WO2017207828A1 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables - Google Patents

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    • C08G2230/00—Compositions for preparing biodegradable polymers

Definitions

  • Process for obtaining biodegradable polymers The present specification refers, as its title indicates, to a process for obtaining biodegradable polymers, comprising an esterification and / or transesterification and amidation reaction step, a prepolycondensation step, a step of polycondensation, an extraction stage and a drying stage, thus eliminating the use of chain extenders, which are commonly used when producing these polymers.
  • the invention pertains to the field of processes for obtaining biodegradable polymers based on aliphatic or aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds such as biodegradable polyestereteramide.
  • the most typical chain extenders are diisocyanates. Isocyanates are highly toxic due to the high reactivity of the isocyanate group. The most toxic isocyanates are those with high vapor pressures that, due to their volatility, can be inhaled through the respiratory tract, as in the case of methyl isocyanate, the main agent of the Bhopal disaster in a pesticide factory in India.
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • a type of chain extender the use of an appropriate gas mask is essential. In contact with the skin can cause irritation and by inhalation can lead to respiratory problems and even allergy. It is necessary the use full protective suit, glasses, gloves and / or masks, which must be disposed of properly.
  • the production process object of the present invention comprises several sequential stages: an esterification and / or transesterification and amidation reaction stage, a prepolicondensation stage, a polycondensation stage up to low, medium or high viscosity, an extraction step and a drying step, eliminating this forms the use of chain extenders.
  • Another additional advantage is the fact that the polymer is obtained with an improved color compared to the polymer from other processes where chain extenders are not used.
  • improved color that the usual orange hue in the polymer from processes where chain extenders are not used decreases or even disappears.
  • the final polymer obtained with our invention of a beige or almost white color, more commercially appreciated by the market.
  • Another important advantage of eliminating the use of chain extenders is that the risks of toxicity and contamination are eliminated both for the personnel of the productive plant and for the environment, with the additional effect of avoiding the use of annoying protective equipment by said personnel. .
  • Another notable advantage lies in the use of polymers obtained in food contact applications, since it allows to obtain much safer products, since the chain extenders have limitations in applications with food contact due to their toxicity.
  • biodegradable polymers object of the present invention belonging to the class of those based on aliphatic or aliphatic and aromatic dicarboxylic acids and aliphatic dihydroxy compounds, comprises, as can be seen in the attached plan, several sequential stages:
  • the first step of the esterification and / or transesterification and amidation reaction (1) comprises in turn a first step (6) in which the raw materials described (7) and other additives (8) are mixed in a packing tank, and a second continuous feeding step to the reactor (9) with the previously mixed raw materials, and optionally catalyst and other additives (10), to an esterification and / or transesterification and amidation reactor, obtaining oligomer (11), understood as oligomer the reacted raw materials, and as other additives, additives such as stabilizers, antioxidants, color correctors, branching agents, other monomers.
  • the second stage of prepolicondensation (2) comprises the continuous feed with the already reacted raw materials or oligomer, and optionally more catalyst and other additives (10), to a prepolicondensation reactor, obtaining prepolymer (12).
  • the third stage of polycondensation (3) comprises a first step (13) of continuous feed with prepolymer to a polycondensation reactor, obtaining a polymer with intrinsic viscosities in the range 0.65 to 2.2 dl / g (60 to 320 cm 3 / g according to DIN 53728) and a second step (14) in which this molten polymer is cooled and cut, becoming polymer chips (15).
  • the fourth extraction stage (4) comprises the washing of the polymer chips (15) previously obtained by water (16), which is preferably at a temperature comprised between 40 e C and 98 e C, for a time preferably comprised between 2 and 24 h.
  • This extraction stage can be of two types: continuous type or discontinuous type.
  • a continuous entrance and exit of polymer (15) and water (16) is made, while in the step of extraction of discontinuous type the polymer (15) and the water (16) are loaded in a container, keeping them in contact for a while and then the water is completely renewed (16), repeating the cycle several times.
  • the fifth drying step (5) comprises drying the polymer from the extraction stage until it reaches humidity levels of less than 500 ppm and tetrahydrofuran (THF) levels of less than 80 ppm.
  • THF tetrahydrofuran
  • Esterification reactor 240 is heated and C, are added through the paster 98 kg of 1 -4 butanediol (BDO) + 62.5 kg of terephthalic acid (PTA) and 66.8 kg of adipic acid (ADA), they are allowed to react for 4 hours, while water is released through the distillation column. When the column head temperature begins to decrease the reaction is over. Part of the product is discharged until approximately 100 kg remain inside the esterification reactor.
