tienen longitudes variables
normalmente en el intervalo desde 600 micrómetros hasta 3000
micrómetros, principalmente de cáñamo, algodón, hojas vegetales,
sisal, abacá, bagazo, madera (tanto madera dura como madera blanda,
cuyos ejemplos incluyen pino del sur de madera dura y pino del sur,
respectivamente), o tallos, o fibras inorgánicas realizadas a
partir de vidrio, grafito, sílice, cerámica, o materiales metálicos.
Las fibras celulósicas incluyen fibras de madera y harina de
madera. En una realización, se añade el 11-24% en
peso de harina o fibras de madera a la mezcla final. En las
realizaciones preferidas, las fibras o harina de madera comprenden
aproximadamente al menos el 11%, 12%, 13%, 14%, 16%, 17%, y 23,3%
en peso de la composición moldeable homogénea.
Las fibras y harina de madera son parecidas a
palillos para los dientes toscos que tienen estructuras similares a
pequeños dientes saliendo de la fibra principal para participar el
procedimiento de reticulación con la masa fundida de almidón
enfriada. Esta propiedad añade tanto fuerza como resistencia al agua
a la superficie producida en el molde. El procedimiento de molienda
rápido para producir harina o fibras cortas evita los
procedimientos de contaminación y caros que se usan para fabricar
pulpa y papel. La harina de madera puede ser una harina de madera
resinosa. Preferiblemente, la harina de madera es harina de madera
blanda, que contiene cantidades relativamente grandes de resina.
Además, la madera blanda se usa industrialmente a gran escala, tal
como en la industria de la construcción, con la consecuencia de que
una abundancia de harina de madera de, por ejemplo, aserraderos,
está disponible a un bajo precio. Las harinas de madera pueden
clasificarse basándose en el tamaño de malla de la harina. En
general, la harina de madera
que tiene un tamaño de malla de 20 - 100 es adecuada, y una proporción de aspecto de 1:8 o 1:9, o 1:10 o inferior.
que tiene un tamaño de malla de 20 - 100 es adecuada, y una proporción de aspecto de 1:8 o 1:9, o 1:10 o inferior.
Se considera que las partículas más grandes son
fibras. La expresión "fibras" se refiere a objetos delgados,
finos, de longitud restringida, siendo la longitud superior a la
anchura. Pueden estar presentes como fibras individuales o como
agrupaciones de fibras. Tales fibras pueden producirse de una manera
conocida por los expertos en la técnica. Las fibras preferidas
tienen una proporción longitud a diámetro baja y producen materiales
de resistencia excelente y peso ligero. En general, las fibras
usadas en la invención tendrán una proporción de aspecto de
aproximadamente entre 1:2 y 1:10; 1:2 y 1:9; 1:2 y 1:8; 1:2 y 1:7;
1:2 y 1:6; 1:2 y 1:5; 1:2 y 1:4; 1:2 y 1:3; 1:2 y 1:2; o 1:2 y
1:9,9.
También debe entenderse que algunas fibras,
tales como pino del sur y abacá, tienen alta resistencia al desgarro
y roturas, mientras que otras, tales como algodón, tienen una
resistencia inferior pero una flexibilidad superior. En el caso en
que se desea una colocación mejor, una mayor flexibilidad, y una
resistencia al desgarro y roturas más alta, puede añadirse a la
mezcla una combinación de fibras que tienen proporciones de aspecto
y propiedades de resistencia variables.
En un aspecto adicional de la presente
invención, se reconoce que para disminuir el olor residual de la
madera en el producto final, la cantidad de pulpa de papel puede
aumentarse hasta el 50%, o el 30-50%, en peso de la
mezcla final, y la cantidad de fibra o harina de madera puede
disminuirse hasta el 0%.
Además del almidón seco/húmedo y de la harina de
madera, la mezcla homogénea también puede incluir uno o más
materiales adicionales dependiendo de las características deseadas
del producto final. Las cargas de tierras naturales pueden
incluirse para dar un producto más resistente. Las cargas adecuadas
incluyen pero no se limitan a arcillas tales como bentonita,
productos de partida amorfos tales como yeso (sulfato de calcio
deshidratado) y sulfato de calcio, minerales tales como caliza y
materiales fabricados por el hombre tales como ceniza volante.
Estas cargas de tierras naturales pueden tomar parte en la
reticulación y unión que se produce durante el procedimiento de
moldeo. Otros ejemplos de cargas útiles incluyen perlita,
vermiculita, arena, gravilla, piedras, caliza, arenisca, perlas de
vidrio, aerogeles, xerogeles, gel de agar de emulsión segura
"seagel", mica, arcilla, arcilla sintética, alumina, sílice,
sílice fundida, alumina tabular, caolín, microesferas, esferas de
vidrio huecas, esferas cerámicas porosas, carbonato de calcio,
aluminato de calcio, polímeros ligeros, xonotlita (un gel de
silicato de calcio cristalino), arcillas expandidas ligeras,
partículas de cemento hidráulico hidratadas o no hidratadas, piedra
pómez, piedra exfoliada, y otros materiales geológicos. El cemento
hidratado y parcialmente hidratado, así como humos de sílice,
tienen un área superficial alta y dan beneficios excelentes tales
como alta cohesividad inicial del artículo recién formado. Incluso
los materiales desechados cargados inorgánicamente, tales como
recipientes de desecho u otros artículos de la presente invención
pueden emplearse como cargas de agregados y reforzantes. También se
apreciará que los recipientes y otros artículos de la presente
invención pueden reciclarse fácil y eficazmente añadiéndolos
simplemente a mezclas moldeables recientes como una carga de
agregados. También puede añadirse cemento hidráulico en su forma
hidratada o bien su forma no hidratada. Tanto la arcilla como el
yeso pueden ser materiales importantes de agregados debido a que
están disponibles fácilmente, son relativamente económicos, pueden
trabajarse, se forman fácilmente, y también pueden proporcionar un
grado de unión y resistencia si se añaden en cantidades lo
suficientemente altas (por ejemplo en el caso de yeso
hemihidratado). Debido a que el yeso hemihidratado puede reaccionar
con el agua dentro de la mezcla moldeable, puede emplearse como un
medio para mantener el agua internamente dentro del artículo
moldeado. Preferiblemente, se añaden los materiales inorgánicos en
una cantidad de hasta aproximadamente el 5%, 0-4%,
0-13%, 2-13% o 0-15%
en peso del peso de la composición final.
Debido a la amplia variedad de agentes que
pueden usarse como cargas, los intervalos de concentración
preferidos son difíciles de calcular. Para arcilla de bentonita, un
intervalo preferido es de aproximadamente el 2,5-4%
del peso de la mezcla final. Los agentes adicionales pueden
disolverse previamente o pueden añadirse secos. Una suspensión de
arcilla preferida es del 20% de arcilla de bentonita en agua.
Además, pueden añadirse otros agentes espesantes
basados en celulosa, que pueden incluir una amplia variedad de
éteres celulósicos, tales como metilhidroxietilcelulosa,
hidroximetiletilcelulosa, carboximetilcelulosa, metilcelulosa,
etilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxietilpropilcelulosa,
hidroxipropilmetilcelulosa, y similares. Otros agentes espesantes
basados en polisacáridos naturales incluyen por ejemplo, ácido
algínico, ficocoloides, agar, goma arábiga, goma de guar, goma
garrofín, goma karaya, goma xantana, y goma tragacanto. Los agentes
espesantes basados en proteínas incluyen, por ejemplo, Zein® (una
prolamina derivada de maíz), colágeno (derivados extraídos de
tejido conjuntivo animal tal como gelatina y adhesivos), y caseína
(derivado de la leche de vaca). Los agentes espesantes orgánicos
sintéticos adecuados incluyen, por ejemplo, polivinilpirrolidona,
polietilenglicol, poli(alcohol vinílico), polivinilmetil
éter, poli(ácidos acrílicos), sales de poli(ácidos acrílicos),
poli(ácidos vinilacrílicos), sales de poli(ácidos vinilacrílicos),
poliacrilamidas, polímeros de oxido de etileno, poli(ácido
láctico), y látex. El látex es una extensa categoría que incluye una
variedad de sustancias polimerizables formadas en una emulsión de
agua. Un ejemplo es el copolímero de
estireno-butadieno. Otros copolímeros incluyen:
acetato de vinilo, copolímeros de acrilato, copolímeros de butadieno
con estireno y acetonitrilo, acrilatos de metilo, cloruro de
vinilo, acrilamida, etilenos fluorados. Los monómeros hidrófilos
pueden seleccionarse del siguiente grupo:
N-(2-hidroxipropil)metacrilamida,
N-isopropilacrilamida,
N,N-dietilacril-amida,
N-etilmetacrilamida, metacrilato de
2-hidroxietilo, ácido acrílico, metacrilato de
2-(2-hidroxietoxi)etilo, ácido metacrílico,
y otros, y pueden usarse para la preparación de los geles
poliméricos hidrolíticamente degradables. Los monómeros hidrófobos
adecuados pueden seleccionarse del grupo de monómeros de metacrilato
de 2-acetoxietilo que comprende metacrilato de
dimetilaminoetilo, metacrilato de n-butilo,
terc-butilacrilamida, acrilato de
n-butilo, metacrilato de metilo, y acrilato de
hexilo. La polimerización puede llevarse a cabo en disolventes, por
ejemplo, en dimetilsulfóxido, dimetilformamida, agua, alcoholes
tales como metanol y etanol, usando iniciadores comunes de la
polimerización por radicales. Los geles hidrófilos son estables en
un medio ácido a pH 1-5. En condiciones neutras o
débilmente alcalinas a pH superior a 6,5, los geles se degradan.
