WO2011155814A1 - Proceso para preparar una mezcla termoplástica polimérica a base de fibras, residuos de agave y aditivos oxo- degradativos para preparar artículos de plástico biodegradables - Google Patents

Proceso para preparar una mezcla termoplástica polimérica a base de fibras, residuos de agave y aditivos oxo- degradativos para preparar artículos de plástico biodegradables Download PDF

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Ana Elena Laborde Aguirre
Jesús Ángel VALENCIA GALLEGOS
Juan Sergio HERNÁNDEZ VALDÉZ
José Ignacio DEL REAL LABORDE
Manuel de Jesús Salvador LABORDE CANCINO
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Soluciones Bioagradables De México.S.A.De C.V
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Definitions

  • PROCESS TO PREPARE A FIBER-BASED POLYMER THERMOPLASTIC MIXTURE, AGAVE RESIDUES AND OXO-DEGRADATIVE ADDITIVES TO PREPARE PLASTIC ITEMS
  • the present invention is located in the plastics industry and more particularly in the biodegradable plastics industry. It consists of a process to prepare a mixture comprising: thermoplastic polymers; Blue Agave fibers and wastes Tequilana Weber (agave); oxo-degrading agents as well as other additives to prepare biodegradable plastics.
  • thermoplastic polymers derived from non-renewable hydrocarbon sources for the production of a large number of common articles and utensils in society - such as packaging, bags, plates, glasses, knives, forks, spoons, trays, medical items such as implants , pipe, gloves, toys and the like- is an activity with a high degree of technical maturity. It is widely diversified and distributed throughout the world due to its ease of processing, physical and chemical properties, and the economy in obtaining it. For this, various types of polymers derived from so-called non-renewable sources of hydrocarbons, such as oil and natural gas, can be used.
  • Oxo-degradable They are those in which, in the process of transformation of the plastic, an additive is introduced that breaks bonds of the large molecules reducing their strength. These will eventually be a source of nutrients for microorganisms, which end the degradation of the plastic to water, carbon dioxide and reusable biomass. This process requires oxygen so it does not occur under anaerobic conditions.
  • the degradation process can be regulated to periods of 2 to 3 years, something suitable for the needs of the end user of a product such as plastic bags.
  • the precise control of the ratio of loss of properties is a point of concern for users of thermoplastics formulated with these additives since the loss of properties, once the degradation process has begun, can be very abrupt and cause the material is useless even before being used in the desired application, causing significant economic losses.
  • Biodegradable those in which degradation occurs by microorganisms present in the natural environment. Typically, these plastics are based on starch or polymers and copolymers of lactic acid (APL) and are expensive to manufacture. Products made with this material degrade in conditions with little or no oxygen, and result in the emission of methane gas (a gas 20 times more harmful to the environment than carbon dioxide), leaving no useful residual biomass. This results in contributions to factors identified as environmental problems, such as the increase in environmental carbon dioxide and land pollution.
  • APL lactic acid
  • Compostables refers to plastics that degrade over a period of time similar to known organic compounds, such as leaves and grass. The standards for products with these characteristics are defined in ASTM 6400. These conditions require a period of rapid degradation that can be achieved by APL plastics and oxo-degradable.
  • the oxo-degradation process on hydrocarbon plastics - such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP) - consists of two stages, starting with the oxo-degradative additive. It acts on the long hydrocarbon chains to accelerate the natural degradation process. It is known in the art that without the presence of this type of additives, this natural process can take time periods of up to hundreds of years.
  • Oxo-degradative additives are known in the current art. These additives are a combination of a metal carboxylate and a polyhydroxy carboxylic aliphatic acid, as described in US patents 5565503 and US 5854304, and which are described herein by way of illustration.
  • Preferred metal carboxylates are cobalt, cerium and iron stearates, although other suitable carboxylates contain aluminum, antimony, barium, bismuth, cadmium, chromium, copper, gallium, lanthanum, lead, lithium, magnesium, mercury, molybdenum, nickel, potassium , rare earths, silver, sodium, strontium, tin, tungsten, vanadium, yttrium, zinc or zirconium.
  • aliphatic polyhydroxy carboxylic acid means an aliphatic acid having one or more hydroxyl groups and one or more carboxyl groups. These are illustrated by monocarboxylic dihydroxy aliphatic acids - such as glyoxylic and glyceric acid - by polycarboxylic monocarboxylic acids - such as eric, arabic or manitic acid - by polycarboxylic monohidoxy acids, such as malic acid, and by dihydroxy dicarboxylic acids, such as tartaric acid. Additionally, these additives may include calcium oxide and other relevant additives.
  • oxo-degradative additives Some of the trademarks of oxo-degradative additives described by their characterization in the previous paragraph are: Envirocare® from Ciba Specialty Chemicals, under license from EPI Environmental Technologies. Another additive known in the art is the so-called Addiflex® of Add-X Biotech AB, a company located in Sweden. EPI Environmental Technologies company markets additives of this type under the name of TDPA®. Another oxo-degradative additive known in the art is Celspan® from the Phoenix Plastics Company of the United States, and is particularly preferred in the present invention. However, the use of additives of this type presents some concern as to the degradation rate that can be obtained under different environmental conditions, since once the process has started, the loss of properties of plastic articles is accelerated.
  • Patent application WO 2006/135498 presents a formulation of a degradable film to cover crops and cause a greenhouse effect in the place covered by it.
  • the degradation is caused by ultraviolet radiation and temperature and aims to improve control over the degradation properties of the film through the use of an oxo-degradative additive.
  • Application WO 2009/087425 describes the production of scented garbage bags and containing oxo-degradative additives and antibacterial agents to grant degradability and better control over the bacterial population that can grow in the garbage.
  • they only use the oxo-degradative additive as a promoter of their degradation. Therefore, it is desirable to have a better system for promoting and controlling the degradation of plastic products.
  • the Blue Agave Tequilana Weber (Kingdom Plantae, Antophyta Division, Class Monocotiledoneae, Order Liliales Family Agavaceae, Subfamily Agavoideae, Genus Agave, Subgenus Agave, Section Rigidae, Species Tequilana Weber) is one of the 136 known Agave species and is widely distributed in Various regions of the world. In particular, its cultivation is widely carried out in the tequila area of western Mexico, which includes the states of Jalisco, Nayarit, Guanajuato and Michoacán, as well as in an area of the state of Tamaulipas, and is used for the preparation of Tequila.
  • Tequila refers to alcoholic beverages obtained by fermentation and distillation, and with a content of 51% of blue Agave produced in the indicated geographical area, as provided by the Official Mexican Standard NOM-006 -SCFI- 2005.
  • pineapple This is cut into segments of a certain size, which are baked and squeezed by appropriate mechanisms to extract a fluid rich in sugars that is the base of Tequila.
  • by-products are obtained such as: the vinasses or liquid effluents resulting from the process and the agave fiber bagasse as solid effluent.
  • agave fiber is typically made up of 65% cellulose, 5.5% hemicellulose, 17 lignin and 12.5% extraneous, as reported in I ⁇ iguez-Covarrubias, G. D ⁇ as-Teres, R., Sanjuan-Due ⁇ as, R. , Anzaldo- Hernández y Rowell, RM Utilization of by-products from tequila industry.
  • Part 2 potential valué of Agave Tequilana Weber blue leaves. Bioresource Technology, 77, 101-108, 2001.
  • This fiber can be reduced by physical means to various lengths and can be chemically degraded resulting in polymer molecules of various molecular weights that can be used.
  • patent application US 2006/0222719 describes the manufacture of articles from agave residues and thermosetting polymers in which the fiber has the function of active reinforcement, reacting chemically to incorporate into the infusible polymer mass but does not take advantage of its biodegradability characteristics to improve material recycling.
  • Ian Bates in GB 2460215 refers to a laminated material for compostable packaging comprising a natural fiber cloth and a layer comprising latex or a latex derivative.
  • the base layer comprises a starch or cellulose derivative such as a derivative of lactic or polylactic acid or a corn or starch derived biopolymer.
  • Bates does not include the use of blue agave to provide fibers, individually or in various lengths, or treated superficially while retaining the Biodegradability and compostability. Additionally, it does not consider thermoplastic polymers mentioned in the present invention as part of the material. Jefter Fernandes Nascimento in US publication 2010/0048767 describes an environmentally degradable polymeric mixture and a process for obtaining the environmentally degradable polymeric mixture. However, specific polymers such as polyhydroxybutyrate and polybutidene adipate / butyleneterephthalate are used therein.
  • the additive is a plasticizer, not an additive that aims to accelerate the characteristics of biodegradability.
  • thermoplastic compounds and thermofixes in which natural fibers such as bagasse, sisal or other cellulosic materials are mixed with thermoplastic compounds or thermofixes in order to improve the process , which is not an object of the present invention. It should be clarified that said publication does not include an oxy-degradative additive, nor agave, nor its mixtures, but only sisal or other natural fibers.
  • the present invention aims to manufacture biodegradable plastic products from a mixture made of fibers and wastes from the Agave.
  • Still another objective of the present invention is the use of agave fiber treated not with the traditional function of a reinforcement to improve mechanical properties, as various patents in the state of the art claim, but additionally contributes to the control of the degradation rate. and to a lower use of polyolefins derived from petroleum.
  • Another object of the invention is to provide a versatile process in which additives commonly used in the art are used, such as anti-slip additives, reinforcements to increase strength, anti-block additives, dyes and pigments.
  • Figure 1 shows the process diagram of the treatment of agave fibers.
  • Figure 2 shows the ratio of loss of elongation property at different times in the accelerated aging photo-degradation test.
  • Figure 3 shows the percentage of retention of elongation property at 9 and 12 days in the accelerated aging photo-degradation test.
  • Figure 4 shows the behavior of the maximum stress property with respect to the time of the films, with different formulations in the accelerated aging photodegradation test.
