WO2016093685A1 - Mezcla y proceso, para elaborar un material plástico biodegradable - Google Patents

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succulent plant
juice
plant
mucilaginous
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Sandra Pascoe Ortíz
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Instituto Superior Autónomo De Occidente A.C.
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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVING, e.g. BY CANNING, MEAT, FISH, EGGS, FRUIT, VEGETABLES, EDIBLE SEEDS; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES; THE PRESERVED, RIPENED, OR CANNED PRODUCTS
    • A23B7/00—Preservation or chemical ripening of fruit or vegetables
    • A23B7/16—Coating with a protective layer; Compositions or apparatus therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A23B9/00—Preservation of edible seeds, e.g. cereals
    • A23B9/14—Coating with a protective layer; Compositions or apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L5/00—Compositions of polysaccharides or of their derivatives not provided for in groups C08L1/00 or C08L3/00
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    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of Biotechnology and / or Chemistry, more specifically in the plastics industry; since it provides a mixture and process, for the elaboration of biodegradable plastic material, which can have several utilities, among them, in the packaging industry, medicine, disposable products, agriculture, to name a few examples.
  • Plastics in recent decades have become essential materials for everyday life, with them many items are manufactured that are used daily by many people.
  • plastic products are found on the market that are shown as natural and biodegradable, many of these are obtained from natural substances, either individual or combined with each other, or even combined with petroleum substances forming plastics hybrids
  • the biodegradability of plastics consists of the time it takes to be degraded and integrated, to the ground again by means of bacterial processes, the European standard UNE 13432 specifies the requirements to determine the biodegradability and compostability of the materials.
  • biodegradable plastic products that are produced from some material from plant plants, such as the one described in US5321065, which is made with lignin and ethylene to form a plastic film.
  • Patent document CN101302319 discloses a shopping bag or a plastic for packaging, formulated from different inorganic materials, mucilage and a vegetable fiber that is handled wet and that when reacted produce a material that is molded and cut to form The finished product.
  • the thickness of the film was 25 +/- 5 mm, where the resistance to rupture was 1 1.3 to 31 .7 (N) at a greater amount of mucilage; the deformation was from 0.91 to 1 .9 (mm).
  • One of the drawbacks of this film is its high thickness, which makes it impractical to make a plastic film or sheet for packaging; and the low resistance to rupture.
  • document ES2065676 discloses a degradable plastic film constituted based on: copolymers of ethylene (polyolefins); and lignin powder, whose granules have 1 to 5 microns; and photoactive additives (prooxidant) to increase its degradability.
  • said film has a breaking strength of 25.5 MPa and an elongation at break of 230%.
  • this film is a hybrid plastic, since to achieve that resistance it is due to the ethylene copolymer that is synthetic, so its degradation period is high.
  • Dom ⁇ nguez-Canales et al. (201 1), applied edible wrappers based on cactus mucilage to extend the shelf life of perishable fruits. Among their treatments, they used a wrap based on mucilage, glycerol and distilled water; and a wrap based on mucilage, glycerol, polyethylene glycol and distilled water (20 ml). Where the wrappers presented the best preservation conditions of the tested fruits (Dom ⁇ nguez Canales, VSI, Zegbe Dom ⁇ nguez, JA, Alvarado Nava, Ma. D. and Mena Covarrubias, J.
  • Figure 1 Behavior of the physical-mechanical characteristics of the sample 6.
  • the present invention relates to a mixture for the preparation of a biodegradable plastic material; said mixture comprises mucilaginous juice of vegetable origin, extracted by centrifugation and decanted; said juice can be from any succulent plant that contains mucilage, to name a few families as examples, Cactaceae, Agavaceae, Aizoaceae, Apocynaceae, Asphodelaceae, Crassulaceae, Didieraceae, Euphorbiaceae, and Portulaceae, etc.
  • the Opuntioideae subfamily, tribe is preferred Opuntieae, genus Opuntia, species and type Opuntia ficus-indica.
  • the function of the mucilage in the mixture is to increase the elasticity of the films, since the materials that were made without this ingredient and were broken with less force.
  • Another component of the mixture of the present invention is a natural protein, preferably a natural protein rich in collagen, such as grenetine or gelatin.
  • the purpose of this natural protein is to give body to the material obtained, it is the basis with which it is feasible to make it.
  • a wax of plant origin is added to the mixture, with the wax of candelilla being preferred.
  • This wax is added to the mixture to give the material a certain degree of impermeability, thus it is feasible that the material does not dissolve so quickly in water.