Los geles mencionados anteriormente no son tóxicos así como los
productos de su biodegradación.
Otros copolímeros incluyen: poliéster alifático,
policaprolactona, poli(ácido 3-hidroxibutírico),
poli(ácido 3-hidroxivalérico), poli(ácido
glicólico), copolímeros de ácido glicólico y ácido láctico, y
polilactida, PVS, SAN, ABS, fenoxilo, policarbonato, nitrocelulosa,
poli(cloruro de vinilideno), copolímero de estireno/alcohol
alílico, polietileno, polipropileno, caucho natural, un elastómero
de estireno/butadieno y copolímero de bloque, poli(acetato
de vinilo), polibutadieno, caucho de etileno/propileno, almidón, y
poliuretano segmentado termoplástico, homopolímeros o copolímeros
de poliésteres, poliortoésteres, polilactidas, poliglicólidos,
policaprolactonas, polihidroxibutiratos, polihidroxivaleratos, homo
ácidos, pseudopoliaminoácidos, poliamidas y polianhídridos,
homopolímeros y copolímeros de poli(ácido láctico), poli(ácido
glicólico), policaprolactona (PCL), polianhídridos,
poliortoésteres, poliaminoácidos, pseudopoliaminoácidos,
polihidroxibutiratos, polihidroxivaleratos, polifosfacenos, y
polialquilcianoacrilatos.
Los polímeros adicionales que pueden añadirse
incluyen: citratos, citrato de dietilo (DEC), citrato de trietilo
(TEC), citrato de acetiltrietilo (ATEC), citrato de tributilo (TBC),
citrato de acetiltributilo (ATBC), ftalatos tales como ftalato de
dimetilo (DMP), ftalato de dietilo (DEP), ftalato de trietilo (TEP),
ftalato de dibutilo (DBP), ftalato de dioctilo, glicol éteres tales
como etilenglicol dietil éter, propilenglicol monometil éter,
etilenglicol monoetil éter, dietilenglicol monoetil éter
(Transcutol^{TM}), propilenglicol mono terc-butil
éter, dipropilenglicol monometil éter,
n-metilpirrolidona, 2-pirrolidona
(2-Pyrrol^{TM}), propilenglicol, glicerol,
dioleato de glicerilo, oleato de etilo, benzoato de bencilo,
glicofurol sorbitol sacarosa acetato isobutirato, citrato de
butiriltri-n-hexilo, citrato de
acetiltri-n-hexilo, sebacatos tales
como sebacato de dibutilo, sebacato de tributilo, acetato de
dipropilenglicol metil éter (acetato de DPM), carbonato de
propileno, laurato de propilenglicol, caprilato/caprato de
propilenglicol, triglicéridos caprílicos/cápricos, gamma
butirolactona, polietilenglicoles (PEG), ésteres de glicerol y PEG
de ácidos y ácidos grasos (Gelucires^{TM}, Labrafils^{TM} y
Labrasol^{TM}) tales como monooleato de glicerol
PEG-6, linoleato de glicerol PEG-6,
linoleato de glicerol PEG-8, caprilato/caprato de
glicerilo PEG-4, caprilato/caprato de glicerilo
PEG-8,
poli(gliceril-3-oleato),
poli(gliceril-6-dioleato),
poli(gliceril-3-isoestearato),
laurato de glicerilo PEG-32 (Gelucire 44/1^{TM}),
palmitoestearato de glicerilo PEG-32 (Gelucire
50/13^{TM}), estearato de glicerilo PEG-32
(Gelucire 53/10^{TM}), behenato de glicerilo, palmitato de
cetilo, di y triestearato de glicerilo, palmitoestearato de
glicerilo, y triacetato de glicerilo (Triacetin^{TM}), aceites
vegetales obtenidos de semillas, flores, frutos, hojas, tallos o
cualquier parte de una planta o árbol, incluyendo aceite de semilla
de algodón, aceite de soja, aceite de almendra, aceite de girasol,
aceite de cacahuete, aceite de sésamo. También se engloba en la
presente invención el uso de dos o más plastificantes en una
combinación o mezcla de proporciones e hidrofilicidad o
hidrofobicidad variantes. Los plastificantes también incluyen:
ftalatos, glicol éteres, n-metilpirrolidona,
2-pirrolidona, propilenglicol, glicerol, dioleato
de glicerilo, oleato de etilo, benzoato de bencilo, glicofurol,
sorbitol, acetato isobutirato de sacarosa, citrato de
butiriltri-n-hexilo, citrato de
acetiltri-n-hexilo, sebacatos,
acetato de dipropilenglicol metil éter (acetato de DPM), carbonato
de propileno, laurato de propilenglicol, caprilato/caprato de
propilenglicol, triglicéridos caprílicos/cápricos, gamma
butirolactona, polietilenglicoles (PEC), aceites vegetales
obtenidos de semillas, flores, frutos, hojas, tallos o cualquier
parte de una planta o árbol, incluyendo aceite de semilla de
algodón, aceite de soja, aceite de almendra, aceite de girasol,
aceite de cacahuete, aceite de sésamo, ésteres de glicerol y PEG de
ácidos y ácidos grasos,
poli(gliceril-3-oleato),
poli(gliceril-6-dioleato),
poli(gliceril-3-isoestereato),
laurato de glicerilo de PEG-32, palmitoestearato de
glicerilo PEG-32, estearato de glicerilo
PEG-32, behenato de glicerilo, palmitato de cetilo,
di y triestearato de glicerilo, palmitoestearato de glicerilo, y
triacetato de glicerilo. Estos materiales también pueden añadirse
en combinación con otros polímeros para mejorar la flexibilidad.
La adición de estos artículos aumentará la
eficacia de la producción del producto en base al artículo. Los
polvos para hornear y otros materiales, tales como agentes
gasificantes, que liberan gases, (por ejemplo, bicarbonatos o
carbonatos de sodio o calcio) pueden incluirse en las composiciones
de la invención para elevar el número de células abiertas en la
estructura final introduciendo una fuente de gas dióxido de carbono
que se libera en el molde.
Pueden añadirse glicerol, cera microcristalina,
alcoholes grasos y otras moléculas orgánicas similares como un
agente de liberación del molde, y para introducir una superficie más
lisa en el producto terminado. Los ejemplos de agentes que pueden
añadirse, como plastificantes o bien como agentes de liberación del
molde son etilenglicol, propilenglicol, glicerina,
1,3-propanodiol, 1,2-butanodiol,
1,3-butanodiol, 1,4-butanodiol,
1,5-pentanodiol, 1,5-hexanodiol,
1,6-hexanodiol, 1,2,6-hexanotriol,
1,3,5-hexanotriol, neopentilglicol, acetato de
sorbitol, diacetato de sorbitol, monoetoxilato de sorbitol,
dietoxilato de sorbitol, hexaetoxilato de sorbitol, dipropoxilato
de sorbitol, aminosorbitol, trihidroximetilaminometano, glucosa/PEG,
el producto de reacción de óxido de etileno con glucosa,
monoetoxilato de trimetilolpropano, monoacetato de manitol,
monoetoxilato de manitol, butilglucósido, monoetoxilato de glucosa,
a-metilglucósido, la sal de sodio de
carboximetilsorbitol, poli(monoetoxilato de glicerol),
eritritol, pentaeritritol, arabitol, adonitol, xilitol, manitol,
iditol, galactitol, alitol, sorbitol, alcoholes polihídricos
generalmente, ésteres de glicerina, formamida,
N-metilformamida, DMSO, mono y diglicéridos,
alquilamidas, polioles, trimetilolpropano, poli(alcohol
vinílico) con desde 3 hasta 20 unidades de repetición,
poligliceroles con desde 2 hasta 10 unidades de repetición, y
derivados de los anteriores. Los ejemplos de derivados incluyen
éteres, tiéteres, ésteres orgánicos e inorgánicos, acetales,
productos de oxidación, amidas, y aminas. Estos agentes pueden
añadirse desde el 0-10%, preferiblemente el
3-4% (p/p). Una consideración de la mezcla de la
invención debe ser que la composición contenga preferiblemente al
menos el 75%, más preferiblemente al menos el 95% de materiales
derivados de orgánicos o naturales en peso de la composición
moldeable homogénea.
