ES2270882T3 - Peliculas tubulares formadas a partir de mezclas de celulosa/proteina. - Google Patents
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Abstract
Método para fabricar películas tubulares orientadas por extrusión de una solución de centrifugación mediante una tobera anular sobre un hueco de aire externo en un baño de precipitación, caracterizado porque la solución de centrifugación está compuesta por una solución homogénea de una mezcla de celulosa y proteína en un sistema NMMO-agua y la solución homogénea se produce por extracción del agua de la solución hasta que tanto la celulosa como las proteínas se disuelven completamente, conteniendo la solución de centrifugación del 15 al 80% en peso de proteína respecto al contenido de celulosa añadido.
Description
Películas tubulares formadas a partir de mezclas
de celulosa/proteína.
La invención se refiere a un método de
fabricación de películas tubulares a partir de una solución de una
mezcla de celulosa y proteínas por extrusión soplando la solución
sobre un hueco de aire en un baño de precipitación, y a las
películas producidas con este método y a su aplicación. Las
películas de celulosa tubulares se han usado durante siglos como
material de envasado, particularmente en la industria alimentaria y
especialmente también como piel para embutidos. Las ventajas
particulares de las películas de celulosa son su magnífica
biodegradabilidad, su alta absorción de agua y la buena transmisión
agua/vapor. Además de esto, las películas tubulares formadas a
partir de proteínas se usan también para envasar alimentos,
preferiblemente en forma de piel para embutidos.
Como en la fabricación de fibras de celulosa
regenerada, en la fabricación de películas de celulosa se han
aumentado los esfuerzos en los últimos años para sustituir los
procesos viscosos usados predominantemente anteriormente, caros y
perjudiciales para el medio ambiente, con métodos más económicos y
más ecológicos. Un método particularmente prometedor se ha
demostrado aquí que es centrifugar una solución de celulosa en un
óxido de amina, preferiblemente
n-metilmorfolina-N-óxido (NMMO), que
se ha usado ya industrialmente.
Hasta ahora se han sugerido dos métodos para
fabricar películas tubulares a partir de la solución de celulosa en
NMMO. En un método (documento EP O 662 283, WO 95/07811) la solución
emergente de la tobera anular se extrae sobre un mandril o sobre un
dispositivo que comprende una pluralidad de discos circulares, que
se localizan en la región del hueco de aire entre la tobera anular y
el baño de precipitación. En el segundo método (documento DE 44 21
482) la película tubular que emerge de la tobera anular se
estabiliza y se expande por la presión de la columna de líquido
presente en su interior y en la columna de aire existente sobre la
misma, mediante lo cual se consigue el estiramiento biaxial
simultaneo. Por lo tanto este método es similar al método de soplado
de película conocido que se usa en particular en la fabricación de
películas a partir de materiales termoplásticos.
Puede que las películas tubulares producidas de
esta manera, sin embargo, no se usen frecuentemente directamente
para el propósito planeado. En muchos casos, es necesario un
tratamiento posterior caro de las películas con plastificantes y
lubricantes o agentes de unión.
Además, el documento US 5.795.522 muestra un
método para producir fibras de celulosa así como otros cuerpos
moldeados de celulosa sin tener en cuenta la fibrilación.
Por lo tanto el objeto de la invención es
superar las desventajas mencionadas anteriormente de las películas
de celulosa y hacer disponible películas tubulares suficientemente
fuertes y simultáneamente flexibles que hacen superfluos a los caros
tratamientos posteriores o tratamientos superficiales.
De acuerdo con la invención, el objeto se
consigue en que en lugar de celulosa pura se disuelve una mezcla
homogénea de celulosa con una o más proteínas en el sistema acuoso
NMMO, en el que la solución homogénea se produce extrayendo el agua
de la solución hasta que tanto la celulosa como las proteínas se
disuelven completamente. A partir de esta solución, se producen
películas tubulares de acuerdo con uno de los métodos mencionados
anteriormente (documento EP 0 662 283, WO 95/07811 o DE 44 21 482)
mediante extrusión desde una tobera anular sobre un hueco de aire en
un baño de precipitación. La solución centrifugada contiene del 15
al 80% en peso de proteína con respecto a la celulosa añadida
contenida en la solución centrifugada.
Sorprendentemente ha resultado evidente que las
propiedades de la película de celulosa pueden estar influidas en el
sentido deseado si se añaden proteínas tales como gelatina,
colágeno, caseína o gluten del trigo a la celulosa y que una
solución homogénea que comprende celulosa, proteína, NMMO y agua
puede procesarse de la misma manera que una solución de
celulosa-NMMO en el método de soplado.
Las proteínas o sustancias albuminosas son, como
biopolímeros, un constituyente significativo de todo el material
vivo y representan una clase particularmente rica en especies de
sustancias. Son copolímeros de diversos aminoácidos. Un gran número
de proteínas de origen tanto animal como vegetal se producen
parcialmente en cantidades considerables y se usan para muchas
aplicaciones, particularmente también en la industria
alimentaria.
