BOLSA DE COLÁGENO FLEXIBLE Y PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a una bolsa flexible obtenida en un material biodegradable y potencialmente comestible, preferentemente colágeno.
Es objeto de la invención obtener una bolsa de gran capacidad destinada a contener residuos sólidos, principalmente orgánicos y otros productos, que se degrada cuando es desechada, sin dañar al medio ambiente e incluso aporta materia orgánica al suelo en el que se degrada. La bolsa objeto de esta invención es, además susceptible de ser utilizada como alimento para animales y ofrece unas óptimas prestaciones tanto desde el punto de vista de resistencia mecánica como de estanqueidad y resistencia a la humedad.
Es también objeto de la invención el procedimiento de obtención de la bolsa, basándose en conformar un tubo mediante una sola línea o banda de sutura helicoidal, a base de un pegamento especial, tubo que en una fase final del proceso es seccionado transversalmente para obtener segmentos o porciones de la longitud que se desee, cerrándose uno de los extremos mediante sellado para conformar la bolsa.
La bolsa de la invención, pudiendo ser obtenida en cualquier tamaño, será preferentemente de gran capacidad para su uso fundamentalmente como bolsa para contener residuos sólidos orgánicos susceptibles de ser reutilizados como materia prima en la fabricación de piensos para animales, sin descartar otras aplicaciones.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Cada vez en mayor medida, se siente la necesidad de reciclar las ingentes cantidades de desechos orgánicos producidos por los seres humanos, en especial en las grandes ciudades, donde la concentración humana da lugar a cantidades de basura cuyo tratamiento y acumulación genera costes y necesidades importantes de recursos. El impacto medioambiental de dichos residuos es, así mismo, importante y es, por ello, importante el esfuerzo que se intenta hacer por reducirlo en todos los aspectos.
Parte de estos desechos está compuesta de material orgánico que podría ser susceptible de compostaje o reutilización sirviendo de materia prima, en determinados casos, a la fabricación de piensos para animales.
Cada vez más, se está llevando a cabo una recogida selectiva de residuos de forma que empieza a ser posible el tratar de forma diferenciada los residuos orgánicos que son susceptibles de tratamiento como materia base de pienso para animales.
El primer problema con que se encuentra la voluntad de reciclar esos residuos sólidos susceptibles de servir como materia prima para la fabricación de pienso es que el contenedor en el que se recogen dichos residuos, o bien no debe acompañar al residuo en su tratamiento o bien debe estar hecho con un material susceptible de tratarse igualmente como materia prima para esa fabricación de pienso.
La primera de las soluciones propuestas: que el contenedor no acompañe al residuo en su tratamiento, solamente es viable en el caso de grandes generadores de este tipo de residuos, como podrían ser las industrias
alimentarias o las empresas de restauración colectiva, pero dejaría sin resolver el volumen de residuos orgánicos de origen doméstico.
La segunda solución precisa de un tipo de bolsa cuya composición le permita ser pienso ella misma y ser susceptible de procesamiento en las instalaciones existentes al efecto. Bolsas de este tipo han sido descritas en la patente DE4312977.3 de Naturin, cuyo objeto es la fabricación de receptáculos degradables biológicamente.
Existen numerosos tipos de bolsas de material flexible, obtenidas de muy diversas maneras. Así, en la patente española con número de publicación ES-2085560, se describe un método para hacer un tubo continuo de una lámina de material flexible, disponiéndose ésta sobre un soporte y arrollándose helicoidal ente con los bordes adyacentes solapados, siendo éstos cosidos mediante costura o bien mediante soldadura ultrasónica de alta frecuencia.
El tubo obtenido es susceptible de cortarse a intervalos regulares para obtener tramos que se cierran por uno de sus extremos mediante atadura, cosido o cualquier otro sistema convencional, pudiendo el tubo ser utilizado para transportar líquidos debidamente revestido y cerrado por uno de sus extremos, así como para formar rellenos o lechadas de cemento en minería, para formar diques murales, pilares, pudiendo igualmente utilizarse como medio de protección de pendientes, e incluso para conseguir bolsas para transporte de determinados productos, etc.