Se añade la mezcla almidón - harina de madera,
con cualquier aditivo incluido, al almidón pregelificado y se
mezcla (por ejemplo con un mezclador comercial Kitchen Aid®) hasta
que se genera una mezcla homogénea. La mezcla puede ser tan espesa
como la mantequilla de cacahuete o tan fina como una masa de
tortitas. Pueden añadirse cantidades variables de agua adicional
para facilitar diferentes tipos de moldeo, puesto que la forma del
producto [bruto] anterior al moldeado es dependiente del molde, tasa
de calentamiento y tiempo de fusión/secado. Si el producto va a
moldearse mediante procedimientos de inyección clásicos el material
es más fino, si el material se moldea en el equipo descrito a
continuación, la mezcla es más espesa. El material también puede
enrollarse como láminas en bruto y moldearse, extruirse y fabricarse
como aglomerados secos para otros procedimientos. Los medios de
producción del producto pueden crearse a partir de cualquiera de las
varias aproximaciones posibles del procedimiento. Se describe a
continuación una metodología específica, pero esta descripción se
propone sólo para describir un posible medio de producción, y no
tiene que interpretarse de cualquier manera para representar una
limitación al enfoque general. Aunque el procedimiento de moldeo por
compresión detallado en el presente documento es útil, pueden
usarse otros tipos de moldeo por compresión, moldeo por inyección,
extrusión, colada, conformado neumático, moldeo a vacío, etc. Una
realización implica un medio de producción que incorpora montajes
de guía continuos superior e inferior en movimiento, cada uno con
una sección horizontal sustancialmente alargada superior e
inferior, y con una parte curvada de guía que une la sección
horizontal superior e inferior para cada una de las guías superior
e inferior. Montada en cada uno de los montajes de guía existe una
cinta unida producida de cualquier material o combinación de
materiales que permite que la cinta o montaje de cinta esté en
movimiento constante o intermitente sobre las guías. Los montajes de
guía están ubicados verticalmente de tal modo que la parte superior
de la guía inferior y la parte inferior de la guía superior están
muy próximas de tal modo que las cintas de cada guía se mueven a una
velocidad sincronizada y en una dirección común. En esta
realización, la parte macho del molde se monta sobre la cinta
siguiendo la guía superior, y la parte hembra del molde se monta en
la cinta siguiendo la guía inferior, con las guías sincronizadas de
forma que produce que las mitades del molde se unan y cierren a
medida que se fusionan entre las guías superior e inferior. En esta
realización, el material que va a procesarse se deposita dentro de
la mitad del molde hembra antes del cierre de las mitades del molde,
o se inyecta dentro del molde tras cerrarse. Los montajes de cintas
y guías mantienen las mitades del molde juntas durante el secado
mediante cualquiera de varios, o una combinación de, procedimientos
que incluyen, sin limitación, fuerza de resorte, fuerza neumática,
o compresión mecánica. Otros procedimientos de fuerza son posibles.
Una posible disposición del extremo curvado de las guías las alinea
de tal modo que la sección horizontal superior de las guías
inferiores están ubicadas para empezar antes que la sección
horizontal inferior de las guías superiores para permitir que la
mitad hembra del molde en la sección superior de la guía inferior
adquiera una orientación sustancialmente horizontal antes de que la
mitad macho del molde se una a la guía superior, permitiendo así que
la mitad hembra del molde reciba el material depositado antes de
que se ajuste la correspondiente mitad macho del molde fusionándose
desde la guía superior y el montaje de cinta. Otros aspectos que
pueden incorporarse en esta realización incluyen, inserciones en la
cavidad desmontables y o múltiples cavidades en los moldes:
calentamiento de los moldes o producto para acelerar el secado por
medios eléctricos, de microondas, de gas caliente, de rozamiento,
ultrasónicos, o cualquier otro: limpiar los moldes
sobre la marcha, revestir el producto sobre la marcha con cualquiera de una variedad de agentes de revestimiento.
sobre la marcha, revestir el producto sobre la marcha con cualquiera de una variedad de agentes de revestimiento.
En otra realización, una vez que se ha preparado
la mezcla moldeable, se coloca dentro de una cavidad del molde
calentado. La cavidad del molde calentado puede comprender muchas
realizaciones diferentes, que incluyen moldes usados normalmente en
procedimientos convencionales de moldeo por inyección y moldes de
prensa de estampar puestos juntos tras colocar la mezcla cargada
inorgánicamente dentro del molde hembra. En una realización
preferida, por ejemplo, la mezcla moldeable se coloca dentro de un
molde hembra calentado. Después de esto, un molde macho calentado
se acopla de forma complementaria con el molde hembra calentado,
colocándose así la mezcla entre los moldes. A medida que se
calienta la mezcla, el aglutinante basado en almidón gelifica,
aumentado la viscosidad de la mezcla. Simultáneamente, la mezcla
aumenta en volumen dentro de la cavidad de los moldes calentados
como resultado de la formación de burbujas de gas a partir del
disolvente que se evapora, que quedan atrapadas inicialmente dentro
de la matriz viscosa. Controlando selectivamente los parámetros
termodinámicos aplicados a la mezcla (por ejemplo, presión,
temperatura, y tiempo), así como la viscosidad y el contenido en
disolvente, la mezcla puede formarse en un artículo de forma estable
que tiene una matriz estructural celular diseñada
selectivamente.
En una realización no limitante, se usa para
hornear una temperatura entre 195-225ºC,
preferiblemente 200ºC durante un periodo de tiempo de
60-90 segundos, preferiblemente 75 segundos. Las
temperaturas pueden variar basándose en el artículo que se fabrica,
por ejemplo, se prefieren 200ºC para la producción rápida de
artículos de paredes finas, tales como tazas. Artículos más gruesos
requieren un tiempo superior para retirar el disolvente y se
calientan preferiblemente a temperaturas inferiores para reducir la
propensión de quemar la fibra y el aglutinante basados en almidón.
Dejar los artículos dentro de los moldes cerrados demasiado tiempo
también puede dar como resultado la formación de grietas o
deformación de los artículos.
La temperatura del molde también puede lograr la
textura superficial de los moldes. Una vez que se forma la envuelta
exterior, el disolvente que queda dentro de la sección interior de
la mezcla escapa pasando a través de aberturas diminutas en la
envuelta exterior y después desplazándose entre la envuelta y la
superficie del molde hasta los orificios de ventilación. Si un
molde está más caliente que el otro, las leyes de la termodinámica
predirían, y se ha descubierto empíricamente, que el vapor tiende a
desplazarse hacia el molde más frío. Como resultado, la superficie
del artículo contra el molde más caliente tendrá una superficie más
lisa y uniforme que la superficie contra el molde más frío.
Puede producirse una diversidad de artículos a
partir de los procedimientos y composiciones de la presente
invención. Los términos "artículo" y "artículo de
fabricación" tal como se usan en el presente documento se
proponen para incluir todos los productos que pueden formarse usando
el procedimiento descrito.
Antes, durante o después de cualquiera de los
procedimientos de moldeo, pueden aplicarse revestimientos a la
superficie de un artículo sustancialmente seco para cualquier fin
deseado, tal como hacer el artículo más resistente al agua,
resistente a grasa y productos alimenticios, más flexible, o
proporcionarle una superficie más brillante. Los revestimientos
pueden usarse para modificar las características de la superficie
incluyendo sellar y proteger el artículo realizado a partir de los
mismos. Los revestimientos pueden proporcionar protección frente a
la humedad, bases, ácidos, grasa, y disolventes orgánicos. Pueden
proporcionar una superficie más lisa, más brillante, o resistente a
arañazos, pueden ayudar a reforzar el artículo y los revestimientos
también pueden proporcionar propiedades reflectantes,
eléctricamente conductoras o aislantes.
La resistencia al agua puede lograrse a través
del uso de una capa resistente al agua aplicada sobre una o ambas
caras del producto. Existen muchos revestimientos disponibles
actualmente que pueden usarse para recubrir este producto. Algunos
de estos son: PROTECoaT 6616B de New Coat, Inc, Zein® - un material
biodegradable aislado del maíz; poli(ácido láctico) [PLA] - un
polímero de ácido láctico de materias primas de fermentación;
poli(hidroxialcanoatos) [PHA] de fermentación microbiana;
celulosa bacteriana; polímeros basados en quitosano (de desechos de
mariscos); revestimientos basados en aceite y ceras naturales. Los
revestimientos son biodegradables y no deben tener impacto
significativo en la capacidad de los productos para convertirse en
compost. El segundo procedimiento para mejorar la resistencia al
agua del producto es añadir uno o más materiales biodegradables al
material antes del moldeo o bien como una parte del procedimiento
de moldeo. En cada uno de estos casos, la composición básica del
producto permanecerá bastante constante.
Se desea un revestimiento resistente al agua
para los artículos destinados a estar en contacto con agua. Como
los artículos que tienen un aglutinante basado en almidón tienen una
alta afinidad por el agua, los revestimientos preferidos son no
acuosos y tienen baja polaridad. Los revestimientos apropiados
incluyen parafina (cera sintética); laca; resinas de
xileno-formaldehído condensadas con resinas
epoxídicas de
4,4'-isopropilidendifenolepiclorohidrina; aceites
de secado; aceites reconstituidos a partir de triglicéridos o ácidos
grasos de los aceites de secado para formar ésteres con diversos
glicoles (butilenglicol, etilenglicol), sorbitol, y trimetiloletano
o propano; aceites de secado sintéticos, incluyendo resina de
polibutadieno; resinas de fósiles naturales, incluyendo copal
(resinas de árboles tropicales, fósiles y modernas), resina dámara,
elemí, gilsonita (una asfaltita brillante negra, soluble en
turpentina), éster glicólico de resina dámara, copal, elemí, y
sandáraca (una resina frágil, translúcida, apenas aromática
derivada del pino sandáraco de África), laca, resina de carbón de
Utah; colofonias y derivados de colofonia incluyendo colofonia (goma
de colofonia, colofonia de aceite de resina y colofonia de madera),
ésteres de colofonia formados por reacción con glicoles o alcoholes
específicos, ésteres de colofonia formados por formaldehídos de
reacción, y sales de colofonia (resinato de calcio y resinato de
cinc); resinas fenólicas formadas por reacción de fenoles con
formaldehído; resinas de poliéster; resinas epoxídicas,
catalizadores, y adjuntos; resina de
cumarona-indeno; resina de hidrocarburos de petróleo
(tipo ciclopentadieno); resinas terpénicas; resinas de
urea-formaldehído y sus catalizadores de curado;
resinas de triazina-formaldehído y sus
catalizadores de curado; modificadores (para aceites y alquidos,
incluyendo poliésteres); sustancias resinosas vinílicas
(poli(cloruro de vinilo), poli(acetato de vinilo),
poli(alcohol vinílico), etc.); materiales celulósicos
(carboximetilcelulosa, acetato de celulosa, etilhidroxietilcelulosa,
etc.); polímeros de estireno; polietileno y sus copolímeros;
acrílicos y sus copolímeros; metacrilato de metilo; metacrilato de
etilo; ceras (parafina tipo I, parafina tipo II, polietileno, aceite
de esperma, abejas, y espermaceti); melamina; poliamidas;
poli(ácido láctico); Biopol® (un copolímero de
polihidroxibutirato-hidroxivalerato); proteína de
soja; otros polímeros sintéticos que incluyen polímeros
biodegradables; y elastómeros y mezclas de los mismos. Biopol® se
fabrica por ICI en el Reino Unido. Los revestimientos apropiados son
biodegradables y no deben tener un impacto significativo en la
capacidad del producto para convertirse en compost. El segundo
procedimiento para mejorar la resistencia al agua del producto es
añadir uno o más materiales biodegradables al material antes del
moldeo o bien como parte del procedimiento de moldeo. En cada uno de
estos casos la composición básica del producto permanecerá bastante
constante.