La solubilidad de las proteínas se extiende
desde una buena solubilidad en agua (por ejemplo gelatina), sobre
una solubilidad en un medio ácido (por ejemplo, colágeno) o en
etanol (por ejemplo zeína) hasta una insolubilidad completa (por
ejemplo con lana).
Sin embargo, las proteínas no forman soluciones
auténticas sino que únicamente son solubles en forma coloidal. Sin
embargo, ha resultado evidente sorprendentemente que
independientemente de la adicción de proteínas disueltas
coloidalmente a celulosa disuelta en NMMO, puede producirse una
solución centrifugable homogénea. Pueden usarse prácticamente todas
las proteínas disponibles que son coloidalmente solubles y también
mezclas de dichas proteínas. Aquí las propiedades de las películas
pueden verse influenciadas dentro de amplios límites por el
contenido de proteína de la película y por la selección de las
proteínas usadas.
\newpage
La fabricación de una solución de centrifugado
homogénea que contiene además de celulosa también una o más
proteínas, resulta muy difícil ya que cuando se introducen
soluciones acuosas de proteína, tales como las de gelatina, caseína
y proteína de soja, o soluciones etanólicas tales como las de zeína
y gluten de trigo, en la solución de celulosa en
NMMO-monohidrato, usada normalmente en la celulosa
para centrifugación de acuerdo con el método NMMO, la celulosa
precipita. Por lo tanto, otro objeto de la invención es citar un
método mediante el cual una solución homogénea, que es un
pre-requisito para el método de soplado, puede
producirse con la composición mencionada.
De acuerdo con la técnica antecedente, se
produce una solución centrifugable de celulosa en
NMMO-monohidrato mediante el primer hinchado de
celulosa en aproximadamente en el 50% de solución acuosa de NMMO, y
retirando el agua de este sistema a temperaturas de aproximadamente
90ºC hasta que la NMMO esté presente como monohidrato.
Sorprendentemente, ahora resulta evidente que se obtiene una
solución centrifugable proteica si la solución de proteína acuosa se
añade a este lote, en el que la celulosa está presente, hinchada y
desde el sistema global el agua se retira gradualmente hasta que la
celulosa se disuelve completamente.
De acuerdo con la invención, por lo tanto, una
solución coloidal acuosa de una proteína se añade al sistema que
comprende celulosa hinchada en una solución acuosa de NMMO y se
retira el agua de este sistema hasta que la celulosa se disuelve
completamente.
Este tipo de procedimientos sin embargo
únicamente es posible para proteínas solubles en agua.
Sorprendentemente sin embargo ha resultado evidente que con la
adicción directa de proteínas insolubles en agua a la celulosa
hinchada en la solución de NMMO, después de la retirada del exceso
de agua no sólo la celulosa sino también las proteínas se disuelven
y por lo tanto se produce una solución centrifugable.
La proporción de proteínas a la película
respecto a la proporción de material sólido puede variar dentro de
amplios límites y puede ser del 15 al 80%. Son particularmente
ventajosas proporciones del 15 al 50%.
Las películas tubulares producidas a partir de
la solución descrita mediante un método de soplado aunque son
fuertes, no se arrugan pero son blandas, flexibles y elásticas. Las
proteínas aquí actúan como plastificante. Las películas, por lo
tanto, cuando se usan como envases para alimento como especialmente
como pieles para embutidos no requieren ningún tratamiento
adicional ni ningún tratamiento superficial. Las películas son
permeables a la humedad tales como películas de celulosa pura. Como
resultado de su elasticidad, la película se pega bien al relleno, si
este último se contrae como resultado de una pérdida de humedad. La
piel de envasado por lo tanto no se arruga y es atractiva. Por otro
lado, las películas pueden desprenderse fácilmente del relleno.
La invención se explicará con mayor detalle
mediante los ejemplos mostrados.
