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MX2012002751A - Composiciones de polimero/almidon termoplastico. - Google Patents

Composiciones de polimero/almidon termoplastico.

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MX2012002751A
MX2012002751A MX2012002751A MX2012002751A MX2012002751A MX 2012002751 A MX2012002751 A MX 2012002751A MX 2012002751 A MX2012002751 A MX 2012002751A MX 2012002751 A MX2012002751 A MX 2012002751A MX 2012002751 A MX2012002751 A MX 2012002751A
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MX
Mexico
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weight
components
biodegradable
polymer composition
poly
Prior art date
Application number
MX2012002751A
Other languages
English (en)
Inventor
John Scheirs
Chen Changping
Original Assignee
Co2Starch Pty Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

La invención se refiere a una composición polimérica biodegradable que comprende los siguientes componentes (a)-(d) y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclado por fusión de los componentes: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.

Description

COMPOSICIONES DE POLIMERO/ALMIDON TERMO PLASTIC O Campo de la invención La presente invención se refiere en general a composiciones de polímero/almidón termoplástico (TPS). En particular, la invención se refiere a composiciones de polímero biodegradable/TPS, a métodos para preparar las mismas, y a productos formados a partir de las mismas.
Antecedentes de la invención La disposición de desperdicios del consumidor se ha vuelto un problema significativo en muchos países industrializados. Por ejemplo, existen relativamente pocos sitios que permanezcan disponibles para relleno sanitario en lugares tales como Europa y Japón. Un volumen considerable de desperdicios del consumidor está formado por material polimérico, y ha habido un esfuerzo concertado para introducir estrategias de reciclado para reducir tales desperdicios de polímero que vayan a relleno sanitario.
Sin embargo, a divergencia de otros materiales tales como vidrio, madera y metal, el reciclado de polímeros puede ser problemático. Por ejemplo, las técnicas de reciclado de polímero normalmente requieren que los polímeros sean clasificados de acuerdo con su composición química. En particular, debido al diverso arreglo de diferentes polímeros comerciales, puede ser difícil separar los materiales poliméricos de la corriente de desechos en esta manera. Adicionalmente, la mayoría de técnicas de reciclado de polímeros involucran una etapa de procesamiento de fusión la cual puede reducir las propiedades físicas y mecánicas del polímero. Por lo tanto, los polímeros reciclados tienden a tener propiedades inferiores y esto puede limitar el rango de aplicaciones en las cuales pueden ser empleados.
Además de los problemas asociados con reciclar materiales de polímeros de desechos, la mayoría de los polímeros actualmente siendo usados son derivados de productos basados en petróleo, haciendo insostenible su fabricación a largo plazo.
En respuesta a estas cuestiones, ha habido un aumento notable en investigación dirigida hacia desarrollar polímeros biodegradables que puedan al menos en parte ser fabricados usando recursos renovables. A diferencia de los polímeros convencionales, los polímeros biodegradables pueden ser más fácilmente degradados a través de la acción de microorganismos para producir productos de bajo peso molecular que presenten poca, si acaso, preocupación ambiental. Adicionalmente, a través de la acción de biodegradación, el volumen ocupado por tales polímeros en corrientes de desecho es significativamente reducido.
Mucha de la investigación a la fecha en el campo de polímeros biodegradables se ha enfocado a utilizar bio-polímeros que ocurren de manera natural, tal como almidón. El almidón es un biopolímero particularmente adecuado ya que es derivado de recursos renovables (es decir, productos de plantas), fácilmente disponibles y relativamente no costosos.
Para preparar polímeros biodegradables, el almidón es utilizado normalmente al mezclarlo por fusión o una forma modificada del mismo con un polímero termoplástico biodegradable adecuado, tal como poliéster. Por ejemplo, composiciones de polímero biodegradable pueden ser preparadas al mezclar por fusión poliéster con almidón, un almidón químicamente modificado y/o TPS (formado al mezclar por fusión almidón con un plastificante, tal como glicerol). Sin embargo, el almidón y sus diversas formas modificadas son bastante hidrofílicas en relación a polímeros termoplásticos que normalmente son mezcladas por fusión con los mismos. El mezclado por fusión de almidón con otros polímeros termoplásticos, normalmente resultan por lo tanto en la formación de morfología de múltiples fases teniendo una alta tensión interfacial, la cual puede ¡mpactar negativamente sobre las propiedades físicas y mecánicas de la composición polimérica resultante.
Investigación considerable se ha dedicado a mejorar las propiedades físicas y mecánicas de composiciones poliméricas biodegradables comprendiendo almidón. A pesar de los avances en las propiedades físicas y mecánicas de composiciones poliméricas biodegradables comprendiendo almidón, tal composición polimérica generalmente todavía es renombrada por tener propiedades físicas y mecánicas inferiores en relación a los polímeros derivados de petróleo.
Adicionalmente, tales composiciones poliméricas también tienden a sufrir de pobre comportamiento de procesamiento, en particular en su conversión en productos tal como película o lámina. Por ejemplo, las composiciones de polímero de poliéster almidón convencionales normalmente exhiben pobre comportamiento de procesamiento durante la producción de película soplada.
También se han hecho intentos para resolver tales problemas de procesamiento. Por ejemplo, técnicas de procesamiento más lentas y más suaves pueden ser adoptadas, y equipo de procesamiento especializado ha sido desarrollado. Sin embargo, tales medidas ya sea reducen el rendimiento y/o añaden costo al proceso de fabricación.
De acuerdo con esto, persiste la oportunidad de desarrollar nuevas composiciones de polímero/TPS que resuelvan o mejoren una o más desventajas o inconvenientes asociados con las composiciones existentes y/o su método de fabricación, o al menos proporcionar una alternativa útil a tales composiciones y su método de fabricación.
Breve descripción de la invención La presente invención proporciona una composición polimérica biodegradable comprendiendo los siguientes componentes (a)-(d) y/o uno o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.
En una modalidad, la composición de polímero biodegradable comprende además un componente (e) uno o más poliésteres biodegradables.
Por lo tanto, la presente invención proporciona además una composición polimérica biodegradable comprendiendo los siguientes componentes (a)-(e) y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; (d) catalizador de trasesterificación; y (e) uno o más poliésteres biodegradables.
Aquéllos expertos en la técnica apreciarán que un carbonato de polialquileno es una forma específica de poliéster. Para que no quede duda, donde una composición de acuerdo con la invención comprende carbonato de polialquileno y uno o más poliésteres biodegradables, el o los poliésteres biodegradables no pretenden incluir poliésteres tipo carbonato de polialquileno (es decir, pretenden definir poliésteres diferentes a carbonatos de polialquileno).
A diferencia de la mayoría de los poliésteres (y de hecho la mayoría de los demás polímeros), los carbonatos de polialquileno pueden ser fabricados al polimerizar dióxido de carbono y un óxido de alquileno. Al en efecto "arreglar" dióxido de carbono, el proceso de fabricación de carbonatos de polialquileno da una huella de carbono reducida en relación a la fabricación de la mayoría de los demás polímeros. Siendo ahora la cuenta de carbono una consideración prominente en la fabricación de bienes de consumo, utilizar tales materiales de huella de carbono bajo es particularmente atractivo.
Las composiciones poliméricas biodegradables comprendiendo almidón y carbonatos de polialquileno han sido preparadas previamente (ver, por ejemplo, Lu et al - Journal of Biomedícal Materials Research Parte A, Junio 15, 2006: 77(4): 653-658). Sin embargo, tales composiciones poliméricas han presentado normalmente propiedades mecánicas y de procesamiento relativamente pobres.