  • BDO butanediol
  • PTA terephthalic acid
  • ADA adipic acid
  • the raw materials continuously enter and about 72 kg / h of product (monomer or oligomer) and water and other volatiles leave the head of the column.
  • the product obtained goes continuously, at the same time as 24 g / h of TNBT, to a prepolicondensation reactor that works at 240 e C and 60 mbar, and prepolymer is obtained continuously, which enters the polycondensation reactor, which works at 240 e C and 1 -2 mbar. It is maintained for a residence time of 3 hours and a polymer with the following characteristics is obtained:
  • the product obtained goes continuously, at the same time as 24 g / h of TNBT, to a prepolicondensation reactor that works at 240 e C and 60 mbar, and prepolymer is obtained continuously, which enters the polycondensation reactor, which works at 240 e C and 1 -2 mbar. It is maintained for a residence time of 2 hours and a polymer with the following characteristics is obtained:
  • the obtained product enters continuously, at the same time 33 g / h of TNBT, into a prepolicondensation reactor that works at 240 e C and 60 mbar, and prepolymer is obtained continuously, which enters the polycondensation reactor, which works at 240 e C and 1 -2 mbar. It is maintained for a residence time of 4.5 hours and a polymer with the following characteristics is obtained:
  • UNE-EN 13432 is considered biodegradability to the decomposition of an organic chemical compound by microorganisms in the presence of oxygen to give carbon dioxide, water mineral salts of any other element present (mineralization) and new biomass; or in the absence of oxygen to give carbon dioxide, methane, mineral salts and new biomass.
  • the UNE-EN 13432 standard refers to containers and packaging that can be valorized by composting and biodegradation.
  • a container or packaging, or packaging or packaging material or packaging component to be considered organically biodegradable according to UNE-EN 13432, it must have reached at least 90% of total biodegradation or 90% of the maximum biodegradation of a suitable reference substance (which is usually microcrystalline cellulose powder)
  • UNE-EN 13432 only those biodegradation laboratory tests that provide unambiguous information on the ultimate biodegradability should be used. and inherent in a packaging material or packaging or its significant organic components.
  • Example 1 The polymer obtained in Example 1 and in Example 3 is subjected to the aerobic biodegradation test according to ISO 14855: 1999.
  • PEEA obtained in Examples 1 and 3 are ground to powder of particle size less than 200 ⁇ and each is mixed with 480 g of compost. They are incubated at 58 e C for 180 days. It is prepared in the same way as a reference microcrystalline cellulose from Sigma-Aldrich (REF: 310697-500G)

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Abstract

Proceso de obtención de polímeros biodegradables que comprende una etapa de reacción de esterificación y/o transesterificación y/o amidación, una etapa de prepolicondensación, una etapa de policondensación, una etapa de extracción y una etapa de secado, eliminando de esta forma el uso de chain extenders. La invención que se presenta aporta la principal ventaja de que el polímero así obtenido puede alcanzarse en todo el rango de viscosidades deseado y con un color mejorado frente al polímero procedente de otros procesos donde se utilizan chain extenders, todo ello con un proceso más eficiente, más ecológicamente más limpio y más seguro para los operarios.

Description

DESCRIPCION
Proceso de obtención de polímeros biodegradables La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un proceso de obtención de polímeros biodegradables, que comprende una etapa de reacción de esterificación y/o transesterificación y amidación, una etapa de prepolicondensación, una etapa de policondensación, una etapa de extracción y una etapa de secado, eliminando de esta forma el uso de chain extenders, que comúnmente se usan cuando se producen estos polímeros.
Campo de la invención
La invención pertenece al campo de los procesos de obtención de polímeros biodegradables basados en ácidos dicarboxílicos alifáticos o alifáticos y aromáticos y compuestos dihidroxi alifáticos tales como la poliestereteramida biodegradable.
Antecedentes de la invención
Son numerosos y bien conocidos los procesos de obtención de polímeros biodegradables. Dichos procesos adolecen del problema de la utilización, en una o varias de sus etapas, de compuestos extensores de cadena, o chain extenders. Estos chain extenders presentan una multitud de problemas e inconvenientes ya que son generalmente compuestos químicos no amigables medioambientalmente, con los que hay que tener muchas precauciones para una manipulación segura. Estos compuestos también tienen limitaciones en aplicaciones con contacto con alimentos debido a su nivel de toxicidad.