  • a humectant is added to the mixture, such as glycerin.
  • the process for the production of the biodegradable plastic material of the present invention is carried out as follows:
  • the natural protein is added in the mucilaginous juice of vegetable origin, in a ratio of 1: 5, the juice can be decanted, extracted with a centrifugal extractor. Hydration is achieved by stirring 600 rpm at a temperature of 70 ° C on a magnetic stirring grill, for 10 min. approximately, until the natural protein is completely dissolved and hydrated in said mucilaginous juice.
  • the invention also includes a plastic material obtained by the mixture and method, described above.
  • Said plastic material can be useful in several areas of the industry. For example, it can be very useful in the industry of packaging and wrapping of objects, in medicine, agriculture, chemistry, etc.
  • the material preferably, is given the appropriate form to be useful as a wrapper, to name a few examples, a film, sheet, strip, bag, box, among others, whose dimensions and resistance characteristics, will depend on the type of material to be packaged. Examples
  • Example 1 Formulation of the mixture for the production of a biodegradable plastic film.
  • the mixture still hot, was poured into a rectangular glass container resistant to heat, controlling an average thickness of 1.5 mm; allowed to dry the mixture in environmental conditions, but without the sun's rays coming directly, for 7 days, to a dehydration where a film or sheet formed; and finally the film was removed from the mold, without any problem of deformation or breakage.
  • a biodegradable plastic film with a thickness of 0.5 mm was obtained.
  • Example 4 Physico-mechanical tests of the biodegradable plastic film, obtained in the present invention.
  • Sample 4.1 The results obtained from sample 4.1, when subjected to stress tests, are illustrated in Table 9 and Figure 8.
  • Sample 5.1 The results obtained from sample 5.1, when subjected to stress tests, are illustrated in Table 11 and Figure 10.
  • Hardness test Table 13 Average hardness of some of the plastic film samples of the present invention.
  • the biodegradable plastic films had a thickness of 0.66 to 1.96 mm; a breaking strength of 19 to 94.68 N; a tensile strength of 0.73 to 4.84 N / mm 2 ; an average hardness face up from 32.4 to 48.4 and face down from 22.6 to 35.0; a density of 1.12 to 1.22 g / cm 3 ; a melting point of 90.6 at 122.2 ° C; and an elongation. As you can see, these results were superior to those reported by biodegradable plastics already disclosed by the state of the art.
  • Example 5 Comparison between the biodegradable plastic film of the present invention against commercial plastics. Table 16. Comparison of some properties, between the biodegradable plastic film of the present invention, against commercial plastics.
  • Lactic poly 1.25 120-170 -
  • RT tensile strength
  • D density
  • PF melting point
  • E elongation.
  • the results of the sample of the biodegradable plastic film of the present invention have some properties comparable to those of commercial plastics, although in some it is well below the expected results.
  • the degradation depends on the time that has elapsed from the preparation of the sample until it is subjected to the treatment, which is directly related to the humidity of the sample (the longer the time elapsed since the preparation of the sample, the more time elapses for its degradation).
  • the samples used in this test lasted a week between their preparation and the time to submit them to the degradation test.

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Abstract

Una mezcla para la elaboración de un material plástico biodegradable, a base de: jugo mucilaginoso de origen vegetal, proteína natural, cera de origen vegetal, y un humectante. Un material plástico biodegradables, elaborado con la mezcla antes descrita, el cual puede ser útil en la industria en general, tales como en la de embalajes y envolturas, medicina, agropecuaria, etc. Un proceso para la elaboración de un material plástico biodegradable, que comprende: disolver una proteína natural en jugo mucilaginoso de origen vegetal; calentar la mezcla hasta que homogeneizar; agregar un humectante y una cera vegetal previamente fundida; calentar y homogeneizar la mezcla; verter la mezcla líquida en un molde; y dejar secar la mezcla en el molde, en condiciones ambientales, hasta que se solidifique y se desprenda del molde.

Description

MEZCLA Y PROCESO, PARA ELABORAR UN MATERIAL PLÁSTICO
BIODEGRADABLE
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con el campo técnico de la Biotecnología y/o Química, más específicamente en la industria de plásticos; ya que proporciona una mezcla y proceso, para la elaboración de material plástico biodegradable, el cual puede tener varias utilidades, entre ellas, en la industria de los embalajes, medicina, productos desechables, agropecuaria, por citar algunos ejemplos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los plásticos en las últimas décadas se han convertido en materiales indispensables para la vida cotidiana, con ellos se fabrican gran cantidad de artículos que son utilizados a diario por gran parte de las personas.