Las composiciones poliméricas de acuerdo con la invención pueden ventajosamente no solo exhibir una excelente biodegradabilidad y propiedades físicas y mecánicas, sino también ofrecer comportamiento de procesamiento mejorado en relación a composiciones poliméricas biodegradables convencionales comprendiendo almidón o almidón y carbonatos de polialquileno.
La presente invención también proporciona un método para preparar una composición polimérica biodegradable, comprendiendo dicho método mezclar por fusión juntos: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.
En una modalidad, el producto mezclado por fusión formado de acuerdo con este método es mezclado por fusión por sí mismo con uno o más poliésteres biodegradables.
Por lo tanto, la presente invención también proporciona un método para preparar una composición polimérica biodegradable, comprendiendo dicho método mezclar por fusión un lote maestro junto con uno o más poliésteres biodegradables, en donde el lote maestro ha sido formado al mezclar por fusión juntos: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.
En una modalidad, el lote maestro proporciona el único recurso de almidón que es mezclado por fusión con el o los poliésteres biodegradables para formar la composición polimérica biodegradable.
Sin desear limitar a una teoría, se cree que las excelentes propiedades de composiciones de acuerdo con la invención son derivadas al menos en parte de la única combinación de componentes en la composición y también la manera en la cual se preparan las composiciones. Se cree que preparar el lote maestro al mezclar por fusión los componentes (a)-(d), y entonces mezclar por fusión el lote maestro así formado con él o demás poliésteres biodegradables, proporciona una composición polimérica teniendo excelente compatibilidad entre sus componentes constituyentes. Se cree que esto a su vez minimiza la formación de morfología de múltiples fases dentro de la composición resultante y da lugar a las excelentes propiedades físicas, mecánicas y de procesamiento de la composición.
Las excelentes propiedades de la composición polimérica de acuerdo con la invención pueden ser obtenidas ventajosamente usando un contenido relativamente alto de almidón y/o carbonato de polialquileno.
Aspectos adicionales de la invención son descritos a continuación.
Descripción detallada de la invención Las composiciones poliméricas de acuerdo con la invención son biodegradables. Aquéllos expertos en la técnica apreciarán que el término "biodegradable" no tiene una definición universal uniforme.
Para que no quede duda, el término "biodegradable" usado en la presente en asociación con el término "polímero", "composición polimérica" o materiales específicos, tales como un "almidón", "TPS", "carbonato de polialquileno", "polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes" y "poliéster", pretende denotar un material que cumple los criterios de biodegradabilidad especificados en EN 13432 o ASTM 6400. En otras palabras, una composición polimérica, por ejemplo, es considerada biodegradable si, sobre exposición a un ambiente de compostaje, 90% se desintegra en partículas teniendo un tamaño promedio de menos de 2 mm dentro de doce semanas, y después de seis meses al menos 60% de ella, en el caso de ASTM 6400, o al menos 90% de ella, en el caso de EN 13432, se ha degradado en dióxido de carbono y/o agua.
En algunas modalidades, las composiciones poliméricas biodegradables de acuerdo con la invención cumplirán los más severos criterios de biodegradabilidad expuestos en EN 13432.
Las composiciones poliméricas biodegradables de acuerdo con la invención deben por supuesto comprenden componentes biodegradables. Sin embargo, es posible para las composiciones comprender un o unos componentes no biodegradables siempre que no esté presente en una cantidad que afecte adversamente la biodegradabilidad de la composición global.
En una modalidad, el carbonato de polialquileno es carbonato de polialquileno biodegradable.
En una modalidad, el polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes es polímero biodegradable teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes.
En una modalidad, el almidón termoplástico (TPS) y sus componentes constituyentes son biodegradables.
La composición de polímero biodegradable de acuerdo con la invención comprende componentes (a)-(d) o (a)-(e) y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes (a)-(d) o (a)-(e) respectivos. Como se discutirá con más detalle más adelante, la composición polimérica puede ser provista en la forma de un producto mezclado por fusión. Durante la formación de tal producto mezclado por fusión, se cree que dos o más de los componentes dentro del grupo (a)-(d) o (a)-(e) pueden experimentar una reacción química para formar un o unos productos de reacción. Aquéllos expertos en la técnica apreciarán que puede ser difícil definir claramente tal o tales productos de reacción y por lo tanto, frecuentemente es más conveniente referirse a tal o tales productos simplemente como "producto o productos de reacción" de los componentes o un o unos productos formados a partir de una reacción entre dos o más de los componentes respectivos. Las composiciones pueden comprender por lo tanto, una mezcla de los componentes originales y/o uno o más productos de reacción de estos componentes.
Habiendo dicho esto, las composiciones de acuerdo con la invención pretenden abarcar tanto formas pre-mezcladas por fusión (es decir, una mezcla física o una mera combinación de los componentes) y post-mezclada por fusión (es decir, una mezcla por fusión íntima integral de los componentes formados después del mezclado por fusión) de las composiciones. No obstante, se apreciará que una composición de acuerdo con la invención en su forma pre-mezclada por fusión generalmente será preparada para el único propósito de ser mezclada por fusión subsecuentemente en un producto mezclado por fusión.
No existe limitación particular sobre el tipo de carbonato de polialquileno que puede usarse de acuerdo con la invención siempre que la composición polimérica resultante sea biodegradable. Los carbonatos de polialquileno pueden ser preparados mediante técnicas conocidas para aquéllos expertos en la técnica, por ejemplo, al copolimerizar dióxido de carbono con un óxido de alquileno en la presencia de un catalizador adecuado, tal como gluterato de cinc. El uso de carbonatos de polialquileno de acuerdo con la invención permite ventajosamente las composiciones poliméricas a ser preparadas con una huella de carbono reducida comparada con composiciones poliméricas de almidón/poliéster convencionales.
Ejemplos de carbonatos de polialquileno adecuados incluyen carbonato de polietileno (PEC) y carbonato de polipropileno (PPC).
El carbonato de polialquileno puede tener: un peso molecular que varíe desde aproximadamente 80,000 - 150,000 Daltones, por ejemplo aproximadamente 110,000 Daltones; y/o un índice de flujo por fusión (MFI) que varía desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 20 g/10 min, por ejemplo, desde aproximadamente 9 hasta aproximadamente 15 g/10 min; y/o una temperatura de transición de vidrio que varía desde aproximadamente 30°C hasta 40°C, por ejemplo, desde aproximadamente 35°C hasta aproximadamente 40°C.
Los valores de MFI referidos en la presente son aquéllos determinados de acuerdo con ASTM D 1238 a una temperatura de 190°C con un peso de maza de 2.16 kg.
Los valores de peso molecular referidos en la presente son valores de peso molecular promedio de número determinados mediante cromatografía de permeación de gel (GPC).
Las composiciones de acuerdo con la invención comprenden TPS y/o sus componentes constituyentes. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que TPS es una forma de-estructurada de almidón que comprende uno o más plastificantes. De acuerdo con esto, como se usa en la presente, la expresión "sus componentes constituyentes" en el contexto de TPS pretende significar los ingredientes individuales que son usados para preparar TPS.
Así, TPS per se puede estar presente en una composición pre-mezclada por fusión de la invención, o TPS puede ser preparado ventajosamente in situ a partir de sus componentes constituyentes durante el mezclado por fusión de la composición.
De acuerdo con esto, una composición pre-mezclada por fusión de acuerdo con la invención puede comprender: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes (a saber almidón y uno o más plastificantes); (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación. Al ser mezclados por fusión, si la composición comprende los componentes constituyentes de TPS, se convertirán en TPS durante mezclado por fusión. En otras palabras, en tal composición post-mezclada por fusión es la intensión que cualquier componente constituyente de TPS en la composición pre-mezclada por fusión se convertirá substancialmente en TPS durante el mezclado por fusión.