Los chain extenders más típicos son diisocianatos. Los isocianatos son altamente tóxicos debido a la alta reactividad del grupo isocianato. Los isocianatos más tóxicos son aquellos con altas presiones de vapor que debido a su volatilidad pueden ser inhalados por vías respiratorias, como es el caso del isocianato de metilo, agente principal del desastre de Bhopal en una fábrica de pesticidas en la India.
En el caso del HDI (hexametilen diisocianato), un tipo de chain extender, es indispensable el uso de una mascarilla adecuada de gases. En contacto con la piel puede provocar irritación y por inhalación puede dar lugar a problemas respiratorios e incluso alergia. Es necesario el uso traje de protección completa, gafas, guantes y/o caretas, que deben ser desechados apropiadamente.
Otros chain extenders comunes, como los copolímeros acrílicos de glicidilo (por ejemplo el Joncryl ADR 4300, 4368 o 4380) en su ficha de seguridad exponen peligros como tóxico, cancerígeno y puede perjudicar la fertilidad.
Por otra parte, son conocidos en el mercado procesos productivos que incorporan un proceso de extracción mediante el lavado con agua, lo cual es una práctica común en algunas poliamidas, del tipo PA6, tal y como podemos encontrar en las Patentes KR920000314 "Uanufacturing process of full aromatic polyamide fibex", JP2004204027 "Continuous production process of polyamide", ES253765 "Procesos de purificación y secado de hidrogeles de polímeros" ó ES2263492 "Procedimiento para producir fibra de poliamida meta-aromática" , pero estos procesos productivos nunca se han utilizado para producir polímeros biodegradables.
El nuevo proceso aquí descrito incorpora una etapa de extracción mediante el lavado con agua para la obtención de polímeros biodegradables. Hasta donde sabemos no se ha descrito previamente esta opción de extracción, que aporta ventajas evidentes frente a procesos ya descritos y utilizados.
Descripción de la invención
Para solventar la problemática existente en la actualidad por el uso de chain extenders en la producción de polímeros biodegradables, se ha ideado el proceso de obtención objeto de la presente invención. El proceso comprende varias etapas secuenciales: una etapa de reacción de esterificación y/o transesterificación y amidación, una etapa de prepolicondensación, una etapa de policondensación hasta baja, media o alta viscosidad, una etapa de extracción y una etapa de secado, eliminando de esta forma el uso de chain extenders.
Toda la información referida a ejemplos o modos de realización, incluidas las tablas e ilustraciones, forma parte de la descripción de la invención. En particular, el detalle de cada fase se referencia en la realización preferente de la invención. Ventajas de la invención
Este proceso de obtención de polímeros biodegradables, de los basados en ácidos dicarboxílicos alifáticos o alifáticos y aromáticos y compuestos dihidroxi alifáticos, que se presenta, aporta múltiples ventajas sobre los procesos conocidos y utilizados en la actualidad. La principal es que el polímero así obtenido puede alcanzarse en todo el rango de viscosidades deseado sin necesidad de añadir chain extenders,
Otra ventaja adicional la constituye el hecho de que el polímero se obtiene con un color mejorado frente al polímero procedente de otros procesos donde no se utilizan chain extenders. Definimos color mejorado el que la tonalidad naranja habitual en el polímero procedente de procesos donde no se utilizan chain extenders disminuye o incluso desaparece. El polímero final obtenido con nuestra invención de un color beige o casi blanco, más apreciado comercialmente por el mercado.
Otra importante ventaja de eliminar la utilización de chain extenders es que se eliminan los riesgos de toxicidad y contaminación tanto para el personal de la planta productiva como para el medio ambiente, con el efecto adicional de evitar el uso del molesto equipo de protección por dicho personal.
Es importante asimismo destacar la ventaja adicional desde el punto de vista del rendimiento económico del proceso productivo que implica que, al no usar chain extenders se ahorra el uso de un reactivo que se dosifica habitualmente en un 0,5-2% en peso respecto al producto final, con el consiguiente ahorro económico.
Otra ventaja destacable estriba en la utilización de los polímeros obtenidos en aplicaciones con contacto con alimentos, ya que permite obtener productos mucho más seguros, ya que los chain extenders tienen limitaciones en aplicaciones con contacto con alimentos debido a su toxicidad.