Se desea un revestimiento resistente al agua
para los artículos destinados a estar en contacto con agua. Dado
que los artículos que tienen un aglutinante basado en almidón tienen
una alta afinidad por el agua, los revestimientos preferidos son no
acuosos y tienen baja polaridad. Los revestimientos apropiados
incluyen parafina (cera sintética); laca; resinas de
xileno-formaldehído condensadas con resinas
epoxídicas de
4,4'-isopropilidendifenolepiclorohidrina; aceites
de secado; aceites reconstituidos a partir de triglicéridos o ácidos
grasos de los aceites de secado para formar ésteres con diversos
glicoles (butilenglicol, etilenglicol), sorbitol, y trimetiloletano
o propano; aceites de secado sintéticos, incluyendo resina de
polibutadieno; resinas de fósiles naturales, incluyendo copal
(resinas de árboles tropicales, fósiles y modernas), resina dámara,
elemí, gilsonita (una asfaltita brillante negra, soluble en
turpentina), éster glicólico de resina dámara, copal, elemí, y
sandáraca (una resina frágil, translúcida, apenas aromática
derivada del pino sandáraco de África), laca, resina de carbón de
Utah; colofonias y derivados de colofonia incluyendo colofonia (goma
de colofonia, colofonia de aceite de resina y colofonia de madera),
ésteres de colofonia formados por reacción con glicoles o alcoholes
específicos, ésteres de colofonia formados por formaldehídos de
reacción, y sales de colofonia (resinato de calcio y resinato de
cinc); resinas fenólicas formadas por reacción de fenoles con
formaldehído; resinas de poliéster; resinas epoxídicas,
catalizadores, y adjuntos; resina de
cumarona-indeno; resina de hidrocarburo de petróleo
(tipo ciclopentadieno); resinas terpénicas; resinas de
urea-formaldehído y sus catalizadores de curado;
resinas de triazina-formaldehído y sus
catalizadores de curado; modificadores (para aceites y alquidos,
incluyendo poliésteres); sustancias resinosas vinílicas
(poli(cloruro de vinilo), poli(acetato de vinilo),
poli(alcohol vinílico), etc.); materiales celulósicos
(carboximetilcelulosa, acetato de celulosa, etilhidroxietilcelulosa,
etc.); polímeros de estireno; polietileno y sus copolímeros;
acrílicos y sus copolímeros; metacrilato de metilo; metacrilato de
etilo; ceras (parafina tipo I, parafina tipo II, polietileno, aceite
de esperma, abejas, y espermaceti); melamina; poliamidas;
poli(ácido láctico); Biopol® (un copolímero de
polihidroxibutirato-hidroxivalerato); proteína de
soja; otros polímeros sintéticos que incluyen polímeros
biodegradables; y elastómeros y mezclas de los mismos. Biopol® se
fabrica por ICI en el Reino Unido. Los revestimientos inorgánicos
apropiados incluyen silicato de sodio, carbonato de calcio, óxido
de aluminio, óxido de silicio, caolín, arcilla, cerámicas y mezclas
de los mismos. Los revestimientos inorgánicos pueden mezclarse
también con uno o más de los revestimientos orgánicos enumerados
anteriormente.
Si se usan los artículos como recipientes o para
otros productos destinados a entrar en contacto con productos
alimenticios, el material de revestimiento incluirá preferiblemente
un revestimiento aprobado por el organismo para el control de
alimentos y medicamentos (FDA). Un ejemplo de un revestimiento
particularmente útil es silicato de sodio, que es resistente a
ácidos. La resistencia a la acidez es importante, por ejemplo,
cuando el artículo es un recipiente expuesto a alimentos o bebidas
que tienen un alto contenido en ácidos, tales como refrescos o
zumos. Generalmente es innecesario proteger el artículo de
sustancias básicas, pero puede proporcionarse resistencia aumentada
a sustancias bási-
cas mediante un revestimiento polimérico o céreo apropiado, tales como los usados para recubrir recipientes de papel.
cas mediante un revestimiento polimérico o céreo apropiado, tales como los usados para recubrir recipientes de papel.
Los revestimientos poliméricos, tales como
polietileno, son útiles en la formación de capas generalmente finas
que tienen baja densidad. El polietileno de baja densidad es
especialmente útil para producir recipientes que son estancos a
líquidos e incluso estancos a la presión hasta un determinado grado.
Los revestimientos poliméricos también pueden utilizarse como un
adhesivo cuando se sellan por calor.
El óxido de aluminio y óxido de silicio son
revestimientos útiles, particularmente como una barrera frente al
oxígeno y humedad. Los revestimientos pueden aplicarse al artículo
mediante cualquier medio conocido en la técnica, incluyendo el uso
de un procedimiento de evaporación mediante un haz de electrones de
alta energía, deposición química por plasma y deposición
electrónica. Otro procedimiento para formar un revestimiento de
óxido de aluminio u óxido de silicio implica tratar el artículo con
una disolución acuosa que tiene un nivel de pH adecuado para
producir la formación de óxido de aluminio u óxido de silicio sobre
el artículo debido a la composición del artículo.
Las ceras y combinaciones de ceras,
particularmente ceras sintéticas y de petróleo, proporcionan una
barrera frente a la humedad, oxígeno, y algunos líquidos orgánicos,
tales como grasa o aceites. También permiten que un artículo tal
como un recipiente se selle por calor. Las ceras de petróleo son un
grupo particularmente útil de ceras en el envasado de alimentos y
bebidas e incluyen ceras de parafina y ceras microcristalinas.
En algunos casos, puede ser preferible que el
revestimiento sea elastomérico o deformable. Algunos revestimientos
pueden usarse también para fortalecer los lugares en los que los
artículos se doblan severamente. En tales casos, puede preferirse
un revestimiento maleable, posiblemente elastomérico.
Por supuesto, debe entenderse que las
composiciones de almidón de la presente invención pueden usarse por
sí mismas como materiales de revestimiento con el fin de formar un
material compuesto sinérgico con, o de otra manera para mejorar las
propiedades de varios otros materiales. Pueden revestirse materiales
tan dispares como papel, cartón, artículos de unión de almidón
moldeado tales como espumas basadas en almidón, metales, plásticos,
hormigón, escayola, cerámicas, y similares con una composición de
almidón.
Puede ser deseable aplicar impresiones u otras
marcas distintivas, tales como marcas comerciales, información del
producto, especificaciones del recipiente o logotipos, sobre la
superficie del artículo. Esto puede conseguirse usando cualquier
medio de impresión convencional o procedimientos conocidos en la
técnica de imprimir papel o productos de cartón, que incluyen
impresiones planas, en relieve, en huecograbado, porosas y sin
impacto. Las impresoras convencionales incluyen impresoras offset,
Van Dam, láser, por contacto de transferencia directa, y
termográficas. Sin embargo, puede usarse esencialmente cualquier
medio mecánico o manual.
En otro aspecto de la presente invención, se
reconoce que para facilitar el revestimiento del artículo moldeado,
así como para otras aplicaciones específicas, la cantidad de pulpa
de papel puede aumentarse hasta el 50%, o el
30-50%, en peso de la mezcla final, y la cantidad de
fibra o harina de madera puede disminuirse hasta el 0%.
Cuando se usa un vacío para formar una película
alrededor del artículo moldeado, el aumento de los niveles de
fibra/harina de madera y/o pulpa de papel puede facilitar el
procedimiento de vacío. Por ejemplo, pueden aumentarse los niveles
de fibra/harina de madera y/o pulpa de papel hasta el 30%, 40% o el
50% en peso de la mezcla final.
Los materiales capaces de mantener productos
secos, húmedos y mojados tienen diversos usos. Los recipientes
adecuados para mantener materiales secos pueden usarse para mantener
fruta seca, o frutos secos crudos tales como almendras. Los
recipientes adecuados para mantener materiales húmedos pueden usarse
para mantener champiñones o tomates frescos (por ejemplo, en grupos
de 4 ó 6) y deben poder llevar a cabo esta función durante un
periodo de al menos aproximadamente de dos a tres semanas puesto
que el tiempo desde el envasado hasta el uso normal es de
aproximadamente 14 días. Puede usarse también el envasado para
alimentos húmedos con un artículo de comida rápida caliente tal
como patatas fritas o hamburguesas, en cuyo caso el recipiente
necesita durar durante sólo un corto tiempo, por ejemplo
aproximadamente una hora tras la adición de los alimentos húmedos.