  • the present invention is located in the plastics industry and more particularly in the biodegradable plastics industry and consists of a process for preparing a mixture comprising: thermoplastic polymers; Blue Agave fibers and wastes Tequilana Weber (agave); oxo-degrading agents as well as other additives to prepare biodegradable plastics.
  • degradable means any material that loses its integrity and physical and chemical properties by the action of environmental factors such as solar radiation, humidity, temperature, erosion and pressure, and by the action of biological agents such as plants, animals and microorganisms (bacteria and fungi).
  • the technical problem that the invention solves is to reuse residual materials from industrial processes (for example, from the Tequila manufacturing process) and, on the other hand, to produce degradable products, of multiple uses and wide demand.
  • the elaboration of these products contributes to alleviate the accumulation of materials considered of low or no degradability when they are exposed to the environment, such as plastics and generate biodegradable products from the aforementioned materials.
  • mixtures of the blue agave residual fibers of the process for the production of Tequila with hydrocarbon-derived polyolefin thermoplastic polymers and additives of so-called oxo-degradatives result in compounds with suitable properties to produce solid products with degradation characteristics better than those obtained through the use of binary mixtures of the mentioned substances.
  • the mixture consists of thermoplastic polymers derived from hydrocarbons that serve as a binding matrix for the composite material, in which the other components are dispersed.
  • Composite material is defined as that with defined uniform properties, resulting from the heterogeneous mixture of polymers and other components.
  • the thermoplastics used in this invention can be one, or a mixture of two or more polyolefins.
  • Useful polyolefins comprise, for example and without being limiting: Polyethylene (PE) of the types known as Low Density Polyethylene (PEBD), High Density Polyethylene (HDPE), Ultra High Molecular Weight Polyethylene (PEUAPM), and copolymers of ethylene with another monomer, for example: ethylene-propylene copolymers. Polypropylene, Polybutylene, Polymethylpentene and mixtures thereof are also included. Polypropylene (PP), Low Density Polyethylene (PEBD) and High Density Polyethylene (HDPE), are particularly preferred for the objects of this invention. In addition, it is important to note that recycled polyolefins of those already mentioned above can also be employed in this invention.
  • PE Polyethylene
  • PEBD Low Density Polyethylene
  • HDPE High Density Polyethylene
  • HDPE High Density Polyethylene
  • thermoplastic polymers As agave fiber is a biodegradable natural material, the incorporation of an amount from it to a formulation of polymeric compounds, it requires that it be exposed to biological environmental factors to be used as food by various microorganisms; therefore its use in combination with thermoplastics will require the primary degradation of the latter.
  • thermoplastic polymers As agave fiber is a biodegradable natural material, the incorporation of an amount from it to a formulation of polymeric compounds, it requires that it be exposed to biological environmental factors to be used as food by various microorganisms; therefore its use in combination with thermoplastics will require the primary degradation of the latter.
  • an unexpected synergistic effect has been found in biodegradability and in the preservation of mechanical properties when combined: thermoplastic polymers; oxo-degrading additives, as well as agave fibers and wastes in composite formulations for use in the manufacture of plastic articles and utensils.
  • the purpose of the oxo-degradative additive is dual: first it is to break the thermoplastic polymer chains to sizes suitable to serve as a food source for microorganisms; and second, exposing the agave fibers - treated as described in the present invention - also to the degradative action of the microorganisms, thereby accelerating their decomposition and incorporation into the natural environment.
  • Agave fiber as obtained from the various generation processes thereof, typically has a percentage composition of 65% cellulose, 5.5% hemicellulose, 17% lignin and 12.5% extractables as previously mentioned. comprising what will be called "raw fiber” hereinafter.
  • the process to prepare a polymer thermoplastic mixture based on fibers and agave residues comprises the following steps, taking as reference figure 1 and using the numbering indicated there to describe the process:
  • fiber size reduction is necessary. This can be done through a wet fiber treatment where the raw fiber is suspended in water (step 1), in fiber concentration from 1% to 70%; -preferably from 10% to 40% - or it can be carried out in the absence of water, that is to say by a dry fiber treatment (step la). Its size is reduced to a range of 1-100 micrometers (step 2).
  • step 3 the raw fiber is subjected to a water wash process (step 3), with which the concentration of all soluble substances, mainly reducing sugars and the suspension of coarse, agglomerated particles, is reduced or completely eliminated. and sediments outside the useful fiber.
  • Washing is carried out in agitated tanks at a concentration that can range from 1% to 70% agave fiber - preferably 10% to 40% - and requires the change of water in which the fiber is suspended, by filtration or other separation process known in the art, multiple changes of water may be required to reach a fiber sugar content below 10%, preferably less than 5% and more preferably, below 1%.
  • the sugar-free fiber is passed to a drying process (step 4) which can be by some conventional method, such as sun drying, batch trays, forced circulation ovens, direct heat, infrared radiation, vacuum, Continuous rotary dryers, continuous drying tunnels and others also widely described in the work of "Perry, Manual of the Chemical Engineer” Section 20. Drying of solids and gas-solid systems.
  • the residual moisture level should be below 10%, preferably below 5%.
  • the fiber goes into a classification process according to its size (step 5).
  • the sugar-free fiber suspension can be sent to the classification process according to its size (step 4a).
  • the classification of the fibers according to their size can be done using any wet or dry method, of those already established in the art and widely described in the referenced work "Perry, Manual of the Chemical Engineer” pp 21.14-21.60 and that allow the selection of different ranges of particle size.
  • the fiber fraction with the required size is dried by some conventional method, such as: in the sun, batch trays, forced circulation ovens, direct heat, infrared radiation, vacuum, rotary continuous dryers, continuous drying tunnels and others (step 6).
  • the fiber fraction that is not the right size is recirculated to the initial size reduction process, either dry or wet (step 6a).
  • Agave fiber cannot spontaneously mix with thermoplastic polymers because it has polar (hydrophilic) characteristics that make it superficially incompatible with thermoplastics, which have non-polar (hydrophobic) characteristics.
  • a surface treatment of the agave fiber step 7 and, thus, improve its properties, and achieve the purposes of the present invention more particularly.
  • the treatment is carried out in a suitable mixing equipment of those already known and commonly used in the current technique, in which the fiber already free of sugars is placed and with the appropriate size range, and to which the additive (s) is added necessary to condition its surface.
  • the treatment will provide better wetting and incorporation properties with thermoplastic polymers.
  • the use of coupling agents is necessary.
  • Coupling agents are classified as organic, inorganic and inorganic-organic.
  • organics isocyanates, anhydrides, amides, midas, acrylates, chlorotriazines, epoxies, organic acids, monomers, polymers and copolymers can be mentioned.
  • silicates are those preferred for this invention, among the inorganic-organic ones, are the methanes and titanates.
  • the coupling agents further comprise binding agents, compatibilizers, dispersants and surface agents.
  • the former act as molecular "bridges" 1 that unite efficiently the polar zones of the fiber to the thermoplastic polymer by means of one or more of the following mechanisms: covalent bonding, physical lattice of the polymer chains and strong secondary interactions such as hydrogen bonds.
  • bonding agents are modified thermoplastic polymers such as polypropylene with maleic anhydride, styrene-ethylene-butylene-styrene maleate, and styrene-maleic anhydride.
  • Dispersing agents reduce energy between dissimilar phases to aid better mixing and obtain a uniform composition in the resulting compound. In this function, stearic acid and metal stearates of calcium, magnesium, zinc are typical examples.
  • the compatibilizers are used to provide compatibility between immiscible elements through the reduction of interfacial tension.
  • acetic anhydride, methyl isocyanate and maleic anhydride All of them are suitable for the practice of this invention, preferably stearates and silanes, alone or in binary combination, being preferred: stearic acid and calcium stearate and, of silanes, Silquest ® S-172 and A- 174 of Crompton Corporation, OSi Specialties.
  • the coupling agents comprise from 2% to 8% by mass of the agave fibers and depending on the thermoplastic polymer to be processed to make it biodegradable according to the present invention.
  • the two-step process involves the stages of pretreatment of the fibers with the coupling agent as the first step, followed by mixing with the thermoplastic polymer at high temperature, to obtain a polymeric thermoplastic mother mixture - known as MB - ready to be used.
  • MB polymeric thermoplastic mother mixture
  • step 8 High temperature mixing is best done in a double screw extruder of the types known in the current art.
  • step 8 all the components of the mixture, the agave fiber, the coupling agent and the Thermoplastic polymer, are mixed simultaneously before feeding the extruder to obtain the MB.
  • EXAMPLE 1 Dry Fiber Treatment.
  • the raw fiber of the agave bagasse was thus received, as it is obtained from the Tequila manufacturing process. It passed through a Brabender brand knife mill in a continuous feeding process obtaining an average agave fiber size of 3 mm.
  • the material obtained was ground in a Fritsch ball mill model Pulverisette 6 at 350 rpm, for a time of 15 minutes obtaining a powder with an average size of 15 micrometers.
  • the size was evaluated in an optical microscope with an image analyzer.
  • the particles obtained in the previous process were washed with a proportion of 40% of the particles and 60% of water. This mixture was boiled for 15 minutes; then it was passed through a vacuum filtration funnel to obtain a paste with a sugar content of less than 0.5%.
  • the raw fiber of the agave bagasse was received and passed through a Brabender brand knife mill to reduce its size to 3 mm on average.
  • the agave fiber of this first step it was suspended in enough water to be wet milled in a stirred ball mill "Wet Grinding Attritor" of Union Process, model 01. 500 grams of the fiber suspension were processed in the mill for 30 minutes to obtain a size of average particle of 15 micrometers.
  • the suspension obtained passed to a filtration and vacuum washing process in a kitasate flask and paper filter.
  • the wet and washed agave fiber was recovered with a sugar content of less than 0.5%.
  • the obtained paste was transferred to a Kitchen Aid® planetary mixer with heating of the container to be dried.
  • To 500 g of dry base fiber was added 5% stearic acid in flakes and mixed for 1 hour at 70 ° C, to obtain the fiber with the appropriate size, free of sugars and with surface treatment for efficient incorporation into a thermoplastic to make the fiber plastic concentrate.