(Ejemplo comparativo de acuerdo con
la técnica
antecedente)
Una solución de celulosa al 9,5% en
NMMO-monohidrato que tiene el 0,1% en peso, respecto
a propilgalato de celulosa como agente estabilizador, se extruyó
hacia abajo con una extrusora de laboratorio a través de una
boquilla de soplado de película con un diámetro de 22 mm a una
temperatura de 95ºC sobre un hueco de aire externo de 10 mm de
anchura, con un lapso en la dirección longitudinal de 1:4 y una
proporción de estirado transversal de 1:1,5, en un baño de
precipitación compuesto por una solución acuosa al 5% de NMMO. La
película producida tiene los siguientes parámetros:
\vskip1.000000\baselineskip
| Seco | Húmedo | |
| Espesor de la película [\mum] | 16 | 35 |
| Resistencia, longitudinalmente [Mpa] | 162 | 27 |
| Resistencia, transversalmente [Mpa] | 97 | 10 |
| Alargamiento a rotura, longitudinalmente [Mpa] | 8 | 30 |
| Alargamiento a rotura, transversalmente [Mpa] | 18 | 35 |
| Módulo elástico, longitudinalmente [Mpa] | 10200 | 215 |
| Módulo elástico, transversalmente [Mpa] | 3740 | 25 |
Se pre-hincha gelatina (Riedel -
deHaën) durante 15 minutos en un exceso de 10 veces de agua y
después se disuelve a 70ºC durante la agitación. Esta solución se
añade a la mezcla de
celulosa-NMMO-agua y se transforma
por retirada del agua en una solución de
celulosa-gelatina. La concentración de
celulosa-gelatina era del 9,5% con una proporción de
celulosa a gelatina de 85:15. La solución se extruyó hacia abajo con
una extrusora de laboratorio a través de una boquilla de soplado de
película con un diámetro de 22 mm a una temperatura de 90ºC, sobre
un hueco de aire externo de 10 mm de anchura con un lapso en la
dirección longitudinal de 1:4 y una proporción de estirado
transversal de 1:1,5 en un baño de precipitación compuesto por una
solución acuosa al 5% de NMMO. La película producida tenía los
siguientes parámetros.
| Seco | Húmedo | |
| Espesor de la película [\mum] | 18 | 35 |
| Resistencia, longitudinalmente [Mpa] | 198 | 27 |
| Resistencia, transversalmente [Mpa] | 114 | 17 |
| Alargamiento a rotura, longitudinalmente [Mpa] | 8 | 30 |
| Alargamiento a rotura, transversalmente [Mpa] | 30 | 86 |
| Módulo elástico, longitudinalmente [Mpa] | 12400 | 215 |
| Módulo elástico, transversalmente [Mpa] | 4600 | 126 |
Se suspende gluten de trigo (Pfeifer &
Lancen, Dormagen) en una cantidad de 20 veces de agua a 60ºC con
agitación durante 15 minutos. Esta suspensión se añade a la mezcla
de celulosa-NMMO y se transforma por retirada de
agua de la solución de celulosa-gluten de trigo. La
concentración de celulosa-gluten de trigo fue del
9,5% con una proporción de celulosa a gluten de trigo de 85:15. La
solución se extruyó hacia abajo con una extrusora de laboratorio a
través de una boquilla de soplado de película con un diámetro de 22
mm a una temperatura de 90ºC, sobre un hueco de aire externo de 10
mm de anchura con un lapso en la dirección longitudinal de 1:4 y una
proporción de estirado transversal 1:1,5, en un baño de
precipitación compuesto por una solución acuosa de NMMO al 5%. La
película producida tiene los siguientes parámetros.
| Seco | Húmedo | |
| Espesor de la película [\mum] | 17 | 38 |
| Resistencia, longitudinalmente [Mpa] | 210 | 27 |
| Resistencia, transversalmente [Mpa] | 108 | 20 |
| Alargamiento a rotura, longitudinalmente [Mpa] | 10 | 22 |
| Alargamiento a rotura, transversalmente [Mpa] | 22 | 93 |
| Módulo elástico, longitudinalmente [Mpa] | 12000 | 265 |
| Módulo elástico, transversalmente [Mpa] | 3190 | 82 |
Claims (9)
1. Método para fabricar películas
tubulares orientadas por extrusión de una solución de centrifugación
mediante una tobera anular sobre un hueco de aire externo en un baño
de precipitación,
caracterizado porque
la solución de centrifugación está compuesta por
una solución homogénea de una mezcla de celulosa y proteína en un
sistema NMMO-agua y la solución homogénea se produce
por extracción del agua de la solución hasta que tanto la celulosa
como las proteínas se disuelven completamente, conteniendo la
solución de centrifugación del 15 al 80% en peso de proteína
respecto al contenido de celulosa añadido.
2. Método de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque las proteínas usadas
son solubles en agua, medio ácido o alcalino.
3. Método de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque las proteínas se
seleccionan entre gelatina, colágenos, caseína, proteína de soja,
zeína o gluten de trigo o mezclas de los mismos.
4. Método de acuerdo con al menos una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se usa una
solución homogénea y centrifugable de celulosa, proteína, NMMO y
agua.
5. Método de acuerdo con al menos una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la solución
homogénea de centrifugación se produce mediante proteínas que se
introducen junto con la celulosa en primer lugar en una solución
acuosa de NMMO de aproximadamente el 40% (p/p).
6. Película tubular orientada producida
por el método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Película tubular orientada de acuerdo
con la reivindicación 6, caracterizada porque la proporción
de proteínas en la película respecto a la proporción de materia
sólida en la película es del 15 al 80% en peso.
8. Uso de la película tubular orientada
de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 o 7 como
material de envasado biodegradable y compostable.
9. Uso de acuerdo con la reivindicación
8 como piel para embutidos para embutidos duros y también como piel
que puede desprenderse.
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