ITMI20061844A1

ITMI20061844A1 - Composizioni biodegradabili a base di amido nanoparticellare

Info

Publication number: ITMI20061844A1
Application number: IT001844A
Authority: IT
Original assignee: Novamont Spa
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-03-28
Also published as: CA2662446A1; BRPI0715276A2; EP2202274A2; BRPI0715276B1; ES2345518T3; AU2007302010A1; PL2074176T3; WO2008037749A3; US8043679B2; CA2662446C; JP2010505018A; US20090311455A1; ATE547476T1; AU2007302010B2; PT2202274E; WO2008037749A2; RU2479607C2; EP2202274A3; ES2382530T3; CN101516997A

Description

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NVM00894_IT

"COMPOSIZIONI BIODEGRADABILI A BASE DI TIMIDO NANOPARTICELLARE"

a nome della ditta NGVAMQNT S.p.A., di nazionalità italiana, con sede in Novara, Vìa G.Fauser, 8

a mezzo mandatario Dr. Enrico Zanolì, residente in<MUano>MI 2006 A 0 0 184 4

c/o Zanoli & Gìavarini S.r.l. Vìa Melchiorre Gioia, É

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a composizioni biodegradabili polifasiche a base di amido in grado di essere trasformate in film flessibili le cui proprietà tensili longitudinali in trazione a 23°C, 50%RH sono

tali da dar luogo ad un fattore K maggiore di 28 e preferibilmente maggiore di 30 e ancora più preferibilmente maggiore di 33, definito come segue:

K = (Carico a rottura) x (Modulo di Young) x (Energìa di rottura) / 1.000.000

con Carico a rottura e Modulo di Young espressi in MPa e Energia a rottura in KJ/m<2>. Tali film non presentano

fenomeni di lacerazione trasversale anche ad umidità relative inferiori a 20% e a 23°C e si rivelano particolarmente adatti per la produzione di sacchì ed involucri di elevatissima tenacità. Tali proprietà sono tanto più notevoli in guanto si riferiscono a film

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ottenuti senza stiro post flimatura.

In particolare la presente invenzione si riferisce a

composizioni biodegradabili polifasiche comprendenti

almeno due fasi:

(a) una fase continua costituita da una matrice di

almeno un polimero idrofobico tenace incompatibile

con l'amido;

(b) una fase dispersa amidacea nanoparticellare con

dimensionale media inferiore a 0,25 pm,

preferibilmente inferiore a 0,2 pm, più

preferibilmente inferiore a 0,15 pm;

caratterizzate da fattore K maggiore dì 28,

preferibilmente maggiore di 30 e ancora più

preferibilmente maggiore di 33.

Un inconveniente dei sacchetti biodegradabili a base

amido attualmente presenti sul mercato è dato dalla

mancanza dì uniformità delle proprietà meccaniche, in

particolare della resistenza alla lacerazione, nelle

direzioni trasversale e longitudinale. I sacchetti per

la spesa (shoppers) da 60 x 60 cm presenti nella

grande distribuzione vengono prevalentemente prodotti in

PE con spessori intorno ai 18-20 pm, mentre i film

biodegradabili a base amido a questi spessori risultano

ancora troppo cedevoli o troppo fragili per resistere a

certi limiti di peso {ad esempio 10 Kg). Questi limiti

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prestazionali sono particolarmente evidenti in condizioni di bassa umidità.

Il problema tecnico menzionato è stato ora risolto con le composizioni biodegradabili a base amido secondo la presente invenzione le quali, mostrando un carico elevato, un modulo superiore a quello di un normale LDPE e una tenacità elevatissima nelle due direzioni, senza alcuna deviazione trasversale, si presentano particolarmente vantaggiose per la produzione di film a basso spessore. Le presenti composizioni biodegradabili consentono infatti di realizzare sacchi con spessori dell'ordine dei 18-20 pm, vale a dire con spessori confrontabili con quelli del polietilene di media densità. E' inoltre possibile produrre anche i sacchetti cosiddetti "loop-handles" con dimensioni di circa 70 x 70 cm e spessori dell'ordine dei 50 pm, come per i sacchi loop-handle in LDPE.

Le presenti composizioni sono biodegradabili secondo la norma EN 13432.

In particolare i materiali in accordo alia presente invenzione comprendono:

(a) per quanto riguarda la matrice idrofobica, almeno un polimero termoplastico tenace incompatibile con l'amido e in fase continua compreso tra 55 e 95%, preferibilmente tra 58 e 90%, più preferibilmente

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tra 60 e 85% e ancora più preferibilmente tra 62 e 80%;

(b) per quanto riguarda la fase dispersa amidacea, almeno un amido destrutturato nanoparticellare in una percentuale tra 5 e 45%, preferìbilmente tra 10 e 42%, più preferibilmente tra 15 e 40% e ancora più preferibilmente tra 20 e 38%.