La formación de una bolsa a partir de una lámina, con o sin el paso intermedio de formar un tubo a partir de la misma, o la extrusión directamente en tubo, con el posterior corte y sellado, son las formas habituales de producción de bolsas hasta la fecha. Ha sido, así mismo,
tradicional el sellar mediante cosido o pegado, según la aplicación de la bolsa a formar.
No obstante, las soluciones aportadas hasta la fecha no resuelven el problema de la reutilización de los residuos orgánicos satisfactoriamente, pues la fabricación de bolsas mediante cosido hacía las bolsas no estancas, con lo que los lixiviados producidos se vertían dando lugar a pérdidas y efectos indeseados por la cantidad de humedad contenida en los residuos sólidos orgánicos que éstos pueden liberar. Adicionalmente, el cosido generaba problemas en el momento de la manipulación de la bolsa llena de residuo orgánico, pues el hilo usado a tal fin es de más difícil transformación y no debe llegar al animal que consume el pienso en forma de hilo por el peligro que representa para éste su ingestión.
La soldadura ultrasónica no se ha mostrado viable en materiales susceptibles de servir como pienso para animales.
Se han utilizado distintos tipos de adhesivos alimentarios no sintéticos, como gelatinas, carboximetil celulosas, hidroximetil celulosas, hidroxipropil celulosas, almidones hidrolizados, soluciones de proteínas vegetales como proteínas de soja, guisante, maíz, etc., gomas de origen vegetal y sintéticas.
El pegado generaba problemas pues, en función de pegamento utilizado, la zona pegada se solía desprender perdiendo estanqueidad. En otras ocasiones, la materia utilizada para pegar no era adecuada como componente de un potencial pienso fabricado a partir de ella.
Era por tanto preciso, si se quería usar este residuo como alimento para animales, lograr un envoltorio que cumpliese estas características: a) que fuera estanco,
b) cuyas líneas de sutura o pegado fueran, así mismo, estancas, c) resistentes ambos: envoltorio y elemento de pegado, a la humedad, d) con suficiente fortaleza para el manejo tanto en medio seco como húmedo, y e) susceptibles de procesamiento y de ser ingerido por animales tras ese procesamiento.
Son conocidas envolturas que utilizan como materia prima el colágeno, entendiéndose como tal a las escleroproteínas coloidales lineales de alta molecularidad de fibras largas de la matriz extracelular.
Dichas escleroproteínas se encuentran primordialmente en el tejido conjuntivo, aunque también pueden encontrarse en el material proteínico básico de los huesos y de la dentina, variando la composición del colágeno en función de su origen.
El colágeno se sintetiza en las moléculas del tejido conjuntivo, primeramente en forma de cadenas procolágenas que seguidamente se hidroxilan y gliclosilan, tras lo cual tras tres cadenas, que tienen configuraciones helicoidales, vuelven a unirse en forma de hélice.
Estos compuestos se liberan al medio extracelular mediante la separación de grupos peptídicos, con lo que en su momento se forma lo que se denomina un tropocolágeno, que se conglomera para acumular fibrillas. Si bien el tropocolágeno es soluble en funciones acidas y salinas, las fibrillas de colágenio son insolubles.
Como resultado del procedimiento de obtención del colágeno, conocido por cualquier experto en la materia, se obtiene un producto de apariencia gelatinosa, que macroscópicamente aparenta homogeneidad, susceptible de utilizarse, por ejemplo, para elaborar películas según procedimientos conocidos.
Dichas películas de colágeno se utilizan como películas de envasado para alimentos, sobre todo en forma de envueltas tubulares para salchichas, aunque también para fines médicos, por ejemplo, como material para curar heridas en zonas en que la piel ha quedado dañada en superficies grandes, exhibiendo buenas propiedades y favoreciendo la epitelización de la zona dañada en que se aplica.
