MX2014007618A

MX2014007618A - Metodo para formar una composicion termoplastica que contiene un polimero de almidon plastificado.

Info

Publication number: MX2014007618A
Application number: MX2014007618A
Authority: MX
Inventors: James H Wang; Gregory J Wideman; Jaehong Lee
Original assignee: Kimberly Clark Co
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-09-22
Also published as: US20130157031A1; WO2013093782A1; MX354417B; AU2012356191B2; BR112014015295A8; EP2794215B1; BR112014015295A2; EP2794215A1; AU2012356191A1; EP2794215A4; US9327438B2; CN103998195A

Abstract

Se proporciona un método y sistema para procesar en estado fundido una composición termoplástica que contiene un almidón y un plastificante. La composición se mezcla en estado fundido y se extrude a través de un troquel para formar un producto extrudido, que se enfría después de eso mediante el uso de un sistema multi-etapas de la presente invención que incluye al menos una etapa de enfriamiento con agua y al menos una etapa de enfriamiento con aire. Más particularmente, el producto extrudido se pone en contacto inicialmente con agua por un cierto periodo de tiempo de manera que se enfríe parcialmente y se solidifique en su superficie. Después de la(s) etapa(s) de enfriamiento con agua, el producto extrudido se somete además a al menos una etapa de enfriamiento con aire en la cual una corriente de aire se coloca en contacto con el producto extrudido.

Description

METODO PARA FORMAR UNA COMPOSICION TERMOPLASTICA QUE CONTIENE UN POLIMERO DE ALMIDON PLASTIFICADO ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los almidones termoplásticos , ya sean solos o en combinación con otros polímeros, se usan frecuentemente en la fabricación de artículos para los cuales la degradación biológica o por agua son consideradas importantes. El almidón termoplástico se forma típicamente al plastificar un almidón con un plastificante funcional o una mezcla de plastificantes . Uno de los problemas con los almidones termoplásticos convencionales, sin embargo, es que estos son higroscópicos y tienen la tendencia de absorber cantidades sustanciales de agua, lo que puede causar un problema durante el procesamiento termoplástico y una reducción en la resistencia mecánica, ductilidad y dureza. Para evitar la absorción de agua, los almidones termoplásticos generalmente se enfrían usando un sistema sin agua, que puede ser muy lento y costoso. Como tal, en la actualidad existe la necesidad de un método para procesar almidones termoplásticos más eficiente y menos costoso.

SUMARIO DE LA INVENCION De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se describe un método para formar una composición a base de almidón termoplástico. El método comprende extrudir en estado fundido una composición termoplástica a través de un troquel Ref. 249531 para formar un producto extrudido, en donde la composición termoplástica comprende un polímero de almidón y plastificante . El producto extrudido se somete a al menos una etapa de enfriamiento con agua en la cual el producto extrudido se pone en contacto con agua por un primer periodo de tiempo. Después de eso, el producto extrudido enfriado con agua se somete a al menos una etapa de enfriamiento con aire en la cual el producto extrudido se pone en contacto con aire por un segundo periodo de tiempo. El producto extrudido enfriado con aire tiene un contenido de humedad de aproximadamente 500 a aproximadamente 20,000 partes por millón.

De acuerdo con otra modalidad de la presente invención, se describe un sistema para formar una composición a base de almidón termoplástico . El sistema comprende un suministro de un polímero de almidón y un plastificante , un extrusor y un troquel. El polímero de almidón y el plastificante son capaces de mezclarse en estado fundido dentro del extrusor y a través del troquel para formar un producto extrudido. El sistema comprende además al menos una etapa de enfriamiento con agua localizada aguas abajo del extrusor y el troquel, el cual comprende un baño de agua dentro del que se sumerge el producto extrudido después de salir del troquel. Al menos una etapa de enfriamiento con aire se localiza además aguas abajo de la etapa de enfriamiento con agua que se configura para suministrar una corriente de aire en contacto con el producto extrudido después de salir del baño de agua.

Otras características y aspectos de la presente invención se discuten en más detalle más abajo.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Una descripción completa y realizable de la presente invención, que incluye el mejor modo de la misma, dirigido a un experto en la materia, se expone más particularmente en el resto de la descripción, la cual hace referencia a las figuras adjuntas en las que: La Fig. 1 es una vista lateral parcialmente cortada de un extrusor que puede usarse en una modalidad de la presente invención; La Fig. 2 es una ilustración esquemática de una modalidad de un sistema para enfriar la composición termoplástica que puede emplearse en la presente invención; y La Fig. 3 es una ilustración esquemática de una modalidad de un sistema para formar una película de acuerdo con la presente invención.

El uso repetido de caracteres de referencia en la presente descripción y en los figuras pretende representar características o elementos iguales o análogos de la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Definiciones Como se usa en la presente, el término "biodegradable" se refiere generalmente a un material que se degrada por la acción de microorganismos de origen natural, tales como bacterias, hongos y algas; el calor ambiental; la humedad; u otros factores ambientales. El grado de degradación puede determinarse de acuerdo con el Método de Ensayo 5338.92 de la ASTM .

Se hace referencia ahora en detalle a varias modalidades de la invención, de las cuales uno o más ejemplos se exponen más abajo. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención y no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para aquellos con experiencia en la materia que pueden hacerse varias modificaciones y variaciones en la presente invención sin salirse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una modalidad, pueden usarse en otra modalidad para producir una modalidad adicional. Así, se pretende que la presente invención cubra tales modificaciones y variaciones que estén dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes .

Generalmente hablando, la presente invención se dirige a un método y un sistema para el procesamiento en estado fundido de una composición termoplástica que contiene un almidón y un plastificante . La composición se mezcla en estado fundido y se extrude a través de un troquel para formar un producto extrudido, el cual se enfría después de eso mediante el uso de un sistema multi-etapas que incluye al menos una etapa de enfriamiento con agua y al menos una etapa de enfriamiento con aire. Más particularmente, el producto extrudido se pone en contacto inicialmente con agua por un cierto periodo de tiempo de manera que se enfríe parcialmente y se solidifique en su superficie. Después de la(s) etapa (s) de enfriamiento con agua, el producto extrudido parcialmente enfriado y solidificado se somete además a al menos una etapa de enfriamiento con aire en la cual una corriente de aire se pone en contacto con el producto extrudido. Debido a que está al menos parcialmente solidificado, el producto extrudido puede carecer de pegajosidad y posee suficiente resistencia de modo que puede manejar la corriente de aire sin degradarse físicamente. Durante la etapa de enfriamiento con aire, el agua puede eliminarse rápidamente de la superficie para evitar la absorción de humedad por el polímero de almidón, lo que de cualquier otra forma pudiera conducir a la formación de burbujas de humedad durante la extrusión en estado fundido. Mediante el control selectivo de ciertos parámetros de cada una de las etapas de enfriamiento, los presentes inventores descubrieron que la mezcla almidón/plastificante mezclada en estado fundido no absorbe tanta agua por lo que la capacidad de procesamiento del fundido resultante y las propiedades mecánicas son impactadas negativamente. Por el contrario, como se explica con más detalle más abajo, se ha descubierto inesperadamente que un producto extrudido enfriado de acuerdo con la presente invención en realidad puede tener incluso mejores propiedades mecánicas que un sistema en el cual sólo se usa enfriamiento por aire. Además, la combinación de una etapa de enfriamiento con agua con una etapa de enfriamiento con aire puede mejorar considerablemente la eficiencia del procesamiento y reducir la cantidad total de energía necesaria para enf iar el producto extrudido.

Varias modalidades de la presente invención se describirán ahora en más detalle.

I . Composición termoplástica A. Polímero de almidón El almidón es un polímero natural compuesto de amilosa y amilopectina . La amilosa es prácticamente un polímero lineal que tiene un peso molecular en el intervalo de 100,000-500,000, mientras que la amilopectina es un polímero altamente ramificado que tiene un peso molecular de hasta varios millones. Aunque el almidón se produce en muchas plantas, las fuentes típicas incluyen las semillas de granos de cereales, tales como maíz, maíz ceroso, trigo, sorgo, arroz, y arroz ceroso; tubérculos como la papa; raíces, como tapioca (es decir, mandioca y yuca), camote, y arrurruz ; y la médula de sagú. En términos generales, cualquier almidón natural (no modificado) y/o modificado puede emplearse en la presente invención. Los almidones modificados, por ejemplo, que se emplean frecuentemente se modifican químicamente mediante procesos típicos conocidos en la materia (por ejemplo, esterificación, eterificación, oxidación, hidrólisis ácida, hidrólisis enzimática, etcétera) . Los éteres y/o ésteres de almidón pueden ser particularmente deseables, tales como almidones hidroxialquilo, almidones carboximetilo, etcétera. El grupo hidroxialquilo de los almidones hidroxialquilo pueden contener, por ejemplo, 1 a 10 átomos de carbono, en algunas modalidades de 1 a 6 átomos de carbono, en algunas modalidades de 1 a 4 átomos de carbono, y en algunas modalidades, de 2 a 4 átomos de carbono. Los almidones hidroxialquilos representativos son el almidón hidroxietilo, el almidón hidroxipropilo, el almidón hidroxibutilo, y sus derivados. Los ésteres de almidón, por ejemplo, pueden prepararse mediante uso de una amplia variedad de anhídridos (por ejemplo, acético, propiónico, butírico, etcétera), ácidos orgánicos, cloruros ácidos, u otros reactivos de esterificación . El grado de esterificación puede variar según se desee, tal como de 1 a 3 grupos éster por unidad glucosídica del almidón.