Anteriormente los plásticos derivados del petróleo abarcaban prácticamente la totalidad del mercado y sólo se utilizaban pocos plásticos naturales como son el caucho y el celuloide.
En la actualidad se encuentran en el mercado una serie de productos plásticos que se ostentan como naturales y biodegradables, muchos de estos son obtenidos a partir de sustancias naturales, ya sea individuales o combinadas entre sí, o incluso combinadas con sustancias provenientes del petróleo formando plásticos híbridos.
La biodegradabilidad de los plásticos consiste en el tiempo que tardan para ser degradados e integrados, al suelo nuevamente por medio de procesos bacterianos, la norma europea UNE 13432 especifica los requisitos para determinar la biodegradabilidad y compostabilidad de los materiales. Existen varios productos plásticos biodegradables que se producen a partir de algún material proveniente de plantas vegetales, como el que se describe en el documento de patente US5321065, el cual está elaborado con lignina y etileno para formar una película plástica.
En los documentos de patente CA2178319 y CA2071078, se describe un plásticos fotodegradable, fabricados a partir de poliisopreno vegetal mezclado con resina sintética. En el documento de patente CN101302319 se divulga una bolsa para compras o un plástico para empaque, formulados a partir de diferentes materiales inorgánicos, mucílago y una fibra vegetal que se maneja en húmedo y que al reaccionar producen un material que es moldeado y cortado para formar el producto terminado.
El documento titulado "El plástico del nopal (una alternativa sustentable), presentado en el XXI Concurso Universitario Feria de las Ciencias, la Tecnología y la Innovación; UNAM, publicado el 29 de septiembre de 2013" (www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria21/feria1 18 01 el plástico d el nopal una alternativa sustentable.pdf), su objetivo fue elaborar un plástico biodegradable combinando polímeros netamente naturales: mucílago de nopal, almidón, glicerol, obteniendo un prototipo satisfactorio, para reducir el índice de contaminación ambiental. Donde la mezcla para elaborar el plástico consistió de: almidón/agua destilada (1 : 1 a 1 :3 mL); glicerol (0.5 mL); y mucílago de nopal maduro (5 - 15 mL). El grosor de la película fue de 25 +/- 5 mm, donde la resistencia a la ruptura fue de 1 1.3 a 31 .7 (N) a mayor cantidad de mucílago; la deformación fue de 0.91 a 1 .9 (mm). Uno de los inconvenientes de esta película, es su elevado grosor, lo que lo hace impráctico para elaborar una película o lámina plástica para embalaje; y la baja resistencia a la ruptura.
Por su parte el documento ES2065676 (T3), divulga una película plástica degradable constituida a base de: copolímeros de etileno (poliolefinas); y lignina en polvo, cuyos gránulos tienen de 1 a 5 micrones; y aditivos fotoactivos (prooxidante) para aumentar su degradabilidad. Donde dicha película tiene una resistencia a la ruptura de 25.5 MPa y un alargamiento a la ruptura del 230 %. Como se puede ver, esta película es un plástico híbrido, ya que para alcanzar esa resistencia es debido al copolímero de etileno que es sintético, por lo que su periodo de degradación es elevado.
Domínguez-Canales y colaboradores (201 1 ), aplicaron envolturas comestibles a base de mucílago de nopal para extender la vida de anaquel de frutas perecederas. Entre sus tratamiento, utilizaron una envoltura a base de mucílago, glicerol y agua destilada; y una envoltura a base de mucílago, glicerol, polietilenglicol y agua destilada (20 mi). Donde las envolturas presentaron las mejores condiciones de conservación de las frutas ensayadas (Domínguez Canales, V.S.I, Zegbe Domínguez, J.A., Alvarado Nava, Ma. D. y Mena Covarrubias, J. Aplicación de envolturas comestibles a base de mucílago de nopal para extender la vida de anaquel de frutas perecederas. Folleto Técnico 38. Campo Experimental Zacatecas. CIRNOC-INIFAP. 72 p.). En este caso no se mencionan datos de resistencia a la ruptura, por lo que no se puede determinar si puede ser útil para embalajes. Por lo tanto, para contrarrestar los inconvenientes antes mencionados, se desarrolló una mezcla y proceso, para elaborar una película plástica biodegradable, que cumpla con las requisitos de un embalaje o envoltura de objetos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1. Comportamiento de las características físico-mecánicas de la muestra
1 .