Puede usarse también el envasado de alimentos húmedos, en
combinación con una almohadilla adsorbente, para envasar carne
cruda. En este caso, el recipiente necesita soportar la exposición a
la carne durante un periodo de siete días o superior y de manera
deseable poder aguantar al menos un ciclo de congelación y
descongelación. Si es posible, este envase debe poder soportar una
señal de microondas. Cuando se formula para mantener alimentos
mojados, los recipientes de la invención tendrán de manera adecuada
la capacidad de mantener un líquido caliente, tal como un cuenco de
sopa, una taza de café u otro artículo alimenticio durante un
periodo de tiempo suficiente para permitir su consumo antes de
enfriarse, por ejemplo, en el plazo de una hora de la compra. Tales
recipientes pueden usarse también para mantener un producto seco
que se rehidratará con agua caliente tal como los productos de sopas
instantáneas.
Los artículos producidos a partir de la presente
invención pueden fabricarse en una amplia variedad de artículos
acabados que pueden ser actualmente de plástico, papel, cartón,
poliestireno, metales, cerámicas, y otros materiales. Simplemente a
modo de ejemplo, es posible fabricar los siguientes artículos a modo
de ejemplo: películas, bolsas, recipientes, incluyendo recipientes
de alimentos o bebidas desechables y no desechables, cajas de
cereales, recipientes para sándwiches, recipientes con tapa (que
incluyen, pero sin limitarse a, recipientes con elementos de
articulación usados con sándwiches de comida rápida tales como
hamburguesas), pajitas para beber, bolsas de plásticos, soportes
para pelotas de golf, botones, bolígrafos, lápices, reglas,
tarjetas de visita, juguetes, herramientas, máscaras de disfraces,
productos de construcción, cajas de comida congelada, cartones de
leche, recipientes de zumos de frutas, recipientes para yogures,
soportes de bebidas (que incluyen, pero no se limitan a, soportes
de estilo de cestas cruzadas, y soportes de estilo anular de seis
paquetes), cartones de helados, tazas, recipientes para patatas
fritas, cajas para llevar comida rápida, materiales de envasado
tales como papel de envolver, material de separación, envases
flexibles tales como bolsas para aperitivos, bolsas con un extremo
abierto tales como bolsas para comestibles, bolsas dentro de
cartones tales como cajas de cereales secos, bolsas de varios
compartimentos, sacos, envueltas cruzadas, cartulinas de soporte
para productos que se muestran con una cubierta (particularmente
cubiertas de plástico que se disponen sobre productos alimenticios
tales como carnes para comer, productos de oficina, cosméticos,
artículos de hardware y juguetes), cartones para chips de
ordenadores, bandejas de soporte para productos de mantenimiento
(tales como galletas y barras de caramelo), latas, cinta, y
envoltorios, (incluyendo, pero sin limitarse a, envoltorios de
congelación, envoltorios de neumáticos, envoltorios de carnicero,
envoltorios de carne, y envoltorios de salchichas); una variedad de
cartones y cajas tales como cajas corrugadas, cajas de puros, cajas
de productos de confitería, y cajas para cosméticos, recipientes
enrollados en espiral o convolutos para diversos productos (tales
como concentrados de zumos congelados, harina de avena, patatas
fritas, helado, sal, detergente y aceite para motores), tubos para
envíos postales, tubos laminares para enrollar materiales (tales
como papel de envolver, materiales de tela, toallas de papel y
papel higiénico), y hojas; materiales impresos y suministros de
oficina tales como libros, revistas, folletos, sobres, cinta
engomada, postales, aglutinantes de tres anillos, tapas de libros,
carpetas y lápices, diversos utensilios para comer y recipientes de
almacenaje tales como platos, cubiertas, pajitas, cubertería,
cuchillos, tenedores, cucharas, botellas, jarras, estuches, cajones,
bandejas, bandejas para hornear, cuencos, bandejas de cena que
pueden calentarse en el microondas, bandeja de cena de "TV",
cartones de huevos, surtidos de envases de carnes, platos
desechables, platos expendedores, platos de pasteles y platos de
desayuno, receptáculos de emergencia para vomitar (es decir, bolsas
de las aerolíneas), objetos sustancialmente esféricos, juguetes,
viales para medicinas, ampollas, jaulas para animales, cubiertas
para fuegos artificiales, cubiertas para motores de cohetes modelo,
cohetes modelo, revestimientos, materiales laminados, y una variedad
sin fin de otros objetos.
El recipiente debe ser capaz de mantener sus
contenidos, tanto estacionarios o en movimiento o manipulación,
mientras mantiene su integridad estructural y la de los materiales
contenidos en el mismo o sobre el mismo. Esto no quiere decir que
se requiere que el recipiente soporte fuerzas externas fuertes o
incluso mínimas. De hecho, puede ser deseable en algunos casos que
un recipiente particular sea extremadamente frágil o perecedero.
Sin embargo, el recipiente debe poder llevar a cabo la función para
la que esta destinado. Las propiedades necesarias siempre pueden
diseñarse en el material y estructura del recipiente de
antemano.
El recipiente también debe poder contener sus
productos y mantener su integridad durante un periodo de tiempo
suficiente para satisfacer su uso previsto. Se apreciará que, en
ciertas circunstancias, el recipiente puede sellar los contenidos
de los entornos externos, y en otras circunstancias puede
simplemente mantener o retener los contenidos.
Los términos "recipiente" o
"recipientes" tal como se usan en el presente documento, están
destinados a incluir cualquier vaso o receptáculo utilizado para,
por ejemplo, envasar, almacenar, enviar, servir, dividir, o
dispensar diversos tipos de productos u objetos (incluyendo tanto
sólidos como líquidos), tanto si su uso está previsto que sea una
duración de tiempo a corto como a largo plazo.
También está previsto que se incluyan los
productos de contención usados junto con los recipientes en el
término "recipientes". Tales productos incluyen, por ejemplo,
cubiertas, pajitas, envases interiores, tales como divisores,
forros, almohadillas de anclaje, refuerzo de esquinas, protectores
de esquinas, almohadillas espaciadoras, láminas articuladas,
bandejas, embudos, materiales de amortiguamiento, y otros objetos
usados para envasar, almacenar, enviar, dividir, servir o dispensar
un objeto dentro de un recipiente.
Los recipientes dentro del alcance de la
presente invención pueden clasificarse o no como desechables. En
algunos casos, en los que se requiere una construcción más duradera,
más resistente, el recipiente podría ser de uso repetido. Por otro
lado, el recipiente podría fabricarse de tal manera que sea
económico para usarse una sola vez y luego desecharse. Los
presentes recipientes tienen una composición tal que pueden
desecharse o tirarse fácilmente en áreas de vertedero de desechos
convencionales como un material medioambientalmente neutro.
Los artículos dentro del alcance de la presente
invención pueden tener espesores que varían en gran medida
dependiendo de la aplicación particular para la que se destina el
artículo. Pueden ser tan finos como aproximadamente 1 mm para usos
tales como en una taza. Por el contrario, pueden ser tan gruesos
como se necesite cuando la resistencia, durabilidad, y o volumen
son consideraciones importantes. Por ejemplo, el artículo puede
tener un espesor de hasta aproximadamente 10 cm o más para actuar
como un recipiente o refrigerador de envases especializado. El
espesor preferido para la mayoría de artículos está en un intervalo
desde aproximadamente 1,5 mm hasta aproximadamente 1 cm, preferidos
con aproximadamente de 2 mm a aproximadamente 6 mm.
Usando un enfoque de ingeniería
microestructural, la presente invención puede producir una variedad
de artículos, incluyendo platos, tazas, cartones, y otros tipos de
recipientes y artículos que tienen propiedades mecánicas
sustancialmente similares o incluso superiores a sus homólogos
producidos a partir de materiales convencionales, tales como papel,
espuma de poliestireno, plástico, metal y vidrio. Los artículos de
la invención también pueden producirse a una fracción del coste de
sus homólogos convencionales. El coste mínimo es un resultado del
agregado relativamente económico que comprende normalmente un alto
porcentaje de la mezcla y de la mínima energía de procesamiento
requerida.
El procedimiento de la presente invención
proporciona metodologías básicas que pueden utilizarse con poca
modificación y un material básico a partir del que los artículos de
producto pueden producirse adaptando los aditivos y las etapas de
procesamiento adicionales empleadas. La composición contiene
preferiblemente al menos el 75%, al menos el 85% o al menos el 95%
o más de materiales naturales o derivados de orgánicos en peso de
la composición moldeable homogénea.
Se presentan los siguientes ejemplos con el fin
de enseñar más específicamente las composiciones y las condiciones
del procedimiento para formar las composiciones de almidón
termoplásticas según la presente invención, así como artículos de
la misma. Los ejemplos incluyen diversos diseños de mezclas, así
como diversos procedimientos para fabricar composiciones de almidón
termoplásticas, incluyendo láminas, películas, aglomerados,
recipientes, y otros artículos de fabricación.