  • EXAMPLE 3 Preparation of the polymeric thermoplastic mixture Mother mix (Master Batch (MB)).
  • a Werner & P ⁇ leiderer model ZK30 mixer extruder was prepared by stabilizing the temperature level from 1 10 ° to 130 ° degrees Celsius.
  • the second only the agave fiber treated with the PEBD resin was mixed.
  • the materials to be mixed were loaded into the mixer of the mixing machine. It was programmed to be dosed with the following conditions: in the first formulation: 40% of the ground and treated agave fiber; 1% of the Celspan 481® oxo-degradative additive from Phoenix Plastics; and 59% of PEBD. And in the second formulation: 40% of ground and treated agave fiber, and 60% of PEBD.
  • the first formulation will be mentioned later in this text as Mixture 1 ("Masterl") and the second formulation described as Mixture 2 ("Master").
  • the homogeneous mixture of the materials came out in the form of filaments, which were cooled with two stations with cold air. From there they went through a cutter, from which the concentrated thermoplastic compound of agave fiber in the form of particles of 3 mm in diameter or granule (pellet) is obtained.
  • a Fu Chun Shin Model HT150 machine was used. In it, 25% of the "Masterl” and 75% of the resin to be mixed were mixed manually, which in this case was PEAD PX65050. The mixture passed through the injector at temperatures between 160 ° and 180 ° degrees Celsius, using an alternative screw that transported and melted it by injecting a standard test specimen. The piece is unmold without problems and has a smooth surface finish.
  • EXAMPLE 6 Photo-degradation tests in Accelerated Aging Chamber.
  • the last line from the table, marked E50, shows the elapsed time for the loss of 50% of the initial value of the property and reveals the synergistic effect of the combination of the agave fiber treated as the present invention, and the oxo-degradative additive. This is also shown in Figure 2, where it is clearly seen that the loss of elongation property is less abrupt in the formula with binary mixture of agave fiber conditioned as in the invention and the oxo-degradative additive.
  • Figure 3 shows these results in graphical form and the considerable performance advantage of the agave fiber mixture according to this invention and the oxo-degradative additive is observed. Additionally, Figure 4 shows the behavior of the maximum stress property of the test films. It shows that the P-A-0 sample better maintains the property with respect to the exposure time to the physical degrading factors of the test.
  • agave fiber with the oxo-degradative additive has a residual reinforcement effect at prolonged exposure times equivalent to periods where the elongation property has been lost beyond a value useful in the practical use of the film; with the exception of the combination of agave fiber conditioned according to this invention and with the oxo-degradative additive (P-A-O) which is in useful values of both: which demonstrates the unexpected benefit of said binary mixture.
  • EXAMPLE 7 Biodegradability test of a plastic film.
  • ASTM Standard 5247- were followed. 92.
  • the general objective of this standard is defined as a microbiological test that allows the biodegradability of plastics to be evaluated, under controlled aerobic conditions.
  • the change in the physical-mechanical properties of stress and percentage elongation, as well as changes in the molecular weight distribution are taken as a measure of the degradability of the material.
  • the Phanerochaete chysosporiu fungus is used as a test organism due to its cellulolytic capacity.
  • the fungus spores are inoculated in a defined liquid medium, under conditions of temperature and controlled agitation. Once the medium is inoculated, the sample to be evaluated is added.
  • control specimens of materials known and susceptible to biodegradation by this microorganism are used. The test is carried out over a period of 4 weeks, carrying out daily inspections of the samples with the objective of recording the presence or absence of the development of the fungus on the surface of the materials under evaluation.
  • the films of example 6 were used after 25 days of exposure under the conditions of photo-degradation test and the weight loss of the samples due to the fungus attack was measured.
  • P-A 5 Fungus growth is observed at points where there is accumulation of agave fiber.
  • P-O-A 50 A generalized growth of the fungus is observed.

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Abstract

La presente invención se ubica en la industria del plástico y más particularmente en la industria del plástico biodegradable. Consiste en un proceso para acondicionar fibras y residuos del Agave Azul Tequilana Weber (agave) en combinación con aditivos oxo- degradativos para preparar una mezcla madre con la intención de utilizarla en la producción de artículos plásticos biodegradables con características sobresalientes de biodegradabilidad y conservación de propiedades físicas de los objetos elaborados con dicha mezcla madre.

Description

PROCESO PARA PREPARAR UNA MEZCLA TERMOPLÁSTICA POLIMÉRICA A BASE DE FIBRAS, RESIDUOS DE AGAVE Y ADITIVOS OXO- DEGRADATIVOS PARA PREPARAR ARTÍCULOS DE PLÁSTICO
BIODEGRADABLES
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se ubica en la industria del plástico y más particularmente en la industria del plástico biodegradable. Consiste en un proceso para preparar una mezcla que comprende: polímeros termoplásticos; fibras y desechos del Agave Azul Tequilana Weber (agave); agentes oxo-degradativos así como otros aditivos para preparar plásticos biodegradables.
ANTECEDENTES
El empleo de polímeros termoplásticos derivados de fuentes de hidrocarburos no renovables para la elaboración de una gran cantidad de artículos y utensilios comunes en la sociedad - tales como empaques, bolsas, platos, vasos, cuchillos, tenedores, cucharas, charolas, artículos médicos como implantes, tubería, guantes, juguetes y los similares- es una actividad con alto grado de madurez técnica. Está ampliamente diversificada y distribuida en el mundo debido a su facilidad de procesamiento, propiedades físicas y químicas, y a la economía en su obtención. Para esto, pueden ser empleados diversos tipos de polímeros derivados de las denominadas fuentes no renovables de hidrocarburos, tales como el petróleo y el gas natural. También es conocido que, por su uso ampliamente diversificado, estos materiales presentan, colateralmente, problemas de contaminación ambiental posterior a la terminación de su vida útil debido a su acumulación creciente y a que, por su naturaleza química, su degradación por factores ambientales puede tomar períodos de tiempo de hasta cientos de años. Estos problemas han sido ampliamente documentados y demandan atención para su solución a través de alternativas que aprovechen todas las ventajas técnicas que presentan, y que disminuyan o eliminen los problemas que hasta la fecha son inherentes a la actividad de su procesado y uso. Una de las alternativas desarrolladas es la obtención de polímeros a partir de fuentes renovables como, por ejemplo, cultivos que puedan proveer - mediante procesos químicos- las sustancias iniciales para su producción. Otra alternativa es la sustitución de estos materiales por los denominados plásticos biodegradables, como los basados en ácido láctico, por ejemplo. Sin embargo, éstos no satisfacen la alta y creciente demanda actual del mercado, tanto en cantidad como en calidad, por lo que actualmente no son una solución real. Otra opción que también se ha abordado es la modificación o formulación de los polímeros para disminuir el impacto que su acumulación en el ambiente ocasiona, a través de otorgarles características de degradación por factores ambientales como: radiación solar, temperatura, humedad y actividad microbiológica. Como resultado del desarrollo de la técnica, existen plásticos con diferentes características relacionadas con su degradación:
Oxo-degradables: Son aquellos en los cuales, en el proceso de transformación del plástico, se introduce un aditivo que rompe enlaces de las moléculas grandes reduciendo la fortaleza de las mismas. Éstas eventualmente, serán una fuente de nutrientes para microorganismos, los cuales terminan la degradación del plástico hasta agua, dióxido de carbono y biomasa reusable. Este proceso requiere oxígeno por lo que no ocurre en condiciones anaeróbicas. El proceso de degradación puede regularse a períodos de 2 a 3 años, algo adecuado para las necesidades del usuario final de un producto como las bolsas de plástico. Sin embrago, el control preciso de la razón de pérdida de propiedades es un punto de preocupación para los usuarios de los termoplásticos formulados con estos aditivos ya que la pérdida de propiedades, una vez iniciado el proceso de degradación, puede ser muy abrupta y ocasionar que el material sea inútil aún antes de ser empleado en la aplicación deseada, ocasionando pérdidas económicas importantes. Biodegradables: aquellos en los que la degradación ocurre por los microorganismos presentes en el ambiente natural. Típicamente, estos plásticos están basados en almidón o polímeros y copolímeros de ácido láctico (APL) y son de manufactura costosa. Los productos fabricados con este material se degradan en condiciones con poco oxígeno o sin él, y resultan en la emisión de gas metano (un gas 20 veces más dañino para el ambiente que el dióxido de carbono), sin dejar biomasa residual útil. Esto resulta en contribuciones a factores identificados como problemas ambientales, como el aumento en el dióxido de carbono ambiental y la contaminación de tierras.
Compostables: Se refiere a plásticos que se degradan en un período de tiempo similar a compuestos orgánicos conocidos, tales como hojas y hierba. Los estándares para productos con estas características están definidos en la norma ASTM 6400. Estas condiciones exigen un período de degradación rápida que puede ser alcanzada por los plásticos de APL y los oxo-degradables.
Particularmente, el proceso de oxo-degradación sobre plásticos de hidrocarburos -tales como el polietileno (PE) y el polipropileno (PP)- consiste en dos etapas, iniciando con el aditivo oxo-degradativo. Éste actúa sobre las largas cadenas de hidrocarburos para acelerar el proceso natural de degradación. Es conocido en la técnica que sin la presencia de este tipo de aditivos, este proceso natural puede tomar periodos de tiempo de hasta cientos de años. Lo que ocurre al mezclar el aditivo oxo-degradativo con los plásticos de hidrocarburos es el rompimiento de las cadenas que conforman el polímero reduciéndose el peso molecular y volviendo a las moléculas más cortas y químicamente susceptibles de desarrollar y favorecer el crecimiento de una biopelícula en su superficie, la cual sirve de soporte para el desarrollo de microorganismos que terminarán por degradar el plástico a agua, dióxido de carbono y biomasa reutilizable. Se ha determinado que en la degradación de las cadenas poliméricas a pesos moleculares menores a 10 kilodaltons (Kda) y con un índice de carbonilo mayor a 0.1 , el material es susceptible de iniciar su biodegradación. Este proceso es no tóxico y 100% seguro para contacto directo con alimentos. Si el oxígeno no está presente, las cadenas de polímero no se degradarán. Esto representa una ventaja sobre otras alternativas biodegradables las cuales continúan su degradación sin la presencia de oxígeno y emiten gas metano.