Por último, aunque no menos importante, resaltar que la utilización de este proceso permite disminuir tanto el coste de montaje de la planta, como su consumo energético durante el proceso productivo, ya que en los procesos convencionales que añaden los chain extenders en continuo se requieren mezcladores dinámicos o extrusores, cuyo consumo energético es muy elevado, aproximadamente un 10-20% el consumo de la planta de polimerización. Instalar estos sistemas para añadir chain extenders en continuo en una planta industrial da lugar a una instalación más compleja de diseñar y operar donde hay que duplicar equipos complejos y sofisticados y colocar más sistemas de control y de medida. La implantación de un sistema de extracción con agua a temperatura moderada y posterior secado es, en términos de diseño y operación, mucho más sencillo y energéticamente mucho más eficiente que el uso convencional de chain extenders para subir la viscosidad.
Descripción de las figuras
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el diagrama anexo se ha representado una realización práctica preferencial del proceso de obtención de poliestereteramida biodegradable. En la figura -1 - se muestra dicho diagrama de bloques simplificado del proceso.
Realización preferente de la invención
El proceso de obtención de polímeros biodegradables objeto de la presente invención, pertenecientes a la clase de los basados en ácidos dicarboxilicos alifáticos o alifáticos y aromáticos y compuestos dihidroxi alifáticos, comprende, como puede comprobarse en el plano anexo, varias etapas secuenciales:
· una primera etapa de reacción de esterificacion y/o transesterificacion y amidación (1 ),
• una segunda etapa de prepolicondensación (2),
• una tercera etapa de policondensación (3),
• una cuarta etapa de extracción (4) y
· una quinta etapa de secado (5).
La primera etapa de reacción de esterificacion y/o transesterificacion y amidación (1 ) comprende a su vez un primer paso (6) en el que las materias primas descritas (7) y otros aditivos (8) se mezclan en un tanque empastador, y un segundo paso de alimentación continua al reactor (9) con las materias primas ya mezcladas previamente, y opcionalmente catalizador y otros aditivos (10), a un reactor de esterificacion y/o transesterificacion y amidación, obteniéndose oligómero (1 1 ), entendiéndose como oligómero las materias primas ya reaccionadas, y como otros aditivos, aditivos tales como estabilizantes, antioxidantes, correctores de color, agentes ramificadores, otros monómeros. La segunda etapa de prepolicondensación (2), comprende la alimentación continua con las materias primas ya reaccionadas u oligómero, y opcionalmente más catalizador y otros aditivos (10), a un reactor de prepolicondensación, obteniéndose prepolímero (12). La tercera etapa de policondensación (3) comprende un primer paso (13) de alimentación continua con prepolímero a un reactor de policondensación, obteniendo un polímero con viscosidades intrínsecas en el rango 0,65 a 2,2 dl/g (60 a 320 cm3/g según DIN 53728) y un segundo paso (14) en el que este polímero fundido se enfría y corta, convirtiéndose en chips de polímero (15).
La cuarta etapa de extracción (4) comprende el lavado de los chips de polímero (15) anteriormente obtenidos mediante agua (16), que se encuentra preferentemente a una temperatura comprendida entre 40eC y 98eC, durante un tiempo preferentemente comprendido entre 2 y 24 h.
La persona experta en la técnica entenderá que el rango entre 2 y 24 horas incluye 4 , 6 , 8 , 10 , 12 , 14 , 16 , 18, 20 y 22 horas, así como que el rango entre 40 ° C y 98 ° C incluye 50 ° C , 60 ° C , 70 ° C, 80 ° y 90 e C . Esta etapa de extracción puede ser de dos tipos: de tipo continuo o de tipo discontinuo. En la etapa de extracción de tipo continuo se realiza una entrada y salida continua de polímero (15) y agua (16), mientras que en la etapa de extracción de tipo discontinuo se carga el polímero (15) y el agua (16) en un recipiente, manteniéndolos en contacto durante un tiempo y seguidamente se renueva completamente el agua (16), repitiendo el ciclo varias veces.
La quinta etapa de secado (5) comprende el secado del polímero procedente de la etapa de extracción hasta alcanzar niveles de humedad menores de 500 ppm y niveles de tetrahidrofurano (THF) menores a 80 ppm. La persona experta en la técnica comprenderá fácilmente que puede combinar características de diferentes realizaciones con características de otras posibles realizaciones siempre que esa combinación sea técnicamente posible.