Mezcla A de
ejemplo
31,5 g de gel de almidón de patata al 5%
18 g de almidón de maíz seco
6 g de harina de madera seca [madera blanda de
malla 60]
\vskip1.000000\baselineskip
Características de prueba: se moldeó en plano la
mezcla consistente espesa en un molde plano de 10 cm x 10 cm a baja
presión (entre 13,79 x 10^{3} Pa y 20,68 x 10^{3} Pa) hasta un
espesor de 3 mm. La temperatura del molde fue 250ºC. Se moldearon
25 gramos de la mezcla. El artículo de prueba fue tanto resistente
como seco tras moldear. La prueba de resistencia dio 9 (en una
escala de 10, con 1 = se rompe con poca resistencia y 10 = se rompe
con resistencia significativa. Una bandeja de espuma de poliestireno
(styrofoam) para carne = 8 en esta escala y una caja con tapa para
hamburguesas de espuma de poliestireno = 5). Esta mezcla fue para
someter a prueba una mezcla espesa y se determino que para un
artículo de prueba completamente moldeado la mezcla tenía que
conformarse previamente en una lámina enrollada plana de
aproximadamente 5 cm cuadrados.
Mezcla B de
ejemplo
5 g de gel de almidón de patata al 5%
19,5 g de gel de almidón de maíz al 15%
5 g de harina de madera blanda de malla 80
- \quad
- 0,125 g de polvos para hornear [añadidos para elevar el número de células abiertas en la estructura final introduciendo una fuente de dióxido de carbono liberado mediante calor y agua].
\vskip1.000000\baselineskip
El artículo de prueba plano [molde de 13,79 x
10^{3} Pa - 20,68 x 10^{3} Pa y 250ºC] estaba seco y tenía un
gran número de células de aire en la almohadilla de prueba
reticulada. La prueba de resistencia dio 2, indicando que los
artículos moldeados a partir de esta mezcla se usarían para envases
con una ruptura baja, tales como espaciadores de choques.
Mezcla C de
ejemplo
16,3% de gel de almidón de patata al 3%
5,9% de almidón de maíz seco
14% de harina de madera blanda de malla 80
1% de polvos para hornear secos
- \quad
- 1% glicerol [añadido para producir un producto que se liberaría del molde y para producir una superficie más lisa en el producto acabado].
\vskip1.000000\baselineskip
El artículo de prueba plano [molde de 13,79 x
10^{3} Pa - 20,68 x 10^{3} Pa y 250ºC] tiene un índice de
resistencia más resistente de 4, superior a la mezcla C con la misma
estructura de células abiertas. Esta mezcla permitirá un producto
más resistente, mientras que todavía conserva la estructura de
células abiertas para artículos tales como separadores en cajas de
empaquetamiento, por ejemplo, bandejas embutidas para separar capas
de manzanas en una caja de empaquetamiento. Este artículo
proporcionaría, como la mezcla C, buena protección frente a choques
[resistencia al aplastamiento].
Mezcla D de
ejemplo
25% de un gel de almidón de patata al 3%
57% de un gel de almidón de maíz al 15%
17% de harina de madera blanda de malla 80
1% de polvos para hornear
\vskip1.000000\baselineskip
Se añadieron a esta mezcla diversas cantidades
de cargas de materiales naturales en un esfuerzo para reducir el
coste por artículo. En este grupo de prueba se añadió arcilla de
bentonita o carbonato de calcio en polvo al gel de almidón de
patata antes de la mezcla con la mezcla de harina de madera/almidón
de maíz. A niveles bajos [hasta el 5% no hay efecto sobre la
resistencia o cantidad de bolsas de aire atrapado, sugiriendo que
son apropiados niveles bajos de estas dos cargas]. A niveles más
altos, tiene que cambiarse la formulación básica para acomodar los
cambios físicos y químicos que producen las cargas.
Mezcla E de
ejemplo
10 g de una mezcla de gel de almidón de patata
al 5% y arcilla de bentonita al 20%
6 g de almidón de maíz seco
7 g de harina de madera blanda de malla 80
1 g de glicerol
6 gramos de agua
\vskip1.000000\baselineskip
Características de prueba: se moldeó en plano la
mezcla consistente espesa en un molde plano de 10 cm x 10 cm a baja
presión (entre 13,79 x 10^{3} Pa y 20,68 x 10^{3} Pa) hasta un
espesor de 3 mm. La temperatura del molde fue 250ºC. Se moldearon
25 gramos de la mezcla. El artículo de prueba fue tanto resistente
como seco tras moldear. La prueba de resistencia dio 7 con un nivel
alto de bolsas de aire atrapado. Este tipo de producto es duro y
tiene un alto grado de resistencia para su uso como un envase
primario. La inclusión de arcilla produce un producto con una
resistencia superior, además de reducir el coste por unidad.
Ejemplo
F
16,3 g de gel de almidón de patata al 5%
5,9 g de almidón de maíz seco
3,8 g de harina de madera blanda de malla 80
1 g de glicerol
\vskip1.000000\baselineskip
Características de prueba: se moldeó en plano la
mezcla espesa en un molde plano de 10 cm x 10 cm a baja presión
(entre 13,79 x 10^{3} Pa y 20,68 x 10^{3} Pa) hasta un espesor
de 3 mm. La temperatura del molde fue 250ºC. Se moldearon 25 gramos
de la mezcla. El artículo de prueba fue tanto resistente como seco
tras moldear. La prueba de resistencia dio 8 con un nivel muy alto
de bolsas de aire atrapado.
Ejemplo
G
15,1 g de gel de almidón de patata al 5%
9,1 g de almidón de maíz seco
4,3 g de harina de madera blanda de malla 80
1 g de glicerol
\vskip1.000000\baselineskip
Características de la prueba - se moldeó en
plano la mezcla un tanto espesa en un molde plano de 10 cm x 10 cm
a baja presión (entre 13,79 x 10^{3} Pa y 20,68 x 10^{3} Pa)
hasta un espesor de 3 mm. La temperatura del molde fue 250ºC. Se
moldearon 25 gramos de la mezcla. El artículo de prueba fue tanto
resistente como seco tras moldear. La prueba de resistencia dio 9
con un nivel alto de bolsas de aire atrapado. Esta mezcla es la más
resistente de las pruebas de fórmula básica que usan una mezcla que
era espesa. La siguiente prueba fue usar la misma fórmula básica
pero con agua adicional para permitir que la mezcla se inyecte como
una mezcla más fina.
\vskip1.000000\baselineskip
15,1 g de gel de almidón de patata al 5%
9,1 g de almidón de maíz seco
4,3 g de harina de madera blanda de malla 80
1 g de glicerol
4 g de agua
\vskip1.000000\baselineskip
Características de la prueba - se moldeó en
plano la mezcla más fina en un molde plano de 10 cm x 10 cm a baja
presión (entre 13,79 x 10^{3} Pa y 20,68 x 10^{3} Pa) hasta un
espesor de 3 mm. La temperatura del molde fue 250ºC. Se moldearon
25 gramos de la mezcla. El artículo de prueba fue tanto resistente
como seco tras moldear. La prueba de resistencia dio 9 con un nivel
alto de bolsas de aire atrapado. La adición de más agua permitió
que el producto llenase el molde más rápido produciendo así un
producto con una resistencia similar a la espuma de poliestireno
(producción convencional de 2 mm de espesor). Se realizaron bandejas
de tres milímetros de espesor moldeando durante diversos tiempos
entre 3 y 5 minutos a temperaturas entre 148ºC y 190ºC usando las
siguientes formulaciones. Se obtuvieron productos
satisfactorios.
\vskip1.000000\baselineskip
10,8 g de harina de madera [calidad 6020]
23,2 g de almidón de maíz
41,8 g de almidón de patata pregelificado al 5%
en agua
12 g de suspensión de arcilla de bentonita al
20% en agua
\vskip1.000000\baselineskip
10,8 g de harina de madera [calidad 6020]
23,2 g de almidón de maíz
41,8 g de almidón de patata pregelificado al
7,5% en agua
\vskip1.000000\baselineskip
Se moldearon bandejas de 2 mm de espesor a
diversos tiempos entre 45 segundos y 2 minutos a temperaturas entre
176ºC y 232ºC usando las siguientes formulaciones. Se obtuvieron
productos satisfactorios.
\vskip1.000000\baselineskip
10,8 g de harina de madera [calidad 4025]
23,2 g de almidón de maíz
3,3 g de almidón de patata
41,8 g de almidón de patata pregelificado al 10%
en agua
\newpage
10,8 g de harina de madera [calidad 4025]
23,2 g de almidón de maíz
3, 1 g de almidón de patata
3,3 g de arcilla de bentonita
41,8 g de almidón de patata pregelificado al 10%
en agua
\vskip1.000000\baselineskip
Estas bandejas (en los ejemplos anteriores) se
han recubierto también con una película fina de polímero de calidad
alimenticia y/o cera de parafina de calidad alimenticia. Un aspecto
específico de este producto es la observación de que la adición de
componentes es muy importante. Cuando se añaden los ingredientes
secos, tales como almidón de maíz y harina de madera al gel de
almidón de patata, sin premezclar en una mezcla homogénea, el
producto padece a una reducción espectacular en la resistencia y no
se extenderá uniformemente en el molde, produciendo huecos abiertos
y esquinas sin llenar. La observación de la adición específica se
vio en una docena o más de mezclas experimentales que usaron un
orden diferente de mezclado de los componentes. Además, la
superficie del producto moldeado puede ser rugosa frente a la
superficie lisa de los productos mezclados secuencialmente. Más
recientemente, se sometió a prueba el producto en un molde
tridimensional, usando técnicas de moldeo de compresión clásicas,
es decir, molde calentado con una presión constante aplicada durante
el procedimiento. En esta prueba, también se observó el requisito
de un orden específico de mezcla y cuando no se observaba este
orden el producto acabado padecía problemas significativos,
incluyendo la extensión del producto incompleta durante el
procedimiento de moldeo, la reducción en la lisura del producto
moldeado y una reducción en la resistencia, medida mediante
procedimientos de penetrómetro
clásicos.
clásicos.