Per ottenere un materiale con carico a rottura, e tenacità nelle due direzioni trasversale e longitudinale, superiore ai materiali fino ad ora descritti nell'arte nota occorre utilizzare specifici rapporti ponderali delle diverse componenti, nonché applicare un processo in estrusore o qualsiasi altra macchina in grado di assicurare condizioni di temperatura e di shear (deformazione di taglio) tali da permettere la riduzione delle fasi disperse in particelle molto piccole.

L'esperto del ramo, a seconda della macchina a disposizione, sarà in grado dì individuare le condizioni di temperatura e di shear capaci di condurre a tali riduzioni.

In generale i sistemi di estrusione più idonei sono quelli che utilizzano viti laminanti con rapporto tra diametro massimo e minimo della vite inferiore a 1,6, e più preferibilmente inferiore a 1,4.

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Per quanto riguarda la matrice idrofobica vengono qui presi in considerazione poliesteri tenaci, vale a dire caratterizzati da Modulo inferiore a 200 MPa e Allungamento a rottura maggiore di 500%, quali ad esempio poliesteri alifatico aromatici da diacìdo/diolo del tipo descritti nei brevetti EP 559 785 (Eastman),

EP 792 309 (BASF) e PCT/EP2006/002670 (Novamont), Nei limiti riportati vengono qui in considerazione anche i poliesteri alifatici da diacido/diolo del tipo descritto nel brevetto EP 1117738.

Sono in particolare preferiti i poliesteri in cui l'acido alifatico è costituito da acido adipico, azelaico, sebacico, brassilico, succinico o loro miscele.

Per quanto riguarda la fase amidacea vengono qui ricompresi tutti gli amidi nativi quali quelli di patata, mais, tapioca, pisello, etc. particolarmente

vantaggiosi si dimostrano gli amidi quali l'amido di patata in grado di essere facilmente destrutturabili e che abbiano elevati pesi molecolari iniziali.

Per amido destrutturato si richiamano qui agli insegnamenti contenuti nei Brevetti EP-0118240 e EP-0

327 505 intendendosi come tale l'amido lavorato in modo da non presentare sostanzialmente c.d croci di malta al microscopio ottico in luce polarizzata e c.d. ghost al

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microscopio ottico in contrasto di fase

Nelle composizioni secondo 1'invenzione possono essere contenute ulteriori fasi disperse costituite ad esempio

da polimeri rigidi quali in particolare poliidrossialcanoatì, come acido polilattico e acido poliglicolico. Sono particolarmente preferiti polimeri o copolimeri dell'acido polilattico contenenti almeno il 75% di acido L-lattico o D- lattico o loro combinazioni, con peso molecolare maggiore di 70.000 e con un modulo maggiore di 1.500 MPa; Questi polìmeri possono essere anche plastificati.

Nella fase di formazione della struttura polìfasica delle presenti composizioni biodegradabili deve almeno essere presente un plastificante per l'amido per dare proprietà reologiche adeguate per minimizzare la dimensionale della fase amidacea. Tale plastificante può essere semplicemente acqua (anche la sola acqua contenuta nell'amido nativo senza bisogno di ulteriori aggiunte), o plastificanti altobollenti o polimerici. La quantità di plastificante, generalmente è scelta in base alle esigenze reologiche e al sistema di mescolamento.

In ogni caso quantità di plastificanti al di sotto del 10% rispetto ai polimeri (A B), possono essere aggiunti. Oltre all'acqua, plastificanti utilizzabili nelle composizioni secondo l'invenzione sono, ad

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esempio, quelli descritti in WO 92/14782 con il glicerolo come plastificante particolarmente preferito.

Nelle presenti composizioni biodegradabili possono naturalmente essere anche incorporati vari additivi come

antiossidanti, stabilizzanti UV, stabilizzanti termici e all'idrolisi, ritardanti di fiamma, agenti a lento rilascio, filler inorganici ed organici, come ad esempio fibre naturali, agenti antistatici, agenti umettanti, coloranti, lubrificanti oppure compatibilizzanti tra le varie fasi.

La presente invenzione è ora illustrata con riferimento ad alcuni esempi non limitanti della stessa.

Esempi

Tabella 1

Le composizioni riportate nella Tabella 1 sono state alimentate ad un estrusore corotante con L/D = 36 e diametro 60 mm con 9 zone di riscaldamento.