Uso de aditivos oxo-degradativos
Los aditivos oxo-degradativos son conocidos en la técnica actual. Estos aditivos son una combinación de un carboxilato metálico y un ácido alifático poli hidroxi-carboxílico, tal como se describe en las patentes US 5565503 y US 5854304, y que se describen aquí a manera de ilustración. Los carboxilatos metálicos preferidos son los estearatos de cobalto, cerio y hierro, aunque otros carboxilatos adecuados contienen aluminio, antimonio, bario, bismuto, cadmio, cromo, cobre, galio, lantano, plomo, litio, magnesio, mercurio, molibdeno, níquel, potasio, tierras raras, plata, sodio, estroncio, estaño, tungsteno, vanadio, itrio, zinc o zirconio. Como ácido alifático poli hidroxi-carboxílico se entiende un ácido alifático que tiene uno o más grupos hidroxilo y uno o más grupos carboxilo. Estos son ilustrados por los ácidos alifáticos dihidroxi monocarboxílicos -tales como el ácido glioxílico y glicérico- por los ácidos poli hidroxi monocarboxílicos -tales como el ácido erítrico, arábico o manitico- por los ácidos monohidoxi poli carboxílicos, tales como el ácido málico, y por los ácidos dihidroxi dicarboxílicos, tales como el tartárico. Adicionalmente, estos aditivos pueden incluir óxido de calcio y otros aditivos pertinentes. Algunas de las marcas comerciales de los aditivos oxo-degradativos descritos por su caracterización en el párrafo anterior son pueden ser: Envirocare® de la empresa Ciba Specialty Chemicals, bajo licencia de EPI Environmental Technologies. Otro aditivo conocido en la técnica es el llamado Addiflex® de Add-X Biotech AB, empresa localizada en Suecia. La empresa EPI Environmental Technologies comercializa aditivos de este tipo bajo el nombre de TDPA®. Otro aditivo oxo-degradativo conocido en la técnica es el Celspan® de la empresa Phoenix Plastics de Estados Unidos, y es particularmente preferido en la invención presente. Sin embargo, el uso de aditivos de este tipo presenta cierta inquietud en cuanto a la velocidad de degradación que puede obtenerse bajo diferentes condiciones ambientales, ya que una vez iniciado el proceso, la pérdida de propiedades de los artículos plásticos es acelerada.
La solicitud de patente WO 2006/135498 presenta una formulación de una película degradable para cubrir cultivos y provocar un efecto invernadero en el lugar cubierto por ella. La degradación es ocasionada por la radiación ultravioleta y por la temperatura y pretende mejorar el control sobre las propiedades de degradación de la película por medio del empleo de un aditivo oxo-degradativo.
La solicitud WO 2009/087425 describe la elaboración de bolsas para basura perfumadas y conteniendo aditivos oxo-degradativos y agentes antibacterianos para otorgarle degradabilidad y un mejor control sobre la población bacteriana que pueda crecer en la basura. Sin embargo, solamente usan el aditivo oxo-degradativo como promotor de su degradación. Por lo tanto, es deseable tener un mejor sistema de promoción y control de la degradación de productos plásticos.
Agave Azul Tequilana Weber
El Agave Azul Tequilana Weber (Reino Plantae, División Antophyta, Clase Monocotiledoneae, Orden Liliales Familia Agavaceae, Subfamilia Agavoideae, Género Agave, Subgénero Agave, Sección Rigidae, Especie tequilana Weber) es una de las 136 especies de Agave conocidas y está ampliamente distribuida en diversas regiones del mundo. En particular, su cultivo es ampliamente realizado en la zona tequilera del occidente de México, que incluye a los estados de Jalisco, Nayarit, Guanajuato y Michoacán, así como en una zona del estado de Tamaulipas, y se emplea para la elaboración del Tequila. La denominación de origen: "Tequila", se refiere a las bebidas alcohólicas obtenidas por fermentación y destilación, y con un contenido de 51% de Agave azul producido en la zona geográfica señalada, tal y como lo dispone la Norma Oficial Mexicana NOM-006-SCFI- 2005. Para la elaboración del Tequila se cortan las hojas largas y puntiagudas al Agave, dejando lo que se conoce como "piña". Ésta es cortada en segmentos de determinado tamaño, los cuales se hornean y se exprimen mediante mecanismos adecuados para extraer un fluido rico en azúcares que es la base del Tequila. Como resultado del proceso de elaboración de Tequila se obtienen subproductos tales como: las vinazas o efluentes líquidos resultantes del proceso y el bagazo de fibra de agave como efluente sólido. Ambos al desecharse representan un problema ambiental por su acumulación y falta de usos que aprovechen sus propiedades. Uno de los residuos más abundantes es la fibra de agave y se estima que está en el orden de 200,000 toneladas por año y la mayor parte se destina a rellenos sanitarios o es empleada como combustible. La fibra de agave está compuesta típicamente por 65% de celulosa, 5.5% de hemicelulosa, 17 de lignina y 12.5% de extrañóles, como se reporta en Iñiguez-Covarrubias, G. Días-Teres, R., Sanjuan-Dueñas, R., Anzaldo- Hernández y Rowell, R.M. Utilization of by-products from tequila industry. Part 2: potential valué of Agave Tequilana Weber azul leaves. Bioresource Technology, 77, 101 -108, 2001. Esta fibra puede ser reducida por medios físicos a diversas longitudes y puede ser degradada químicamente resultando en moléculas poliméricas de diversos pesos moleculares susceptibles de ser usadas. Por ejemplo, la solicitud de patente US 2006/0222719 describe la manufactura de artículos a partir de residuos de agave y polímeros termofíjos en los cuales la fibra tiene la función de refuerzo activo, reaccionando químicamente para incorporarse a la masa polimérica infusible pero no aprovecha sus características de biodegradabilidad para mejorar el reciclado del material.
Ian Bates en el documento GB 2460215 se refiere a un material laminado para empaque compostable que comprende una tela de fibra natural y una capa que comprende látex o un derivado de látex. La capa base comprende un derivado de almidón o celulosa tal como un derivado del ácido láctico o poliláctico o un biopolímero derivado de maíz o almidón.
No obstante, Bates no incluye el uso de agave azul para proporcionar fibras, en forma individual o en diversas longitudes, ni tratadas superficialmente conservando en ellas la capacidad de biodegradabilidad y compostabilidad. Adicionalmente, no considera como parte del material a los polímeros termoplásticos mencionados en la presente invención. Jefter Fernandes Nascimento en la publicación US 2010/0048767 describe una mezcla polimérica degradable ambientalmente y un proceso para obtener la mezcla polimérica degradable ambientalmente. Sin embargo, en ella se usan polímeros específicos como polihidroxibutirato y polibutiden adipato/butilentereftalato. El aditivo es un plastificante no un aditivo que tenga el objeto de acelerar las características de biodegradabilidad.
Lawrence T. Drzal en la patente US 7576147 describe la preparación de biomasa celulósica con soya y polímeros del tipo vinílico que se polimerizan in-situ en materiales para la edificación de estructuras, mas no incluye polímeros termoplásticos mencionados en la presente invención.
Per Just Andersen en la patente US 6030673, describe el uso de polímeros naturales o sintéticos en la preparación de papel, cartón y materiales de empaque y, aunque se usan polímeros, solamente se emplean en forma de capas definidas de materiales, y el propósito es diferente de aquel de la invención presente, ya que no se pretende crear un producto, en base a polímeros, que sea biodegradable.
Añil N. Netravali en la publicación US 2008/0090939 describe composiciones protéicas en base a soya, biodegradables. No obstante, se trata de compuestos para preparar composiciones en base a polímeros biodegradables y arcillas, así como un aditivo; pero este último no con el objeto de facilitar la biodegradación de la composición -y en consecuencia del compuesto- sino de fortalecer la composición.
Stephen J. Faehner en la publicación US 2009/01 18396 describe un proceso para hacer compuestos termoplásticos y termofijos en donde se mezclan fibras naturales como bagazo, sisal u otro tipo de materiales celulósicos con los compuestos termoplásticos o termofijos con el propósito de mejorar el proceso, lo cual no es un objeto de la presente invención. Cabe aclarar que dicha publicación no incluye un aditivo oxi-degradativo, ni agave, ni sus mezclas, sino solamente sisal u otras fibras naturales.
Resulta obvio que ningún documento en el estado de la técnica considera el uso combinado de aditivos oxo-degradativos y fibras de agave.
Es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso para preparar una mezcla de polímeros biodegradables.
Es un objeto adicional de la invención controlar las características del proceso para obtener un producto que ni se degrade abruptamente -con la consecuente pérdida de propiedades físicas (lo cual resulta en pérdidas económicas)-, ni tampoco en muchos años, causando contaminación ambiental por acumulación.
Es otro objeto de la invención proporcionar un proceso para controlar la velocidad de degradación de los productos plásticos preparados con la fibra y residuos de agave tratados de acuerdo a la presente invención.
Asimismo, la presente invención tiene por objeto fabricar productos plásticos biodegradables a partir de una mezcla hecha de fibras y desechos del Agave.
Es aún otro objeto de la invención proporcionar una mezcla de polímeros, fibras y residuos de agave tratados, y aditivos oxo-degradativos que produce un efecto sinérgico inesperado en la biodegradabilidad y en la conservación de las propiedades mecánicas en formulaciones de materiales compuestos para usarse en la manufactura de artículos plásticos.
Aún otro objetivo de la presente invención es el uso de la fibra de agave tratada no con la función tradicional de un refuerzo para mejorar propiedades mecánicas, como diversas patentes en el estado del arte reivindican, sino que adicionalmente contribuye al control de la velocidad de degradación y a un menor uso de poliolefinas derivadas del petróleo.