\vskip1.000000\baselineskip
- 1.
- Formar una suspensión de almidón de patata de papel pregelificado:
- \quad
- 57,5 g de almidón de patata: 8,5%
- \quad
- 43,2 g de pulpa de papel reciclado: 6,3%
- \quad
- 575 g de agua: 85%
\vskip1.000000\baselineskip
Se añadieron los componentes, se calentó hasta
60ºC-70ºC (ideal) 65ºC mezclando a alta velocidad
con una batidora de alambre para formar un gel. Una vez gelificado,
es un gel estable que puede enfriarse, refrigerarse, etc., pero no
congelarse.
- 2.
- Mezclar previamente los siguientes materiales:
- \quad
- 92,3 g de harina de madera (razón de aspecto 1:4)
- \quad
- 132,7 g de almidón de patata
- \quad
- 159 g almidón de maíz
para formar una mezcla homogénea
\vskip1.000000\baselineskip
- 3.
- Añadir la mezcla homogénea de madera y almidones con el almidón de patata de papel pregelificado, mezclar con un mezclador de gancho para masa a baja velocidad.
- \quad
- Esta mezcla es estable y puede enfriarse, refrigerarse, etc., pero no congelarse.
\vskip1.000000\baselineskip
- 4.
- Colocar la mezcla en el molde (50-55 g) y hornear a 195-225ºC (ideal 215ºC) durante 60-90 segundos (ideal 75)
\vskip1.000000\baselineskip
- 5.
- Recubrir: Especialmente como PROTECoaT 6616B de New Coat, Inc, comercial, biodegradable, basado en acrílico, aprobado por la FDA para alimentos.
- 1.
- Formar una suspensión de almidón de patata de papel pregelificado:
- \quad
- 57,5 g de almidón de patata seco: 8,5%
- \quad
- 42,31 g de pulpa de papel reciclada: 6,2%
- \quad
- 580 g de agua: 85,3%
\vskip1.000000\baselineskip
Se añadieron los componentes en un mezclador, se
calentaron hasta 60-70ºC (temperatura ideal 65ºC)
mezclando a bajas RPM con una batidora de alambre para formar un
gel. Cuando se dispersa la pulpa de papel, y la temperatura
comienza a aumentar (por encima de 30ºC), se aumentan las RPM del
mezclador hasta que se alcanza las RPM máximas. El calentamiento
continúa hasta que la temperatura alcanza 65ºC. En este momento, la
mezcla es una suspensión de gel homogénea. Se desconecta el calor y
se cambian los cabezales de la batidora por un gancho para masa y
se disminuye la velocidad hasta el 10% de la máxima (KitchenAid®).
Como alternativa, para lotes más pequeños, véase por ejemplo, la
etapa nº 2 a continuación, la mezcla se hace a mano. Una vez
gelificado, es un gel estable que puede enfriarse, refrigerarse,
etc., pero no congelarse.
- 2.
- Premezclar los siguientes materiales:
- \quad
- 4,8 g de harina de madera (proporción de aspecto 1:4 o inferior)
- \quad
- 6,9 g de almidón de patata
- \quad
- 8,3 g de almidón de maíz para formar una mezcla homogénea
- 3.
- Añadir la mezcla homogénea de madera y almidones a 29,9 g de almidón de patata de papel pregelificado, mezclar con un mezclador de gancho para masa a baja velocidad. Esta mezcla es estable y puede enfriarse, refrigerarse, pero no congelarse.
- 4.
- Colocar la mezcla dentro del molde (50-55 g) y hornear a 195-225ºC (ideal 215ºC) durante 60-90 segundos (ideal 75 segundos)
- 5.
- Recubrir: Especialmente como PROTECoaT 6616B de New Coat, Inc, comercial, biodegradable, basado en acrílico, aprobado por la FDA para alimentos.
\vskip1.000000\baselineskip
Los siguientes ejemplos y fórmulas funcionan
tanto con el procedimiento de moldeo por compresión como con los
procedimientos de moldeo por inyección para producir productos
resistentes medidos mediante penetrómetros. Además, estos ejemplos y
fórmulas producen productos con espesores entre 1,5 y 3,0 mm, por
ejemplo, espesores de 1,5 mm, 1,75 mm, 2,0 mm o 3,0 mm.
Cada modificación enumerada en la tabla anterior
se basa en lo que funciona mejor para una flexibilidad específica
y/o procedimiento de moldeo. Por ejemplo, según se cambia la
concentración de almidón de patata, la flexibilidad cambiará.
Claims (82)
1. Un procedimiento para formar un material
biodegradable que comprende:
(a) formar una suspensión de almidón
pregelificado, "pregel", producida a partir de aproximadamente
el 2-15% de almidón de patata en peso del pregel, y
aproximadamente el 75-95% de agua en peso del pregel
de tal manera que la suspensión pregelificada se mantiene a
temperaturas entre 0-60ºC;
(b) mezclar juntas fibras de madera o harina de
madera que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente
1:2 y 1:8, una suspensión de almidón pregelificado producida a
partir de aproximadamente el 15% de almidón de maíz en peso del
pregel y aproximadamente el 85% de agua en peso del pregel, y un
almidón nativo para formar una mezcla homogénea;
(c) añadir a la suspensión de almidón
pregelificado la mezcla homogénea para formar una composición
moldeable homogénea final; y
(d) moldear la composición moldeable homogénea
con calor para formar un material biodegradable.
2. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que el almidón nativo es almidón de maíz.
3. El procedimiento según la reivindicación 2,
en el que se añade aproximadamente el 50-70% en peso
de la mezcla homogénea de almidón de maíz.
4. El procedimiento según la reivindicación 2,
en el que se añade aproximadamente el 57-65% en
peso de la mezcla homogénea de almidón de maíz.
5. El procedimiento según la reivindicación 1,
en el que el almidón nativo es almidón de patata.
6. El procedimiento según la reivindicación 5,
en el que se añade aproximadamente el 5-60% en peso
de la mezcla homogénea de almidón de patata.
7. El procedimiento según la reivindicación 5,
en el que se añade aproximadamente el 15-30% en peso
de la mezcla homogénea de almidón de patata.
8. Un procedimiento para formar un material
biodegradable que comprende:
(a) formar una suspensión de almidón de papel
pregelificado que se mantiene a temperaturas entre
0-60ºC;
(b) mezclar juntas harina o fibras de madera
(que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y
1:8), y un(os) almidón/almidones nativo(s) para formar
una mezcla homogénea;
(c) añadir a la suspensión de almidón
pregelificado la mezcla homogénea para formar una composición
moldeable homogénea; y
(d) moldear la composición moldeable homogénea
con calor para formar un material biodegradable.
9. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la suspensión de almidón pregelificado comprende
aproximadamente el 2-15% de almidón de patata en
peso del pregel; aproximadamente el 5-10% de pulpa
de papel en peso del pregel; y aproximadamente el
75-95% de agua en peso del pregel; y en el que el
almidón nativo comprende almidón de patata o almidón de maíz.
10. El procedimiento según la reivindicación 9,
en el que se añade aproximadamente al menos el 2,5% o al menos el
5% en peso de la mezcla homogénea de almidón de patata.
11. El procedimiento según la reivindicación 9,
en el que se añade aproximadamente el 5,9-8% de
pulpa de papel.
12. El procedimiento según la reivindicación 9,
en el que las fibras de madera tienen una proporción de aspecto
entre 1:2 y 1:4.
13. El procedimiento según la reivindicación 8,
que comprende además añadir un material seleccionado de la siguiente
lista a las fibras de madera para formar una mezcla homogénea:
(i) ceras, alcoholes grasos, fosfolípidos o
glicerol;
(ii) aproximadamente el 0,5-20%
de agua en peso de la composición moldeable homogénea;
(iii) polvos para hornear;
(iv) cargas de tierra naturales, arcilla,
bentonita, caolín, productos de partida amorfos, yeso o sulfato de
calcio, minerales, caliza, o cargas inertes fabricadas por el
hombre; y/o
(v) materiales basados en celulosa.
14. El procedimiento según la reivindicación 13,
en el que el material basado en celulosa es metilcelulosa.
15. El procedimiento según la reivindicación
13, en el que el material basado en celulosa es etilcelulosa.
16. El procedimiento según la reivindicación 1
u 8, que comprende además añadir al menos uno de los siguientes
materiales adicionales a las fibras de madera
(i) almidón seco o húmedo;
(ii) almidón pregelificado;
(iii) cera, alcohol graso, fosfolípido y/o
glicerol;
(v) polvos para hornear;
(vi) composición moldeable homogénea de cargas
de tierras naturales, arcillas, bentonita, productos de partida
amorfos, yeso o sulfato de calcio, minerales y materiales fabricados
por el hombre para formar una mezcla homogénea; y/o
(vii) agua.
17. El procedimiento según la reivindicación 16,
en el que el mineral es caliza.