Figura 2. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 1.1 .
Figura 3. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 2. Figura 4. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 2.1.
Figura 5. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 3.
Figura 6. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 3.1.
Figura 7. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 4.
Figura 8. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 4.1 .
Figura 9. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 5.
Figura 10. Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 5.1 .
Figura 1 1 . Comportamiento de las características físico- mecánicas de la muestra 6.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los detalles característicos de la presente invención se muestran calaramente en la siguiente descripción, ejemplos y figuras, que se acompañan, los cuales solamente ilustran algunas de las modalidades preferentes de la misma; por lo tanto, no deben ser considerados como una limitante para la dicha invención. Mezcla para la elaboración de un material plástico biodegradable
La presente invención se refiere a una mezcla para la elaboración de un material plástico biodegradable; dicha mezcla comprende jugo mucilaginoso de origen vegetal, extraído por centrifucación y decantado; dicho jugo puede ser de cualquier planta suculenta que contenga mucílago, por citar algunas familias como ejemplos, Cactaceae, Agavaceae, Aizoaceae, Apocynaceae, Asphodelaceae, Crassulaceae, Didieraceae, Euphorbiaceae, y Portulaceae, etc. Detro de la familia Cactaceae, se prefiere la subfamilia Opuntioideae, tribu Opuntieae, género Opuntia, especie y tipo Opuntia ficus-indica. La función del mucílago en la mezcla es para elevar la elasticidad de las películas, ya que los materiales que fueron elaboradas sin este ingrediente y se rompieron con menor fuerza.
Otros componente de la mezcla de la presente invención es una proteína natural, preferentemente una proteína natural rica en colágeno, tal como la grenetina o gelatina. La finalidad de esta proteína natural es dar cuerpo al material obtenido, es la base con la cual es factible la elaboración del mismo.
A la mezcla se le adiciona una cera de origen vegetal, prefiriéndose la cera de candelilla. Esta cera se agrega a la mezcla para dar al material un cierto grado de impermeabilidad, con ello es factible que el material no se disuelva tan rápidamente en el agua.
Un humectante se adiciona a la mezcla, como por ejemplo la glicerina.
La ventaja de usar estos ingredientes en la mezcla es que la hace altamente biodegradable, en comparación con los materiales plásticos sintéticos, plásticos naturales y plásticos híbridos, ya conocidos en el estado del arte. Además de que no se requiere de agua para elaborar a dicha mezcla, ya que es suficiente con el jugo mucilaginoso.
Proceso para la elaboración de un material plástico biodegradable
El proceso para la elaboración del material plástico biodegradable de la presente invención se lleva acabo de la siguiente manera:
Se agrega la proteína natural en el jugo mucilaginoso de origen vegetal, en una relación de 1 :5, el jugo puede estar decantado, extraído con un extractor centrífugo. La hidratación se logra mediante agitación de 600 rpm a una temperatura de 70 °C en una parrilla de agitación magnética, durante 10 min aproximadamente, hasta que la proteína natural esté totalmente disuelta e hidratada en dicho jugo mucilaginoso.
Agregar el humectante y la cera previamente fundida, a la mezcla anterior, aún caliente, con una agitación de 600 rpm.
Calentar la mezcla anterior, a 90 °C, durante 15 min en la misma parrilla de agitación magnética. Homogeneizar la mezcla anterior, con una agitación de 600 rpm, hasta que dicha mezcla quede completamente homogénea.
Verter la mezcla líquida anterior en los moldes deseados, pero controlando el nivel del volumen de la mezcla vertida, lo cual dependerá del espesor y la forma que se le desee dar al material plástico obtenido.
Finalmente, dejar secar la mezcla vertida en el molde, en condiciones ambientales, hasta que se solidifique y se pueda desprender del molde. Material plástico biodegradable obtenido
Por lo tanto, la invención también incluye a un material plástico obtenido por la mezcla y método, antes descritos. Dicho material plástico, puede ser útil en varias áreas de la industria. Por ejemplo, puede ser muy útil en la industria de los embalajes y envolturas de objetos, en la medicina, agropecuaria, química, etc.
En el caso de la industria de los embalajes o envolturas, el material, preferentemente, se le da la forma adecuada para ser útil como envoltura, por citar algunos ejemplos, una película, lámina, tira, bolsa, caja, entre otros, cuyas dimensiones y características de resistencia, dependerán del tipo de material a empaquetar. Ejemplos
Los siguientes ejemplos ilustran algunas de las diferentes modalidades de la realización de la presente invención.