Otro objeto de la invención es proporcionar un proceso versátil en el cual se usan aditivos comúnmente empleados en la técnica, tales como aditivos antideslizamiento, refuerzos para incrementar la resistencia, aditivos antibloqueo, colorantes y pigmentos.
Es aún un objeto adicional de la invención proporcionar productos biodegradables preparados con base en el proceso de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
En la figura 1 se presenta el diagrama de proceso del tratamiento de las fibras de agave. En la figura 2 se muestra la razón de pérdida de la propiedad de elongación a diferentes tiempos en la prueba de foto-degradación en cámara de envejecimiento acelerado.
En la figura 3 se muestra el porcentaje de retención de la propiedad de elongación a 9 y 12 días en la prueba de foto-degradación en cámara de envejecimiento acelerado.
En la figura 4 se presenta el comportamiento de la propiedad de esfuerzo máximo con respecto al tiempo de las películas, con diferentes formulaciones en la prueba de foto- degradación en cámara de envejecimiento acelerado.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se ubica en la industria del plástico y más particularmente en la industria del plástico biodegradable y consiste en un proceso para preparar una mezcla que comprende: polímeros termoplásticos; fibras y desechos del Agave Azul Tequilana Weber (agave); agentes oxo-degradativos así como otros aditivos para preparar plásticos biodegradables.
En el contexto de la invención presente se entiende por "degradable" todo material que pierde su integridad y propiedades físicas y químicas por acción de factores ambientales tales como radiación solar, humedad, temperatura, erosión y presión, y por acción de agentes biológicos tales como plantas, animales y microorganismos (bacterias y hongos).
El problema técnico que la invención resuelve es reutilizar materiales residuales de procesos industriales (por ejemplo, del proceso de elaboración del Tequila) y por otro lado, elaborar productos degradables, de múltiples usos y amplia demanda. La elaboración de dichos productos contribuye a paliar la acumulación de materiales considerados de baja o nula degradabilidad cuando son expuestos al ambiente, como son los plásticos y generar productos biodegradables a partir de los materiales antes citados. Inesperadamente y de manera sorprendente se comprobó que las mezclas de las fibras residuales de agave azul del proceso para la producción de Tequila con polímeros termoplásticos poliolefínicos derivados de hidrocarburos y aditivos de los denominados oxo- degradativos, resultan en compuestos con propiedades adecuadas para elaborar productos sólidos con características de degradación mejores que las obtenidas mediante el uso de las mezclas binarias de las sustancias mencionadas. Debido a esto; se condujo el diseño de un proceso para acondicionar dichas fibras con la intención de que pudieran ser incorporadas a una mezcla de polímeros y aditivos oxo-degradativos, obteniendo como resultado una mezcla madre (Masterbatch (MB)) con la cual se pueden preparar artículos plásticos biodegradables.
La mezcla consiste de polímeros termoplásticos derivados de hidrocarburos que sirven como matriz ligante para el material compuesto, en el cual los demás componentes son dispersados. Se entiende por material compuesto aquel con propiedades uniformes definidas, resultante de la mezcla heterogénea de polímeros y otros componentes. Los termoplásticos empleados en esta invención pueden ser uno solo, o una mezcla de dos o más poliolefinas.
Las poliolefinas útiles comprenden, por ejemplo y sin ser limitativos: Polietileno (PE) de los tipos conocidos como Polietileno de Baja Densidad (PEBD), Polietileno de Alta Densidad (PEAD), Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), y copolímeros de etileno con otro monómero, por ejemplo: copolímeros de etileno-propileno. Se incluyen también Polipropileno, Polibutileno, Polimetilpenteno y mezclas de ellos. El Polipropileno (PP), el Polietileno de Baja Densidad (PEBD) y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD), son particularmente preferidos para los objetos de esta invención. Además, es importante notar que en esta invención también pueden ser empleadas, de manera sobresaliente, poliolefinas recicladas de las ya mencionadas anteriormente.
Al ser la fibra de agave un material natural biodegradable, la incorporación de una cantidad de ella a una formulación de compuestos poliméricos, requiere que sea expuesta a los factores ambientales biológicos para que sea aprovechada como alimento por diversos microorganismos; por lo que su uso en combinación con termoplásticos requerirá la degradación primaria de estos últimos. Conforme a la presente invención, se ha encontrado un efecto sinérgico inesperado en la biodegradabilidad y en la conservación de las propiedades mecánicas cuando se combinan: polímeros termoplásticos; aditivos oxo- degradativos, así como fibras y desechos de agave en formulaciones de materiales compuestos para usarse en la manufactura de artículos y utensilios de plástico. El propósito del aditivo oxo-degradativo es dual: primero es romper las cadenas del polímero termoplástico a tamaños adecuados para servir como fuente de alimento para microorganismos; y segundo, exponer las fibras de agave -tratadas como se describe en la invención presente- también a la acción degradativa de los microorganismos, acelerando de esta manera su descomposición e incorporación al ambiente natural. La fibra de agave, tal como se obtiene de los diversos procesos de generación de la misma, tiene típicamente una composición porcentual de 65% de celulosa, 5.5% de hemicelulosa, 17% de lignina y 12.5% de extraíbles como ya se había citado anteriormente comprendiendo lo que se denominará "fibra cruda" en adelante. Estas características la hacen inapropiada para su aplicación en los términos de la invención presente, por lo que deben ser modificadas mediante procesos físicos y químicos y que forman parte integral de esta invención.
La manera preferida de llevar a cabo la presente invención se describe a continuación en la modalidad preferida. Ésta se presenta a manera de ilustración y no debe ser considerada como limitativa, en donde el proceso para preparar una mezcla termoplástica polimérica a base de fibras y residuos de agave comprende las siguientes etapas, tomando como referencia la figura 1 y empleando la numeración indicada ahí para describir el proceso: Como primer paso, es necesaria la reducción del tamaño de la fibra. Esto puede realizarse mediante un tratamiento de la fibra en húmedo donde se suspende la fibra cruda en agua (paso 1), en concentración de fibra del 1 % al 70%; -preferentemente del 10% al 40%- o puede ser realizada en ausencia de agua, es decir mediante un tratamiento de la fibra en seco (paso l a). Se reduce el tamaño de la misma a un intervalo de 1 - 100 micrómetros (paso 2). Para este propósito pueden emplearse métodos ya conocidos en la técnica, tales como molinos de bolas, molinos de martillos, de quijada, rodillos, arena, vibratorios y otros adecuados para los procesos en húmedo y en seco, y ampliamente descritos en "Perry Manual del Ingeniero Químico", McGraw-Hill, 6a ed. Tomo 1 , pp. 8.10-8.82, prefiriéndose la reducción de tamaño en húmedo. En seguida, la fibra cruda es sometida a un proceso de lavado con agua (paso 3), con el cual se reduce, o se elimina completamente la concentración de todas las sustancias solubles, principalmente los azúcares reductores y la suspensión de partículas gruesas, aglomerados y sedimentos ajenos a la fibra útil. El lavado se realiza en tanques agitados a una concentración que puede ir del 1% al 70% de fibra de agave -preferentemente del 10% al 40%- y requiere el cambio del agua en la que está suspendida la fibra, mediante filtración u otro proceso de separación conocido en la técnica, pudiendo requerirse múltiples cambios de agua para llegar a un contenido de azúcares en la fibra por debajo del 10%, preferentemente menor al 5% y más preferentemente, por abajo del 1 %. La fibra libre de azúcares se pasa a un proceso de secado (paso 4) el cual puede ser por algún método convencional, tal como secado al sol, por lotes en bandejas, hornos de circulación forzada, calor directo, radiación infrarroja, al vacío, secadores continuos rotatorios, túneles de secado continuo y otros también ampliamente descritos en la obra de "Perry, Manual del Ingeniero Químico" Sección 20. Desecación de sólidos y sistemas gas- sólido. El nivel de humedad residual deberá estar por abajo del 10%, preferentemente por abajo del 5%. En seguida, la fibra pasa a un proceso de clasificación de acuerdo a su tamaño (paso 5). Alternativamente, la suspensión de fibra libre de azúcares, puede ser enviada al proceso de clasificación de acuerdo a su tamaño (paso 4a). La clasificación de las fibras en función de su tamaño puede realizarse usando cualquier método por vía húmeda o en seco, de los ya establecidos en la técnica y ampliamente descritos en la obra referida "Perry, Manual del Ingeniero Químico" pp 21.14-21.60 y que permiten la selección de diferentes rangos de tamaño de partícula. La fracción de fibra con el tamaño requerido es secada por algún método convencional, tal como son: al sol, por lotes en bandejas, hornos de circulación forzada, calor directo, radiación infrarroja, al vacío, secadores continuos rotatorios, túneles de secado continuo y otros (paso 6). La fracción de fibra que no sea del tamaño adecuado es recirculada al proceso inicial de reducción de tamaño, ya sea en seco o en húmedo (paso 6a).