18. El procedimiento según la reivindicación
16, en el que el material fabricado por el hombre es ceniza
volante.
19. El procedimiento según la reivindicación
16, en el que el almidón pregelificado comprende aproximadamente el
30% de almidón de patata en peso de la composición moldeable
homogénea.
20. El procedimiento según la reivindicación 16,
en el que el almidón pregelificado comprende aproximadamente el 60%
de almidón de patata en peso de la composición moldeable
homogénea.
21. El procedimiento según la reivindicación
16, en el que el almidón de maíz comprende aproximadamente el 30% en
peso de la composición moldeable homogénea.
22. El procedimiento según la reivindicación 16,
en el que el almidón comprende aproximadamente el 60% de almidón de
maíz en peso de la composición moldeable homogénea.
23. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a partir
de aproximadamente el 2,5-15% de almidón en peso
del pregel, y a partir de aproximadamente el
85-97,5% de agua en peso de la composición moldeable
homogénea.
24. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 2,5-5,5% de almidón y a
partir de aproximadamente el 94,5-97,5% de agua en
peso de la composición moldeable homogénea.
25. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 2,5-10% de almidón de
patata, y del 90% al 97,5% de agua en peso del pregel.
26. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 15% de almidón de maíz en peso del
pregel.
27. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la disolución de almidón de papel pregelificado se produce
a partir de aproximadamente el 5-10% de pulpa de
papel en peso del pregel, aproximadamente el 5-15%
de almidón natural, y aproximadamente el 75-90% de
agua en peso del pregel.
28. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que el almidón es almidón de maíz o almidón de patata.
29. El procedimiento según la reivindicación 28,
en el que almidón de maíz comprende aproximadamente el
4-18% en peso de la composición moldeable
homogénea.
30. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que el almidón es una mezcla de almidón de patata y almidón
de maíz.
31. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que las fibras de madera o harina de madera comprenden
aproximadamente el 11-24% de la composición
moldeable homogénea que contiene la disolución de almidón
pregelificado.
32. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que las fibras de madera o harina de madera comprenden
aproximadamente el 7-11% en peso de la composición
moldeable homogénea que contiene la disolución de almidón de papel
pregelificado.
33. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que las fibras de madera o harina de madera tienen una
proporción de aspecto, anchura con respecto a longitud, entre
aproximadamente 1:2 y 1:8.
34. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que la suspensión de almidón de papel pregelificado se produce
a partir de aproximadamente el 5-10% de pulpa de
papel en peso del pregel, aproximadamente el 5-15%
de almidón, y aproximadamente el 75-90% de agua en
peso del pregel.
35. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que se usa calor para producir el material.
36. El procedimiento según la reivindicación 8,
que comprende además añadir una segunda suspensión de almidón
pregelificado y una fuente de gas a las fibras de madera o harina de
madera.
37. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que se añaden aproximadamente el 10% de fibras de madera.
38. El procedimiento según la reivindicación 8,
en el que se añaden aproximadamente el 7% de fibras de madera.
39. El procedimiento según la reivindicación 8,
que comprende además añadir almidón de patata a las fibras de
madera.
40. El procedimiento según la reivindicación 8,
que comprende además añadir almidón de maíz a las fibras de
madera.
41. El procedimiento según la reivindicación
8, que comprende además añadir almidón de patata y almidón de maíz a
las fibras de madera.
42. El procedimiento según la reivindicación 8
que comprende además el uso de presión con alternancia o en
combinación con calor para moldear el material biodegradable.
43. El procedimiento según la reivindicación
42, en el que la presión está entre aproximadamente 13,79 x 10^{3}
Pa - 20,68 x 10^{3} Pa.
44. El procedimiento según la reivindicación
35, en el que el calor usado para moldear los materiales
biodegradables está entre aproximadamente
150-250ºC.
45. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se mantiene a
temperaturas entre 0-40ºC.
46. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34 en el que se añaden fibras para aumentar la integridad
estructural del producto final.
47. El procedimiento según la reivindicación
46, en el que las fibras son madera.
48. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 5-10% de almidón de
patata.
49. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 7,5% de almidón de patata.
50. El procedimiento según la reivindicación 8
ó 34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 10% de almidón de patata.
51. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 5-10% de papel.
52. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 7-10% de papel.
53. El procedimiento según las reivindicaciones
8 ó 34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce
a partir de aproximadamente el 8% de papel.
54. El procedimiento según la reivindicación 8
ó 34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 10% de papel.
55. El procedimiento según la reivindicación 8
ó 34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 75% de agua.
56. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 75-92,5% de agua.
57. El procedimiento según la reivindicación 8 ó
34, en el que la suspensión de almidón pregelificado se produce a
partir de aproximadamente el 92,5% de agua.
58. El procedimiento según la reivindicación 34,
en el que la mezcla homogénea comprende almidón de maíz.
59. El procedimiento según la reivindicación
34, en el que la mezcla homogénea comprende almidón de patata y
almidón de maíz.
60. El procedimiento según la reivindicación
58, en el que el almidón nativo comprende aproximadamente el 30% de
almidón de patata en peso de la composición moldeable homogénea.
61. El procedimiento según la reivindicación
59, en el que el almidón nativo comprende aproximadamente el 30% de
almidón de patata en peso de la composición moldeable
homogénea.
62. El procedimiento según la reivindicación 60,
en el que el almidón de patata comprende aproximadamente el 60% en
peso de la composición moldeable homogénea.
63. El procedimiento según la reivindicación
58, en el que el almidón de maíz comprende aproximadamente el 30% en
peso de la composición moldeable homogénea.
64. El procedimiento según la reivindicación 59,
en el que el almidón de maíz comprende aproximadamente el 30% en
peso de la composición moldeable homogénea.
65. El procedimiento según la reivindicación 62,
en el que el almidón de maíz comprende aproximadamente el 60% en
peso de la composición moldeable homogénea.
66. Un procedimiento para producir un material
resistente al agua que comprende:
(a) formar una primera suspensión de almidón
pregelificado que se mantiene a temperaturas entre
0-60ºC;
(b) mezclar juntas fibras de madera o harina de
madera que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente
1: 2 y 1:8, y otro material seleccionado del grupo constituido por
ceras, alcoholes grasos, fosfolípidos y glicerol;
(c) añadir a la primera suspensión de almidón
pregelificado la mezcla homogénea que contiene la fibra de madera y
otro material;
(d) moldear la composición homogénea con calor
para formar un material biodegradable; y
(e) revestir el material con un revestimiento
resistente a líquidos.
67. El procedimiento según la reivindicación 66,
en el que el revestimiento se selecciona del grupo constituido por
poli(ácido láctico); polihidroxialcanoato; celulosa bacteriana;
polímero basado en quitosano; metilcelulosa, etilcelulosa,
poli(acetato de vinilo) o revestimientos basados en ceras y
aceite.
68. El procedimiento según la reivindicación
66, en el que se usa vacío para formar una película alrededor del
artículo moldeado.
69. Un procedimiento para formar un material de
espuma de células abiertas mediante:
(a) formar una suspensión de almidón
pregelificado producida a partir de aproximadamente el
3-5% de almidón de patata (en peso del pregel) y
aproximadamente el 95-97% de agua (en peso del
pregel) de manera que se mantiene la suspensión pregelificada a
bajas temperaturas;
(b) mezclar juntas harina o fibras de madera
(que tienen una proporción de aspecto entre aproximadamente 1:2 y
1:8), una segunda suspensión de almidón pregelificado (el segundo
pregel) producida a partir de aproximadamente el 15% de almidón de
maíz (en peso del segundo pregel) y aproximadamente el 85% de agua
(en peso del segundo pregel), y polvos para hornear del
0,4-12% de polvos para hornear (en peso de la
composición moldeable homogénea) para formar una mezcla
homogénea;
(c) añadir a la suspensión de almidón de patata
pregelificado una mezcla homogénea que contiene las fibras de
madera y almidón de maíz pregelificado para formar una composición
moldeable homogénea; y
(d) moldear la composición moldeable homogénea
con calor para formar un material biodegradable.
70. Un material biodegradable, que puede
convertirse en compost realizado según el procedimiento de la
reivindicación 34.
71. Un material biodegradable, que puede
convertirse en compost realizado según el procedimiento de una
cualquiera de las reivindicaciones 1, 8, 9 ó 16.
72. El material según la reivindicación 71, en
la forma de una taza.
73. El material según la reivindicación 71, en
la forma de una bandeja.
74. El material según la reivindicación 71, en
la forma de un cuenco.
75. El material según la reivindicación 71, en
la forma de un plato.
76. El material según la reivindicación 71, en
la forma de un utensilio.
77. El material según la reivindicación 71, en
la forma de una taza de café.
78. El material según la reivindicación 71, en
la forma de una bandeja de cena para el microondas.
79. El material según la reivindicación 71, en
la forma de una bandeja de cena de "TV".
80. El material según la reivindicación 71,
revestido con un revestimiento resistente a líquidos adecuado.
81. El material según la reivindicación 80, en
el que el revestimiento se selecciona del grupo constituido por:
poli(ácido láctico); polihidroxialcanoato; celulosa bacteriana;
polímero basado en quitosano; metilcelulosa, etilcelulosa,
poli(acetato de vinilo) o revestimientos basados en ceras y
aceite.
82. El material según la reivindicación 80, en
el que se aplica el revestimiento como una película fina, se
pulveriza o bien se sumerge.
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