El almidón es encontrado principalmente en semillas, frutas, tubérculos, raíces y semillas de vástago de plantas, y es un polímero derivado de manera natural hecho de grupos de glucosa repetitivos enlazados mediante enlaces glucosídicos en las posiciones de carbono 1-4. El almidón consiste de dos tipos de polímeros de alfa-D-glucosa; amilosa, un polímero substancialmente lineal con peso molecular de aproximadamente 1 x 105; y amilopectina, un polímero altamente ramificado con peso molecular muy alto del orden de 1 x 107. Cada unidad de glucosa repetitiva normalmente tiene tres grupos hidroxilo libres, proporcionando por ello el polímero con propiedades hidrofílicas y grupos funcionales reactivos. La mayoría de los almidones contienen 20 a 30% de amilosa y 70 a 80% de amilopectina. Sin embargo, dependiendo del origen del almidón, la proporción de amilosa a amilopectina puede variar significativamente. Por ejemplo, algunos híbridos de maíz proporcionan almidón con 100% de amilopectina (almidón de maíz ceroso), o contenido de amilosa progresivamente mayor que varía desde 50 hasta 95%.
El almidón usualmente tiene un contenido de agua de aproximadamente 15% en peso. Sin embargo, el almidón puede ser secado para reducir su contenido de agua por debajo de 1%. El contenido de agua del almidón y/o TPS usado de acuerdo con la invención generalmente será menor que aproximadamente 1% en peso, por ejemplo, menos de aproximadamente 0.5% en peso.
El almidón normalmente existe en pequeños gránulos teniendo una cristalinidad que varía desde aproximadamente 15 hasta 45%. El tamaño de los gránulos puede variar dependiendo del origen del almidón. Por ejemplo, el almidón de maíz normalmente tiene un diámetro de tamaño de partícula que varía desde aproximadamente 5 pm hasta aproximadamente 40 µ?t?, mientras que el almidón de papa normalmente tiene un diámetro de tamaño de partícula que varía desde aproximadamente 50 pm hasta aproximadamente 100 µ?t?.
Esta forma "natural" de almidón también puede ser químicamente modificada. El almidón químicamente modificado incluye, pero no está limitado a, almidón oxidado, almidón eterificado, almidón esterificado, almidón reticulado o una combinación de tales modificaciones químicas (por ejemplo, almidón eterificado y esterificado). El almidón químicamente modificado es preparado generalmente al hacer reaccionar los grupos hidroxilo de almidón con uno más reactivos. El grado de reacción, frecuentemente referido como el grado de substitución (DS), puede alterar significativamente las propiedades fisicoquímicas del almidón modificado comparadas con el almidón natural correspondiente. El DS para un almidón natural es designado como 0 y puede variar hasta 3 para un almidón modificado completamente substituido. Dependiendo del tipo de substituyente y el DS, un almidón químicamente modificado puede exhibir carácter hidrofílico/hidrofóbico considerablemente diferente en relación al almidón natural.
Tanto el almidón natural como el químicamente modificado generalmente exhiben pobres propiedades termoplásticas. Para mejorar tales propiedades, el almidón puede ser convertido a TPS por medios bien conocidos en la técnica. Por ejemplo, el almidón natural o químicamente modificado puede ser procesado por fusión con uno o más plastificantes. Los alcoholes polihídricos generalmente son usados como plastificantes en la fabricación de TPS.
Por lo tanto, la referencia en la presente al % en peso de TPS pretende incluir la masa colectiva tanto del almidón como componentes constituyentes de plastificante del TPS.
El almidón a partir del cual puede derivarse el TPS incluye, pero no está limitado a, almidón de maíz, almidón de papa, almidón de trigo, almidón de soya, almidón de tapioca, almidón de alta amílosa o combinaciones de los mismos.
Donde el almidón es químicamente modificado, generalmente será eterificado o esterificado. Los almidones eterificados incluyen, pero no están limitados a, aquéllos los cuales son substituidos con grupos etilo y/o propilo. Los almidones esterificados adecuados incluyen, pero no están limitados, a aquéllos que son substituidos con grupos actilo, propanoilo y/o butanoilo.
En una modalidad de la invención, el almidón usado para preparar el TPS es almidón de maíz o acetato de almidón de maíz teniendo un DS de aproximadamente 0.1.
El TPS generalmente también comprenderá o será formado usando uno o más plastificantes de alcohol polihídrico. Los alcoholes pollhídricos adecuados incluyen, pero no están limitados a glicerol, etilenglicol, propilenglicol, etilendiglicol, propilendiglicol, etilentriglicol, propilentriglicol, polietilenglicol, polipropilenglicol, 1 ,2-propanodiol, 1,3-propanodiol, 1 ,2-butanodiol, 1 ,3-butanodiol, 1 ,4-butanodiol, 1,5-pentanodiol, 1 ,6-hexanodiol, 1 ,5-hexanodiol, 1 ,2,6-hexanotriol, 1,3,5-hexanotriol, neopentilglicol, trimetilolpropano, pentaeritritol, xilitol, sorbitol y los derivados de acetato, etoxilato y propoxilato de los mismos.
En una modalidad, el TPS comprende plastificantes de glicerol y/o sorbitol.
Donde se usa una mezcla de plastificantes de glicerol y sorbitol, es preferible que estén presentes en una proporción en peso que varíe desde aproximadamente 2:1 hasta aproximadamente 3:1.
El contenido de plastificante del TPS generalmente variará desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 50% en peso, por ejemplo, desde aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 40% en peso, o desde aproximadamente 15% en peso hasta aproximadamente 40% en peso, en relación a la masa combinada de los componentes de almidón y plastificante.
Así, los componentes constituyentes de TPS pueden comprender desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 50% en peso de plastificante y desde aproximadamente 50% en peso hasta aproximadamente 95% en peso de almidón, por ejemplo desde aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 40% e peso de plastif ¡cante y desde aproximadamente 60% en peso hasta aproximadamente 90% en peso de almidón, o desde aproximadamente 15% en peso hasta aproximadamente 40% en peso de plastificante y desde aproximadamente 60% en peso hasta aproximadamente 85% en peso de almidón.
Donde las composiciones de acuerdo con la invención comprenden los componentes constituyentes de TPS, la masa total de estos componentes pueden ser considerados equivalentes a la masa de TPS per se.
Las composiciones de acuerdo con la invención también comprenden polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes. La referencia al polímero teniendo "grupos de ácido carboxilico pendientes" pretende significar que los grupos de ácido carboxílico (es decir, -COOH) están presentes como substituyentes a lo largo del esqueleto polimérico de un polímero, por ejemplo, un polímero biodegradable. Los grupos de ácido pueden ser unidos directamente al esqueleto polimérico o unidos al esqueleto por un grupo separador, tal como un grupo alquileno (por ejemplo, alquileno de ?t-?ß).
Los tipos de polímero adecuados teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes que pueden usarse de acuerdo con la invención incluyen, pero no están limitados a, copolímero de etileno ácido acrílico (EAA), copolfmeros de poli(EAA-alcohol vinílico) (EAAVA), ácido (poli)acrílico (PAA), ácido (poli)metacrílico (P A), etileno-ácido metacrílico (EMAA) y poli(acrilamida-ácido acrílico) (PAAA).
El polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes generalmente tendrán un MFI (como se mide a 190°C usando 2.16 kg de peso) de más de aproximadamente 15, de preferencia variando desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 50, más preferiblemente desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 20.
El polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes generalmente tendrán un % de valor de ácido (como es determinado por ASTM D4094-00) de más de aproximadamente 7%, de preferencia mayor que o igual a aproximadamente 9%.
Las composiciones poliméricas biodegradables de acuerdo con la invención comprenden además un catalizador de transesterificación. Los catalizadores de transesterificación adecuados incluyen, pero no están limitados a, hidróxidos de metales alcalinos, tales como hidróxido de sodio y/o potasio. El tipo de catalizador empleado de preferencia tiene ecotoxicidad baja. Los catalizadores de transesterificación basados en antimonio por lo tanto generalmente no serán usados. El catalizador puede ser provisto en solución, por ejemplo, en una solución acuosa.
En un aspecto de la invención, la composición polimérica biodegradable comprende los siguientes componentes (a)-(d) y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador transesterificación. Por conveniencia, esta composición particular puede ser referida de aquí en adelante como un "lote maestro".
El término "lote maestro" es usado en la presente simplemente como una manera conveniente de referirse a la composición comprendiendo los componentes (a)-(d) y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes.
El lote maestro puede ser provisto en una forma pre-mezclada por fusión o una forma post-mezclada por fusión. Cuando está en una forma pre-mezclada por fusión, el lote maestro normalmente habrá sido preparado para el propósito de ser mezclado por fusión. Cuando está en una forma post-mezclada por fusión, el lote maestro puede comprender uno o más productos formados a partir de una reacción entre dos o más de los componentes usados para preparar el lote maestro.
Como se discutirá con más detalle más adelante, cuando está en una forma post-mezclada por fusión, el lote maestro puede ser mezclado por fusión por sí mismo con uno o más poliésteres biodegradables para formar una composición polimérica biodegradable de acuerdo con la invención.
Para proporcionar el lote maestro en una forma mezclada por fusión, los componentes (a) carbonato de polialquileno, (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes, (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes, y (d) catalizador de transesterificación, pueden mezclarse primero físicamente en un mezclador de alta velocidad. La mezcla física resultante de estos componentes puede ser mezclada entonces.
El mezclado por fusión puede ser realizado usando técnicas y equipo bien conocido en la técnica. Por ejemplo, el mezclado por fusión puede ser logrado usando equipo de extrusión continuo, tal como extrusores de doble tornillo, extrusores de tornillo simple, otros extrusores de múltiples tornillos o mezcladores continuos de Farell. El mezclado por fusión es conducido durante tiempo suficiente y a una temperatura adecuada para promover el mezclado íntimo entre los constituyentes de composición. Aquéllos expertos en la técnica apreciarán que el mezclado por fusión es realizado generalmente dentro de un rango de temperatura adecuado y que este rango variará dependiendo de la naturaleza de los componentes siendo mezclados por fusión.
Bajo ciertas circunstancias, puede ser deseable ventilar o aplicar vacío al proceso de mezclado por fusión para permitir que componentes volátiles, tal como agua, sean removidos de la fusión de polímero.
El mezclado por fusión que es realizado de acuerdo con la invención puede promover la reacción entre los componentes siendo mezclados por fusión. El proceso de mezclado por fusión por lo tanto también se describirá como mezclado por fusión reactivo, por ejemplo, extrusión reactiva.
Sin desear limitar a una teoría, se cree que al ser mezclado por fusión, el almidón presente en la composición de lote maestro puede experimentar un grado de transesterificación con el carbonato de polialquileno y/o el polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes. Se cree que tales reacciones son facilitadas por la presencia del catalizador de transesterificación. En particular, se cree que el catalizador de transesterificación funciona al disminuir la temperatura de procesamiento de fusión a la cual los constituyentes de lote maestro pueden mezclarse por fusión y experimentan reacción comparada con aquélla la cual sería requerida para promover el mismo grado de reacción en la ausencia del catalizador.
Aunque el catalizador es referido como un catalizador de "transesterificación", aquéllos expertos en la técnica apreciarán a partir de la naturaleza de los constituyentes siendo mezclados por fusión para preparar el lote maestro que otras reacciones tales como condensación y reacciones de intercambio de éster también pueden tener lugar. Así, se entenderá que la referencia en la presente al término "transesterificación" pretende abarcar otros mecanismos de reacción que pueden ocurrir entre grupos de éster, alcohol y ácido, tales como reacciones de condensación e intercambio de éster.
Aquéllos expertos en la técnica también apreciarán que la transesterificación entre almidón, el carbonato de poíialquileno y/o el polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes, normalmente resultará en la formación de copolímero(s) de bloque. Se cree que tal o tales co-polímeros de bloque pueden funcionar como un compatibilizante para cualquier almidón, carbonato de poíialquileno y/o polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes que no ha experimentado transesterificación. Así, sin importar si solo parte o todo el almidón experimenta transesterificación con el carbonato de poíialquileno y/o el polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes, se cree que una forma mezclada por fusión del lote maestro está presente como una composición relativamente homogénea al menos en términos de estos tres componentes.
Los componentes compatibilizados presentes en las composiciones poliméricas, tal como una forma mezclada por fusión del lote maestro, puede ser determinada fácilmente de manera experimentar al formar imagen de la composición y/o al medir las propiedades físicas y mecánicas de la composición. Por ejemplo, la forma mezclada por fusión del lote maestro puede ser congelada criogénicamente, fracturada y entonces observada bajo un microscopio electrónico de exploración para evaluar el nivel de adhesión entre la fase dispersa y la fase continua.
El lote maestro puede ser preparado y almacenado convenientemente para uso futuro. De manera alternativa, una forma mezclada por fusión del lote maestro puede ser preparada y entonces combinarse subsecuentemente y mezclarse por fusión con uno o más poliésteres biodegradables. En ese caso, la composición polimérica biodegradable resultante puede ser descrita como que ha sido preparada en un proceso de mezclado por fusión de dos etapas. Detalle adicional en relación a tal proceso es discutido más adelante.
En general, el lote maestro comprenderá o será preparado al mezclar por fusión junto con aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 50% en peso de carbonato de polialquileno, aproximadamente 20% en peso hasta aproximadamente 70% en peso de almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes, aproximadamente 3% en peso hasta aproximadamente 30% en peso de polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes, y aproximadamente 0.05% en peso hasta aproximadamente 0.5% en peso de catalizador de transesterificación, en relación a la masa total de estos componentes, y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos: aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso, o aproximadamente 85% en peso de la masa total del lote maestro.
En una modalidad, el lote maestro comprende o es preparado al mezclar por fusión juntos aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 40% en peso de carbonato de polialquileno, aproximadamente 25% en peso hasta aproximadamente 60% en peso de almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes, aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 25% en peso de polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes, y aproximadamente 0.05 % en peso hasta aproximadamente 0.4% en peso de catalizador de transesterificación, en relación a la masa total de estos componentes, y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos: aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso, o aproximadamente 85% en peso de la masa total del lote maestro.
En una modalidad adicional, el lote maestro comprende o es preparado al mezclar por fusión juntos aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 40% en peso de carbonato de polialquileno, aproximadamente 40% e peso hasta aproximadamente 60% en peso de almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes, aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 20% en peso de polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes, y aproximadamente 0.05% en peso hasta aproximadamente 0.30% en peso de catalizador de transesterificación, en relación a la masa total de estos componentes, y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos: aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso, o aproximadamente 85% en peso de la masa total del lote maestro.