Figure imgf000009_0001
Ejemplo 1. Formulación de la mezcla para la elaboración de una película plástica de biodegradable.
Los ingredientes que conforman a la mezcla para elaborar una película plástica biodegradable, se enlistan en la Tabla 1.
Tabla 1. Ingredientes que conforman a la mezcla de la presente invención, para la elaboración de una película plástica biodegradable.
Ingredientes Cantidad (g)
Jugo de nopal decantado 64
Grenetina 18
Cera de candelilla 9
Glicerina 9 Ejemplo 2. Método de elaboración de una película plástica biodegradable, a partir con la mezcla del ejemplo 1.
En 64 g de jugo de nopal decantado, se agregaron con agitación de 600 rpm, 18 g de grenetina; después se calentó la mezcla a 70 °C en una parrilla de agitación magnética marca Thermo Scientific modelo SP131015, durante 10 min, hasta que la grenetina se disolvió por completo; posteriormente, se agregó con agitación de 600 rpm la glicerina y cera de candelilla fundida; inmediatamente despúes se calentó la mezcla a 90 °C, durante 15 min, con agitación constante de 600 rpm, en la misma parrilla, para homogeneizar por completo dicha mezcla.
La mezcla aún caliente, se virtió en un recipiente rectangular de cristal resistentes al calor, controlando un espesor promedio de 1.5 mm; se dejó secar la mezcla en condiciones ambientales, pero sin que le llegaran los rayos del sol directamente, durante 7 días, hasta una deshidratación donde se formó una película o lámina; y finalmente se retiró la película del molde, sin ningún problema de deformación o rompimiento.
Ejemplo 3. Película plástica biodegradable, obtenida con la mezcla del ejemplo
1 y el procedimiento del ejemplo 2.
Se obtuvo una película plástica biodegradable con un espesor de 0.5 mm.
Ejemplo 4. Pruebas físico-mecánicas de la película plástica biodegradable, obtenida en la presente invención.
Para asegurar resultados más confiables en cuanto a las pruebas físico- químicas de la película en cuestión, se utilizó una muestra de 6 películas, obtenidas de manera independientes, de acuerdo con la mazcla y método de los ejemplos 1 y 2, respectivamente; donde cada película se le denominó como muestra 1 , 1.1 , 2, 2.1 , 3, 3.1 , 4, 4.1 , 5, 5.1 y 6. Ensayos de tensión
Muestra 1
Los resultados obtenidos de la muestra 1 , al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 2 y Figura 1.
Tabla 2. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 1.
Característica Resultados Unidades
| Humedad 9.09 %
Porcentaje del peso seco 90.91 %
Espesor 1.50 * mm
Ancho 20.02 mm
Area 30.00 mnr Longitud inicial 99.60 mm
Longitud final 101.00 mm
Resistencia a la ruptura 66.77 N
Resistencia a la tensión 2.23 N/mm"
Muestra 1.1
Los resultados obtenidos de la muestra 1.1 , al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 3 y Figura 2.
Tabla 3. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 1.1.
Características Resultados Unidades
Humedad 14.29 %
Porcentaje del peso seco 85.91 %
Espesor 0.66 mm
Ancho 20.22 mm
Figure imgf000011_0001
Longitud final 99.00 mm
Resistencia a la ruptura 55.67 N
Resistencia a la tensión 4.17 N/mm
Muestra 2
Los resultados obtenidos de la muestra 2, al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 4 y Figura 3.
Tabla 4. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 2.
Características Resultados Unidades
Humedad 8.70 %
Porcentaje del peso seco 91.30 %
Espesor 1.52 mm Ancho 15.57 mm
Area 23.73 mm¿
Longitud inicial 100.00 mm
Longitud final 102.00 mm
Resistencia a la ruptura 80.22 N
Resistencia a la tensión 3.38 N/mm¿
Muestra 2.1
Los resultados obtenidos de la muestra 2.1 , al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 5 y Figura 4.
Tabla 5. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 2.1.
Características Resultados Unidades
Humedad 10.53 %
Porcentaje del peso seco 89.47 %
Espesor 1.22 mm
Ancho 15.70 mm
Area 19.14 mm¿
Longitud inicial 96.00 mm
Longitud final 104.00 mm
Resistencia a la ruptura 92.68 N
Resistencia a la tensión 4.84 N/mmz
Muestra 3
Los resultados obtenidos de la muestra 3, al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 6 y Figura 5.
Tabla 6. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 3.