Sin importar si está en una forma nativa o modificada, el almidón puede contener diferentes porcentajes de amilosa y amilopectina, diferentes tamaños de los gránulos de almidón y diferentes pesos poliméricos para la amilosa y la amilopectina. Los almidones altos en amilosa contienen más de aproximadamente 50 % en peso de amilosa y los almidones bajos en amilosa contienen menos de aproximadamente 50 % en peso de amilosa.

Aunque no es necesario, los almidones bajos en amilosa que tienen un contenido de amilosa de aproximadamente 10 % a aproximadamente 40 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15 % a aproximadamente 35 % en peso, son particularmente adecuados para su uso en la presente invención. Ejemplos de tales almidones bajos en amilosa incluyen el almidón de maíz y el almidón de papa, ambos de los cuales tiene un contenido de amilosa de aproximadamente 20 % en peso. Tales almidones bajos en amilosa típicamente tienen un peso molecular promedio en número ( "Mn" ) en el intervalo de aproximadamente 50,000 a aproximadamente 1,000,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 75,000 a aproximadamente 800,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 600,000 gramos por mol, así como un peso molecular promedio ponderado ( "Mw" ) en el intervalo de aproximadamente 5,000,000 a aproximadamente 25,000,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 5,500,000 a aproximadamente 15,000,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 6,000,000 a aproximadamente 12,000,000 gramos por mol. La relación entre el peso molecular promedio ponderado al peso molecular promedio en número ( "Mw/Mn" , es decir, el "índice de polidispersión" , además es relativamente alta. Por ejemplo, el índice de polidispersión puede estar en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 100. Los pesos moleculares promedio ponderado y numérico pueden determinarse por los métodos conocidos por los expertos en la materia.

B . Plastificante Como se indicó anteriormente, un plastificante líquido se emplea además en la composición termoplástica para ayudar a hacer el almidón procesable por fusión. Por ejemplo, normalmente existen almidones en forma de gránulos que tienen un recubrimiento o membrana exterior que encapsula las cadenas de amilosa y atnilopectina más solubles en agua dentro del interior del gránulo. Cuando se calientan, los disolventes polares ( "plastificantes" ) pueden ablandar y penetrar en la membrana exterior y provocar que las cadenas de almidón en el interior absorban agua y se hinchen. Este hinchamiento, en algún momento, provocará que la capa exterior se rompa y resultará en una ruptura irreversible de la estructura del gránulo de almidón. Una vez rota la estructura, las cadenas del polímero de almidón que contienen polímeros de amilosa y amilopectina, los que se comprimen inicialmente dentro de los gránulos, se estirarán y formarán un entrecruzamiento generalmente desordenado de las cadenas poliméricas. Tras la resolidificación, sin embargo, las cadenas pueden reorientarse para formar sólidos cristalinos o amorfos que tienen resistencias variables en dependencia de la orientación de las cadenas del polímero de almidón. Debido a que el almidón (natural o modificado) es capaz así de fundirse y resolidificarse, generalmente se considera un "almidón termoplástico . " Los plastificantes líquidos adecuados pueden incluir, por ejemplo, plastificantes de alcohol polihídrico, tales como azúcares (por ejemplo, glucosa, sacarosa, fructosa, rafinosa, maltodextrosa, galactosa, xilosa, maltosa, lactosa, mañosa, y eritrosa) , alcoholes de azúcar (por ejemplo, eritritol, xilitol, malitol, manitol, glicerol (o glicerina) , y sorbitol) , polioles (por ejemplo, etilenglicol , propilenglicol , dipropilenglicol , butilenglicol , y hexanotriol) , etcétera. Además son adecuados los compuestos orgánicos que forman enlaces de hidrógeno que no tienen grupo hidroxilo, que incluyen urea y derivados de urea; anhídridos de alcoholes de azúcar tales como sorbitán; proteínas animales tales como gelatina; proteínas vegetales tales como proteína de girasol, proteínas de soja, proteínas de semilla de algodón; y mezclas de estos. Otros plastificantes adecuados pueden incluir los esteres de ftalato, dimetil y dietilsuccinato y los esteres relacionados, triacetato de glicerol, monoacetatos y diacetatos de glicerol, mono-, di-, y tripropionatos de glicerol, butanoatos, estearatos, ásteres de ácido láctico, ésteres de ácido cítrico, ésteres de ácido adípico, ésteres de ácido esteárico, ésteres de ácido oleico, y otros ésteres de ácidos. Además, pueden usarse ácidos alifáticos tales como ácido etileno acrílico, ácido etileno maleico, ácido butadieno acrílico, ácido butadieno maleico, ácido propileno acrílico, ácido propileno maleico, y otros ácidos basados en hidrocarburos. Se prefiere un plastificante de bajo peso molecular, tal como menor que aproximadamente 20,000 g/mol, preferentemente menor que aproximadamente 5,000 g/mol y con mayor preferencia menor que aproximadamente 1,000 g/mol.

La cantidad relativa de polímeros de almidón y plastificantes empleados en la composición termoplástica puede variar en dependencia de una variedad de factores, tales como el peso molecular del almidón, el tipo de almidón (por ejemplo, modificado o no modificado) , la afinidad del plastificante con el almidón, etcétera. Típicamente, sin embargo, la relación de peso de los almidones con respecto a los plastificantes es de aproximadamente 1 a aproximadamente 10, en algunas modalidades de aproximadamente 1.5 a aproximadamente 8, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2 a aproximadamente 6. Por ejemplo, los almidones pueden constituir de aproximadamente 5 % en peso a aproximadamente 50 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 40 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15 % en peso a aproximadamente 30 % en peso de la composición, mientras el plastificante puede constituir de aproximadamente 0.5 % en peso a aproximadamente 20 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 1 % en peso a aproximadamente 15 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 % en peso a aproximadamente 10 % en peso de la composición. Debe entenderse que el peso de los almidones referidos en la presente incluye cualquier agua ligada de origen natural en el almidón antes de mezclarlo con otros componentes para formar el almidón termoplástico . Los almidones, por ejemplo, tienen típicamente un contenido de agua ligada de aproximadamente 5 % a 16 % en peso del almidón.

C . Otros componentes opcionales Por supuesto, uno o más componentes adicionales pueden emplearse además en la composición termoplástica para facilitar su uso en varios tipos de sustratos. Se hace referencia más abajo a varios ejemplos de tales componentes opcionales.

. Auxiliar de dispersión Los auxiliares de dispersión pueden emplearse en ciertas modalidades para ayudar a crear una dispersión uniforme del almidón/plastificante y retardar o evitar la separación del almidón termoplástico en las fases constituyentes. Igualmente, los auxiliares de dispersión pueden mejorar además la dispersabilidad del agua del sustrato cuando esto es una característica deseada. Cuando se emplea(n), el(los) auxiliar (es) de dispersión típicamente constituyen de aproximadamente 0.01 % en peso a aproximadamente 10 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 0.1 % en peso a aproximadamente 5 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.5 % en peso a aproximadamente 4 % en peso de la composición termoplástica .

Aunque cualquier auxiliar de dispersión puede emplearse generalmente en la presente invención, los tensioactivos que tienen un equilibrio hidrofílico/lipofílico determinado (HLB, por sus siglas en inglés) pueden mejorar la estabilidad a largo plazo de la composición. El índice HLB es bien conocido en la materia y es una escala que mide el equilibrio entre las tendencias hidrofílica y lipofílica de un compuesto en solución. La escala HLB está en el intervalo de 1 a aproximadamente 50, con los números más bajos que representan tendencias altamente lipofílicas y los números más altos que representan tendencias altamente hidrofílicas . En algunas modalidades de la presente invención, el valor HLB de los tensioactivos es de aproximadamente 1 a aproximadamente 20, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 15 y en algunas modalidades, de aproximadamente 2 a aproximadamente 10. Si se desea, pueden emplearse dos o más tensioactivos que tienen valores de HLB por debajo o por encima del valor deseado, pero que en conjunto tienen un valor promedio de HLB dentro del intervalo deseado.