En el contexto del lote maestro comprendiendo componentes (a)-(d) en las cantidades antes mencionadas, donde el lote maestro está en una forma mezclada por fusión, se apreciará que algunos o todos de los componentes pueden estar presentes en la forma de un producto(s) de reacción derivado(s) de una reacción entre dos o más de los componentes.
Así, donde el lote maestro se dice que comprende componentes (a)-(d), puede comprender estos componentes per se y/o un o unos productos formados a partir de una reacción de fusión entre dos o más de los componentes.
Las composiciones poliméricas biodegradables de acuerdo con la invención, o los constituyentes usados en el método para preparar tales composiciones, pueden comprender además uno o más aditivos siempre que tales aditivos no impacten adversamente sobre la biodegradabilidad de la composición polimérica.
Los aditivos pueden incluir rellenos tales como carbonato de calcio, dióxido de silicio, talco, arcillas (por ejemplo, montmorillonita), dióxido de titanio y fibras naturales (por ejemplo, polvo de madera, pulpa de papel y/u otros materiales celulósicos); pigmentos; agentes anti-estáticos; estabilizantes; material polimérico adicional (por ejemplo, etileno acetato de vinilo (EVA)); agentes de soplado; auxiliares de procesamiento, tales como lubricantes; intensificadores de fluidez; aditivos anti-retrogradación ; plastificantes como se describe en la presente hasta ahora; y agentes anti-bloqueo tal como dióxido de silicio.
En una modalidad, EVA se incluye en la composición polimérica biodegradable. Aquéllos expertos en la técnica apreciarán que EVA es un copolímero de etileno y acetato de vinillo. El porcentaje en peso de residuo de acetato de vinilo en el copol ímero generalmente variará desde aproximadamente 1 0% en peso hasta aproximadamente 40% en peso, con el resto siendo residuo de etileno. Cuando se usa en la composición polimérica biodegradable, un material polimérico adicional , tal como EVA generalmente estará presente en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 10% en peso.
Aditivos lubricantes adecuados incluyen, pero no están limitados a, estearato de calcio, ácido estérico, estearato de magnesio, polietileno oxidado, oleamida , estearamida y erucamida. Cuando se usa, un lubricante generalmente estará presente en la composición polimérica biodegradable en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.2% en peso hasta 5% en peso, por ejemplo, 0.5% en peso hasta 3% en peso.
Los intensificadores de fluidez adecuados incluyen, pero no están limitados a, monoglicéridos, dinitrato de dietilenglicol de grasa de glucosa y productos vendidos bajo el nombre comercial Siben-60 o Siben-80. Cuando se usa, un intensificador de fluidez generalmente estará presente en la composición polimérica biodegradable en una cantidad que varía desde aproximadamente 1% en peso hasta aproximadamente 2% en peso.
Los aditivos anti-retrogradación adecuados incluyen, pero no están limitados a, monoglicérido destilado, tal como monoestearato de glicerol (GMS). Cuando se usan, los aditivos anti-retrogradación generalmente estarán presentes en la composición polimérica biodegradable en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 4% en peso. También se cree que un aditivo, tal como monoglicérido destilado ayudará con la dispersabilidad y la estabilización del almidón.
Cuando se usa en la composición polimérica biodegradable, un agente antibloqueo, tal como dióxido de silicio, generalmente estará presente en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.25% en peso hasta 0.5% en peso.
Cuando se preparan composiciones poliméricas biodegradables de acuerdo con los métodos de la invención, si se emplean, uno o más de tales aditivos generalmente serán incluidos en la composición de lote maestro.
Donde la composición de lote maestro comprende un o más de tales aditivos, la referencia en la presente al término "lote maestro" por supuesto se extenderá para incluir estos aditivos.
Una composición polimérica biodegradable de acuerdo con la invención puede comprender o ser preparada usando uno o más poliésteres biodegradables. No existe limitación particular con respecto al poliéster que puede ser usado siempre que sea biodegradable.
Ejemplos de poliésteres biodegradables adecuados incluyen, pero no están limitados a, policaprolactona (PCL) como es vendido por Union Carbide bajo el nombre comercial ToneMR (por ejemplo, Tone P-300, P-700, P-767 y P-787 teniendo un peso molecular promedio de peso de aproximadamente 10,000, 40,000, 43,000 y 80,000, respectivamente), o aquéllos vendidos por Solvay bajo el nombre comercial CAPA 6800 y CAPA FB100 teniendo un peso molecular de 80,000 y 100,000 Daltones, respectivamente; ácido poliláctico (PLA) como es vendido bajo el nombre comercial NatureworksMR PLA por Cargill; polihidroxi butirato (PHB) como es vendido bajo el nombre comercial BiocycleMR o BiomerMR por Biomer, Alemania; succinato de polietileno (PES) y sucinato de polibutileno (PBS) como es vendido bajo el nombre comercial Bionolle R por Showa Hi Polymer Company (Por jemplo, Bionolle 1001 (PBS) y Bionelle R 6000 (PES)); adipato de polibutileno (PBA) como es vendido bajo el nombre comercial SkygreenMR SG100 de SK Chemicals «orea; copoliésteres alifáticos/aromáticos de poli/butilen adipato/tereftalato) (PBAT) tales como EcoflexMR por BASF o EnPOL R G8060 y EnPOLMR 800 por Iré Chemical Ltd of Seoul; poli(hidroxibutirato valerato) (PHBV) por Metabolix Inc. US; acetato butirato de celulosa (CAB) y acetato propionato de celulosa (CAP) provistos por Eastman Chemicals; o combinaciones de los mismos.
El poliéster biodegradable generalmente tendrá un MFI de no más de aproximadamente 5 g/10 min. Por ejemplo, el MFI puede ser no más de aproximadamente 4, no más de aproximadamente 3 o no más de aproximadamente 2 g/10 min. El poliéster biodegradable generalmente tendrá un MFI que varía desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5 g/10 min.
De acuerdo con un método de la invención, una composición polimérica biodegradable es preparada al mezclar por fusión el lote maestro junto con uno o más poliéster biodegradables, en donde el lote maestro ha sido formado al mezclar por fusión juntos componentes (a)-(d) como se describe antes en la presente. Al mezclar por fusión uno o más poliésteres biodegradables con el lote maestro, el cual por sí mismo está en una forma mezclada por fusión, se ha encontrado que promueve un mayor grado de compatibilización de todos los componentes presentes en el producto resultante comparado con el mezclado por fusión junto con una mera mezcla de componentes (a)-(d) en el lote maestro y uno o más poliésteres biodegradables.
Sin desear limitar a una teoría, se cree que la composición altamente compatibilizada del lote maestro facilita el mezclado por fusión efectivo y eficiente con uno o más poliésteres biodegradables. En particular, se cree que copolímeros tipo "compatibilizadores" que se cree están presentes en la forma mezclada por fusión del lote maestro, ayudan con la compatibilización de la composición del lote maestro con uno o más poliésteres.
Al formar primero una forma mezclada por fusión del lote maestro y entonces mezclarla por fusión con uno o más poliésteres biodegradables, se ha encontrado que la composición polimérica biodegradable resultante puede ser preparada usando una temperatura de mezclado por fusión mínima, mientras que todavía se alcanza excelente compatibilización de componentes presentes en la composición.
Por la expresión "temperatura de mezclado por fusión mínima" se quiere decir la temperatura o rango de temperatura más bajo al cual la composición puede ser mantenida para permitir que se mezcla por fusión de manera efectiva al tiempo que se minimiza o evita la degradación térmica de componentes dentro de la composición. La temperatura de mezclado por fusión mínima por supuesto variará dependiendo de los materiales siendo mezclado, y esto puede ser determinado fácilmente por una persona experta en la técnica.