Características Resultados Unidades
Humedad 94.60 % Porcentaje del peso seco 1.96 %
Espesor 14.83 mm
Ancho 29.01 mm
Area 97.00 mm'
Longitud inicial 105.00 mm
Longitud final 65.55 mm
Resistencia a la ruptura 2.26 N
Resistencia a la tensión 94.60 N/mm
Muestra 3.1
Los resultados obtenidos de la muestra 3.1 , al someterla a ensayos de tensión, se ¡lustran en la Tabla 7 y Figura 6.
Tabla 7. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 3.1.
Características Resultados Unidades
Humedad 8.00 %
Porcentaje del peso seco 92.0 %
Espesor 1.60 mm
Ancho 14.88 mm
Area 23.82 mm
Longitud inicial 90.00 mm
Longitud final 109.00 mm
Resistencia a la ruptura 61.98 N
Resistencia a la tensión 2.60 N/mm¿
Muestra 4
Los resultados obtenidos de la muestra 4, al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 8 y Figura 7. Tabla 8. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 4.
Características Resultados Unidades
Humedad 17.40 %
Porcentaje del peso seco 82.60 %
Espesor 1.58 mm
Ancho 16.51 mm
Area 26.00 mm¿
Longitud inicial 98.00 mm
Longitud final 101.00 mm
Resistencia a la ruptura 91.55 N
Resistencia a la tensión 3.52 N/mm'
Muestra 4.1 Los resultados obtenidos de la muestra 4.1 , al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 9 y Figura 8.
Tabla 9. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 4.1.
Características Resultados Unidades j Humedad 5.00 %
Porcentaje del peso seco 95.00 %
Espesor 1.63 mm
Ancho 16.51 mm
Area 26.84 mm¿
Longitud inicial 99.00 mm
Longitud final 109.00 mm
Resistencia a la ruptura 87.50 N
Resistencia a la tensión 3.26 N/mm Muestra 5
Los resultados obtenidos de la muestra 5, al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 10 y Figura 9. Tabla 10. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 5.
Características Resultados Unidades
Humedad 5.90 %
Porcentaje del peso seco 94.10 %
Espesor 1.40 mm
Ancho 20.73 mm
Area 4.65 mm¿
Longitud inicial 96.00 mm
Longitud final 104.00 mm
Resistencia a la ruptura 76.15 N
Resistencia a la tensión 2.63 N/mm¿
Muestra 5.1 Los resultados obtenidos de la muestra 5.1 , al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 11 y Figura 10.
Tabla 11. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 5.1.
Características Resultados Unidades
Humedad 5.70 %
Porcentaje del peso seco 94.30 %
Espesor 1.78 mm
Ancho 17.00 mm
Area 30.23 mm¿
Longitud inicial 100.00 mm
Longitud final 115.00 mm
Resistencia a la ruptura 94.68 N
Resistencia a la tensión 3.13 N/mm Muestra 6
Los resultados obtenidos de la muestra 6, al someterla a ensayos de tensión, se ilustran en la Tabla 12 y Figura 11. Tabla 12. Resultados de las características físico-mecánicas de la muestra 6.
Características Resultados Unidades
Humedad 13.04 %
Porcentaje del peso seco 86.96 %
Espesor 1.42 mm
Ancho 18.42 mm
Area 26.19 mm¿
Longitud inicial 97.00 mm
Longitud final 1 15.00 mm
Resistencia a la ruptura 19.16 N
Resistencia a la tensión 0.73 N/mm'
Ensayo de dureza Tabla 13. Dureza promedio de algunas de las muestras de película plástica de la presente invención.
Muestra Dureza promedio cara de Dureza promedio cara
arriba de abajo
1 47.2 27.2
2 47.0 22.6
3 48.4 31.8
4 45.6 29.6
5 32.4 35.0
6 35.2 26.8
Escala: Grados Shore A obtenido con un durómetro marca PTC, modelo 306 L.
Prueba de densidad
Tabla 14. Parámetros de las pruebas de densidad, a las que fueron sometidas las muestras de película, de la presente invención.
Muestra Diámetro Altura Volumen Masa (g) Densidad
(cm) (cm) (cm3) (g/cm3) 1 1.736 1.29 3.053367 3.48 1.139725
2 1 .74 1.37 3.257684 3.85 1.181821
3 1.732 1.002 2.360768 2.89 1 .224178
4 1.701 1.244 2.826955 3.38 1 .195633
5 1.759 1.007 2.447096 2.74 1.119694
6 1.835 0.712 1.882964 2.14 1.136506
Prueba de punto de fusión
Tabla 15. Punto de fusión (°C) de algunas muestras de la película biodegradable.