Una clase de tensioactivos particularmente adecuada para usar en la presente invención es la de los tensioactivos no iónicos, que tienen típicamente una base hidrofóbica (por ejemplo, un grupo alquilo de cadena larga o un grupo arilo alquilado) y una cadena hidrofílica (por ejemplo, una cadena que contiene restos etoxi y/o propoxi) . Por ejemplo, algunos tensioactivos no iónicos adecuados que pueden usarse incluyen, pero sin limitarse a, alquilfenoles etoxilados, alcoholes grasos etoxilados y propoxilados, éteres de polietilenglicol de metil glucosa, éteres de polietilenglicol de sorbitol, copolímeros de bloque de óxido de etileno-óxido de propileno, esteres etoxilados de ácidos grasos (CB-Ci8) , productos de condensación de óxido de etileno con aminas o amidas de cadena larga, productos de condensación de óxido de etileno con alcoholes, ésteres de ácidos grasos, monoglicérido o diglicéridos de alcoholes de cadena larga, y mezclas de estos. En una modalidad particular, el tensioactivo no iónico puede ser un éster de ácido graso, tal como un éster de ácido graso de sacarosa, un éster de ácido graso de glicerol, un éster de ácido graso de propilenglicol , un éster de ácido graso de sorbitán, un éster de ácido graso de pentaeritrita, un éster de ácido graso de sorbitol, etcétera. El ácido graso usado para formar tales ésteres puede ser saturado o insaturado, sustituido o insustituido, y puede contener de 6 a 22 átomos de carbono, en algunas modalidades de 8 a 18 átomos de carbono, y en algunas modalidades, de 12 a 14 átomos de carbono. En una modalidad particular, mono- y di -glicéridos de ácidos grasos pueden emplearse en la presente invención, i i . Polímero biodegradable adicional Hablando de manera general, la mayoría de los polímeros empleados en la composición son polímeros biodegradables. Por ejemplo, de aproximadamente 50 % en peso a aproximadamente 90 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 55 % en peso a aproximadamente 80 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60 % en peso a aproximadamente 75 % en peso de los polímeros empleados en la composición son polímeros biodegradables. En una modalidad, por ejemplo, sustancialmente todos los polímeros biodegradables son polímeros de almidón renovables, tal como se describió anteriormente. Alternativamente, sin embargo, otros tipos de polímeros biodegradables pueden emplearse además para ayudar a mejorar más aún la capacidad de procesar por fusión la composición termoplástica . En tales modalidades, los polímeros biodegradables adicionales pueden constituir de aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 70 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 60 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 30 % en peso a aproximadamente 50 % en peso del contenido de polímero de la composición termoplástica, mientras los polímeros de almidón pueden igualmente constituir de aproximadamente 1 % en peso a aproximadamente 35 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 5 % en peso a aproximadamente 30 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 25 % en peso del contenido de polímero de la composición termoplástica.

Un tipo particularmente adecuado de polímero biodegradable adicional que puede emplearse junto con el polímero de almidón es un poliéster biodegradable. Tales poliésteres biodegradables típicamente tienen una temperatura de transición vitrea baja ("Tg") para reducir la rigidez de la película y mejorar la capacidad de procesamiento de los polímeros. Por ejemplo, la Tg puede ser de aproximadamente 25°C o menor, en algunas modalidades aproximadamente 0°C o menor, y en algunas modalidades, aproximadamente -10°C o menor. Igualmente, el punto de fusión de los poliésteres biodegradables es además relativamente bajo para mejorar la velocidad de biodegradación. Por ejemplo, el punto de fusión es típicamente de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 180°C, en algunas modalidades de aproximadamente 80°C a aproximadamente 160°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100°C a aproximadamente 140 °C. La temperatura de fusión y la temperatura de transición vitrea pueden determinarse mediante el uso de calorimetría de barrido diferencial ("DSC") de acuerdo con AST D-3417 como es bien conocido en la materia. Tales pruebas pueden emplearse usando un calorímetro de barrido diferencial THERMAL ANALYST 2910 (equipado con un accesorio de enfriamiento de nitrógeno líquido) y con un programa informático de análisis THERMAL ANALYST 2200 (versión 8.10), que está disponible de TA Instruments Inc. de New Castle, Delaware .

Los poliésteres biodegradables pueden tener además un peso molecular promedio en número ( "Mn" ) en el intervalo de aproximadamente 40,000 a aproximadamente 120,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 50,000 a aproximadamente 100,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60,000 a aproximadamente 85,000 gramos por mol. Igualmente, los poliésteres pueden tener además un peso molecular promedio ponderado ( "Mw" ) en el intervalo de aproximadamente 70,000 a aproximadamente 240,000 gramos por mol, en algunas modalidades de aproximadamente 80,000 a aproximadamente 190,000 gramos por mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 150,000 gramos por mol. La relación entre el peso molecular promedio ponderado al peso molecular promedio en número ("Mw/Mn"), es decir, el "índice de polidispersión" , además es relativamente bajo. Por ejemplo, el índice de polidispersión típicamente está en el intervalo de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 4.0, en algunas modalidades de aproximadamente 1.2 a aproximadamente 3.0, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1.4 a aproximadamente 2.0. Los pesos moleculares promedio ponderado y numérico pueden determinarse por los métodos conocidos por los expertos en la materia.

Los poliésteres biodegradables pueden además tener una viscosidad aparente de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 Pascal segundos (Pa-s), en algunas modalidades de aproximadamente 200 a aproximadamente 800 Pa-s, y en algunas modalidades, de aproximadamente 300 a aproximadamente 600 Pa-s, determinada a una temperatura de 170 °C y una velocidad de cizallamiento de 1000 seg"1. El índice de fluidez de los poliésteres biodegradables pueden estar además en el intervalo de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 8 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 gramos por 10 minutos. El índice de fluidez es el peso de un polímero (en gramos) que puede forzarse a través de un orificio reómetro de extrusión (diámetro de 0.0825 pulgadas) cuando se somete a una carga de 2160 gramos en 10 minutos a una temperatura determinada (por ejemplo, 190°C) , medido de acuerdo con el Método de Ensayo ASTM D1238-E.

Por supuesto, el índice de fluidez de los poliésteres biodegradables dependerá en última instancia del proceso de formación de película seleccionado. Por ejemplo, cuando se extruden como una película colada, se desean típicamente los polímeros de índice de fluidez más alto, tal como aproximadamente 4 gramos por 10 minutos o mayor, en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 12 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 7 a aproximadamente 9 gramos por 10 minutos. Igualmente, cuando se forman como una película soplada, se desean típicamente los polímeros de índice de fluidez más bajo, tal como menor que aproximadamente 12 gramos por 10 minutos o menor, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 7 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 gramos por 10 minutos .

Los ejemplos de poliésteres biodegradables adecuados incluyen poliésteres alifáticos, tales como policaprolactona , poliesteramidas , tereftalato de polietileno modificado, ácido poliláctico (PLA) y sus copolímeros, terpolímeros a base de ácido poliláctico, ácido poliglicólico, carbonatos de polialquileno (tal como carbonato de polietileno) , polihidroxialcanoatos (PHA) , poli-3-hidroxibutirato (PHB) , poli-3-hidroxivalerato (PHV) , poli-3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato, copolímeros de poli-3 -hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV) , poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato, poli-3 -hidroxibutirato-co-3-hidroxioctanoato, poli-3 -hidroxibutirato-co-3 -hidroxidecanoato, poli -3-hidroxibutirato-co-3-hidroxioctadecanoato, y polímeros alifáticos a base de succinato (por ejemplo, succinato de polibutileno, adipato succinato de polibutileno, succinato de polietileno, etcétera) ; poliésteres aromáticos y poliésteres aromáticos modificados; y copoliésteres alifáticos-aromáticos . En una modalidad particular, el poliéster biodegradable es un copoliéster alifático-aromático (por ejemplo, de bloque, aleatorio, de injerto, etcétera) . El copoliéster alifático- aromático puede sintetizarse usando cualquier técnica conocida, tal como a través de la polimerización por condensación de un poliol junto con ácidos dicarboxílicos alifáticos y aromáticos 0 anhídridos de estos. Los polioles pueden ser sustituidos o insustituidos , lineales o ramificados, polioles seleccionados de polioles que contienen 2 a aproximadamente 12 átomos de carbono y éteres glicoles de polialquileno que contienen 2 a 8 átomos de carbono. Los ejemplos de polioles que pueden usarse incluyen, pero sin limitarse a, etilenglicol , dietilenglicol , propilenglicol , 1 , 2 -propanodiol , 1 , 3 -propanodiol , 2,2-dimetil-1 , 3 -propanodiol , 1 , 2 -butanodiol , 1 , 3 -butanodiol , 1,4-butanodiol, 1 , 2 -pentanodiol , 1 , 5 -pentanodiol , 1 , 6-hexanodiol , polietilenglicol , dietilenglicol, 2 , 2 , 4 -trimetil-1 , 6-hexanodiol, tiodietanol, 1 , 3 -ciclohexanodimetanol , 1,4-ciclohexanodimetanol , 2,2,4, 4-tetrametil-l, 3 -ciclobutanodiol , ciclopentanodiol , trietilenglicol , y tetraetilenglicol . Los polioles preferidos incluyen 1 , 4 -butanodiol ; 1 , 3 -propanodiol ; etilenglicol; 1, 6-hexanodiol ; dietilenglicol; y 1/4-ciclohexanodimetanol .

