ITMI20081472A1 - Contenitori biodegradabili colorati - Google Patents

Description

“CONTENITORI BIODEGRADABILI COLORATIâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a contenitori biodegradabili colorati, in particolare a sacchi per la raccolta della frazione umida dei rifiuti organici, detti sacchi essendo prodotti con composizioni biodegradabili colorate contenenti coloranti organici naturali di origine vegetale atossici. Detti coloranti sono autorizzati per l’uso alimentare, e risultano inoltre biodegradabili in compostaggio industriale ed in compostaggio domestico. La presente invenzione si riferisce anche a sacchi il cui uso secondario possa essere la raccolta della frazione organica dei rifiuti. La presente invenzione si riferisce inoltre ad un processo di compostaggio industriale che utilizza tali sacchi colorati.

Una delle maggiori difficoltà nella gestione del ciclo dei rifiuti riguarda la messa a punto di efficaci sistemi di raccolta differenziata. Questi sistemi, attraverso la separazione dei rifiuti secondo la loro tipologia, consentono, tra l’altro, di ridurre il volume dei rifiuti conferiti in discarica, l’aumento della frazione di rifiuti riciclati (per esempio gli imballaggi di plastica) e l’avvio agli impianti di compostaggio industriale della frazione umida dei rifiuti organici. Il compostaggio à ̈ quel processo industriale con cui si imitano, riproducendoli in forma controllata, accelerata e migliorata quei processi a cui va incontro qualsiasi sostanza organica per effetto della flora microbica naturalmente presente nell’ambiente.

Si tratta di un processo aerobico di decomposizione biologica della sostanza organica che avviene in condizioni controllate che permette di ottenere un prodotto biologicamente stabile . In natura la sostanza organica prodotta (foglie secche, rami, spoglie di animali, etc) viene infatti decomposta dai microrganismi presenti nel terreno che la restituiscono al ciclo naturale. Le componenti meno degradabili rimaste costituiscono l’humus che rappresenta pertanto una vera e propria riserva di nutrimento per le piante data la sua capacità di liberare lentamente ma costantemente gli elementi nutritivi (azoto, fosforo, potassio etc), assicurando la fertilità costante del suolo.

Il compostaggio industriale à ̈ un processo in cui vengono messe a punto strutture per gestire in modo industriale le attività microbiologiche che si svolgono in modo spontaneo in natura con l’obiettivo di ridurre il tempo necessario per ottenere una specie di humus, il compost, e di migliorare la qualità del prodotto finale rispetto a quello ottenuto spontaneamente.

Per quanto riguarda il compostaggio industriale della frazione umida dei rifiuti organici, un requisito fondamentale per assicurare una buona resa del processo à ̈ la totale assenza di materiali non biodegradabili che possano influire negativamente sulla qualità del compost. Accade tuttavia non infrequentemente che materiali non biodegradabili, quali ad esempio sacchi prodotti con plastiche tradizionali quali il polietilene, vengano immessi negli impianti di compostaggio recando così grave nocumento al processo di compostaggio stesso. Per contribuire ad un corretto funzionamento dei processi di compostaggio, dunque, vi à ̈ la necessità di assicurare una tempestiva ed efficace distinzione tra sacchi di plastica non biodegradabile e sacchi di plastica biodegradabile.

Nonostante l’utilizzo di materiali plastici biodegradabili, il processo di compostaggio può essere negativamente influenzato dalla presenza di additivi non biodegradabili.

Questi additivi infatti possono a loro volta generare impatti negativi in quanto, oltre ad essere di difficile determinazione analitica, non sono biodegradabili in compostaggio. In caso di abbandono nell’ambiente inoltre essi possono accumularsi progressivamente nel suolo. Gli inconvenienti sopra menzionati risultano particolarmente evidenti nel caso dei coloranti. Il colore, infatti, à ̈ un elemento molto importante nella fase di commercializzazione ed uso del prodotto, ma diventa un fattore che può presentare elementi di forte criticità nella fase di smaltimento.

La presente invenzione risolve i problemi tecnici menzionati attraverso la messa a punto di sacchi per la raccolta della frazione umida dei rifiuti organici prodotti con composizioni biodegradabili colorate contenenti coloranti organici naturali di origine vegetale atossici. Detti coloranti sono autorizzati per l’uso alimentare, e risultano inoltre biodegradabili in compostaggio industriale ed in compostaggio domestico. L’utilizzo di detti coloranti da un lato, consente di rendere più efficace la distinzione tra i sacchi di plastica non biodegradabile e quelli di plastica biodegradabile, dall’altro permette di superare gli svantaggi derivanti dall’utilizzo di coloranti convenzionali.