A continuación, se aportan una serie de ejemplos obtenidos experimentalmente durante las pruebas del proceso. Para la realización experimental de estos ejemplos se ha utilizado una instalación con cuatro tanques conectados en cascada, el primero es el tanque mezclador-empastador, con agitación. Los tres siguientes son los tres reactores (esterificacion, prepolicondensación y policondensación) que son tanques con agitación, encamisados, capaces de resistir presión 5 bar y vacío, con sistema de extracción y condensación de volátiles.
Arranque de la planta.
Se calienta el reactor de esterificacion a 240eC, se añaden a través del empastador 98 kg de 1 -4 butanodiol (BDO) + 62,5 kg de ácido tereftálico (PTA) y 66,8 kg de ácido adípico (ADA), se dejan reaccionar durante 4 horas, mientras se libera agua a través de la columna de destilación. Cuando la temperatura de cabeza de columna empieza a disminuir la reacción ha terminado. Se descarga parte del producto hasta que quedan aproximadamente 100 kg en el interior del reactor de esterificacion. Se ha preparado la "masa madre" donde a partir de ahora se añadirán en continuo las materias primas y aditivos.
Ejemplo 1
Se añaden al empastador 62,5 kg de PTA, 66,8 kg de ADA, 96 kg de BDO, 6 kg de polietertriamina y 1 kg de sal de sodio del ácido sulfoisoftálico (SSIPA). Se mezclan durante 1 hora y se dosifica continuadamente 93 kg/h de la mezcla al reactor esterificador, donde hay 100 kg de la masa madre preparada previamente y se encuentra a 240eC y 400 mbar. Ya en el esterificador se añade un caudal de catalizador de 72 g/h de tetrabutil titanato (TNBT) por la parte superior y un caudal de 1 15g/h de trietilfosfato (TEP) por la parte lateral.
Continuamente entran las materias primas y salen unos 72 kg/h de producto (monómero o oligómero) y agua y otros volátiles por la cabeza de la columna. El producto obtenido entra continuamente, a la vez que 24 g/h de TNBT, a un reactor de prepolicondensación que trabaja a 240eC y 60 mbar, y se obtiene prepolímero continuamente, que entra al reactor de policondensación, que trabaja a 240eC y 1 -2 mbar. Se mantiene durante un tiempo de residencia de 3 horas y se obtiene un polímero con las siguientes características:
- Viscosidad intrínseca 1 ,19 dl/g.
- Melt Volume Rate (MVR) (190eC/2,16 kg) de 20,58 cc/10min. - Color CIELAB: L*a*b* de 76,6/8,4/18,9.
Ejemplo 2
Se añaden al empastador 65 kg de PTA, 63 kg de ADA, 96 kg de BDO, 3 kg de polietertriamina y 1 ,5 kg SSIPA. Se mezclan durante 1 hora y se dosifica continuadamente 93 kg/h de la mezcla al reactor esterificador, donde hay 100 kg de la masa madre preparada previamente y se encuentra a 240eC y 400 mbar. Ya en el esterificador se añade un caudal de 72 g/h de TNBT. Continuamente entran las materias primas y salen unos 70 kg/h de producto (monomero o oligómero) y agua y otros volátiles por la cabeza de la columna.
El producto obtenido entra continuamente, a la vez que 24 g/h de TNBT, a un reactor de prepolicondensación que trabaja a 240eC y 60 mbar, y se obtiene prepolímero continuamente, que entra al reactor de policondensacion, que trabaja a 240eC y 1 -2 mbar. Se mantiene durante un tiempo de residencia de 2 horas y se obtiene un polímero con las siguientes características:
Viscosidad intrínseca 1 ,15 dl/g.
- Melt Volume Rate (MVR) (190eC/2,16 kg) de 16,10 cc/10min.
- Color CIELAB: L*a*b* de 72,5/19,5/22,8.
Ejemplo 3
Se añaden al empastador 68 kg de PTA, 61 ,8 kg de ADA, 96 kg de BDO, 7,5 kg de polietertriamine y 1 ,5 kg SSIPA. Se mezclan durante 1 hora y se dosifica continuadamente 93 kg/h de la mezcla al reactor esterificador, donde hay 100 kg de la masa madre preparada previamente y se encuentra a 240eC y 400 mbar. Ya en el esterificador se añade un caudal de 82 g/h de TNBT. Continuamente entran las materias primas y salen unos 72 kg/h de producto (monomero o oligómero) y agua y otros volátiles por la cabeza de la columna.