Los ácidos dicarboxílicos alifáticos representativos que pueden usarse incluyen los ácidos dicarboxílicos no aromáticos sustituidos o insustituidos, lineales o ramificados, seleccionados de ácidos dicarboxílicos alifáticos que contienen 1 a aproximadamente 10 átomos de carbono, y derivados de estos. LOS ejemplos no limitantes de ácidos dicarboxílicos alifáticos incluyen el malónico, málico, succínico, oxálico, glutárico, adípico, pimélico, azelaico, sebácico fumárico, 2,2-dimetil glutárico, subérico, 1 , 3 -ciclopentanodicarboxílico, 1,4-ciclohexanodicarboxílico, 1, 3-ciclohexanodicarboxílico, diglicólico, itacónico, maleico, y 2 , 5-norbornanodicarboxílico . Los ácidos dicarboxilicos aromáticos representativos que pueden usarse incluyen los ácidos dicarboxilicos aromáticos sustituidos e insustituidos , lineales o ramificados, seleccionados de ácidos dicarboxilicos aromáticos que contienen l a aproximadamente 6 átomos de carbono, y derivados de estos. Los ejemplos no limitantes de ácidos dicarboxilicos aromáticos incluyen ácido tereftálico, tereftalato de dimetilo, ácido isoftálico, isoftalato de dimetilo, ácido 2 , 6 -naftaleno dicarboxílico, dimetil-2 , 6-naftalato, ácido 2,7-naftalenodicarboxílico, dimetil-2 , 7-naftalato, ácido 3,4'-difenil éter dicarboxílico, dimetil-3,41 difenil éter dicarboxilato, ácido 4, 4' -difenil éter dicarboxílico, dimetil-4,4' -difenil éter dicarboxilato, ácido 3,4 '-difenil sulfuro dicarboxílico, dimetil-3 , 41 -dicarboxilato de difenil sulfuro, ácido 4, 4' -difenil sulfuro dicarboxílico, dimetil-4 , 41 -difenil sulfuro dicarboxilato, ácido 3, 4' -difenil sulfona dicarboxílico, dimetil-3 , 41 -difenil sulfona dicarboxilato, ácido 4, 4' -difenil sulfona dicarboxílico, dimetil -4 , 41 -difenil sulfona dicarboxilato, ácido 3 , 4 ' -benzofenonadicarboxílico, dimetil-3 , 41 -benzofenonadicarboxílato, ácido 4,4'- benzofenonadicarboxílico, dimetil-4 , 41 -benzofenonadicarboxilato, ácido 1 , 4 -naf aleno dicarboxílico, dimetil-1 , 4-naftalato, 4 , 41 -metileno bis (ácido benzoico), dimetil-4 , 41 -metileno bis (benzoato), etcétera, y mezclas de estos .

La polimerización puede ser catalizada por un catalizador, tal como un catalizador a base de titanio (por ejemplo, titanato de tetraisopropilo, tetraisopropoxi titanio, dibutoxidiacetoacetoxi titanio, o titanato de tetrabutilo) . Si se desea, puede hacerse reaccionar un extensor de cadena de diisocianato con el copoliéster para aumentar su peso molecular. Los diisocianatos representativos pueden incluir tolueno 2 , 4-diisocianato, tolueno 2 , 6-diisocianato, 2,4'-difenilmetano diisocianato, naftileno- 1 , 5-diisocianato, diisocianato de xilileno, diisocianato de hexametileno ("HMDI"), diisocianato de isoforona y metilenobis (2 -isocianatociclohexano) . Además, pueden emplearse compuestos de isocianato trifuncionales que contienen grupos de isocianurato y/o biurea con una funcionalidad de no menos de tres, o reemplazarse parcialmente los compuestos de diisocianato por tri-o poliisocianatos . El diisocianato preferido es diisocianato de hexametileno. La cantidad de extensor de cadena empleada es típicamente de aproximadamente 0.3 a aproximadamente 3.5 % en peso, en algunas modalidades, de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 2.5 % en peso basado en el porcentaje en peso total del polímero.

Los copoliésteres pueden ser un polímero lineal o un polímero ramificado de cadena larga. Los polímeros ramificados de cadena larga se preparan generalmente mediante el uso de un agente ramificador de bajo peso molecular, tal como un poliol, un ácido policarboxílico, un hidroxiácido, etcétera. Los polioles de bajo peso molecular representativos que pueden emplearse como agentes ramificadores incluyen glicerol, trimetilolpropano, trimetiloletano, trioles de poliéter, 1,2,4-butanotriol, pentaeritrita, 1 , 2 , 6 -hexanotriol , sorbitol, 1 , 1 , , 4 , -tetrakis (hidroximetil) ciclohexano, isocianurato de tris (2 -hidroxietilo) , y dipentaeritritol . Los polioles de alto peso molecular representativos (peso molecular de 400 a 3000) que pueden usarse como agentes ramificadores incluyen trioles derivados de la condensación de óxidos de alquileno que tienen 2 a 3 carbonos, tales como óxido de etileno y óxido de propileno con iniciadores de poliol. Los ácidos policarboxílieos representativos que pueden usarse como agentes ramificadores incluyen ácido emimelítico, ácido trimelítico ( 1 , 2 , 4 -bencenotricarboxílico) y anhídrido, ácido trimésico (1, 3 , 5-bencenotricarboxílico) , ácido piromelítico y anhídrido, ácido bencenotetracarboxílico, ácido benzofenona tetracarboxílico, ácido 1 , 1 , 2 , 2 -etano-tetracarboxílico, ácido 1, 1, 2-etanotricarboxílico, ácido 1 , 3 , 5-pentanotricarboxílico, y ácido 1, 2 , 3 , 4-ciclopentanotetracarboxílico. Los hidroxiácidos representativos que pueden usarse como agentes ramificadores incluyen ácido mélico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido 3-hidroxiglutárico, ácido múcico, ácido tri idroxiglutárico, anhídrido 4-carboxi ftálico, ácido hidroxi isoftálico, y ácido 4- (beta-hidroxietilo) ftálico. Tales hidroxiácidos contienen una combinación de 3 o más grupos hidroxilo y carboxilo. Los agentes ramificadores especialmente preferidos incluyen ácido trimelítico, ácido trimésico, pentaeritritol , trimetilol propano y 1 , 2 , 4-butanotriol .

El constituyente de monómero de ácido dicarboxílico aromático puede estar presente en el copoliéster en una cantidad de aproximadamente 10 % en mol a aproximadamente 40 % en mol, en algunas modalidades de aproximadamente 15 % en mol a aproximadamente 35 % en mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15 % en mol a aproximadamente 30 % en mol. El constituyente de monómero de ácido dicarboxílico alifático puede estar igualmente presente en el copoliéster en una cantidad de aproximadamente 15 % en mol a aproximadamente 45 % en mol, en algunas modalidades de aproximadamente 20 % en mol a aproximadamente 40 % en mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 25 % en mol a aproximadamente 35 % en mol. El constituyente de monómero de poliol puede estar presente además en el copoliéster alifático-aromático en una cantidad de aproximadamente 30 % en mol a aproximadamente 65 % en mol, en algunas modalidades de aproximadamente 40 % en mol a aproximadamente 50 % en mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 45 % en mol a aproximadamente 55 % en mol.

En una modalidad particular, por ejemplo, el copoliéster alifático-aromático puede comprender la siguiente estructura: en donde, m es un entero de 2 a 10, en algunas modalidades de 2 a , y en una modalidad, 4; n es un entero de 0 a 18, en algunas modalidades de 2 a , y en una modalidad, 4 ; p es un entero de 2 a 10, en algunas modalidades de 2 a 4, y en una modalidad, 4 ; x es un entero mayor que 1; y y es un entero mayor que 1.

Un ejemplo de tal copoliéster es el tereftalato de polibutileno adipato, que está disponible comercialmente bajo la designación ECOFLEX® F BX 7011 de BASF Corp. Otro ejemplo de un copoliéster adecuado que contiene un constituyente de monómero de ácido tereftálico aromático está disponible bajo la designación ENPOL™ 8060M de IRE Chemicals (Corea del Sur) . Otros copoliésteres alifáticos-aromáticos adecuados pueden describirse en las patentes de los Estados Unidos núms . 5,292,733; 5,446,079; 5,559,171; 5,580,911; 5,599,858; 5,817,721; 5,900,322; y 6,258,924, las cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos . iii. Poliolefina Se puede emplear además una poliolefina en la composición termoplástica para ayudar a contrarrestar la rigidez del polímero de almidón, y de ese modo mejorar la ductilidad y capacidad de procesamiento en estado fundido del sustrato resultante. Cuando se emplean, tales poliolefinas pueden constituir de aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 50 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 45 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 25 % en peso a aproximadamente 40 % en peso del contenido de polímero de la composición termoplástica.

Las poliolefinas ilustrativas pueden incluir, por ejemplo, polietileno, polipropileno, mezclas y copolímeros de estos. En una modalidad particular, se emplea un polietileno que es un copolímero de etileno y una -olefina, tal como una a-olefina de C3-C20 o a-olefina de C3-C12. Las a-olefinas adecuadas pueden ser lineales o ramificadas (por ejemplo, una o más ramificaciones alquilo de C1-C3, o un grupo arilo) . Los ejemplos específicos incluyen l-buteno; 3-metil-l-buteno; 3 , 3-dimetil-l-buteno; 1-penteno; 1-penteno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-hexeno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-hepteno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-octeno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-noneno con uno o más sustituyentes metilo, etilo o propilo; 1-deceno etil, metil o dimetil-sustituido; 1-dodeceno; y estireno. Los comonómeros de o¡-olefina particularmente deseados son 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno. El contenido de etileno de tales copolímeros puede ser de aproximadamente 60 % en moles a aproximadamente 99 % en moles, en algunas modalidades de aproximadamente 80 % en moles a aproximadamente 98.5 % en moles, y en algunas modalidades, de aproximadamente 87 % en moles a aproximadamente 97.5 % en moles. El contenido de -olefina puede estar igualmente en el intervalo de aproximadamente 1 % en moles a aproximadamente 40 % en moles, en algunas modalidades de aproximadamente 1.5 % en moles a aproximadamente 15 % en moles, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2.5 % en moles a aproximadamente 13 % en moles.

