ES2927057T3 - Método de preparación de producto de polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico - Google Patents

Método de preparación de producto de polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico Download PDF

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Abstract

Un método para producir un producto polimérico de tereftalato de polietileno de base biológica que comprende obtener un componente de diol que comprende etilenglicol, obtener un componente de tereftalato que comprende ácido tereftálico, en el que al menos uno del componente de diol y/o el componente de diol se deriva de al menos un componente de bio material de base biológica, haciendo reaccionar el componente de diol y el componente de tereftalato para formar un polímero de tereftalato de polietileno de base biológica que comprende de aproximadamente 25 a aproximadamente 75 por ciento en peso del componente de tereftalato y de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 por ciento en peso del componente de diol, y haciendo un producto de tereftalato de polietileno de base biológica a partir del polímero de tereftalato de polietileno de base biológica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método de preparación de producto de polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, en general, a un método de producción de un producto de polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico usando un polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico que contiene un componente de diol que deriva parcial o totalmente de materiales de origen biológico.
ANTECEDENTES
El poli(tereftalato de etileno) y sus copoliésteres (denominados conjuntamente en lo sucesivo "PET" o "poli(tereftalato de etileno)") es un material de partida ampliamente usado para la fabricación de artículos de envasado en parte debido a su excelente combinación de claridad, propiedades mecánicas y de barrera al gas. Los ejemplos de productos de PET incluyen, pero no se limitan a, botellas y envases para envasar productos alimenticios, refrescos, bebidas alcohólicas, detergentes, cosméticos, productos farmacéuticos y aceites comestibles.
La mayoría de los métodos comerciales producen PET con materiales de partida derivados petroquímicamente. Por lo tanto, el coste de producción está ligado estrechamente al precio del petróleo. El PET derivado petroquímicamente contribuye a las emisiones de invernadero debido a su alto contenido de carbono derivado del petróleo. Además, los productos petroquímicos requieren cientos de miles de años para formarse naturalmente, que hace que los productos derivados petroquímicamente sean no renovables, que significa que no pueden volver a ser producidos, cultivados o regenerados a una tasa comparativa a su consumo.
Un enfoque a la sustitución de PET derivado petroquímicamente ha sido la producción de bioplásticos de ácido poliláctico (PLA) de materiales de origen biológico, tales como maíz, arroz, u otras plantas productoras de azúcar y almidón. Véase, por ejemplo, la patente de EE. UU. N.° 6.569.989. Como se describe en la patente de EE. UU. N.° 5.409.751 y la solicitud de patente de EE. UU. N.° 20070187876, se han hecho intentos por usar resinas de PLA en los procesos de moldeo por inyección y estirado para producir envases. Sin embargo, suele ser difícil de adaptar el PLA en las actuales líneas de producción de PET o de sustituir satisfactoriamente el PET con PLA en muchas aplicaciones debido a las propiedades significativamente diferentes entre PLA y PET. Por ejemplo, el PLA tiene normalmente una menor propiedad de barrera al gas que el PET, que hace que los envases de PLA sean menos adecuados para almacenar artículos, tales como bebidas carbonatadas o bebidas sensibles al oxígeno. Además, la mayoría de los sistemas de reciclaje actualmente en uso están diseñados para PET, que sería contaminado si se introdujera PLA. Este problema podría ser vencido por costosas soluciones, tales como usando tipos de botellas característicos entre PLA y PET o invirtiendo en una tecnología de clasificación adecuada o nuevas corrientes de reciclaje. El documento de patente JP-A-2007/176873 desvela un proceso de preparación de un PET con ácido tereftálico como monómero de origen biológico.
Por lo tanto, existe una necesidad de un PET derivado de recursos renovables que comparta propiedades similares al PET derivado del petróleo. También sería deseable en algunas aplicaciones si el PET derivado de recursos renovables se pudiera procesar mediante las instalaciones de fabricación de PET existentes y/o pudiera ser fácilmente reciclado a través de sistemas diseñados para reciclar el PET derivado de petróleo.