Este colágeno puede servir de base para la fabricación de bolsas a base de colágeno, con el objetivo de ser utilizadas como contenedores de residuos, en especial de basuras, de manera que su carácter biodegradable minimiza los efectos negativos en el medio ambiente .
Los problemas derivados de la generación masiva de basuras están llevando a la obligatoriedad de efectuar una clasificación de las mismas en origen y, concretamente, a la separación de los residuos de carácter orgánico con respecto a los de otra naturaleza.
Estos residuos orgánicos, convenientemente manipulados, pueden ser utilizados directamente como alimento para animales, pero sólo cuando las bolsas contenedoras de los mismos sean de igual naturaleza. Pero complementariamente debe cumplirse también el condicionante de que el cierre de la bolsa sea adecuado para retener posibles fluidos líquidos generados por los productos contenidos en la bolsa.
Ninguna de las soluciones conocidas hasta ahora ha resuelto todas las prestaciones que son precisas para una bolsa cuyo objetivo sea ser procesada juntamente con su contenido orgánico con el fin de ser transformada en piensos para animales:
- Las bolsas formadas cosiendo no son suficientemente estancas para contener los lixiviados producidos por la basura por los agujeros que el cosido genera, además de los problemas que tiene el procesamiento del hilo del cosido.
- Las bolsas formadas a base de pegado mediante ultrasonidos no presentan la suficiente fortaleza y resistencia a la tracción cuando el material base es el colágeno.
- Las bolsas obtenidas a base de pegado con pegamentos orgánicos no son suficientemente fuertes en presencia de la humedad que el contenido orgánico de los residuos suele tener.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La bolsa flexible que se preconiza se obtiene a partir de un tubo continuo con una única línea o banda de sutura helicoidal, y utilizando colágeno como materia prima para dicho tubo, al objeto de que la bolsa en cuestión resulte biodegradable. Además, para que la bolsa sea también potencial ente comestible, concretamente en forma de alimento para animales, la totalidad de la misma debe ofrecer estas características por lo que, de acuerdo con una de las características de la invención, en la conformación de la misma se utiliza un pegamento carente de estabilizantes y de disolventes volátiles, al objeto de que la bolsa carezca a su vez de todo tipo de toxicidad.
De acuerdo con otra de las características de la invención, el pegamento utilizado para la sutura helicoidal con la que se consigue el cuerpo tubular es de elevada rapidez de adhesión, preferiblemente de adhesión
instantánea.
Además, la citada sutura debe mantenerse estable en condiciones normales de utilización de la bolsa, a cuyo efecto se ha previsto también que el pegamento sea resistente a la humedad, pudiendo utilizarse al respecto un pegamento a base de cianoacrilato, que es un monómero que se poli eriza en contacto con la humedad.
Esta característica resulta de extremada importancia por cuanto que, en una bolsa de colágeno de 600 gramos, capaz de contener 500 kilogramos de basura, se utilizan 33 gramos de pegamento, es decir que la cantidad de pegamento supera el 5% del peso de la bolsa, por lo que tiene una repercusión directa en las características del producto final cuando éste se desea utilizar como alimento para animales.
En definitiva, es necesario un adhesivo que cumpla estas características:
- Que sea de grado alimentario o, al menos, inocuo.
- Que sea insoluble en agua.
- Que proporcione una soldadura estable en húmedo, tanto en impermeabilidad como en resistencia mecánica.
- Que sea de aplicación rápida en proceso.
- Que el pegamento sea estable frente al paso del tiempo, manteniendo su flexibilidad y no haciéndose quebradizo.
- Que la soldadura sea flexible y resistente.