La densidad del polietileno puede variar dependiendo del tipo de polímero empleado, pero generalmente oscila de 0.85 a 0.96 gramos por centímetro cúbico ("g/cm3") . Los "plastómeros " de polietileno, por ejemplo, pueden tener una densidad en el intervalo de 0.85 a 0.91 g/cm3. Del mismo modo, el "polietileno lineal de baja densidad" (LLDPE, por sus siglas en inglés) puede tener una densidad en el intervalo de 0.91 a 0.940 g/cm3; el "polietileno de baja densidad" (LDPE, por sus siglas en inglés) puede tener una densidad en el intervalo de 0.91 a 0.940 g/cm3, y el "polietileno de alta densidad" (HDPE, por sus siglas en inglés) puede tener una densidad en el intervalo de 0.940 a 0.960 g/cm3. Las densidades pueden medirse de acuerdo con ASTM 1505. Los polímeros a base de etileno particularmente adecuados para usar en la presente invención pueden estar disponibles bajo la designación EXACT™ de ExxonMobil Chemical Company de Houston, Texas. Otros plastómeros de polietileno adecuados están disponibles bajo la designación ENGAGE™ y AFFINITY™ de Dow Chemical Company de Midland, Michigan. Aún otros polímeros de etileno adecuados están disponibles en The Dow Chemical Company bajo las designaciones DOWLEX™ (LLDPE) y ATTA E™ (ULDPE) . Otros polímeros de etileno adecuados se describen en las patentes de Estados Unidos núms . 4,937,299 de Ewen y otros; 5,218,071 de Tsutsui y otros; 5,272,236 de Lai, y otros ; y 5,278,272 de Lai, y otros, las cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos .

Por supuesto, la presente invención no está de ninguna manera limitada al uso de polímeros de etileno. Por ejemplo, los polímeros de propileno también pueden ser adecuados para su uso como una poliolefina semicristalina . Los polímeros de propileno adecuados pueden incluir, por ejemplo, homopolímeros de polipropileno, así como también copolímeros o terpolímeros de propileno con una oí-olefina (por ejemplo, C3-C2o) , tales como etileno, 1-buteno, 2-buteno, los diversos isómeros de penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno, 1-unideceno, 1-dodeceno, 4-metil-l-penteno, 4-metil-l-hexeno, 5-metil-l-hexeno, vinilciclohexeno, estireno, etcétera. El contenido de comonómero del polímero de propileno puede ser de aproximadamente 35 % en peso o menor, en algunas modalidades de aproximadamente 1 % en peso a aproximadamente 20 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2 % en peso a aproximadamente 10 % en peso. La densidad del polipropileno (por ejemplo, copolímero de propileno/ a-olefina) puede ser 0.95 gramos por centímetro cúbico (g/cm3) o menor, en algunas modalidades, de 0.85 a 0.92 g/cm3, y en algunas modalidades, de 0.85 g/cm3 a 0.91 g/cm3. Los polímeros de propileno adecuados están disponibles comercialmente bajo las designaciones VISTAMAXX™ de ExxonMobil Chemical Co. de Houston, Texas; FINA™ (por ejemplo, 8573) de Atofina Chemicals de Feluy, Bélgica; TAFMER™ disponible en Mitsui Petrochemical Industries; y VERSIFY™ disponibles en Dow Chemical Co. de Midland, Michigan. Otros ejemplos de polímeros de propileno adecuados se describen en las patentes de Estados Unidos núms . 6,500,563 de Datta, y otros ; 5,539,056 de Yang, y otros; y 5,596,052 de Resconi, y otros , las cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos.

Generalmente puede emplearse cualquiera de una variedad de técnicas conocidas para formar las poliolefinas . Por ejemplo, los polímeros de olefina pueden formarse usando un catalizador de radical libre o uno de coordinación (por ejemplo, catalizadores de Ziegler-Natta o metaloceno) . Se describen las poliolefinas catalizadas por metaloceno, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos núms . 5,571,619 de cAlpin y otros; 5,322,728 de Davis y otros; 5,472,775 de Obijeski y otros; 5,272,236 de Lai y otros; y 6,090,325 de Wheat, y otros, las cuales se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos.

El índice de fluidez (MI, por sus siglas en inglés) de las poliolefinas puede variar generalmente, pero típicamente está en el intervalo de aproximadamente 0.1 gramos por 10 minutos a aproximadamente 100 gramos por 10 minutos, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 gramos por 10 minutos a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos, y en algunas modalidades, aproximadamente 1 a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos, determinado a 190°C. El índice de fluidez es el peso del polímero (en gramos) que puede forzarse a través de un orificio del reómetro de extrusión (diámetro de 0.0825 pulgadas) cuando se somete a una fuerza de 2160 gramos en 10 minutos a 190°C, y puede determinarse de acuerdo con el Método de Ensayo ASTM D1238-E. iv . Compatibilizador Para mejorar las características de compatibilidad y dispersión de los polímeros de almidón y las poliolefinas, cuando estas se emplean, se usa un compatibilizador en la composición termoplástica . Típicamente, el compatibilizador constituye de aproximadamente 0.1 % en peso a aproximadamente 15 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 0.5 % en peso a aproximadamente 10 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1 % en peso a aproximadamente 5 % en peso de la composición. El compatibilizador generalmente posee un componente polar proporcionado por uno o más grupos funcionales que son compatibles con el polímero de almidón y un componente no polar proporcionado por una olefina que es compatible con la poliolefina. El componente de olefina del compatibilizador generalmente puede estar formado de cualquier monómero de a-olefina lineal o ramificada, oligómero, o polímero (que incluye copolímeros) derivado de un monómero de olefina. Por ejemplo, el compatibilizador puede incluir polietileno-co-acetato de vinilo (EVA) , polietileno-co-alcohol vinílico (EVOH) , polietileno-co-acrílico (EAA) , etcétera en el que el componente de olefina lo proporciona la cadena principal de polietileno. En otra modalidad, el componente de olefina puede formarse a partir de un monómero de a-olefina, el cual típicamente tiene de 2 a 14 átomos de carbono y preferentemente de 2 a 6 átomos de carbono. Los ejemplos de monómeros adecuados incluyen, pero sin limitarse a, etileno, propileno, buteno, penteno, hexeno, 2-metil-l-propeno, 3-metil-l-penteno, 4-metil-1-penteno, y 5-metil-1-hexeno. Los ejemplos de poliolefinas incluyen tanto homopolímeros y copolímeros, es decir, polietileno, copolímeros de etileno tales como MEPD, polipropileno, copolímeros de propileno, y polímeros de polimetilpenteno . Un copolímero de olefina puede incluir una cantidad menor de monómeros no olefínicos, tales como estireno, acetato de vinilo, dieno, o monómero acrílico y no acrílico. Los grupos funcionales pueden incorporarse en la cadena principal del polímero usando una variedad de técnicas conocidas. Por ejemplo, un monómero que contiene el grupo funcional puede injertarse en una cadena principal de poliolefina para formar un copolímero de injerto. Tales técnicas de injerto son bien conocidas en la materia y se describen, por ejemplo, en la patente de los Estados Unidos núm. 5,179,164. En otras modalidades, el monómero que contiene los grupos funcionales puede copolimerizarse con un monómero de olefina para formar un copolímero de bloque o aleatorio.

Sin importar la manera en la que se incorpora, el grupo funcional del compatibilizador puede ser cualquier grupo que proporciona un segmento polar a la molécula, tal como un grupo carboxilo, un grupo anhídrido de ácido, un grupo amida, un grupo imida, un grupo carboxilato, un grupo epoxi, un grupo amino, un grupo isocianato, un grupo que tiene anillo de oxazolina, un grupo hidroxilo, etcétera. Las poliolefinas modificadas con anhídrido maleico son particularmente adecuadas para usar en la presente invención. Tales poliolefinas modificadas se forman típicamente mediante el injerto de anhídrido maleico sobre un material de cadena principal polimérica. Tales poliolefinas maleadas están disponibles de E.I. du Pont de Nemours and Company bajo la designación FUSABOND®, tales como la Serie P (polipropileno modificado químicamente) , la Serie E (polietileno modificado químicamente) , la Serie C (acetato de etilenvinilo modificado químicamente) , la Serie A (copolímeros o terpolímeros de etileno acrilato o modificados químicamente) , o la Serie N (etilen-propileno, monómero de etileno-propileno-dieno ( "EPDM" ) o etilen-octeno modificado químicamente) . Alternativamente, las poliolefinas maleadas además están disponibles de Chemtura Corp. bajo la designación Polybond® y de Eastman Chemical Company bajo la designación serie Eastman G, y AMPLIFY™ GR Functional polímeros (poliolefinas injertadas con anhídrido maleico) . En una modalidad particular, el compatibilizador es un copolímero de injerto de polietileno y anhídrido maleico que tiene la estructura que se muestra más abajo: El anhídrido cíclico en un extremo está unido químicamente directamente a la cadena de polietileno. En una modalidad, el grupo anhídrido polar de la molécula puede asociarse, en una modalidad, con los grupos hidroxilo de un polímero de almidón a través de uniones de hidrógeno e interacciones moleculares polar-polar y una reacción química para formar un enlace éster durante el proceso de extrusión por fusión. Los hidroxilos del almidón se someterán a una reacción de esterificación con el anhídrido para lograr una reacción de apertura del anillo para enlazar químicamente el polímero de almidón al anhídrido maleico del polietileno injertado. Esta reacción se realiza bajo las altas temperaturas y presiones del proceso de extrusión.