El producto obtenido entra continuamente, a la vez que 33 g/h de TNBT, a un reactor de prepolicondensación que trabaja a 240eC y 60 mbar, y se obtiene prepolímero continuamente, que entra al reactor de policondensacion, que trabaja a 240eC y 1 -2 mbar. Se mantiene durante un tiempo de residencia de 4,5 horas y se obtiene un polímero con las siguientes características:
Viscosidad intrínseca 1 ,47 dl/g.
- Melt Volume Rate (MVR) (190eC/2,16 kg) de 3,94 cc/10min.
- Color CIELAB: L*a*b* de 70,6/12,0/20,5.
Ejemplo 4
Los resultados de los ensayos experimentales de la etapa de extracción, se expresan a continuación en forma de tablas por cada serie de experimentos, tanto en lo relativo a viscosidad como a otros parámetros importantes. En estas tablas, por comodidad se abrevia la poliestereteramida biodegradable como PEEA.
Cuando se produce PEEA de alta viscosidad en reacción, por lo general el color del polímero es de tonalidad naranja. Son comunes valores de color CIELAB L*a*b* en el rango: (63-84), (5-20), (14-27), en especial valores de a* superiores a 5 dan tonalidad naranja al polímero.
Tabla 1 - Estudio cambio de color PEEA. Serie 1.
MVR Viscosidad
Humedad
L* a* b* (cc/10 Intrínseca
(ppm)
min) (dl/g)
PEEA, ejemplo 1 76,57 8,44 18,94 20,58 884 1 ,19
PEEA, ejemplo 1. Etapa de extracción
discontinua + secado final.
500 g PEEA en un recipiente + 1 I agua
81 ,52 0,13 15,2 2.1 13,12 1 155 0,52 a T 100gC. A las 2 horas se renueva el
agua y así 4 veces.
TOTAL 8 horas. Secado a 65gC, 15h
PEEA, ejemplo 1.
Sólo secado a vacío, con N2 a 902C.
77,34 6,97 17,71 20,56 734 1 ,18
Se pone en estufa de vacío, purgando
con N2 a 90gC, 15 h Con una extracción a 100eC durante 8 horas se reduce casi a cero el valor de a*, pero la viscosidad ha caído a casi la tercera parte. Solo con un secado a 90eC en nitrógeno, no se afecta a la viscosidad pero apenas se reduce el valor de a*.
Tabla 2 - Tests extracción PEEA. Serie 2.
Figure imgf000010_0001
En la serie 2, se toman 500 g de PEEA del ejemplo 1 , se pone en contacto con 1 litro de agua y se aplican 50eC el tiempo indicado y con la renovación indicada. Finalmente se secan los chips a 65eC durante 15 horas. Se observa que con una extracción a 50eC se reduce levemente el valor de a* y la fluidez (MVR) sólo ha aumentado ligeramente.
Tabla 3 - Tests extracción PEEA. Serie 3. MVR Viscosidad
Humedad
L* a* b* (cc/10 Intrínseca
(ppm)
min) (di/g)
PEEA, ejemplo 1 76,57 8,44 18,94 20,58 884 1 ,16
PEEA, ejemplo 1. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas 78,61 4,47 16,56 20,19 654 1 ,11 se renueva el agua. TOTAL 2 h.
PEEA, ejemplo 1. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas
79,64 3,85 16,45 20,46 797 1 ,1 1 se renueva el agua y así 1 vez más
TOTAL 4 horas.
PEEA, ejemplo 1. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas
7914 2,79 16,58 23,62 704 1 ,12 se renueva el agua y así 2 veces más
TOTAL 6 horas.
PEEA, ejemplo 1. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas
80,5 2,0 16,39 26,95 839 1 ,08 se renueva el agua y así 3 veces más
TOTAL 8 horas.
En la serie 3, se toman 500 g de PEEA del ejemplo 1 , se pone en contacto con 1 litro de agua y se aplican 70eC el tiempo indicado y con la renovación indicada. Finalmente se 5 secan los chips a 65eC durante 15 horas. Se observa que con una extracción a 70eC se reduce el valor de a*, y la fluidez (MVR) sólo ha aumentado ligeramente.
Tabla 4 - Tests extracción PEEA. Serie 4.
Figure imgf000011_0001
se renueva el agua. T TAL 2 horas.