Una vez definidos estos parámetros, para llevar a cabo la experimentación que da origen a esta invención, se eliminaron por no ser de grado alimentario ni inocuos la mayor parte de las colas y de los adhesivos sintéticos y se utilizaron primeramente distintos tipos de adhesivos alimentarios no sintéticos como:
a) Gelatinas con agentes curtientes (que podrían ser aldehidos como el formaldehido) ,
b) Adhesivos celulósicos del tipo de la carboximetil celulosa, hidroxipropil celulosa, hidroxipropilmetil celulosa, hidroximetilcelulosa e hidroxieltil celulosa junto con agentes curtientes como dialdehidos (glioxal 40T de Hoescht Co pany) y formaldehido.
c) También almidones catiónicos y aniónicos, almidón aldehido, etc.
d) Otros polímeros polisacáridos como chitosan (un polímero linear de alto peso molecular de la anhidro-N-acetil glucosamina obtenido de la reacción de la quitina con álcali concentrado) , así como de proteínas modificadas como caseína y soja.
Y se llevaron a cabo los siguientes ejemplos, los cuales se suministran de forma ilustrativa y no limitativa para la descripción de la invención.
Se tomaron los siguientes tipos de adhesivos alimentarios no sintéticos acompañados de sus correspondientes agentes curtientes:
Gelatina, muestra ns 1. Carboxi etil celulosa, muestra ns 2. Hidroximetil celulosa, muestra nδ 3. Hidroxipropil celulosa, muestra ns 4. Almidón aldehido, muestra ns 5. Goma vegetal, muestra ns 6. Chitosan, muestra ns 7. Caseína, muestra ns 8.
Con el fin de determinar la idoneidad para cumplir con los requisitos que se habían definido anteriormente, se realizaron pruebas de resistencia a la tracción en la sutura, en seco, y en húmedo, se evaluó la rapidez
Se obtuvieron los resultados que se enumeran a continuación :
Ejemplo 1 :
Se recortaron tiras de film colágeno fabricado por la firma alemana NATURIN GmbH. Las tiras fueron pegadas dos a dos mediante la superposición del borde de una tira sobre otra creando un solapamiento de 10 cm de largo y 2 cm de ancho en el que se aplicó el adhesivo.
Las pruebas de resistencia tensil se realizaron mediante un aparato de ensayos mecánicos universal modelo INSTROM 1011 sobre tiras de colágeno de dimensiones 10x10 cm. pegadas según se ha descrito.
El resultado de las pruebas se valoró bajo el criterio de si la sutura rompe antes de alcanzarse el punto de ruptura del propio film (buena resistencia) o si por el contrario el film rompe por cualquier otro punto antes que por la sutura (mala resistencia) .
Al realizarse la adhesión se evaluó el "tac" como bueno o malo, y el tiempo de curado del adhesivo, como instantáneo cuando éste era inferior a 3 segundos (<3 seg.), rápido cuando era entre 3 y 10 segundos (3 seg.<t<10 seg.) y alto cuando el adhesivo necesitaba más de 10 segundos para pegar (t>10 seg.). Los resultados obtenidos se expresan en la tabla I.
Tabla I
Ejemplo 2:
Se fabricaron bolsas capaces de albergar unos 120 litros para comprobar el comportamiento y la resistencia de las mismas, tanto en húmedo como en seco.
Se formó un tubo de unos 45 cm. de diámetro, obtenido mediante una zona de adhesión helicoidal de 2 cm. de anchura a lo largo de toda la helicoide, como se describe en la figura 1.
Se cortó dicho tubo en segmentos de unos 120
cm. de largo conforme a lo indicado en la figura 2 y se plegó pasando de la forma cilindrica a la forma plana, pegando las solapas de uno de sus extremos con el fin de darle forma de bolsa, utilizando para ello el mismo adhesivo utilizado en la sutura helicoidal.
Se realizaron diversas pruebas de comportamiento de la bolsa en cuanto a la permeabilidad al agua de la sutura (permeable o impermeable) y resistencia y estabilidad en medio húmedo. Para ello se llenó la bolsa hasta, con agua primero, y con una masa húmeda formada por una dispersión acuosa de fibras de colágeno con un 15% de sólidos después.