. Polímero soluble en agua Si se desea, la composición termoplástica puede incluir además uno o más polímeros solubles en agua. Tales polímeros pueden formarse a partir de monómeros tales como vinil pirrolidona, acrilato o metacrilato de hidroxietilo (por ejemplo, metacrilato de 2-hidroxietilo) , acrilato o metacrilato de hidroxipropilo, ácido acrílico o metacrílico, ésteres acrílicos o metacrílicos o vinil piridina, acrilamida, acetato de vinilo, alcohol vinílico (hidrolizado a partir de acetato de vinilo), óxido de etileno, derivados de estos, etcétera. Otros ejemplos de monómeros adecuados se describen en patente de los Estados Unidos núm. 4,499,154 de James, y otros, la que se incorpora en la presente descripción en su totalidad como referencia para todos los propósitos. Los polímeros resultantes pueden ser homopolímeros o interpolímeros (por ejemplo, copolímero, terpolímero, etc.), y pueden ser no iónico, aniónico, catiónico, o anfotero. Adicionalmente , el polímero puede ser de un tipo (es decir, homogéneo) , o pueden usarse mezclas de diferentes polímeros (es decir, heterogéneo) . En una modalidad particular, el polímero soluble en agua contiene una unidad de repetición con un grupo hidroxilo funcional, tal como alcohol polivinílico ("PVOH"), copolímeros de alcohol polivinílico (por ejemplo, copolímeros de etileno alcohol vinílico, copolímeros de metacrilato de metilo alcohol vinílico, etc.), etc. Los polímeros de alcohol vinílico, por ejemplo, tienen al menos dos o más unidades de alcohol vinílico en la molécula y pueden ser un homopolímero de alcohol vinílico, o un copolímero que contiene otras unidades de monómero. Los homopolímeros de alcohol vinílico pueden obtenerse por hidrólisis de un polímero de éster de vinilo, tal como formato de vinilo, acetato de vinilo, propionato de vinilo, etc. Los copolímeros de alcohol vinílico pueden obtenerse por hidrólisis de un copolímero de un éster de vinilo con una olefina con 2 a 30 átomos de carbono, tal como etileno, propileno, 1-buteno, etc.; un ácido carboxílico insaturado con 3 a 30 átomos de carbono, tal como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido maleico, ácido fumárico, etc., o un éster, sal, anhídrido o amida de este; un nitrilo insaturado con 3 a 30 átomos de carbono, tal como acrilonitrilo, metacrilonitrilo, etc.; un éter vinílico con 3 a 30 átomos de carbono, tal como metil vinil éter, etil vinil éter, etc.; etcétera. El grado de hidrólisis puede seleccionarse para optimizar la solubilidad, etc., del polímero. Por ejemplo, el grado de hidrólisis puede ser de aproximadamente 60 % en mol a aproximadamente 95 % en mol, en algunas modalidades de aproximadamente 80 % en mol a aproximadamente 90 % en mol, y en algunas modalidades, de aproximadamente 85 % en mol a aproximadamente 89 % en mol. Los ejemplos de polímeros de alcohol polivinílico parcialmente hidrolizados adecuados están disponibles bajo la designación CELVOL™ 203, 205, 502, 504, 508, 513, 518, 523, 530, o 540 de Celanese Corp. Otros polímeros de alcohol polivinílico parcialmente hidrolizados adecuados están disponibles bajo la designación ELVANOL™ 50-14, 50-26, 50-42, 51-03, 51-04, 51-05, 51-08, y 52-22 de DuPont . vi . Otros aditivos Además de los componentes mencionados anteriormente, otros aditivos pueden incorporarse además en la composición, tales como estabilizadores de fusión, auxiliares de dispersión (por ejemplo, tensioactivos) , estabilizadores de procesamiento, estabilizadores de calor, estabilizadores de luz, antioxidantes, envejecimiento de envejecimiento térmico, agentes blanqueadores, agentes antibloqueo, agentes de adhesión, lubricantes, cargas, etc. Por ejemplo, la composición puede incluir una carga mineral, tal como talco, carbonato cálcico, carbonato magnésico, arcilla, sílice, alúmina, óxido de boro, óxido de titanio, óxido de cerio, óxido de germanio, etc. Cuando se emplean, las cargas minerales típicamente constituyen de aproximadamente 0.01 % en peso a aproximadamente 40 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 0.1 % en peso a aproximadamente 30 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 0.5 % en peso a aproximadamente 20 % en peso de la composición termoplástica .

II . Mezclado por fusión Como se indicó anteriormente, la composición termoplástica de la presente invención se forma mediante el mezclado por fusión junto con un polímero de almidón y un plastificante dentro de un extrusor. Los componentes pueden suministrarse separadamente o juntos a una sección de alimentación del extrusor (por ejemplo, tolva) y/o un lugar aguas abajo de ahí. Con referencia a la Fig. 1, por ejemplo, se ilustra una modalidad de un extrusor 80 que puede emplearse para este propósito. Como se muestra, el extrusor 80 contiene una carcasa o cilindro 114 y un tornillo 120 (por ejemplo, tornillo de barrera) accionado de manera rotatoria en un extremo por una unidad de accionamiento adecuada 124 (típicamente que incluye un motor y una caja de engranajes) . Si se desea puede emplearse un extrusor de doble tornillo que contiene dos tornillos separados. El extrusor 80 generalmente contiene tres secciones: la sección de alimentación 132, la sección de fusión 134, y la sección de mezclado 136. La sección de alimentación 132 es la porción de entrada del cilindro 114 donde se añade el material polimérico. La sección de fusión 134 es la sección de cambio de fase en la cual el material plástico cambia de un sólido a un líquido. La sección de mezclado 136 está adyacente al extremo de salida del cilindro 114 y es la porción en la cual el material plástico líquido está completamente mezclado. Aunque no existe una delimitación definida con precisión de estas secciones cuando se fabrica el extrusor, está bien dentro de la experiencia de los expertos en esta materia identificar de manera fiable la sección de fusión 134 del cilindro del extrusor 114 en el que se está produciendo el cambio de fase de sólido a líquido.

Una tolva 40 se localiza además adyacente a la unidad de accionamiento 124 para suministrar el polímero biodegradable y/u otros materiales a través de una abertura 142 en el cilindro 114 hacia la sección de alimentación 132. Opuesto a la unidad de accionamiento 124 está el extremo de salida 144 del extrusor 80, donde el plástico extrudido sale para un procesamiento posterior para formar una película, lo cual se describirá en más detalle más abajo. En el cilindro del extrusor 114 se proporciona además una estación de suministro de plastificante 150 que incluye al menos una tolva 154, que está unida a una bomba 160 para proporcionar selectivamente el plastificante a través de una abertura 162 a la sección de fusión 134. De esta forma, el plastificante puede mezclarse con el polímero de almidón de una manera consistente y uniforme. Por supuesto, adicionalmente a o en lugar de suministrar el plastificante a la sección de fusión 134, además debe entenderse que puede suministrarse a otras secciones del extrusor, tales como la sección de alimentación 132 y/o la sección de mezclado 136.

La bomba 160 puede ser una bomba de alta presión (por ejemplo, una bomba de desplazamiento positivo) con una válvula de inyección de manera que se proporcione una cantidad seleccionada fija de plastificante al cilindro 114. Si se desea, puede emplearse también un controlador lógico programable 170 para conectar la unidad de accionamiento 124 a la bomba 160 de manera que proporciona un volumen seleccionado de plastificante basado en la velocidad de la unidad de accionamiento del tornillo 120. Es decir, el controlador 170 puede controlar la velocidad de rotación del tornillo de la unidad de accionamiento 120 y la bomba 160 para inyectar el plastificante a una velocidad basada en la velocidad de rotación del tornillo. En consecuencia, si se aumenta la velocidad de rotación del tornillo 120 para conducir mayores cantidades de plástico a través del cilindro 114 en una unidad de tiempo dada, la velocidad de bombeo de la bomba 160 puede aumentarse de manera similar para bombear proporcionalmente mayores cantidades de plastificante al cilindro 114.