Figure imgf000012_0001
En la serie 4, se toman 500 g de PEEA del ejemplo 2, se pone en contacto con 1 litro de agua y se aplican 100 ó 50eC el tiempo indicado y con la renovación indicada. Finalmente se 5 secan los chips a 65eC durante 15 horas. Se observa que en este polímero con un valor de a* elevado, con una extracción a 100eC durante 8 horas se reduce significativamente el valor de a* y la viscosidad cae drásticamente. Sin embargo, en este polímero con color a* elevado, con una extracción a 50eC el valor de a* se reduce ligeramente y la fluidez (MVR) se mantiene semejante.
Tabla 5 - Tests extracción PEEA. Serie 5.
MVR Viscosidad
Humedad
L* a* b* (cc/10 Intrínseca
(ppm)
min) (di/g)
PEEA, ejemplo 2. 72,5 19,5 22,8 20,5 614 1 ,15
PEEA, ejemplo 2. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas 75,98 14,18 18,92 20,2 654 1 ,12 se renueva el agua. TOTAL 2 horas. PEEA, ejemplo 2. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas 75,34 13,08 19,45 20,4 797 1 ,11 se renueva el agua y así 1 vez más
TOTAL 4 horas.
PEEA, ejemplo 2. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas 77,07 11 ,23 20,01 23,6 664 1 ,12 se renueva el agua y así 2 veces más.
TOTAL 6 horas.
PEEA, ejemplo 2. Etapa de extracción
discontinua + secado T 70gC. A las 2 horas 78,01 10,56 19,85 26,95 839 1 ,08 se renueva el agua y así 3 veces más.
TOTAL 8 horas.
En la serie 5, se toman 500 g de PEEA del ejemplo 2, se pone en contacto con 1 litro de agua y se aplican 70eC el tiempo indicado y con la renovación indicada. Finalmente se
5 secan los chips a 65eC durante 15 horas. Se observa que en este polímero con color a* elevado, con una extracción a 70eC se reduce considerablemente el valor de a* y la
I viscosidad ha caído sólo ligeramente.
1 o Tabla 6 - Tests extracción PEEA. Serie 6.
Figure imgf000013_0001
En la serie 6, se toman 4 Kg de PEEA del ejemplo 3, se pone en contacto con 8 litros de agua y se aplican 70eC el tiempo indicado y con renovación constante de agua. Finalmente se secan los chips a 65eC durante 15 horas. Se observa que en este polímero con valor de a* moderado, con una extracción a 70eC semicontinua, se reduce considerablemente el valor de a* y la viscosidad ha caído sólo ligeramente.
En estos ensayos experimentales comprobamos como se obtiene un polímero con un color mejorado tras la etapa de extracción (4), entendiendo dicha mejora del color como que la tonalidad naranja habitual que toma el producto en los procesos productivos convencionales disminuye o incluso desaparece, dando lugar a un polímero final con color menos naranja, en tonalidades beige, mucho más apreciado por el mercado. Se ha comprobado en los ensayos experimentales que tras la etapa de extracción (4) a temperaturas moderadas no se produce caída de viscosidad, por lo que este proceso es compatible con cualquier viscosidad deseada. En términos de MVR según la ISO 1 133 a 190eC/2,16 kg, permite obtener un polímero con viscosidad en un rango comprendido entre 3 y 50 cc/10 min.
Asimismo se han realizado pruebas experimentales acerca de la biodegradación de la poliestereteramida obtenida, expresando los resultados en el ejemplo 5. Para ello se han utilizado la definición y métodos de medida de la biodegradación especificados en la norma UNE-EN 13432.
Según la UNE-EN 13432 se considera biodegradabilidad a la descomposición de un compuesto químico orgánico por microorganismos en presencia de oxígeno para dar dióxido de carbono, agua sales minerales de cualquier otro elemento presente (mineralización) y nueva biomasa; o bien en ausencia de oxígeno para dar dióxido de carbono, metano, sales minerales y nueva biomasa.
La norma UNE-EN 13432 se refiere a los envases y embalajes valorizables mediante compostaje y biodegradación. Para que un envase o embalaje, o material de envase o embalaje o componente de envase y embalaje se considere orgánicamente biodegradable según la UNE-EN 13432 debe haber alcanzado en seis meses, al menos, un 90% de biodegradación total o un 90% de la biodegradación máxima de una sustancia de referencia adecuada (que suele ser polvo de celulosa microcristalina)
Según la norma UNE-EN 13432 sólo deben utilizarse aquellos ensayos de laboratorio de biodegradación que proporcionan información inequívoca sobre la biodegradabilidad última e inherente de un material de envase o embalaje o de sus componentes orgánicos significativos.