Otros objetos, características y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, dibujos y reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO
La Fig. 1 es una ilustración de un diagrama de flujo del método de fabricación de un producto de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico que deriva parcial o totalmente de materiales de origen biológico.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN
El término "de origen biológico," como se usa en la presente solicitud, indica la inclusión de algún componente que deriva de al menos un material de origen biológico. Por ejemplo, un "polímero de PET de origen biológico" sería un polímero de PET que comprende al menos un componente que deriva parcial o totalmente de al menos un material de origen biológico.
Polímero de PET de origen biológico
El método de la presente invención forma un polímero de PET de origen biológico que comprende desde el 25 hasta el 75 por ciento en peso de un componente de tereftalato y desde el 20 hasta el 50 por ciento en peso de un componente de diol, en donde al menos el 10 por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico y el componente de tereftalato deriva de petróleo. En una realización más particular, al menos aproximadamente el 20 por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico.
En una realización, el polímero de PET de origen biológico comprende desde aproximadamente el 30 hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso del componente de tereftalato. En una realización más particular, el polímero de PET de origen biológico comprende desde aproximadamente el 40 hasta aproximadamente el 65 por ciento en peso del componente de tereftalato. En otra realización, el polímero de PET de origen biológico comprende desde aproximadamente el 25 hasta aproximadamente el 45 por ciento en peso del componente de diol. En una realización más particular, el polímero de PET de origen biológico comprende desde aproximadamente el 25 hasta aproximadamente el 35 por ciento en peso del componente de diol.
El componente de tereftalato comprende ácido tereftálico. El componente de tereftalato también puede contener tereftalato de dimetilo, ácido isoftálico y una combinación de los mismos.
El componente de diol comprende etilenglicol. El componente de diol también puede comprender ciclohexanodimetanol. En una realización, el componente de diol comprende al menos aproximadamente el uno por ciento en peso de ciclohexanodimetanol. Al menos el diez por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico.
Otros componentes se pueden añadir al polímero de PET de origen biológico. Los expertos habituales en la técnica serían fácilmente capaces de seleccionar el (los) componente(s) adecuado(s) a añadir al polímero de PET de origen biológico para mejorar las propiedades deseadas, que pueden depender del tipo de aplicación prevista. En una realización particular, el polímero de PET de origen biológico puede comprender además un componente complementario seleccionado de al menos un agente colorante, al menos un aditivo de recalentamiento rápido, al menos un aditivo de barrera al gas, al menos un aditivo de bloqueo del UV, y una combinación de los mismos.
Los polímeros de PET de origen biológico se pueden usar para formar resinas de origen biológico, que pueden ser adicionalmente procesadas en envases de origen biológico usando métodos que incluyen, pero no se limitan a, moldeo por inyección y moldeo por soplado y estirado. El método de la presente invención forma envases para bebidas de origen biológico que comprenden los polímeros de PET de origen biológico de las realizaciones anteriormente descritas. Para ser adecuados para ciertas aplicaciones, los envases tienen una cierta viscosidad intrínseca para resistir a los movimientos, almacenamiento en estantería y otros requisitos. En una realización más particular de la presente invención, el recipiente de origen biológico tiene una viscosidad intrínseca desde aproximadamente 0,45 dl/g hasta aproximadamente 1,0 dl/g.
Se conoce en la técnica que el carbono-14 (C-14), que tiene una semivida de aproximadamente 5.700 años, se encuentra en los materiales de origen biológico, pero no en los combustibles fósiles. Por lo tanto, "materiales de origen biológico" se refiere a materiales orgánicos en los que el carbono procede de fuentes biológicas no fósiles. Los ejemplos de materiales de origen biológico incluyen, pero no se limitan a, azúcares, almidones, granos, fibras naturales, cañas de azúcar, remolachas, cítricos, plantas leñosas, celulósicos, lignocelulósicos, hemicelulosas, patatas, aceites vegetales, otros polisacáridos, tales como pectina, quitina, levano y pululano, y una combinación de los mismos. Según una realización particular, el al menos un material de origen biológico se selecciona de maíz, caña de azúcar, remolacha, patata, almidón, cítrico, planta leñosa, lignina celulósica, aceite vegetal, fibra natural, materia prima de madera aceitosa, y una combinación de los mismos.