I parametri di estrusione sono i seguenti:

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RPM : 140

Portata: 40 Kg/ora

Profilo termico 60-140-175-180x4-155x2 °C

Rapporto diametro viti {diam. Max / diam. Min} 1,31

1,35

Rapporto tra zone di trasporto e di mescolamento: 2 :1 Degasaggio in zona 8 su 10

Acqua finale del granulo pari a 0,8%

Le composizioni della Tabella 1 sono state filmate su macchina Ghioldi da 40 miri, die gap = 1 mm, portata 20 kg/h, in modo da ottenere film con spessore di 20 μπι.

I film di 20 pm sono stati poi sottoposti a caratterizzazione meccanica secondo la norma ASTM D882 (Trazione a 23° C e 55%; Umidità relativa e Vo = 50 mm/min).

I risultati sono riportati nella Tabella 2 seguente.

Tabella 2

I granuli delle composizioni secondo gli esempi 1 e 2 sono stati fratturati, sottoposti ad etching acido per eliminare le particelle di amido e ne è stata eseguita

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la microfotografia con ingrandimento 4000X al Microscopio Elettronico a scansione (SEM).

Esempio 1

Esempio 2

Le microfotografie mostrano una dimensionale delle nanopaxticelle dì amido con una media numerale inferiore a 0,25 μπι.

Claims

[NVM00894/IT] RIVENDICAZIONI 1. Composizioni biodegradabili polifasìche comprendenti almeno due fasi: (a) una fase continua costituita da una matrice

di almeno un polimero idrofobico tenace incompatibile con l'amido; (b) una fase dispersa amidacea nanoparticellare; caratterizzate da fattore K maggiore di 28, preferibilmente maggiore di 30 e ancora più preferìbilmente maggiore dì 33, ottenute lavorando i materiali in estrusore o altra macchina in grado di assicurare condizioni di temperatura e di shear (deformazione di taglio) tali da permettere la riduzione della fase dispersa amidacea (b) in particelle con dimensionale media inferiore a 0,25 una, più preferibilmente inferiore a 0,2 p® e ancora più preferibilmente inferiore a 0,15 .
2. Composizioni secondo la rivendicazione 1 in cui: (a) la matrice idrofobica comprende almeno un polìmero termoplastico tenace incompatibile con l'amido e in fase continua compreso tra 55 e 95%, preferìbilmente tra 58 e 90%, più preferibilmente tra 60 e 85% e ancora più preferibilmente tra 62 e 80%; (b) la fase dispersa amidacea comprende almeno un [NVM00894/IT] amido destrutturato nanoparticellare in una percentuale tra 5 e 45%, preferibilmente tra 10 e 42%, più preferibilmente tra 15 e 40% e

ancora più preferibilmente tra 20 e 38%.
3. Composizioni secondo la rivendicazione precedente in cui il polimero termoplastico tenace è caratterizzato da Modulo inferiore a 200 MPa e da un Allungamento a rottura maggiore di 500%.
4. Composizioni secondo la rivendicazione precedente in cui il polimero termoplastico tenace è un poliestere alifatico aromatico del tipo diacido/diolo.
5. Composizioni secondo la rivendicazione precedente in cui il poliestere alifatico aromatico del tipo diacido/diolo contiene come acido alifatico un acido scleto fra acido adipico, acido azelaico, acido sebacico, acido brassilico, o loro miscele.
6. Composizioni secondo le rivendicazioni precedenti in cui la fase amidacea è costituita da amido nativo destrutturato.
7. Composizioni secondo la rivendicazione precedente in cui l'amido nativo destrutturato è amido di patata.
8. Composizioni secondo le rivendicazioni precedenti in cui l'ulteriore fase dispersa è costituita da un [NVM0Q894/IT] poliidrossialcanoato
9. Composizioni secondo la rivendicazione precedente in cui il poliidrossialcanoato è un polimero o copolimero dell'acido polilattico contenente almeno

il 751 di acido L-lattico o D- lattico o loro combinazioni, con peso molecolare maggiore di 70*000 e con un modulo maggiore di 1.500 MPa.
10. Composizioni secondo le rivendicazioni precedenti nelle quali, nella fase di formazione della struttura polifasica, è presente almeno un piastif icante per l'amido.
11. Composizioni secondo le rivendicazioni precedenti contenenti plastificanti in quantità inferiore al 10% rispetto alla somma di {a} (b).
12. Composizioni secondo le rivendicazioni precedenti in cui il plastificante è acqua o glicerolo o miscele di entrambi.
13. Composizioni secondo le rivendicazioni precedenti in cui il plastificante è costituito dall'acqua contenuta nell'amido nativo.
14. Film prodotto con a composizioni biodegradabili polifasiche secondo le rivendicazioni precedenti.
15. Sacchi e buste in generale, estrusi e termoformati, laminati con carta, alluminio, plastica e bioplastiche, poliforati. [NVM00894/IT]
16. Sacco da asporto prodotto con film secondo la rivendicazione precedente. Milano, 27 settembre 2006 Il Mandatario Dr.

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