En el punto 6 la norma UNE-EN 13432 (Requisitos de los envases y embalajes valorizables mediante compostaje y biodegradabilidad) se indica que el ensayo de compostaje aerobio controlado, que se describe en la norma ISO 14855:1999 (Determinación de la biodegradabilidad aerobia en materiales plásticos en condiciones de compostaje controladas), debe ser empleado si no es inapropiado para el tipo y propiedades del material objeto de ensayo.
Ejemplo 5
El polímero obtenido en el ejemplo 1 y en el ejemplo 3 se somete al ensayo de biodegradacion aerobia según la ISO 14855:1999.
80 g de PEEA obtenida en los ejemplos 1 y 3 se trituran a polvo de tamaño de partícula menor de 200 μηι y se mezclan cada uno con 480 g de compost. Se incuban a 58eC durante 180 días. Se prepara de la misma forma como referencia celulosa microcristalina de Sigma- Aldrich (REF: 310697-500G)
Se utilizaron recipientes de 2 litros con el fondo perforado, a través del cual se introduce constantemente aire humidificado. La humedad del compost se mantiene a 50%. De cada muestra se preparan y muestrean 3 réplicas. La concentración de C02 generado por la reacción de los microbios se mide cada día por titulación ácido-base. En la siguiente tabla se presentan los resultados de biodegradacion de la PEEA de los ejemplos 1 y 3 y de la referencia.
% Biodegradabilidad media % Biodegradabilidad media Duración del calculada a partir del C02 calculada a partir de la masa ensayo generado de materia orgánica
Ejemplo 1 99,85 (176 días) 98,89 180 días
Ejemplo 3 99,56 (179 días) 98,62 180 días
Referencia 99,63 (1 1 1 días) 98,8 180 días

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, de los basados en ácidos dicarboxílicos alifáticos o alifáticos y aromáticos y compuestos dihidroxi alifáticos, caracterizado porque comprende
• una primera etapa de reacción de esterificación, y/o transesterificación y amidación (1 ),
• una segunda etapa de prepolicondensación (2),
• una tercera etapa de policondensación (3),
· una cuarta etapa de extracción (4) y
• una quinta etapa de secado (5).
2 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según la reivindicación anterior, caracterizado porque la primera etapa de reacción de esterificación y/o transesterificación y amidación (1 ) comprende un primer paso (6) en el que las materias primas descritas (7) y otros aditivos (8) se mezclan en un tanque empastador, y un segundo paso (9) de alimentación continua al reactor con las materias primas ya mezcladas previamente, y opcionalmente catalizador y otros aditivos (10), a un reactor de esterificación y/o transesterificación y amidación, obteniéndose oligómero (1 1 ),
3 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda etapa de prepolicondensación (2), comprende la alimentación continua con las materias primas ya reaccionadas u oligómero (1 1 ) y opcionalmente más catalizador y otros aditivos (10), a un reactor de prepolicondensación, obteniéndose prepolímero (12).
4 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tercera etapa de policondensación (3) comprende un primer paso (13) de alimentación continua con prepolímero a un reactor de policondensación obteniendo un polímero con viscosidades intrínsecas en el rango 0,65 a 2,2 dl/g (60 a 320 cm3/g según DIN 53728) y un segundo paso (14) en el que este polímero fundido se enfría y corta, convirtiéndose en chips (15).
5 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cuarta etapa de extracción (4) comprende el lavado de los chips de polímero (15) obtenidos mediante agua (16). 6 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el agua (16) utilizada en la cuarta etapa de extracción (4) se encuentra a una temperatura comprendida entre 40eC y 98eC.
5
7 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la duración de la cuarta etapa de extracción (4) está comprendida entre 2 y 24 h.
10 8 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cuarta etapa de extracción (4) es de tipo continuo, con entrada y salida continua de agua (16) y de polímero (15).
9 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las 15 reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cuarta etapa de extracción (4) es de tipo discontinuo, cargando el polímero (15) y el agua (16) en un recipiente, manteniéndolos en contacto durante un tiempo y seguidamente renovando completamente el agua (16) y repitiendo el ciclo varias veces.
20 10 - Proceso de obtención de polímeros biodegradables, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la quinta etapa de secado (5) comprende el secado del polímero (15) procedente de la etapa de extracción hasta alcanzar niveles de humedad menores de 500 ppm y niveles de tetrahidrofurano (THF) menores a 80 ppm.
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