El plastificante y el polímero de almidón pueden procesarse dentro del extrusor 80 bajo condiciones de cizallamiento y presión y calor para asegurar el mezclado suficiente. Por ejemplo, el proceso de fusión puede producirse a una temperatura de aproximadamente 75 °C a aproximadamente 280DC, en algunas modalidades, de aproximadamente 100°C a aproximadamente 250 °C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 150°C a aproximadamente 200°C. Igualmente, la velocidad de cizallamiento aparente durante el proceso de fusión puede estar en el intervalo de aproximadamente 100 segundos"1 a aproximadamente 10,000 segundos"1, en algunas modalidades de aproximadamente 500 segundos"1 a aproximadamente 5000 segundos"1, y en algunas modalidades, de aproximadamente 800 segundos"1 a aproximadamente 1200 segundos"1. La velocidad de cizallamiento aparente es igual a 4Q/nR3 , donde Q es la velocidad de flujo volumétrico ("m3/s") de la masa fundida del polímero y R es el radio ("m") del capilar (por ejemplo, el troquel del extrusor) a través del cual fluye el polímero fundido.

IV. Sistema de enfriamiento Una vez formada, la composición mezclada en esto fundido generalmente fluye a través de un troquel para formar un producto extrudido, que puede estar en forma de una hebra, lienzo, película, etc. El producto extrudido se enfría después de salir del troquel usando el sistema multi-etapas de la presente invención, que incluye al menos una etapa de enfriamiento con agua y al menos una etapa de enfriamiento con aire. Más particularmente, el producto extrudido inicialmente se pone en contacto con agua por un determinado periodo de tiempo de manera que se enfríe parcialmente. La temperatura real del agua y el tiempo total que está en contacto con el producto extrudido puede variar en dependencia de las condiciones de extrusión, el tamaño del producto extrudido, etcétera. Por ejemplo, la temperatura del agua es típicamente de aproximadamente 10°C a aproximadamente 60°C, en algunas modalidades de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 40°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 20°C a aproximadamente 30°C. Igualmente, el tiempo total que el agua está en contacto con el producto extrudido (o tiempo de permanencia) es típicamente poco, tal como de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 segundos, en algunas modalidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 8 segundos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 3 a aproximadamente 6 segundos. Si se desea pueden emplearse múltiples etapas de enfriamiento con agua para lograr el grado deseado de enfriamiento. Sin importar el número de etapas empleadas, el producto extrudido enfriado con agua está típicamente a una temperatura de aproximadamente 40°C a aproximadamente 100°C, en algunas modalidades de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 80 °C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 70°C, y contiene agua en una cantidad de aproximadamente 2,000 a aproximadamente 50,000 partes por millón ("ppm"), en algunas modalidades de aproximadamente 4,000 a aproximadamente 40,000 ppm, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 30,000 ppm.

Después de la(s) etapa (s) de enfriamiento con agua, el producto extrudido se somete además a al menos una etapa de enfriamiento con aire en la cual una corriente de aire se coloca en contacto con el producto extrudido. La temperatura de la corriente de aire puede variar en dependencia de la temperatura y el contenido de humedad del producto extrudido enfriado con agua, pero es típicamente de aproximadamente 0°C a aproximadamente 40°C, en algunas modalidades de aproximadamente 5°C a aproximadamente 35°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 10°C a aproximadamente 30°C. Si se desea pueden emplearse múltiples etapas de enfriamiento con aire para lograr el grado deseado de enfriamiento. Sin importar el número de etapas empleadas, el tiempo total que el aire está en contacto con el producto extrudido (o tiempo de permanencia) es típicamente poco, tal como de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 segundos, en algunas modalidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 40 segundos, y en algunas modalidades, de aproximadamente 3 a aproximadamente 35 segundos. El producto extrudido enfriado con aire resultante está generalmente libre de agua y tiene un bajo contenido de humedad, tal como de aproximadamente 500 a aproximadamente 20,000 partes por millón ("ppm"), en algunas modalidades de aproximadamente 800 a aproximadamente 15,000 ppm, y en algunas modalidades, de aproximadamente 1,000 a aproximadamente 10,000 ppm. La temperatura del producto extrudido enfriado con aire puede ser además de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 80°C, en algunas modalidades de aproximadamente 20°C a aproximadamente 70°C, y en algunas modalidades, de aproximadamente 25°C a aproximadamente 60°C.

La configuración específica del sistema de enfriamiento multi-etapas de la presente invención puede variar como se entenderá por aquellos con experiencia en la materia. Con referencia a la Fig. 2, por ejemplo, una modalidad del sistema de enfriamiento 200 se muestra en más detalle. En esta configuración particular, el sistema de enfriamiento 200 emplea una única etapa de enfriamiento con agua que implica el uso de un baño de agua líquida 208 y además una única etapa de enfriamiento por aire que implica el uso de un cuchillo de aire 210. Debe entenderse que otras técnicas de enfriamiento diversas pueden emplearse además para cada etapa. Por ejemplo, en lugar de un baño líquido, el agua puede rociarse, recubrirse, etcétera sobre una superficie del producto extrudido. Igualmente, otras técnicas para poner en contacto el producto extrudido con una corriente de aire pueden incluir ventiladores, hornos, etcétera. En cualquier caso, en la modalidad ilustrada en la Fig. 2, el producto extrudido 203 se sumerge inicialmente en el baño de agua 208. Como se señaló anteriormente, la velocidad del enfriamiento con agua puede controlarse por la temperatura del baño de agua 208 y el tiempo que el producto extrudido 203 se sumerge en el baño 208. En ciertas modalidades, el tiempo de permanencia del producto extrudido 203 dentro del baño 208 puede ajustarse mediante el control de la velocidad de los rodillos 204 sobre los cuales atraviesa el producto extrudido 203. Además, la longitud "L" del baño de agua 208 puede ajustarse también para ayudar a lograr el tiempo de permanencia deseado. Por ejemplo, la longitud del Baño 208 puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 pies, en algunas modalidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 pies, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 pies. Igualmente, la longitud "Li" del baño de agua a través del cual el producto extrudido 203 se sumerge realmente es típicamente de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 25 pies, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 20 pies, y en algunas modalidades, de aproximadamente 2 a aproximadamente 12 pies. Después de pasar a través del baño 208 durante el período de tiempo deseado, el producto extrudido resultante enfriado con agua 205 atraviesa después sobre una serie de rodillos hasta que se pone en contacto con una corriente de aire proporcionada por el cuchillo de aire 210. Si se desea, el producto extrudido enfriado por aire 207 puede pasar después a través de un granulador 214 para formar gránulos para el procesamiento subsiguiente en un sustrato. Alternativamente, el producto extrudido enfriado por aire 207 puede procesarse en el sustrato deseado sin formarse primero en gránulos .

V. Sustrato extrudido por fusión La composición termoplástica de la presente invención puede incorporarse en cualquier sustrato extrudido por fusión conocido, tal como películas, tramas no-tejidas (por ejemplo, tramas de unión por hilado, tramas de fusión por soplado, etcétera), etc. El sustrato puede contener una sola capa o múltiples capas y puede contener además materiales adicionales de manera que se considere un compuesto. Independientemente, en algunas modalidades, la composición termoplástica puede constituir al menos aproximadamente 50 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 60 % en peso a aproximadamente 99 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 75 a aproximadamente 95 % en peso del contenido de polímero del sustrato. En otras modalidades, otro(s) polímero(s), como el (los) descrito (s) anteriormente, pueden emplearse para impartir ciertas propiedades al sustrato (por ejemplo, resistencia, solubilidad, etc.). En tales casos, la composición termoplástica puede constituir de aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 80 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 70 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 30 a aproximadamente 60 % en peso del contenido de polímero del sustrato, mientras que el(s) polímero(s) adicional (es) típicamente constituyen de aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 80 % en peso, en algunas modalidades de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 70 % en peso, y en algunas modalidades, de aproximadamente 30 a aproximadamente 60 % en peso del contenido de polímero del sustrato.

Varias técnicas conocidas pueden emplearse para formar el sustrato extrudido por fusión de la presente invención. Por ejemplo, se puede formar una película por soplado, colada, extrusión en troquel plano, etc., un material compuesto es conocido en la técnica. En una modalidad particular, la película puede formarse por un proceso de soplado en el cual un gas (por ejemplo, aire) se usa para expandir una burbuja de la mezcla de polímero extrudido a través de un troquel anular. Después la burbuja colapsa y se recoge en forma de película plana. Los procesos para la producción de películas por soplado se describen, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos núm. 3,354,506 de Raley; 3,650,649 de Schippers ; y 3,801,429 de Schrenk y otros, así como también la publicación de solicitudes de patentes de los Estados Unidos núm. 2005/0245162 de McCormack, y otros y 2003/0068951 de Boggs , y otros , todos los que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos. En aún otra modalidad, sin embargo, la película se forma usando una técnica de colada.