Como se ha explicado previamente, la detección de C-14 es indicativa de un material de origen biológico. Los niveles de C-14 se pueden determinar midiendo su proceso de descomposición (desintegraciones por minuto por gramo de carbono o dpm/gC) mediante recuento de centelleo líquido. En una realización de la presente invención, el polímero de PET de origen biológico comprende al menos aproximadamente 0,1 dpm/gC (disgregaciones por minuto por gramo de carbono) de C-14.
La invención se ilustra adicionalmente por el siguiente ejemplo.
Ejemplo I
Se midieron las siguientes muestras, en un modo de prueba ciega, para determinar la presencia de C-14 contenido por recuento de centelleo líquido. Los niveles detectados se normalizaron a los datos existentes disponibles en la Universidad de Georgia que correlacionan el nivel de C-14 con el porcentaje de origen biológico. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000004_0002
Como se muestra en la Tabla 1, las muestras totalmente derivadas de petróleo (muestras 2, 3 y 4) contienen una cantidad despreciable de C-14, que indica que aproximadamente el cero por ciento de la muestra se hace de materiales de origen biológico. A diferencia, las muestras que contienen materiales que se sabe que derivan parcial o totalmente de un material de origen biológico (maíz o azúcar) muestran un nivel mucho mayor de C-14. Basado en los datos, aproximadamente 0,14 dpm/gC corresponde a aproximadamente el uno por ciento de material de origen biológico en la muestra.
Método de preparación de polímero de poli(tereftalato de etileno)
El método de la presente invención comprende:
a. obtener un componente de diol que comprende etilenglicol, en donde al menos el 10 por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico;
b. obtener un componente de tereftalato que comprende ácido tereftálico, en donde el componente de tereftalato deriva de petróleo;
c. hacer reaccionar el componente de diol y el componente de tereftalato para formar un polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico, en donde el polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico comprende desde aproximadamente el 25 hasta aproximadamente el 75 por ciento en peso del componente de tereftalato y desde aproximadamente el 20 hasta aproximadamente el 50 por ciento en peso del componente de diol; y
d preparar un producto de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico del polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico;
en donde el producto de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico es un envase de bebidas.
Con referencia a la Fig. 1, el método de la presente invención engloba un proceso de producción de un polímero de PET de origen biológico 16 que comprende obtener un componente de diol 12 que comprende etilenglicol 12a [etapa 20], obtener un componente de tereftalato 14 que comprende ácido tereftálico [etapa 22], en donde al menos el 10 por ciento en peso del componente de diol (12) deriva de al menos un material de origen biológico 10, hacer reaccionar el componente de diol 12 y el componente de tereftalato 14 para formar un polímero de PET de origen biológico 16 [etapa 24], en donde el polímero de PET de origen biológico 16 comprende desde el 25 hasta el 75 por ciento en peso del componente de tereftalato 14 y desde el 20 hasta el 50 por ciento en peso del componente de diol 12. En una realización más particular, como se ilustra en la Reacción I, la etapa 24 comprende además hacer reaccionar el componente de diol 12 y el componente de tereftalato 14 mediante una reacción de esterificación para formar el monómero de PET de origen biológico 16a, que entonces se somete a polimerización para formar el polímero de PET de origen biológico 16.
Figure imgf000004_0001
Al menos el diez por ciento en peso del componente de diol 12 deriva de al menos un material de origen biológico 10.
En todavía una realización más particular, al menos el 30 por ciento en peso del componente de diol 12 deriva de al menos un material de origen biológico 10.