Oggetto dell’invenzione à ̈ anche un processo di compostaggio industriale che utilizza sacchi per la raccolta dei rifiuti organici prodotti con composizioni biodegradabili colorate con detti coloranti naturali .

In particolare, le composizioni utilizzabili per la produzione dei sacchi secondo la presente invenzione sono biodegradabili in compostaggio industriale secondo lo standard EN 14955 nonché in compostaggio domestico secondo lo standard UNI 11183.

Le composizioni biodegradabili dei sacchi secondo l’invenzione comprendono almeno due polimeri biodegradabili.

In una forma preferita, almeno uno dei due polimeri biodegradabili à ̈ di origine naturale. Tra questi sono preferiti i polisaccaridi, come ad esempio amidi, amidi modificati, alginati, lignine, cellulose, cellulose modificate etc.

In una forma particolarmente preferita dell’invenzione le composizioni biodegradabili comprendono amido, almeno un polimero termoplastico incompatibile con l’amido ed uno o più coloranti organici naturali di origine vegetale atossici.

Detti coloranti sono in grado di biodegradare come la composizione polimerica. Essi, qualora rilasciati casualmente nell’ambiente, sono inoltre in grado di scolorire per effetto dell’esposizione prolungata alla luce solare.

Col termine amido si intendono qui tutti i tipi di amido, vale a dire: farina, amido nativo, amido chimicamente e/o fisicamente modificato, amido idrolizzato, amido destrutturato, amido gelatinizzato, amido termoplastico.

Per quanto riguarda l’amido nativo vengono qui ricompresi tutti gli amidi nativi quali quelli di patata, mais, frumento, legumi, tapioca, yucca, sorgo, pisello, etc. Particolarmente vantaggiosi si dimostrano gli amidi quali l’amido di patata e l’amido di mais in grado di essere facilmente destrutturabili e che abbiano elevati pesi molecolari iniziali.

Per amido destrutturato si richiamano qui agli insegnamenti contenuti nei Brevetti EP-0118 240 e EP-0 327 505 intendendosi come tale l’amido lavorato in modo da non presentare sostanzialmente c.d. croci di malta al microscopio ottico in luce polarizzata e c.d. ghost al microscopio ottico in contrasto di fase.

L’amido nelle presenti composizioni à ̈ presente in una quantità compresa tra l’ 1 e l’ 80%, preferibilmente tra il 5 e il 60%, in peso rispetto alla somma dell’amido e del polimero termoplastico incompatibile con l’amido.

Il polimero termoplastico incompatibile con l’amido à ̈ vantaggiosamente scelto fra i poliesteri biodegradabili alifatici o alifatico-aromatici da idrossiacidi o del tipo diacido-diolo.

I poliesteri da diacido-diolo alifatici hanno parte alifatica composta da acidi dicarbossilici alifatici a catena lunga, preferibilmente di origine rinnovabile e dioli alifatici. I poliesteri alifatico-aromatici, invece, sono ottenuti a partire da acidi dicarbossilici alifatici a catena lunga, preferibilmente di origine rinnovabile, acidi aromatici polifunzionali e dioli.

Per acidi dicarbossilici alifatici a catena lunga si intendono i diacidi C2-C22e loro esteri. Sono preferiti l’acido succinico, l’acido adipico e gli acidi dicarbossilici alifatici da fonte rinnovabile del tipo C8-C13in particolare acido suberico, acido azelaico, acido sebacico, acido brassilico e loro esteri. Sono particolarmente interessanti anche miscele di tali acidi. Per acidi aromatici polifunzionali si intendono qui tutti i composti aromatici dicarbossilici. Tra questi, preferiti sono quelli del tipo acido ftalico e quelli di origine rinnovabile ed i loro esteri. Particolarmente preferiti sono l’acido tereftalico, l’acido 2,5 furandicarbossilico ed i loro derivati.