Siendo capaz de preparar la composición a una temperatura de procesamiento por fusión mínima se minimiza ventajosamente la degradación térmica de los componentes de la composición.
La composición polimérica biodegradable que comprende los componentes (a)-(e) generalmente contendrá estos componentes, y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes, en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 45% en peso de (a), aproximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 63% en peso de (b), aproximadamente 0.3 hasta aproximadamente 27% en peso de (c), aproximadamente 0.005 % en peso hasta aproximadamente 0.45% en peso de (d), y aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 85% en peso de (e), en relación a la masa total de (a)-(e), y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso, o aproximadamente 85% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable.
En una modalidad, la composición polimérica biodegradable que comprende los componentes (a)-(e) contiene estos componentes y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclado por fusión de los componentes, en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.75% en peso hasta aproximadamente 28% en peso de (a), aproximadamente 4% en peso hasta aproximadamente 45% en peso de (b), aproximadamente 0.75 hasta aproximadamente 18% en peso de (c), aproximadamente 0.0075% en peso hasta aproximadamente 0.3% en peso de (d), y aproximadamente 30% en peso hasta aproximadamente 90% en peso de (e), en relación a la masa total de (a)-(e), y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso o aproximadamente 85% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable.
En una modalidad adicional, la composición polimérica biodegradable comprendiendo componentes (a)-(e) contiene estos componentes y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclar por fusión los componentes, en una cantidad que varía desde aproximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 22% en peso de (a), aproximadamente 8% en peso hasta aproximadamente 33% en peso de (b), aproximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 11% en peso de (c), aproximadamente 0.01% en peso hasta aproximadamente 0.165% en peso de (d), y aproximadamente 40% en peso hasta aproximadamente 75% en peso de (e), en relación a la masa total de (a)-(e), y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso, o aproximadamente 85% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable.
Para que no quede duda, la referencia en la presente a las composiciones que comprenden un % en peso específico de componentes (a)-(d) o (a)-(e), y/o un o unos productos de reacción derivados de mezclado por fusión de los componentes respectivos en estos grupos, pretende significar que la composición puede contener los componentes individuales en las cantidades especificadas y/o un o unos productos de reacción derivados de la cantidad especificada de dos o más de tales componentes. Así, el % en peso total de los componentes y/o un o unos productos de reacción derivados de ellos (si están presentes y considerando la liberación de cualquier subproducto de reacción), generalmente no excederá el % en peso total de los componentes como están presentes en una forma sin reaccionar.
De acuerdo con un método de la invención, una composición polimérica biodegradable es preparada al mezclar por fusión el lote maestro junto con uno o más poliésteres biodegradables. En general, la composición polimérica biodegradable será preparada al mezclar por fusión juntos aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 90% en peso del lote maestro y aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 85% en peso de uno o más poliésteres biodegradables, de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso o aproximadamente 85% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable resultante.
En una modalidad, la composición polimérica biodegradable es preparada al mezclar por fusión juntos aproximadamente 15% en peso hasta aproximadamente 70% en peso del lote maestro y aproximadamente 25% en peso hasta aproximadamente 80% en peso de uno o más poliésteres biodegradables, de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso o aproximadamente 85% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable resultante.
En una modalidad adicional, la composición polimérica biodegradable es preparada al mezclar por fusión juntos aproximadamente 20% en peso hasta aproximadamente 55% en peso del lote maestro y aproximadamente 40% en eso hasta aproximadamente 75% en peso de uno o más poliésteres biodegradables, de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso, aproximadamente 65% en peso, aproximadamente 75% en peso, o aproximadamente 85% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable resultante.
En una modalidad, el lote maestro proporciona la única fuente de almidón que se usa para preparar la composición polimérica biodegradable. Se ha encontrado que incorporar el almidón solo en el lote maestro maximiza la capacidad para alcanzar una composición altamente compatibilizada del polímero biodegradable resultante. Se cree que esto a su vez imparte propiedades físicas y mecánicas mejoradas a la composición.
Aunque es menos preferido, el método para preparar la composición polimérica biodegradable puede comprender mezclar por fusión el lote maestro, uno o más poliésteres biodegradables y almidón y/o TPS y/o sus componentes constituyentes. En ese caso, el almidón y/o TPS y/o sus componentes constituyentes generalmente serán usados en una cantidad de no más de aproximadamente 15% en peso, no más de aproximadamente 10% en peso o no más de aproximadamente 5% en peso, en relación a la masa total de los componentes siendo mezclados por fusión.
En una modalidad, una composición polimérica biodegradable es preparada al mezclar por fusión el lote maestro junto con uno o más poliésteres biodegradables y un poliepóxido, en donde el lote maestro ha sido formado al mezclar por fusión juntos los componentes (a)-(d) como se describe antes en la presente.
Por "poliepóxido" se quiere decir materiales monoméricos o poliméricos teniendo dos o más grupos epoxi en promedio por molécula. Siempre que los dos o más grupos epoxi sean capaces de experimentar reacción con grupos de ácido y/o alcohol de componentes presentes dentro de la composición, el tipo de grupo epoxi no es crítico. Sin embargo, los poliepóxidos que comprenden grupos epoxi vecinos generalmente son preferidos.
Poliepóxidos adecuados incluyen, pero no están limitados a, diepóxidos, tal como un diglicidil éter de bisfenol A, diepóxido de butadieno, 3,4-epoxiciclohexilmetil-(3,5-epoxi) ciclohexano-carboxilato, dióxido de vinil ciclohexeno, 4,4'-di( 1 ,2-epoxitil)-difenil éter, 4,4'-(1 ,2-epoxietil) bifenilo, 2, 2-bis(3,4-epoxiciclohexil) propano, un diglicidil éter de resorcinol, un diglicidil éter de floroglucinol, un diglicidil éter de metilfloroglucinol, bis(2, 3-epoxiciclopentil) éter, 2-(3,4-epoxi) ciclohexano-5,5-espiro(3,4-epoxi)-ciclohexano-m-dioxano y bis(3,4-epoxi-metilciclohexil)adipato, N , N'-m-fenilen-bis (4, 5-epoxi-1 ,2-ciclohexanodicarboxiimida), y tri- y mayores epóxidos, tales como un triglicidil éter de p-aminofenol, polialilglicidil éter, 1 , 3 , 5-tri ( 1 ,2-epoxietil) benceno, 2, 2',4,4'-tetraglicidoxienzofenona, tetraglicidoxitetrafeniletano, un poliglicidil éter de fenol-formaldeh ído novolac, un triglicidil éter de glicerina, un triglicidil éter de trimetilolpropano, oligómeros y (co) pol ímeros de poli glicidil (met) acrilato, y combinaciones de los mismos.
Los poliepóxidos preferidos son aquéllos formados a través de la polimerización de metacrilato de glicidilo (GMA) . El GMA puede ser homopolimerizado o copolimerizado con uno o más monómeros diferentes. Por ejemplo, el poliepóxido basado en GMA puede ser un oligómero de estireno-acrílico multi-funcional teniendo un peso molecular de menos de aproximadamente 7,000 y teniendo la fórmula general (I): donde R1-R5 son cada uno seleccionados independientemente de H y alquilo, R6 es un grupo alquilo y X, y y z son cada uno independientemente un enero entre 1 y 20.
Los poliepóxidos derivados de GMA adecuados pueden ser obtenidos comercialmente, por ejemplo, Joncryl® ADR-4368 por BASF.