El componente de diol 12 puede derivar parcial o totalmente de al menos un material de origen biológico usando cualquier proceso. En una realización, la etapa 20 comprende obtener un azúcar o derivados de la misma de al menos un material de origen biológico y fermentar el azúcar o derivados de la misma en etanol. En otra realización, la etapa 20 comprende la gasificación de al menos un material de origen biológico 10 para producir sintegás, que se convierte en etanol. En una realización más particular, como se ilustra por la Reacción II, la etapa 20 comprende además deshidratar etanol en etileno, oxidar el etileno en óxido de etileno y convertir el óxido de etileno en etilenglicol.
Figure imgf000005_0001
En otra realización, la etapa 20 comprende obtener un azúcar o derivados de la misma a partir de al menos un material de origen biológico y convertir el azúcar o derivados de la misma en una mezcla que comprende etilenglicol y al menos un glicol que excluye el etilenglicol. La etapa 20 comprende además aislar el etilenglicol de la mezcla. La mezcla se puede hacer reaccionar repetidamente para obtener mayores rendimientos de etilenglicol. En una realización más particular, el al menos un glicol se selecciona de butanodioles, propanodioles y gliceroles.
En una realización, al menos el 70 por ciento en peso del componente de diol 12 deriva de al menos un material de origen biológico 10. Según una realización particular, el material de origen biológico se selecciona de maíz, caña de azúcar, remolacha, patata, almidón, cítrico, planta leñosa, lignina celulósica, aceite vegetal, fibra natural, materia prima de madera aceitosa, y una combinación de los mismos.
El método de la invención comprende además preparar un producto de PET de origen biológico 18 a partir del polímero de PET de origen biológico 16. El producto de PET de origen biológico 18 es un envase para bebidas. El producto de PET de origen biológico 18 se puede recircular o reutilizar mediante sistemas de reciclaje [etapa 26] diseñados para productos de PET derivados del petróleo.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un método de producción de un producto de polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico que comprende:
a. obtener un componente de diol que comprende etilenglicol, en donde al menos el 10 por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico;
b. obtener un componente de tereftalato que comprende ácido tereftálico, en donde el componente de tereftalato deriva de petróleo;
c. hace reaccionar el componente de diol y el componente de tereftalato para formar un polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico, en donde el polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico comprende desde el 25 hasta el 75 por ciento en peso del componente de tereftalato y desde el 20 hasta el 50 por ciento en peso del componente de diol; y
d. preparar un producto de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico del polímero de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico;
en donde el producto de poli(tereftalato de etileno) de origen biológico es un envase para bebidas.
2. El método de la reivindicación 1, en donde el al menos un material de origen biológico se selecciona de maíz, caña de azúcar, remolacha, patata, almidón, cítrico, planta leñosa, lignina celulósica, materia prima de madera aceitosa y una combinación de los mismos.
3. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la etapa (a) comprende, además
i. obtener azúcar o derivados de la misma de al menos un material de origen biológico;
ii. fermentar el azúcar o derivados de la misma en etanol;
iii. deshidratar el etanol en etileno;
iv. oxidar el etileno en óxido de etileno; y
v. convertir el óxido de etileno en etilenglicol.
4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la etapa (a) comprende, además
i. obtener azúcar o derivados de la misma de al menos un material de origen biológico;
ii. hacer reaccionar el azúcar o derivados para formar una mezcla que comprende etilenglicol y al menos un glicol que excluye al etilenglicol; y
iii. separar el etilenglicol de la mezcla.
5. El método de la reivindicación 1, en donde al menos el 30 por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico.
6. El método de la reivindicación 1, en donde al menos el 70 por ciento en peso del componente de diol deriva de al menos un material de origen biológico.
7. El método de la reivindicación 1, que comprende además reciclar el producto de PET de origen biológico mediante sistemas de reciclaje diseñados para productos de PET derivados del petróleo.
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