Esempi di dioli ai sensi della presente invenzione sono 1,2-etandiolo, 1,2-propandiolo, 1,3-propandiolo, 1,4-butandiolo, 1,5-pentandiolo, 1,6-esandiolo, 1,7-eptandiolo, 1,8-ottandiolo, 1,9-nonandiolo, 1,10-decandiolo, 1,11-undecandiolo, 1,12-dodecandiolo, 1,13-tridecandiolo, 1,4-cicloesandimetanolo, propilenglicole, neo-pentilglicole, 2-metil-1,3-propandiolo, dianidrosorbitolo, dianidromannitolo, dianidroiditolo, cicloesandiolo, cicloesanmetandiolo. Sono particolarmente preferiti i dioli del tipo C2- C10. Ancora più particolarmente preferiti risultano i dioli C2- C4.

Il polimero termoplastico incompatibile con l’amido à ̈ vantaggiosamente scelto tra i poliesteri biodegradabili del tipo diacido diolo tenaci, vale a dire caratterizzati da Modulo elastico inferiore a 700 MPa, preferibilmente inferiore a 500 MPa e più preferibilmente inferiore a 350 MPa, e Allungamento a rottura maggiore di 300 % dette caratteristiche meccaniche essendo determinate secondo la norma ASTM D882 (23° C e 55%; Umidità relativa e Vo = 50 mm/min)

Esempi di tali poliesteri tenaci sono i poliesteri descritti nei brevetti EP 559785 (Eastman), EP 792309 (BASF) e PCT/EP2006/002670 (Novamont), nonché i poliesteri alifatici descritti nel brevetto EP 1117 738.

Nelle presenti composizioni il polimero termoplastico incompatibile con l’amido à ̈ presente in una quantità compresa tra il 20 e il 99%, preferibilmente tra il 40 e l’95% in peso rispetto all’amido e al polimero termoplastico incompatibile con l’amido.

Ai fini della presente invenzione vengono considerati atossici e qui compresi quei coloranti organici naturali di origine vegetale che superano il test di tossicità sulle piante superiori descritto nell’Annex E della norma EN 13432.

Esempi di coloranti naturali secondo l’invenzione sono: curcumina, luteina, annatto, capsantina, caramello, carminio, betanina, antocianine, clorofilla, riboflavina, ß-carotene. In una forma preferita della presente invenzione i coloranti naturali sono autorizzati per l’uso alimentare. Tra questi à ̈ particolarmente preferito l’annatto.

Il colorante secondo l’invenzione può essere aggiunto in qualsiasi fase della lavorazione della composizione sia direttamente che in forma di master.

Nelle presenti composizioni il colorante naturale à ̈ presente in una quantità compresa tra lo 0,10 e il 20%, preferibilmente tra il 0,15 e l’15%, in peso rispetto al totale della composizione.

Nelle composizioni l’amido può essere presente in fase continua, co-continua o dispersa. Quando l’amido costituisce la fase dispersa, le particelle hanno dimensione media inferiore ad 1 Î1⁄4m, preferibilmente inferiore a 0,25 Î1⁄4m ed ancor più preferibilmente inferiore a 0,15 Î1⁄4m. Nelle composizioni secondo l’invenzione possono essere contenute ulteriori fasi disperse costituite ad esempio da polimeri biodegradabili quali in particolare poliidrossialcanoati come acido polilattico e acido poliglicolico. Sono particolarmente preferiti polimeri o copolimeri dell'acido polilattico contenenti almeno il 75% di acido L-lattico o D- lattico o loro combinazioni, con peso molecolare Mwmaggiore di 70.000 e con un modulo maggiore di 1.500 MPa.

Alle composizioni possono essere aggiunti uno o più plastificanti per l’amido. Il plastificante può essere costituito da tutte le sostanze note al tecnico medio del ramo per questo. Tra queste, preferite sono glicerina, acqua, sorbitolo e pentaeritritolo. L’acqua può essere quella contenuta nell’amido.

Il plastificante à ̈ presente in quantità compresa tra 0 e 40 %, preferibilmente tra 0,5 e 20 % in peso rispetto al totale della composizione.

Nelle presenti composizioni biodegradabili possono naturalmente essere anche incorporati altri additivi atossici come antiossidanti, stabilizzanti UV, stabilizzanti termici e all'idrolisi, ritardanti di fiamma, agenti a lento rilascio, filler inorganici ed organici, come ad esempio fibre naturali, agenti antistatici, agenti umettanti, lubrificanti oppure compatibilizzanti.