Cuando se mezcla por fusión el lote maestro junto con uno o más poliésteres biodegradables y un poliepóxido, se cree que el poliepóxido reacciona con grupos ácido carboxilico y/o alcohol de los componentes siendo mezclados por fusión. Esa reacción puede acoplar cadenas de polímero con el fin de incrementar su peso molecular efectivo. Un aumento en el peso molecular del polímero se cree a su vez que intensifica las propiedades físicas y mecánicas de la composición polimérica biodegradable resultante. Adicionalmente, el peso molecular incrementado del polímero se cree que mejora las propiedades de procesamiento por fusión de la composición y en particular las propiedades de procesamiento por fusión con producir película soplada de la composición.
Un poliepóxido generalmente será usado en una cantidad que varía desde aproximadamente 0.1-1% en peso, por ejemplo, desde aproximadamente 0.1-0.7% en peso, o desde aproximadamente 0.2-0.5% en peso, en relación a la masa total del lote maestro y uno o más poliésteres biodegradables a ser mezclados por fusión.
Una composición polimérica biodegradable preparada de acuerdo con la invención puede tener ventajosamente excelentes propiedades físicas y mecánicas y está fácilmente biodegradable. La composición puede ser procesada convenientemente usando técnicas de conversión de polímero convencional, tales como extrusión, modelo por inyección y termoformado. Las composiciones son particularmente adecuadas para fabricar película y hojas que pueden convertirse en materiales de empaque. En ese caso, uno o más poliésteres biodegradables son seleccionados de preferencia de PCL, PBAT, PHBV, PES y PBS.
La invención también proporciona una hoja o película formada a partir de una composición polimérica biodegradable son seleccionados de preferencia a partir de PCL, PBA, PHBV, PS y PBS.
La invención también proporciona una hoja o película formada a partir de una composición polimérica biodegradable preparada de acuerdo con la invención.
La composición polimérica biodegradable puede ser provista en cualquier forma adecuada que puede ser procesada en un producto deseado, tal como hoja o película. En general, las composiciones serán provistas en la forma de pellas.
Las modalidades de la invención son descritas adicionalmente con referencia a los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplos Ejemplo 1: Preparación de una composición polimérica biodegradable 25.5 kg de acetato de almidón [finura: mala 120; humedad: 8%; grado de substitución: 15%, proporcionado por China Starch, Shanghai, China] (DS de .5) teniendo un contenido de agua de menos de 1% en peso, 19.2 kg de carbonato de (poli)propileno (PPC) [peso molecular: 110,00 Daltones. MFI: 9-15 g/10 min; 190°C; 2.16 kg; humedad: <2%; densidad: 1.22 g/cm3; temperatura de vidrio: 35~40°C. fabricado por PPCC, West Inner Mongolia, China], 9.8 kg de glicerol [Puré 99.95%; nivel de saponificación], 4.8 kg de sorbitol [70% licor mezclado proporcionado por Lianyungang, China], 0.6 kg de ácido esteárico, 10 kg de etileno ácido acrílico (EAA) (9% ácido, índice de flujo de fusión = 20) [por ejemplo, Dow Primacor 3460], 6kg de etileno acetato de vinilo (EVA) [VA: 14%; MI: 2. Beijing, China], 1.4 kg de estearato de calcio y 0.12 kg de hidróxido de sodio disueltos en una cantidad mínima de agua, se mezclaron primero en un mezclador de alta velocidad es SHR-500; velocidad de rotación: Y: 980 r/min para proporcionar una distribución uniforme de todos los componentes (Los materiales sólidos fueron mezclados en seco primero en un mezclador de alta velocidad y los materiales líquidos son adicionados entonces), entonces se mezclaron por fusión en un extrusor de doble tornillo ZSK-65 (L/D = 48). El perfil de temperatura del extrusor fue fijado a 100°C/130oC/160oC/160oC/1509oC/140°C. La velocidad de rotación del tornillo fue ajustado a 300 rpm. Un vacío de -0.06x105 a -0.08x105 Pa (-0.06 a -0.08 bar) se aplicó durante la extrusión. La fusión de polímero fue extruida como un filamento, enfriado con aire y cortado en pellas. Se encontró que el lote maestro tiene un índice de flujo de fusión de >4 g/10 min a 190°C con 2.16 kg y un contenido de agua de <0.2% en peso.
Ejemplo 2: Preparación de una composición polimérica biodegradable adicional Una composición consistiendo de 50% en peso de la composición polimérica preparada en el Ejemplo 1, 49.6% en peso PBAT (Enpol G8060) y 0.3% en peso de poliepóxido (Joncryl® ADR-4368) se mezcló en seco primero y entonces se mezcló por fusión usando un Extrusor de tornillo doble ZSK-65 con una velocidad rotacional de 20 rpm. El perfil de temperatura del extrusor fue fijada a 130/145/165~165/145/35/130/130°C. Un vacío de -0.04x105 a -0.05x105 Pa (-0.04 a -0.05 bar) se aplicó durante la extrusión. El extruido resultante se enfrió con agua y se cortó en pelas y se encontró que tenía un índice de flujo de fusión de 7 g/10 min, a 190°C con 2.16 kg.
La composición polimérica tiene las siguientes propiedades: MFI: 3 g/10 min; 190°C¡ 2.16 kg, humedad: 0.5%, densidad: 1.2 g/cm3.
La composición polimérica preparada de acuerdo con el Ejemplo 2 fue soplada en película de espesor de 20 mieras sobre una película soplada de LDPE estándar usando las condiciones de procesamiento tabuladas a continuación.
Condiciones de procesamiento - soplado de película • Soplado de película: tornillo simple F35; soplado vertical; proporción de longitud-diámetro: 30: 1 • Velocidad rotatoria de tornillo: 1 5 r/min; • Diámetro de burbuja: 35 cm ; • Espesor de pel ícula: 0.03 mm (30 µ?t?) Perfil de temperatura de l ínea de extrusión El enfriamiento interior y exterior se cambió gradualmente de débil a fuerte. El aire enfriado es preferido. 1 0-1 5°C trabajó mejor para evitar los problemas de boque de pel ícula. Las proporciones de soplado preferidas estuvieron entre 2.5: 1 y 3.5: 1 proporción de soplado mayores pueden conducir a problemas de inestabilidad de burbuja y arrugado de película. Dependiendo del diseño de equipo y espesores de película de ajuste entre 15 µ?? y 120 µ?t? pueden lograrse usando la composición.
La película resultante fue probada de acuerdo con ASTM D-882 y se encontró que exhiben una fuerza de tensión a ruptura de >18 MPa (comparada con 12-15 MPa para la misma película sin PPC), y alargamiento a ruptura de >350%, una fuerza de rasgado de 110 N (comparada con 90 N para la misma película sin PPC) y una fuerza de impacto de dardo de caída de 70 g (comparado con 65 g para la misma película sin PPC). La película fue encontrada también para cumplir completamente con los requerimientos de biodegradabilidad de EN 13432.
La referencia en esta especificación a cualquier publicación anterior (o información derivada de ella), o a cualquier materia la cual es conocida, no es, y no debería ser tomada como un reconocimiento o admisión o cualquier forma de sugerencia de que la publicación anterior (o información derivada de ella) o materia conocida forma parte del conocimiento general común en el campo de tratamiento al cual se refiere esta especificación.
A través de esta especificación y las reivindicaciones que siguen, a menos que el contexto requiere de otra manera, la palabra "comprender" y variaciones tales como "comprende" y "comprendiendo", será entendida como que implica la inclusión de un entero o paso o grupo de enteros o pasos declarados, pero no la exclusión de cualquier otro entero o paso o grupo de enteros o pasos.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Una composición polimérica biodegradable que comprende los siguientes componentes (a)-(b) y/o un o unos productos de reacción derivados del mezclado por fusión de los componentes: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.
2. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con la reivindicación que comprende además componente (e) uno o más poliésteres biodegradables.
3. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende componentes (a)-(d) y/o un o unos productos de reacción derivados del mezclado por fusión de los componentes, en una cantidad de aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 50% en peso de (a), aproximadamente 20% en peso hasta aproximadamente 70% en peso de (b), aproximadamente 3% en peso hasta aproximadamente 30% en peso de (c), y aproximadamente 0.05% en peso hasta aproximadamente 0.5% en peso de (d), en relación a la masa total de estos componentes, y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso de la composición polimérica biodegradable.
4. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende los componentes (a)-(e), y/o un producto o productos de reacción derivados de mezclado por fusión de los componentes, en una cantidad de aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 45% en peso de (a) , aproximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 63% en peso de (b), aproximadamente 0.3 hasta aproximadamente 27% en peso de (c) , aproximadamente 0.005% en peso hasta aproximadamente 0.45% en peso de (d), y aproximadamente 5% en peso de aproximadamente 85% en peso de (e) , en relación a la masa total de (a)-(e), y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso de la composición polimérica biodegradable.
5. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con la reivindicación 2 o 4, en donde uno o más poliésteres biodegradables es seleccionados de policaprolactona (PCL); ácido poliláctico (PLA); polihidroxi butirato (PHB); succinato de polietileno (PES) ; succinato de polibutileno (PBS); adipato de polibutileno (PBA) ; poli(butileno adipato/tereftalato) (PBAT) ; poli(hidroxibutirato valerato) (PHB V); acetato butirato de celulosa (CAB) ; acetato propionato de celulosa (CAP); y combinaciones de los mismos.
6. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el carbonato de polialquileno es seleccionado de carbonato de polietileno (PEC), carbonato de polipropileno (PPC) y una combinación de los mismos.
7. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el pol ímero teniendo grupos de ácido carboxilico pendientes es seleccionado de copolímero de etileno ácido acrílico (EAA), poli(EAA-alcohol vinílico) (EAAVA) , ácido (poli)acrílico (PAA) , ácido (poli)metacrílico (PMA), copolímeros de etileno-ácido metacrílico (EMAA), poli(acrilamida-ácido acrílico) (PAAA) y combinaciones de los mismos.
8. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el catalizador de transesterificación es un hidróxido de metal alcalino.
9. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 que comprende además el componente (f) poliepcxido.
10. La composición polimérica biodegradable de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el poliepóxido es seleccionado de diglicidil éter de bisfenol A, diepóxido de butadieno, 3,4-epoxiciclohexilmetil-(3,4-epoxi) ciclohexano-carboxilato, dióxido de vinil ciclohexeno, 4,4'-di(1 2-epoxietil)-difenil éter, 4,4'-(1 ,2-epoxietil) bifenilo, 2,2-bis(3,4-epoxiciclohexil) propano, diglicidil éter de resorcinol, diglicidil éter de floroglucinol, diglicidil éter de metilfloroglucinol, bis(2, 3-epoxiciclopentil) éter, 2-(3,4-epoxi) ciclohexano-5, 5-espiro(3,4-epoxi)-ciclohexano-m-dioxano, bis(3,4-epoxi-6-metilciclohexil)adipato, N, N '-m-fenilen-bis (4,5-epoxi-1 ,2-ciclohexano dicarboxümida), triglicidil éter de p-aminofenol, polialilglicidil éter, 1 ,3, 5-tri( 1 ,2-epoxietil) benceno, 2, 2'-, 4,4'-tetraglicidoxibenzofenona , tetraglicidoxi tetrafeniletano, poliglicidil éter de fenol-formaldeh ído novolac, triglicidil éter de glicerina, triglicidil éter de trimetilolpropano, oligómeros y (co) polímeros de poli glicidü (met) acrilato, y combinaciones de los mismos.
1 1 . Un método para preparar una com posición polimérica biodegradable, dicho método comprende mezclar por fusión juntos: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) yo sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxilico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la composición es preparada al mezclar por fusión juntos aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 50% en peso de (a), aproximadamente 20% en peso hasta aproximadamente 70% en peso de (b), aproximadamente 3% en peso hasta aproximadamente 30% en peso de (c), y aproximadamente 0.05% en peso hasta aproximadamente 0.5% en peso de (d), en relación a la masa total de estos componentes, y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso de la composición polimérica biodegradable.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en donde el carbonato de polialquileno es seleccionado de carbonato de polietileno (PEC), carbonato de polipropileno (PPC) y una combinación de los mismos; el polímero teniendo grupos de ácido carboxilico pendientes es seleccionado de copolímero de etileno ácido acrílico (EAA), poli(EAA-alcohol vinílico) (EAAVA), ácido (poli)acrílico (PAA), ácido (poli)metacrílico (PMA), copolímeros de etileno-ácido metacrílico (EMAA), poli(acrilamida-ácido acrílico) (PAAA), y combinaciones de los mismos; y el catalizador de transesterificación es un hidróxido de metal alcalino.
14. Un método para preparar una composición polimérica biodegradable, comprendiendo dicho método mezclar por fusión un lote maestro junto con uno o más poliésteres biodegradables, en donde el lote maestro ha sido formado al mezclar por fusión juntos: (a) carbonato de polialquileno; (b) almidón termoplástico (TPS) y/o sus componentes constituyentes; (c) polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes; y (d) catalizador de transesterificación.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el lote maestro es preparado al mezclar por fusión juntos aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 50% en peso de (a), aproximadamente 20% en peso hasta aproximadamente 70% en peso de (b), aproximadamente 3% en peso hasta aproximadamente 30% en peso de (c), y aproximadamente 0.05% en peso hasta aproximadamente 0.5% en peso de (d), en relación a la masa total de estos componentes, y de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% e peso de la composición polimérica biodegradable.
16. El método de acuerdo con la reivindicación 14 o 15, en donde el carbonato de polialquileno es seleccionado de carbonato de polietileno (PEC), carbonato de polipropileno (PPC) y una combinación de los mismos; el polímero teniendo grupos de ácido carboxílico pendientes es seleccionado de copolímero de etileno ácido acrílico (EAA), poli(EAA-alcohol vinílico) (EAAVA), ácido (poli)acrílico (PAA), ácido (poli)metacrílico (PMA), copolímeros de etileno-ácido metacrílico (EMAA), poli(acrilamida-ácido acrílico) (PAAA), y combinaciones de los mismos, y el catalizador de transesterificación es un hidróxido de metal alcalino.
17. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en donde uno o más poliésteres biodegradables es seleccionado de policaprolactona (PCL); ácido poliláctico (PLA); polihidroxi butirato (PHB); succinato de polietileno (PES); succinato de polibutileno (PBS); adipato de polibutileno (PBA); poli(butilen adipato/tereftalato) (PBAT); poli(hidroxibutirato valerato) (PHBV); acetato butirato de celulosa (CAB); acetato propionato de celulosa (CAP); y combinaciones de los mismos.
18. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, en donde aproximadamente 10% en peso hasta aproximadamente 90% en peso del lote maestro es mezclado por fusión con aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 85% en peso de uno o más poliésteres biodegradables, de manera que la masa total de estos componentes representa al menos aproximadamente 50% en peso de la masa total de la composición polimérica biodegradable resultante.
19. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, el cual comprende mezclar por fusión el lote maestro junto con uno o más poliésteres biodegradables y un poliepóxido.
20. Una composición polimérico biodegradable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en la forma de una hoja o película.
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