Muestra °C
1 90.60
2 95.00
3 1 12.00
4 100.07
5 95.30
6 122.20
Resumiendo, los resultados arrojados por las 1 1 muestras analizadas, las películas plásticas biodegradables tuvieron un espesor de 0.66 a 1 .96 mm; una resistencia a la ruptura de 19 a 94.68 N; una resistencia a la tensión de 0.73 a 4.84 N/mm2; una dureza promedio cara arriba de 32.4 a 48.4 y cara abajo de 22.6 a 35.0; una densidad de 1 .12 a 1 .22 g/cm3; un punto de fusión de 90.6 a 122.2 °C; y una elongación. Como se puede ver, estos resultados fueron superiores a los reportados por los plásticos biodegradables ya divulgado por el estado del arte.
Ejemplo 5. Comparativo entre la película plástica biodegradable de la presente invención contra los plásticos comerciales. Tabla 16. Comparativo de algunas propiedades, entre la película plástica biodegradable de la presente invención, contra los plásticos comerciales.
Tipo de Plástico RT(N/mm ) Díg/cm3) PF(°C) E(%)
Acetato de celulosa 37.6 , 1.3 306 10-50
Acetato butirato de 34.0 1.18 195-205 - celulosa
Polietileno 15-40 - 1 10 200
Poli lácticos - 1.25 120-170 -
Polihidroxibutirato 40.0 1.25 40-180 -
Película plástica de esta 3.0 1.17 103 9 invención
RT = resistencia a la tensión; D = densidad; PF = punto de fusión; E = elongación.
Como se observa en la tabla anterior los resultados de la muestra de la película plástica biodegradable de la presente invención, tiene algunas propiedades equiparables a las de los plásticos comerciales, aunque en algunas se encuentra muy por debajo de los resultados esperados.
Ejemplo 6. Pruebas de degradabilidad.
Con el fin de determinar la degradabilidad de la película plástica de la presente invención, se estableció un experimento de la siguiente manera: se colocaron muestras de la película plástica biodegradable, de la presente invención, del mismo tamaño de material en una caja de Petri, a la primera se agregaron 5 mi de agua y se dejó destapada, a la segunda los mismos 5 mi de agua y se colocó la tapadera. Otra muestra de 14 cm2 de largo y se depositó sobre la tierra de una maceta a la intemperie, finalmente, una muestra de 14 cm2 triturada se colocó en la misma maceta. Se midió el tiempo de degradación y los resultados se muestran en la Tabla 17. Tabla 17. Pruebas de degradación de la película plástica biodegradable, de la presente invención.
Muestras Tratamiento Tiempo de
degradación
1 Agua sin tapa 7 días
2 Agua tapada 7 días
3 Muestra de 14 cnr en tierra de 10 semanas
maceta
4 Muestra de 14 cm2 triturada en 5 semanas
tierra de maceta
La degradación depende del tiempo que ha transcurrido desde la preparación de la muestra hasta que es de sometida al tratamiento, cosa que va directamente relacionada con la humedad de la misma (a mayor tiempo transcurrido desde la preparación de la muestra, mayor tiempo transcurre para su degradación). Las muestras utilizadas en esta prueba duraron una semana entre su preparación y el momento de someterlas a la prueba de degradación.

Claims

REIVINDICACIONES
Una mezcla para la elaboración de un material plástico biodegradable, que comprende: i) jugo mucilaginoso de origen vegetal;
ii) proteína natural;
iii) cera de origen vegetal; y
iv) un humectante.
La mezcla de la reivindicación anterior, donde el jugo mucilaginoso de origen vegetal es decantado.
La mezcla de las reivindicaciones anteriores, donde el jugo mucilaginosos es extraído de una planta suculenta.
La mezcla según la reivindicación precedente, donde la planta suculenta pertenece al siguiente grupo de familias: Cactaceae, Agavaceae, Aizoaceae, Apocynaceae, Asphodelaceae, Crassulaceae, Didieraceae, Euphorbiaceae, y Portulaceae.
La mezcla de acuerdo con la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la familia Cactaceae.
La mezcla de conformidad con la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la subfamilia Opuntioideae.
La mezcla, tal y como se reclama en la reivindicación anterior, donde la planta suculenta pertenece a la tribu Opuntieae.
La mezcla de la reivindicación precedente, donde la planta suculenta es del género Opuntia.