La fibra de agave no puede mezclarse espontáneamente con los polímeros termoplásticos debido a que tiene características polares (hidrofílicas) que la hacen incompatible superficialmente con los termoplásticos, que tienen características no polares (hidrofóbicas). En vista de lo anterior, es necesario hacer un tratamiento superficial de la fibra de agave (paso 7) y, así, mejorar sus propiedades, y lograr los propósitos de la invención presente más particularmente. El tratamiento es realizado en un equipo mezclador adecuado de los ya conocidos y comúnmente empleados en la técnica actual, en el cual se coloca la fibra ya libre de azúcares y con el intervalo de tamaño adecuado, y a la cual se le agrega el o los aditivos necesarios para acondicionar su superficie. El tratamiento le proporcionará mejores propiedades de humectación e incorporación con los polímeros termoplásticos. El empleo de agentes de acoplamiento es necesario. Los agentes de acoplamiento son clasificados como orgánicos, inorgánicos e inorgánicos-orgánicos. Entre los orgánicos se pueden mencionar a los isocianatos, anhídridos, amidas, ¡midas, acrilatos, clorotriazinas, epóxicos, ácidos orgánicos, monómeros, polímeros y copolímeros. De los inorgánicos, los más adecuados son los silicatos; mientras que los preferidos para esta invención, entre los inorgánicos- orgánicos, son los sítanos y los titanatos. Funcionalmente, de manera general, los agentes de acoplamiento comprenden además agentes de unión, compatibilizadores, dispersantes y agentes de superficie. Los primeros actúan como "puentes'1 moleculares que unen eficientemente las zonas polares de la fibra al polímero termoplástico por medio de uno o más de los siguientes mecanismos: enlace covalente, entramado físico de las cadenas poliméricas e interacciones secundarias fuertes como son los puentes de hidrógeno. Ejemplos de este tipo de agentes de unión son los polímeros termoplásticos modificados como el polipropileno con anhídrido maléico, estireno-etileno-butileno-estireno maleado, y estireno-anhídrido maléico. Los agentes dispersantes reducen la energía entre las fases disímiles para auxiliar un mejor mezclado y obtener una composición uniforme en el compuesto resultante. En esta función, el ácido esteárico y los estearatos metálicos de calcio, magnesio, zinc, son ejemplos típicos. Los compatibilizadores son usados para proveer compatibilidad entre elementos inmiscibles a través de la reducción de la tensión interfacial. Dentro de este grupo de agentes es posible mencionar como ejemplos, más no exhaustiva ni limitativamente: anhídrido acético, metil isocianato y anhídrido maléico. Todos ellos son adecuados para la práctica de esta invención, preferentemente los estearatos y silanos, solos o en combinación binaria, siendo preferidos: el ácido esteárico y el estearato de calcio y, de los silanos, el Silano Silquest ® A-172 y A-174 de Crompton Corporation, OSi Specialties. Los agentes de acoplamiento comprenden del 2% al 8% en masa de las fibras de agave y dependiendo del polímero termoplástico a procesar para hacerlo biodegradable de acuerdo a la invención presente. Hay dos formas de incorporación preferidas para los agentes de acoplamiento: en dos pasos o en un solo paso. El proceso de dos pasos involucra las etapas de pretratamiento de las fibras con el agente de acoplamiento como primer paso, seguido por el mezclado con el polímero termoplástico a alta temperatura, para obtener una mezcla madre termoplástica polimérica -conocida como MB- lista para ser empleada en la fabricación de diversos objetos cuando es combinada y procesada con diversos polímeros termoplásticos (paso 8). El mezclado a alta temperatura es mejor realizado en un extrusor de doble tornillo de los tipos conocidos en la técnica actual. En el proceso de un solo paso, todos los componentes de la mezcla, la fibra de agave, el agente de acoplamiento y el polímero termoplástico, se mezclan simultáneamente previamente a su alimentación al extrusor para la obtención del MB.
EJEMPLOS
Los ejemplos siguientes de la forma de realizar la invención presente serán claros para una persona con conocimientos medios en la técnica y se muestran con carácter demostrativo y no limitativo de las diversas formas en que pueden realizarse.
EJEMPLO 1: Tratamiento de la Fibra en seco.
Se recibió la fibra cruda del bagazo de agave así, tal cual se obtiene del proceso de la fabricación del Tequila. Pasó por un molino de cuchillas marca Brabender en un proceso de alimentación continuo obteniendo un tamaño promedio de la fibra de agave de 3 mm. El material obtenido se molió en un molino de bolas marca Fritsch modelo Pulverisette 6 a 350 rpm, por un tiempo de 15 minutos obteniendo un polvo con un tamaño promedio de 15 micrómetros. El tamaño fue evaluado en un microscopio óptico con un analizador de imágenes. Se procedió al lavado de las partículas obtenidas en el proceso anterior con una proporción de 40% de las partículas y un 60% de agua. Esta mezcla se puso en ebullición por 15 minutos; después se pasó por un embudo de filtración a vacío obteniendo una pasta con un contenido de azúcares menor a 0.5%.
Dicha pasta se colocó en un recipiente en donde se le agregó ácido esteárico diluido en agua caliente a una proporción de 5% de ácido esteárico en base a la masa seca de la fibra de agave. Se agitó por un tiempo de 10 minutos y se volvió a pasar por el embudo de filtración a vacío. La fibra de agave tratada así obtenida se secó por 3 horas en una estufa de circulación forzada a 80 grados centígrados obteniéndose un polvo con consistencia de harina.
EJEMPLO 2: Tratamiento de la Fibra en húmedo.
Se recibió la fibra cruda del bagazo de agave y se pasó por un molino de cuchillas marca Brabender para reducir su tamaño a 3 mm en promedio. La fibra de agave de este primer paso, se suspendió en suficiente agua para ser molida en húmedo en un molino de bolas agitado "Wet Grinding Attritor" de Union Process, modelo 01. 500 gramos de la suspensión de fibra se procesaron en el molino por 30 minutos para obtener un tamaño de partícula promedio de 15 micrómetros. La suspensión obtenida pasó a un proceso de filtración y lavado a vacío en un matraz kitasato y filtro de papel. Se recuperó la fibra de agave húmeda y lavada con un contenido de azúcares menor a 0.5%.
La pasta obtenida pasó a una mezcladora con movimiento planetario Kitchen Aid® con calentamiento del recipiente para ser secada. A 500 g de fibra base seca se le agregó 5% de ácido esteárico en hojuelas y se mezcló por 1 hora a 70°C, para obtener la fibra con el tamaño adecuado, libre de azúcares y con tratamiento superficial para su incorporación eficiente a un termoplástico para elaborar el concentrado plástico de fibra.
EJEMPLO 3: Elaboración de la mezcla termoplástica polimérica Mezcla madre (Master Batch (MB)).
Se preparó un extrusor mezclador Werner & Píleiderer modelo ZK30 estabilizando el nivel de temperaturas de 1 10° a 130° grados centígrados.
Se hicieron dos mezclas diferentes: En la primera se mezcló: la fibra de agave tratada y molida del ejemplo 1 ; un aditivo oxo-degradativo y una resina polimérica PEBD. En la segunda, se mezcló solamente la fibra de agave tratada con la resina PEBD. Se cargaron los materiales a mezclar en el dosificador de la máquina mezcladora. Se programó para que lo fuera dosificando con las siguientes condiciones: en la primer formulación: 40% de la fibra de agave molida y tratada; 1 % del aditivo oxo-degradativo Celspan 481® de Phoenix Plastics; y 59% de PEBD. Y en la segunda formulación: 40% de la fibra de agave molida y tratada, y 60% de PEBD. La primera formulación se mencionará posteriormente en este texto como Mezcla 1 ("Masterl ") y la segunda formulación descrita como Mezcla 2 ("Master").
Estos elementos entran al extrusor con un doble tornillo contra rotatorio logrando un mezclado en fundido más homogéneo. Los datos del procesamiento fueron: Presión de 28.83/30.23 g/cm2 (410/430 libras/pulgada2); esfuerzo del tornillo en 59/63% torque; y a una velocidad de rotación de 250 rpm.
La mezcla homogénea de los materiales salió en forma de filamentos, los cuales se enfriaron con dos estaciones con aire frío. De ahí pasaron por un cortador, del cual se obtiene el compuesto termoplástico concentrado de fibra de agave en forma de partículas de 3 mm de diámetro o gránulo (pellet).
EJEMPLO 4: Elaboración de Película Soplada.
En una máquina extrusora de soplado BETOL con las siguientes condiciones de operación: temperatura en las zonas entre 1 15° y 140° grados centígrados; diámetro del tornillo: 32mm; razón de soplado: 2.45; y un espesor promedio de 2 milésimas de pulgada. Se elaboraron 4 películas con diferentes formulaciones:
1 ) Se hizo una mezcla manual con 10% de "Masterl " y 90% de PEBD PX20020X; se alimentó la máquina extrusora de soplado y el resultado fue una película bi-orientada con aspecto de distribución uniforme de las partículas en la película a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P-A-O"
2) Se hizo una mezcla manual con 10% de "Master2" y 90% de PEBD PX20020X; se alimentó la máquina extrusora de soplado, y el resultado fue una película bi-orientada con aspecto de distribución uniforme de las partículas en la película, a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P-A"
3) Se alimentó la máquina extrusora de soplado con 100% de PEBD PX20020X. El resultado fue una película bi-orientada transparente, a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P".
4) Finalmente, se hizo una mezcla manual con 99% de PEBD PX20020X y 1% de Aditivo Oxo-degradativo Celspan 481 ® de Phoenix Plastics, obteniendo una película bi-orientada a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P-O". EJEMPLO 5: Elaboración de una Pieza Inyectada.
Se utilizó una máquina Fu Chun Shin Modelo HT150. En ella se mezcló en forma manual 25% del "Masterl " y 75% de la resina a mezclar que en este caso fue PEAD PX65050. La mezcla pasó por la inyectora a temperaturas de entre 160° y 180° grados centígrados, utilizando un tornillo alternativo que lo transportó y lo fundió inyectando una probeta estándar para pruebas. La pieza se desmolda sin problemas y tiene un acabado superficial liso.
EJEMPLO 6: Pruebas de Foto-degradación en Cámara de Envejecimiento Acelerado.