Se comprobó la resistencia de la bolsa apoyada en el suelo. En un experimento posterior se llenó la bolsa hasta el mismo volumen de 100 1. con un material seco y granuloso (sal) y se comprobó su resistencia en seco apoyada en el suelo. Los resultados obtenidos se exponen en la tabla II.
Tabla II
Ejemplo 3:
Con el mismo procedimiento y materiales indicados en los ejemplos 1 y 2 se fabricaron bolsas para albergar 300 y 500 litros. Sus dimensiones respectivas fueron 60x170 cm. y 60x240 cm. Con ellas se efectuaron los mismos ensayos en húmedo y en seco. Los resultados obtenidos se exponen en las tablas III y IV.
Tabla III (bolsa 300 1.)
Tabla IV (bolsa 500 1.)
Al no obtenerse resultados satisfactorios con estos adhesivos, se utilizaron adhesivos sintéticos no tóxicos monocomponentes de la familia de los cianoacrilatos monómeros y bicomponentes de la familia de los polisocianatos .
Se fabricaron las siguientes muestras siguiendo el proceso descrito en los ejemplos 1 y 2:
Muestra 9: En la que el adhesivo es Loctite 401 de la firma Loctite.
Muestra 10: En la que el adhesivo es Loctite
406.
Muestra 11: En la que el adhesivo es un polisocianato aromático Basonat Aromatic PLR 8528 de BASF activado por una resina de poliacrilato llamada Lunitol W
80 (copolímero de diferentes esteres del ácido acrílico disuelto en acetato de butilo/xileno 1/1) de la casa BASF.
Ejemplo 4
Se recortaron tiras de film colágeno fabricado por la firma alemana NATURIN GmbH. Las tiras fueron pegadas dos a dos mediante la superposición del borde de una tira sobre otra creando un solapa iento de 10 cm. de largo y 2 cm. de ancho en el que se aplicó el adhesivo.
Las pruebas de resistencia tensil se realizaron mediante un aparato de ensayos mecánicos universal modelo INSTROM 1011 sobre tiras de colágeno de dimensiones 10x10 cm. pegadas según se ha descrito.
El resultado de las pruebas se valoró bajo el criterio de si la sutura rompe antes de alcanzarse el punto de ruptura del propio film (buena resistencia) o si por el contrario el film rompe por cualquier otro punto antes que por la sutura (mala resistencia) .
Al realizarse la adhesión se evaluó el "tac" como bueno o malo, y el tiempo de curado del adhesivo, como instantáneo (<3 seg.), rápido (3 seg.<t<10 seg.) y alto (t>10 seg.). Los resultados obtenidos se expresan en la tabla I .
Los resultados se muestran en la tabla V.
Ejemplo 5,
Se fabricaron bolsas capaces de albergar unos 120 litros para comprobar el comportamiento y la resistencia de las mismas, tanto en húmedo como en seco.
Se formó un tubo de unos 45 cm. de diámetro, obtenido mediante una zona de adhesión helicoidal de 2 cm. de anchura a lo largo de toda la helicoide, como se describe en la figura 1.
Se cortó dicho tubo en segmentos de unos 120 cm. de largo conforme a lo indicado en la figura 2 y se plegó pasando de la forma cilindrica a la forma plana, pegando las solapas de uno de sus extremos con el fin de darle forma de bolsa, utilizando para ello el mismo adhesivo utilizado en la sutura helicoidal.
Se realizaron diversas pruebas de comportamiento de la bolsa en cuanto a la permeabilidad al agua de la sutura (permeable o impermeable) y resistencia y estabilidad en medio húmedo. Para ello se llenó la bolsa hasta 100 litros, con agua primero, y con una masa húmeda formada por una dispersión acuosa de fibras de colágeno con un 15% de sólidos después.
Se comprobó la resistencia de la bolsa apoyada en el suelo. En un experimento posterior se llenó la bolsa hasta el mismo volumen de 100 1. con un material seco y granuloso (sal) y se comprobó su resistencia en seco apoyada en el suelo. Los resultados obtenidos se exponen en la tabla VI.