9. La mezcla según la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la especie y tipo: Opuntia ficus-indica, preferentemente.
10. La mezcla de la reivindicación 1 , donde la proteína natural, es una proteína natural rica en colágeno.
1 1. La mezcla según la reivindicación precedente, donde la proteína natural rica en colágeno es grenetina. 12. La mezcla, tal y como se reclama en la reivindicación 1 , donde la cera vegetal es cera de candelilla.
13. La mezcla de conformidad con la reivindicaión 1 , donde el humectante es glicerina.
14. Un material plástico biodegradable, que comprende una mezcla de: jugo mucilaginoso de origen vegetal;
proteína natural;
cera de origen vegetal; y
un humectante.
15. El material de la reivindicación anterior, donde el jugo mucilaginoso de origen vegetal es decantado.
16. El material de las reivindicaciones 14 y 15, donde el jugo mucilaginosos es extraído de una planta suculenta.
17. El material según la reivindicación precedente, donde la planta suculenta pertenece al siguiente grupo de familias: Cactaceae, Agavaceae,
Aizoaceae, Apocynaceae, Asphodelaceae, Crassulaceae, Didieraceae, Euphorbiaceae, y Portulaceae.
18. El material de acuerdo con la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la familia Cactaceae.
19. El material de conformidad con la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la subfamilia Opuntioideae.
20. El material, tal y como se reclama en la reivindicación anterior, donde la planta suculenta pertenece a la tribu Opuntieae. 21. El material de la reivindicación precedente, donde la planta suculenta es del género Opuntia.
22. El material según la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la especie y tipo: Opuntia ficus-indica, preferentemente.
23. El material de la reivindicación 14, donde la proteína natural, es una proteína natural rica en colágeno.
24. El material según la reivindicación precedente, donde la proteína natural rica en colágeno es grenetina.
25. El material, tal y como se reclama en la reivindicación 14, donde la cera vegetal es cera de candelilla. 26. El material de conformidad con la reivindicaión 14, donde el humectante es glicerina.
27. El material de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a la 26, el cual es una película, lámina, tira, bolsa, y/o caja, para embalaje o envoltura, de objetos.
28. Un proceso para la elaboración de un material plástico biodegradable, que comprende: ¡) disolver una proteína natural en jugo mucilaginoso de origen vegetal, mediante una agitación de 600 rpm, durante 10 minutos, hasta que la proteína natural esté totalmente disuelta e hidratada en dicho jugo mucilaginoso;
ii) calentar la mezcla a 70 °C, durante 10 min, hasta que se homogeniza la mezcla;
iii) agregar un humectante y una cera vegetal previamente fundida, agitando 600 rpm.
iv) calentar la mezcla anterior, a 90 °C, durante 15 min;
v) homogenizar la mezcla mediante una agitación de 600 rpm, durante 15 min;
vi) verter la mezcla líquida en un molde, controlando el nivel del volumen, según la forma y dimensiones, requeridas para el material plástico; y
vii) dejar secar la mezcla en el molde, en condiciones ambientales, hasta que se solidifique y se desprenda del molde.
El proceso de la reivindicación anterior, donde el jugo mucilaginoso de origen vegetal es decantado.
El proceso de las reivindicaciones 28 y 29, donde el jugo mucilaginosos es extraído de una planta suculenta.
El proceso según la reivindicación precedente, donde la planta suculenta pertenece al siguiente grupo de familias: Cactaceae, Agavaceae, Aizoaceae, Apocynaceae, Asphodelaceae, Crassulaceae, Didieraceae, Euphorbiaceae, y Portulaceae.
El proceso de acuerdo con la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la familia Cactaceae.
33. El proceso de conformidad con la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la subfamilia Opuntioideae.
34. El proceso, tal y como se reclama en la reivindicación anterior, donde la planta suculenta pertenece a la tribu Opuntieae.
35. El proceso de la reivindicación precedente, donde la planta suculenta es del género Opuntia.
36. El proceso según la reivindicación anterior, donde la planta suculenta es de la especie y tipo: Opuntia ficus-indica, preferentemente. 37. Elproceso de la reivindicación 28, donde la proteína natural, es una proteína natural rica en colágeno.
38. El proceso según la reivindicación precedente, donde la proteína natural rica en colágeno es grenetina.
39. El proceso, tal y como se reclama en la reivindicación 28, donde la cera vegetal es cera de candelilla.
40. El proceso de conformidad con la reivindicaión 28, donde el humectante es glicerina.
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