En una cámara de envejecimiento acelerado marca QUV Panel Test se colocaron las muestras de las películas a analizar. Se siguieron todas las especificaciones indicadas en la Norma ASTM D 5802-01. La cámara trabaja en forma continua en la cual se programaron 20hrs de radiación y 4hrs de condensación por día. La temperatura a la que fueron expuestas durante las horas de radiación fue de 60° grados centígrados y durante la condensación fue de 40° grados centígrados. Dentro de la máquina hay 4 lámparas de mercurio emitiendo una longitud de onda UV entre 440-480 nanómetros. Se colocaron en la cámara 6 juegos de las siguientes muestras: "Muestra P-A-O"; "Muestra P-A"; "Muestra P"; "Muestra P-O". Cada 3 días se sacó una muestra para analizar sus propiedades mecánicas. Como resultado se obtuvieron unas gráficas que muestran el tiempo de exposición contra la pérdida de propiedades de las muestras, y que se muestran en las figuras 2, 3 y 4. La norma determina que cuando la muestra llega al 50% de su propiedad es entonces cuando ha perdido sus propiedades mecánicas. En este ejemplo llevamos las muestras hasta el 0% de su propiedad para poder medir la biodegradabilidad de las mismas en una prueba futura. En la tabla siguiente se muestran los resultados de retención de la propiedad de elongación con respecto al tiempo de foto-degradación en la cámara de envejecimiento acelerado. Se observa que la fórmula con aditivo oxo-degradativo y fibra de agave, de acuerdo a la invención presente, retiene mejor la propiedad que el resto de las muestras con otras fórmulas. El último renglón de la tabla, marcado como E50, muestra el tiempo transcurrido para la pérdida del 50% del valor inicial de la propiedad y revela el efecto sinérgico de la combinación de la fibra de agave tratada como la invención presente, y el aditivo oxo-degradativo. También se muestra esto en la figura 2, donde claramente se ve que la pérdida de la propiedad de elongación es menos abrupta en la fórmula con mezcla binaria de fibra de agave acondicionada como en la invención y el aditivo oxo-degradativo.
Tabla 1. Retención de la propiedad de elongación como porcentaje del inicial en la prueba de foto- degradación en la cámara de envejecimiento acelerado.
P P-A P-0 P-A-O
Inicial 100 100 100 100
9 días 19 16 3 45
12 días 12 6 2 45
E50,
días 7 5 a 6 4 a 5 9
La figura 3 muestra estos resultados en forma gráfica y se observa la ventaja considerable de desempeño de la mezcla de fibra de agave conforme a esta invención y el aditivo oxo- degradativo. Adicionalmente, la figura 4, muestra el comportamiento de la propiedad de esfuerzo máximo de las películas de prueba. En ella se observa que la muestra P-A-0 mantiene mejor la propiedad con respecto al tiempo de exposición a los factores degradantes físicos de la prueba. La incorporación de la fibra de agave con el aditivo oxo-degradativo tiene un efecto de refuerzo residual a tiempos de exposición prolongados equivalentes a períodos donde la propiedad de elongación se ha perdido más allá de un valor útil en el uso práctico de la película; a excepción de de la combinación de fibra de agave acondicionada de acuerdo a esta invención y con el aditivo oxo-degradativo (P-A-O) que está en valores útiles de ambas: lo cual demuestra el beneficio inesperado de dicha mezcla binaria.
EJEMPLO 7: Prueba de Biodegradabilidad de una película plástica.
Para hacer esta prueba se siguieron las especificaciones indicadas en la Norma ASTM 5247- 92. El objetivo general de esta norma se define como una prueba microbiológica que permite evaluar la biodegradabilidad de plásticos, bajo condiciones aeróbicas controladas.
El cambio en las propiedades físico-mecánicas de tensión y porcentaje de elongación, así como cambios en la distribución del peso molecular se toman como una medida de la degradabilidad del material. En esta determinación se utiliza el hongo Phanerochaete chysosporiu como organismo de prueba debido a su capacidad celulolítica. Para realizar la prueba, las esporas del hongo se inoculan en un medio líquido definido, bajo condiciones de temperatura y agitación controlada. Una vez inoculado el medio, se agrega la muestra que se desea evaluar. Como control se utilizan probetas de materiales conocidos y susceptibles a la biodegradación por este microorganismo. La prueba se lleva a cabo en un período de 4 semanas, efectuando inspecciones diariamente de las muestras con el objetivo de registrar la presencia o ausencia del desarrollo del hongo sobre la superficie de los materiales bajo evaluación.
Para esta prueba se utilizaron las películas del ejemplo 6 luego de 25 días de exposición bajos las condiciones de prueba de foto-degradación y se midió la pérdida de peso de las muestras debido al ataque del hongo.
Muestra Pérdida en peso luego Observaciones
de 4 semanas; en %
P 2 No se observa presencia de hongos.
P-0 5 Se observa crecimiento de hong
ciertas zonas.
P-A 5 Se observa crecimiento de hongos en los puntos donde existe acumulación de la fibra de agave.
P-O-A 50 Se observa un crecimiento generalizado del hongo.
A lo largo de las 4 semanas de exposición se demostró que la película P-O-A es susceptible al ataque del hongo Phanerochaete chysosporiu evaluado de acuerdo a la norma AST D5247.
Resultará obvio para un técnico con conocimientos medios en la técnica de la presente invención que este proceso puede ser realizado de manera alternativa -mediante el cambio de orden, o el empleo de nuevos equipos- a la técnica de los procesos unitarios mencionados, o a la realización de los mismos en forma simultánea, en un solo equipo de proceso multipropósito, y estos cambios forman parte integral del espíritu de la invención.

Claims

22 REIVINDICACIONES
1. Un proceso para preparar una mezcla termoplástica polimérica a base de fibras, residuos de agave y aditivos oxo-degradativos, que comprende los siguientes pasos: reducción del tamaño de la fibra mediante un tratamiento de la fibra en húmedo donde se suspende la fibra cruda en agua en concentración de fibra del 1 al 70%, preferentemente del 10 al 40% o puede ser realizada en ausencia de agua, tratamiento de la fibra en seco;
la reducción del tamaño de la fibra es a un intervalo de 1-100 micrómetros mediante el empleo de métodos tales como molinos de bolas, molinos de martillos, de quijada, rodillos, arena, vibratorios y otros adecuados para los procesos en húmedo y en seco, prefiriéndose la reducción de tamaño en húmedo;
la fibra cruda es sometida a un proceso de lavado con agua, con el cual se reduce o se eliminan completamente la concentración de todas las sustancias solubles, principalmente los azúcares reductores y la suspensión de partículas gruesas, aglomerados y sedimentos ajenos a la fibra, el lavado se realiza en tanques agitados a una concentración que puede ir del 1 al 70% de fibra de agave, preferentemente del 10 al 40% y requiere el cambio del agua en la que está suspendida la fibra mediante filtración u otro proceso de separación conocido en la técnica, pudiendo requerirse múltiples cambios de agua para llegar a un contenido de azúcares en la fibra por debajo del 10%, preferentemente menor al 5% y más preferentemente, por abajo del 1%;
la fibra libre de azúcares se pasa a un proceso de secado; el cual puede ser por algún método convencional, tal como secado al sol, por lotes en bandejas, hornos de circulación forzada, calor directo, radiación infrarroja, al vació, secadores continuos rotatorios, túneles de secado continuo y otros procesos de secado, el nivel de humedad POTX 2011 / 0 0 0 0 6 9O 2011/155814 PCT/MX2011/000069
23 residual deberá estar por abajo del 10%, preferentemente por abajo del 5%;
la fibra pasa a un proceso de clasificación de acuerdo su tamaño, la clasificación de las fibras en función de su tamaño puede realizarse usando cualquier método por vía húmeda o en seco y que permiten la selección de diferentes rangos de tamaño de partícula;
alternativamente, la suspensión de fibra libre de azúcares, puede ser enviada al proceso de clasificación de acuerdo a su tamaño;
la fracción de fibra con el tamaño requerido es secada por algún método convencional, tal como al sol, por lotes en bandejas, hornos de circulación forzada, calor directo, radiación infrarroja, al vacío, secadores continuos rotatorios, túneles de secado continuo y otros; y
la fracción de fibra que no sea del tamaño adecuado es recirculada al proceso inicial de reducción de tamaño, ya sea en un tratamiento de la fibra en seco o en húmedo.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el tratamiento de la fibra en seco comprende los pasos de recibir la fibra cruda del bagazo de agave así tal cual se obtiene del proceso de la fabricación del Tequila, pasar la fibra por un molino de cuchillas marca Brabender en un proceso de alimentación continuo obteniendo un tamaño promedio de la fibra de agave de 3 mm, moler el material obtenido en un molino de bolas marca Fritsch modelo Pulverisette 6 a 350 rpm por un tiempo de 15 minutos obteniendo un polvo con un tamaño promedio de 15 micrómetros, lavar las partículas obtenidas en el paso anterior con una proporción de 40% de las partículas y un 60% de agua, calentar la mezcla en ebullición por 15 minutos; después pasar la mezcla por un embudo de filtración a vacío obteniendo una pasta con un contenido de azúcares menor a 0.5%, colocar dicha pasta en un recipiente en donde se le agregó ácido esteárico diluido en agua caliente a una proporción de 5% de ácido esteárico en base a la masa seca de la fibra de agave, agitar por un tiempo de 10 minutos y volver a pasar por el embudo de filtración a vacío, secar la fibra de agave tratada obtenida por 3 horas en una estufa de circulación forzada a 80 grados centígrados obteniéndose un polvo con consistencia de harina. 24
3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el tratamiento de la fibra en húmedo comprende los pasos de recibir la fibra cruda del bagazo de agave, pasar la fibra por un molino de cuchillas marca Brabender para reducir su tamaño a 3 mm en promedio, suspender la fibra de agave en suficiente agua para ser molida en húmedo en un molino de bolas agitado "Wet Grinding Attritor" de Union Process, modelo 01 , procesar 500 gramos de la suspensión de fibra en el molino por 30 minutos para obtener un tamaño de partícula promedio de 15 micrómetros, pasar la suspensión obtenida a un proceso de filtración y lavado a vacío en un matraz kitasato y filtro de papel, recuperar la fibra de agave húmeda y lavada con un contenido de azúcares menor a 0.5%, pasar la pasta obtenida a una mezcladora con movimiento planetario Kitchen Aid® con calentamiento del recipiente para ser secada.