Tabla VI
Con el mismo procedimiento y materiales indicados en los ejemplos IV y V se fabricaron bolsas para albergar 500 litros, de dimensiones 60x240. Con ellas se efectuaron los mismos ensayos en húmedo y en seco. Los resultados obtenidos se exponen en la tabla VII.
Tabla VII
Adicionalmente, se testaron adhesivos de poliacetatos y termofusibles del tipo hot-melt sobre tiras de colágeno y bolsas fabricadas conforme a los ejemplos 1 Y 2.
Muestra 12: en la que el adhesivo es cola de acetato de la firma MISIDESA (Barcelona) .
Muestra 13 : en la que el adhesivo es una cola Hot-melt TH-615 de la firma THERMOCOL, S.A. (Barcelona) .
Ejemplo 7: (Sobre tiras de colágeno).
Se fabricaron tiras de colágeno que se adhirieron de acuerdo con lo descrito en el ejemplo 1.
Las tiras obtenidas fueron sometidas a las mismas pruebas de resistencia descritas en el ejemplo 1 dando los resultados que se exponen en la tabla VIII.
Tabla VIII
Ejemplo 8
Se fabricaron bolsas de colágeno de 120 litros de capacidad de acuerdo con lo descrito en el ejemplo 2.
Las tiras obtenidas fueron sometidas a las mismas pruebas de resistencia descritas en el ejemplo 2, dando los resultados que se exponen en la tabla IX.
Tabla IX
Se deduce de las pruebas realizadas, que pueden utilizarse en la puesta en práctica de la invención distintos tipos de adhesivos alimentarios sintéticos y especialmente adhesivos no tóxicos de la familia de los
cianoacrilatos monómeros y los poliisocianatos.
En definitiva, se trata de utilizar un adhesivo no tóxico y que sea capaz de unir el colágeno de una forma altamente rápida, definitiva y firme en seco, incluso cuando el colágeno esté en condiciones de elevada humedad, proporcionando una soldadura de alta resistencia a la tracción, temperatura y humedad, tanto en condiciones secas como húmedas, de forma que la sutura proporcione una mayor resistencia que el propio material colágeno.
El procedimiento de elaboración se basa en la obtención previa de un tubo a base de un film de colágeno, mediante línea de sutura helicoidal, todo ello como es convencional, en cuanto a la obtención del tubo con esas características. De acuerdo con un procedimiento preferido, el film de colágeno se dispone sobre un eje cilindrico horizontal, para irse arrollando helicoidalmente sobre el mismo, de manera que los bordes adyacentes o solapados entre sí se irán sometiendo a la fijación entre sí mediante el adhesivo correspondiente, manteniendo el ángulo de la helicoide y la tensión del film en su enrollamiento sobre el eje horizontal y cilindrico, previéndose en el proceso la aplicación de lubricantes que disminuyan la fricción de la superficie interna de la lámina que va conformando el tubo respecto de la superficie externa del cuerpo sobre el que se apoya.
En una fase final del proceso, y tras la correspondiente conformación del tubo, se realiza un corte en tramos o segmentos del tubo, así como el sellado de uno de los extremos de cada tramo o segmento, obteniendo así bolsas de gran resistencia tensil con diferentes características, en función del material del que procede, y que en el caso del colágeno y utilizando como adhesivo el cianoacrilato monómero que polimeriza con humedad, resulta con las siguientes características y ventajas:
- Bolsa de gran resistencia tensil en condiciones secas y de humedad.
- Bolsa impermeable, con una sutura impermeable y resistente a la humedad.
- Bolsa de material 100% biodegradable de alta velocidad, y por lo tanto un producto respetuoso con el medio ambiente, que puede ser enterrada o arrojada al mar.
- Bolsa comestible.
- Bolsa que puede ser reciclada y transformada en pienso para la alimentación animal.
- Bolsa que puede ser transformada en compost para suelos.
- Bolsa utilizable para alimentos frescos humanos, así como para desechos orgánicos humanos o de cualquier naturaleza.