Per ottenere un materiale con le caratteristiche descritte più sopra occorre utilizzare specifici rapporti compositivi delle diverse componenti, nonché applicare un processo in estrusore o qualsiasi altra macchina in grado di assicurare condizioni di temperatura e di shear (deformazione di taglio) opportune. L’esperto del ramo, a seconda della macchina a disposizione, sarà in grado di individuare le condizioni di temperatura e di shear capaci di condurre a tali caratteristiche.

In particolare, dette composizioni sono biodegradabili secondo la norma EN 13432 e risultano particolarmente adatte ad essere trasformate in film per produrre sacchi per la raccolta di rifiuti organici. Infatti, i prodotti con dette composizioni presentano caratteristiche di respirabilità che consentono alla frazione organica da smaltire di perdere una parte considerevole del suo peso.

Oltre alle sopraccitate proprietà, i film flessibili così ottenuti sono caratterizzati da elevati valori delle proprietà meccaniche, quali Carico a rottura, Modulo di Young ed Energia di rottura, che garantiscono ai sacchi prodotti con essi elevata tenacità.

Ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ un processo di compostaggio che utilizza sacchi biodegradabili prodotti con composizioni biodegradabili colorate.

In particolare, per processi di compostaggio si intendono tutti i processi industriali aerobici di decomposizione biologica che avvengono in condizioni di umidità, ossigenazione e temperatura controllate.

La presente invenzione à ̈ ora illustrata con riferimento ad alcuni esempi non limitanti della stessa.

Esempi

Un estrusore corotante con L/D = 36 e diametro 60 mm con 9 zone di riscaldamento à ̈ stato alimentato con :

- 24 kg di amido di patata;

- 69,9 kg di polibutilensebacato-co-tereftalato;;

- 5,1 kg di glicerina.

Condizioni operative dell’estrusore:

RPM : 140

Portata: 40 Kg / ora

Profilo termico 60-140-175-180x4-155x2 °C

All’uscita dell’estrusore sono stati ottenuti granuli della suddetta composizione.

I granuli così ottenuti sono stati successivamente alimentati ad una macchina Ghioldi da 40 mm, die gap = 1mm, portata 20 kg/h insieme ad un master di colorante naturale annatto detto colorante essendo presente in quantità dello 0,2 % in peso rispetto al peso totale della composizione Sono stati così ottenuti film con spessore di 16 Î1⁄4m. Detti film sono risultati compostabili ai sensi sia dello Standard EN 13432 (anche EN 14955), che dello Standard UNI 11183.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sacchi biodegradabili comprendenti composizioni biodegradabili colorate contenenti coloranti organici naturali di origine vegetale atossici.
2. 2. Sacchi secondo la rivendicazione 1 in cui detti coloranti sono autorizzati per l’uso alimentare, e risultano biodegradabili in compostaggio industriale ed in compostaggio domestico ed in cui le composizioni biodegradabili sono biodegradabili in compostaggio industriale secondo lo standard EN 14955 nonché in compostaggio domestico secondo lo standard UNI 11183.
3. 3. Sacchi secondo la rivendicazione 2 in cui le composizioni biodegradabili comprendono almeno due polimeri biodegradabili.
4. 4. Sacchi secondo la rivendicazione 3 in cui le composizioni biodegradabili comprendono almeno un polimero di origine naturale.
5. 5. Sacchi secondo la rivendicazione 4 in cui le composizioni biodegradabili comprendono amido, almeno un polimero termoplastico incompatibile con l’amido, ed uno o più coloranti organici naturali di origine vegetale atossici.
6. 6. Sacchi secondo la rivendicazione 5 in cui il polimero termoplastico incompatibile con l’amido à ̈ scelto fra i poliesteri biodegradabili alifatici o alifatico-aromatici..
7. 7. Sacchi secondo la rivendicazione 6 in cui il polimero termoplastico incompatibile con l’amido à ̈ scelto tra i poliesteri biodegradabili del tipo diacido diolo caratterizzati da Modulo inferiore a 700 MPa e Allungamento a rottura maggiore di 300 %.
8. 8. Sacchi secondo la rivendicazione 5 in cui i coloranti naturali sono curcumina, luteina, alkannina, crisofanolo, annatto, capsantina, caramello, carminio, betanina, antocianine, clorofilla, riboflavina, ß-carotene.
9. 9. Sacchi secondo la rivendicazione 8 in cui il colorante naturale à ̈ annatto.
10. 10. Uso dei sacchi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti per la raccolta della frazione umida dei rifiuti organici.