4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde a 500g de fibra base seca se le agregaron 5% de ácido esteárico en hojuelas y se mezclan por 1 hora a 70°C para obtener la fibra con el tamaño adecuado libre de azúcares y con tratamiento superficial para su incorporación eficiente a un termoplástico para elaborar el concentrado plástico de fibra.
5. El proceso de conformidad con la reivindicaciones 1 a 3, en donde el proceso comprende además un tratamiento superficial de las partículas de las fibras de agave, el tratamiento es realizado en un equipo mezclador para sólidos secos de tipo planetario o de listones, en el cual se coloca la fibra libre de azúcares, clasificada de acuerdo a su tamaño a la cual se le agrega el o los agentes de acoplamiento para acondicionar su superficie.
6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde los agentes de acoplamiento comprenden del 0.5% al 8% en masa de las fibras de agave dependiendo del polímero termoplástico a procesar para hacerlo biodegradable y comprende además, la incorporación de los agentes de acoplamiento en dos pasos o en un solo paso.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el proceso de dos pasos involucra las etapas de pretratamiento de las fibras con el agente de acoplamiento 25 como primer paso, seguido por el mezclado con el polímero termoplástico a alta temperatura para obtener una mezcla termoplástica polimérica conocida como mezcla madre (Master Batch (MB)) lista para ser empleada en la fabricación de diversos objetos cuando es combinado y procesado con diversos polímeros termoplásticos.
8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el mezclado a alta temperatura es realizado preferentemente, en un extrusor de doble tornillo.
9. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, en donde en el proceso de un solo paso, todos los componentes de la mezcla, la fibra de agave, el agente de acoplamiento y el polímero termoplástico se mezclan simultáneamente previamente a su alimentación al extrusor para la obtención de la mezcla madre.
10. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, en donde los agentes de acoplamiento se seleccionan del grupo que consiste de orgánicos, inorgánicos e inorgánicos-orgánicos.
1 1. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, en donde los agentes de acoplamiento orgánicos se seleccionan del grupo que consiste de isocianatos, anhídridos, amidas, imidas, acrilatos, clorotriazinas, epóxicos, ácidos orgánicos, monómeros, polímeros y copolímeros.
12. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, en donde los agentes de acoplamiento inorgánicos se seleccionan del grupo que consiste de los silicatos.
13. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, en donde los agentes de acoplamiento inorgánicos-orgánicos se seleccionan del grupo que consiste de los silanos donde el silano preferido es el silano Silquest ® A- 172 A- 174 y los titanatos.
14. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, en donde los agentes acoplamiento comprenden además, agentes de unión, compatibilizadores, dispersantes y agentes de superficie.
15. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, en donde los agentes de unión se seleccionan del grupo que consiste de polímeros termoplásticos modificados como el polipropileno con anhídrido maléico, estireno-etileno-butileno-estireno maleado, 26 estireno-anhídrido maléico.
16. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, en donde los agentes compatibilizadores se seleccionan del grupo que consiste de anhídrido acético, metil isocianato y anhídrido maléico.
17. El proceso de conformidad con la reivindicación 14, en donde los agentes dispersantes se seleccionan del grupo que consiste de ácido esteárico y los estearatos metálicos de calcio, magnesio y zinc, preferentemente los estearatos y silanos, solo o en combinación binaria, siendo preferidos el ácido esteárico y el estearato de calcio.
18. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 15, en donde los polímeros termoplásticos empleados pueden ser una sola o una mezcla de dos o más poliolefinas.
19. El proceso de conformidad con la reivindicación 18, en donde las poliolefinas comprenden, Polietileno (PE) seleccionadas del grupo que consiste de los tipos como Polietileno de Baja Densidad (PEBD), Polietileno de Alta Densidad (PEAD), Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), copolímeros de etileno con otro monómero como copolímeros de etileno-propileno; se incluyen también Polipropileno, Polibutileno, Polimetilpenteno y mezclas de ellos.
20. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, en donde el Polipropileno (PP), el Polietileno de Baja Densidad (PEBD) y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD) son particularmente preferidos.
21. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, en donde además pueden usarse poliolefinas recicladas.
22. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el aditivo oxo-degradativo seleccionado comprende un compuesto con una combinación de un carboxilato metálico y un ácido alifático poli hidroxi-carboxílico (que pudieran ser
Envirocare®, Addiflex®, TDPA® y Celspan® siendo particularmente preferido Celspan®).
23. Una mezcla termoplástica polimérica a base de fibras y residuos de agave y aditivos oxo-degradativos obtenida a partir del proceso de conformidad con la 27 reivindicación 1 , caracterizada porque comprende los pasos de preparar un extrusor mezclador Werner & Pfleiderer modelo ZK30 estabilizando el nivel de temperaturas de 1 10 a 130 grados centígrados, obtener dos mezclas diferentes, en la primera mezclar la fibra de agave tratada y molida del tratamiento de la fibra en seco de conformidad con la reivindicación 2; un aditivo oxo-degradativo y una resina polimérica PEBD; en la segunda mezclar solamente la fibra de agave tratada con la resina PEBD, cargar los materiales a mezclar en el dosificador de la máquina mezcladora, programar la dosificación con las siguientes condiciones: en la primera Mezcla 1 ("Master 1 "): 40% de la fibra de agave molida y tratada; 1% del aditivo oxo-degradativo Celspan 481® de Phoenix Plastics y un 59% de PEBD; y en la segunda Mezcla 2 ("Master 2"): 40% de la fibra de agave molida y tratada y un 60% de PEBD; estas mezclas entran al extrusor con un doble tornillo contra rotatorio logrando un mezclado en fundido más homogéneo a una presión de 28.83/30.23 Kg/cm2 (410/430 libras/pulgada2); esfuerzo del tornillo en 59/63% torque; y a una velocidad de rotación de 250 rpm; la mezcla homogénea se obtiene en forma de filamentos los cuales se enfriaron con dos estaciones con aire frío; pasar por un cortador del cual se obtiene el compuesto termoplástico concentrado de fibra de agave en forma de partículas o gránulo o pellet de 3 mm de diámetro.
24. La mezcla de conformidad con la reivindicación 23, en donde los polímeros termoplásticos empleados pueden ser una sola o una mezcla de dos o más poliolefinas.
25. La mezcla de conformidad con la reivindicación 24, en donde las poliolefinas comprenden, Polietileno (PE) seleccionadas del grupo que consiste de los tipos como Polietileno de Baja Densidad (PEBD), Polietileno de Alta Densidad (PEAD), Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), copolímeros de etileno con otro monómero como copolímeros de etileno-propileno; se incluyen también Polipropileno, Polibutileno, Polimetilpenteno y mezclas de ellos.
26. La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, en donde el Polipropileno (PP), el Polietileno de Baja Densidad (PEBD) y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD) son particularmente preferidos.
27. La mezcla de conformidad con la reivindicación 25, en donde además pueden usarse poliolefinas recicladas.
28. La mezcla de conformidad con la reivindicación 23, en donde el aditivo oxo-degradativo siendo un compuesto con una combinación de un carboxilato metálico y un ácido alifático poli hidroxi-carboxílico se selecciona a partir del grupo que consiste de (Envirocare®, Addiflex®, TDPA® y Celspan® siendo particularmente preferido Celspan®).
29. Un gránulo o pellet obtenido a partir de la mezcla termoplástica polimérica a base de fibras y residuos de agave de conformidad con la reivindicación 23, en donde el gránulo comprende fibras y residuos de agave; un aditivo oxo-degradativo y un polímero termoplástico.
30. El gránulo o pellet de conformidad con la reivindicación 29, en donde dicho gránulo se mezcla con poliolefinas que comprenden Polietileno (PE) seleccionadas del grupo que consiste de los tipos como Polietileno de Baja Densidad (PEBD), Polietileno de Alta Densidad (PEAD), Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), copolímeros de etileno con otro monómero como copolímeros de etileno-propileno; se incluyen también Polipropileno, Polibutileno, Polimetilpenteno y mezclas de ellos, para la elaboración de productos plásticos.
31. El gránulo o pellet de conformidad con la reivindicación 30, en donde dicho gránulo se mezcla con Polipropileno (PP), el Polietileno de Baja Densidad (PEBD) y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD) los cuales son particularmente apropiados.
32. El gránulo o pellet de conformidad con la reivindicación 30, en donde dicho gránulo se mezcla con poliolefinas recicladas.
33. Un artículo de plástico biodegradable caracterizado porque comprende polímeros termoplásticos, fibras y residuos de agave y aditivo oxo-degradativos.
34. El artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación 33, en donde las fibras y residuos de agave son de Agave Azul Tequilana Weber.
35. El artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación POTX 2011 / 0 0 0 0 6 9O 2011/155814 PCT/MX2011/000069
29
33, en donde los polímeros termoplásticos empleados pueden ser una sola o una mezcla de dos o más polioleflnas.
36. El artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación 35, en donde las poliolefinas comprenden, Polietileno (PE) seleccionadas del grupo que consiste de los tipos como Polietileno de Baja Densidad (PEBD), Polietileno de Alta
Densidad (PEAD), Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), copolímeros de etileno con otro monómero como copolímeros de etileno-propileno; se incluyen también Polipropileno, Polibutileno, Polimetilpenteno y mezclas de ellos.
37. Ei artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación 35, en donde el Polipropileno (PP), el Polietileno de Baja Densidad (PEBD) y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD) son particularmente preferidos.
38. El artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación 35, en donde además pueden usarse poliolefinas recicladas.
39. El artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación 33, en donde el aditivo oxo-degradativo siendo un compuesto con una combinación de un carboxilato metálico y un ácido alifático poli hidroxi-carboxílico se selecciona a partir del grupo que consiste de (Envirocare®, Addiflex®, TDPA® y Celspan® siendo particularmente preferido Celspan®).
40. El artículo de plástico biodegradable de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque dicho artículo se selecciona del grupo que consiste de empaques, bolsas, platos, vasos, cuchillos, tenedores, cucharas, charolas, artículos médicos como implantes, tubería, guantes, juguetes y los similares.
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