Con referencia a la Fig. 3, por ejemplo, se muestra una modalidad de un método para formar una película colada. En esta modalidad, las materias primas (no mostradas) se suministran al extrusor 80 en la manera descrita anteriormente y que se muestra en la Fig. 1, y después se depositan sobre un rodillo de colada 90 para formar una película precursora monoestratificada 10a. Si se va a producir una película multiestratificada, las múltiples capas se coextruden juntas sobre el rodillo de colada 90. El rodillo de colada 90 puede estar provisto opcionalmente de elementos de grabado para impartir un patrón a la película. Típicamente, el rodillo de colada 90 se mantiene a una temperatura suficiente para solidificar y enfriar el lienzo 10a a medida que se forma, tal como de aproximadamente 20 a 60°C. Si se desea, puede colocarse una caja de vacío adyacente al rodillo de colada 90 para ayudar a mantener la película precursora 10a cerca de la superficie del rodillo 90. Además, los cuchillos de aire o sujetadores electrostáticos pueden ayudar a forzar la película 10a contra la superficie del rodillo de colada 90 mientras se mueve alrededor de un rodillo de hilatura. Un cuchillo de aire es un dispositivo conocido en la materia que centra una corriente de aire a una velocidad de flujo muy alta para sujetar los bordes de la película.

Una vez fundida, la película 10a después puede orientarse opcionalmente en una o más direcciones para mejorar más aun la uniformidad de la película y reducir el grosor. La orientación puede formar además microporos en una película que contiene una carga, proporcionando así permeabilidad a la película. Por ejemplo, la película puede recalentarse inmediatamente a una temperatura por debajo del punto de fusión de uno o más polímeros en la película, pero lo suficientemente alta para permitir que la composición se arrastre o estire. En el caso de la orientación secuencial, la película "ablandada" es arrastrada por los rodillos que rotan a diferentes velocidades de rotación de manera que el lienzo se estira al índice de estiramiento deseado en la dirección longitudinal (dirección de máquina) . Esta película orientada "uniaxialmente" puede laminarse después a una trama fibrosa. Adicionalmente, la película orientada uniaxialmente puede orientarse además en la dirección transversal a la máquina para formar una película "orientada biaxialmente " . Por ejemplo, la película puede fijarse por sus bordes laterales por presillas de cadena y transportarse en un horno estricador. En el horno estricador, la película puede recalentarse y arrastrarse en la dirección transversal a la máquina al índice de estiramiento deseado mediante presillas de cadena separadas en su desplazamiento hacia adelante.

Con referencia de nuevo a la Fig. 3, por ejemplo, se muestra un método para formar una película orientada uniaxialmente . Como se ilustra, la película precursora 10a se dirige a una unidad de orientación de la película 100 u orientador de la dirección de máquina (MDO, por sus siglas en inglés) , tal como el disponible comercialmente de Marshall y Willams, Co. de Providence, Rhode Island. El MDO tiene una pluralidad de rodillos de estiramiento (tales como de 5 a 8) que progresivamente estiran y adelgazan la película en la dirección de máquina, que es la dirección de desplazamiento de la película a través del proceso como se muestra en la Fig. 3. Mientras que el MDO 100 se ilustra con ocho rodillos, debe entenderse que el número de rodillos puede ser más alto o más bajo, en dependencia del nivel de estiraje que se desee y los grados de estiramiento entre cada rodillo. La película puede estirarse con operaciones discretas de estiramiento lo mismo sencilla que múltiples. Cabe señalar que algunos de los rodillos en un aparato MDO pueden no funcionar a velocidades progresivamente más altas. Si se desea, algunos de los rodillos del MDO 100 pueden actuar como rodillos de precalentamiento. Si están presentes, estos primeros rodillos calientan la película 10a por encima de la temperatura ambiente (por ejemplo, a 125°F) (51.6°C). Las velocidades progresivamente más rápidas de los rodillos adyacentes en el MDO actúan para estirar la película 10a. La velocidad a la que rotan los rodillos de estiramiento determina la cantidad de estiramiento en la película y el peso final de la película.

La película resultante 10b puede después enrollarse y almacenarse en un rodillo de captación 60. Aunque no se muestra aquí, diversos procesamientos adicionales potenciales y/o etapas de acabado conocidos en la materia, tales como corte, tratamiento, formación de aberturas, impresión de gráficos, o laminación de la película con otras capas (por ejemplo, materiales de trama de tela no tejida), pueden realizarse sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.

La película puede ser mono- o de múltiples capas. Las películas de múltiples capas pueden prepararse por la coextrusión de las capas, recubrimiento por extrusión, o por cualquier proceso de estratificación convencional. Por ejemplo, la película puede contener de dos (2) a quince (15) capas, y en algunas modalidades, de tres (3) a doce (12) capas. Tales películas de múltiples capas contienen normalmente al menos una capa base y al menos una capa piel, pero pueden contener cualquier número deseado de capas. Por ejemplo, la película de múltiples capas puede formarse a partir de una capa base y una o más capas piel, en donde la capa base se forma a partir de la composición termoplástica de la presente invención. En la mayoría de modalidades, la(s) capa(s) piel se forma (n) a partir de una composición termoplástica tal como se describió anteriormente. Debe entenderse, sin embargo, que también pueden emplearse otros polímeros en la(s) capa(s) piel, tales como polímeros de poliolefina (por ejemplo, polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) o polipropileno) .

El grosor de la película de la presente invención puede ser relativamente pequeño para aumentar la flexibilidad. Por ejemplo, la película puede tener un grosor de aproximadamente 50 micrometros o menor, en algunas modalidades de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 micrometros, en algunas modalidades de aproximadamente 2 a aproximadamente 35 micrometros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 micrometros. A pesar de tener un grosor pequeño, la película, sin embargo, es capaz de retener buenas propiedades mecánicas durante el uso. Un parámetro que es indicativo de la resistencia en seco relativa de la película es la resistencia a la tracción final, que es igual a la tensión máxima obtenida en una curva de tensión-deformación, tal como se obtiene de acuerdo con el estándar ASTM D638-08. Deseablemente, la película de la presente invención exhibe una tensión máxima (cuando está seca) en la dirección de máquina (MD, por sus siglas en inglés) de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 Megapascales (MPa) , en algunas modalidades de aproximadamente 15 a aproximadamente 70 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 20 a aproximadamente 60 MPa, y una tensión máxima en la dirección transversal a la máquina (CD, por sus siglas en inglés) de aproximadamente 5 a aproximadamente 40 Megapascales (MPa) , en algunas modalidades de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15 a aproximadamente 30 MPa.

Aunque posee una buena resistencia, la película es relativamente dúctil. Un parámetro que es indicativo de la ductilidad de la película es el porcentaje de deformación de la película en su punto de rotura, determinado mediante la curva de tensión-deformación, tal como se obtiene de acuerdo con el estándar ASTM D608-08. Por ejemplo, el porcentaje de deformación en la rotura de la película en la dirección de máquina puede ser aproximadamente 100 % o más, en algunas modalidades aproximadamente 300 % o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 400 % a aproximadamente 600 %. Igualmente, el porcentaje de deformación en la rotura de la película en la dirección transversal a la máquina puede ser aproximadamente 400 % o más, en algunas modalidades aproximadamente 550 % o más, y en algunas modalidades, de aproximadamente 600 % a aproximadamente 800 %. Otro parámetro que es indicativo de la ductilidad es el módulo de elasticidad de la película, que es igual a la relación de la tensión de tracción a la deformación de tracción y se determina a partir de la pendiente de una curva de tensión-deformación. Por ejemplo, la película típicamente exhibe un módulo de elasticidad (cuando está seca) en la dirección de máquina ( "MD" ) de aproximadamente 40 a aproximadamente 400 Megapascales ("MPa"), en algunas modalidades de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 60 a aproximadamente 80 MPa, y un módulo en la dirección transversal a la máquina ("CD") de aproximadamente 50 a aproximadamente 400 Megapascales ("MPa"), en algunas modalidades de aproximadamente 80 a aproximadamente 250 MPa, y en algunas modalidades, de aproximadamente 100 a aproximadamente 200 MPa.

Si se desea, la película puede laminarse a uno o más revestimientos de trama de tela no tejida para reducir el coeficiente de fricción y mejorar la sensación similar a la tela de la superficie del material compuesto. Los polímeros ilustrativos para el uso en la formación de revestimientos de trama de tela no tejida pueden incluir, por ejemplo, poliolefinas, por ejemplo, polietileno, polipropileno, polibutileno, etcétera; politetrafluoroetileno; poliésteres, por ejemplo, tereftalato de polietileno etcétera acetato de polivinilo; cloruro acetato de polivinilo; polivinil butiral; resinas acrílicas, por ejemplo, poliacrilato, polimetilacrilato, polimetilmetacrilato, etcétera; poliamidas, por ejemplo, nilón; cloruro de polivinilo; cloruro de polivinilideno; poliestireno; alcohol polivinílico; poliuretanos ; ácido poliláctico; copolímeros de estos; etcétera. Si se desea, pueden emplearse además polímeros biodegradables , tales como los descritos anteriormente. También pueden usarse polímeros celulósicos sintéticos o naturales, incluyendo pero sin limitarse a, ésteres celulósicos, éteres celulósicos, nitratos celulósicos, acetatos celulósicos, butiratos de acetatos celulósicos, etil celulosa; celulosas regeneradas, tales como viscosa, rayón, etcétera. Cabe señalar que el (los) polímero (s) puede (n) contener además otros aditivos, tales como auxiliadores del proceso o composiciones de tratamiento para impartir propiedades deseadas a las fibras, cantidades residuales de disolventes, pigmentos o colorantes, etcétera.

Las fibras monocomponente y/o muíticomponentes pueden usarse para formar el revestimiento de trama de tela no tejida. Las fibras monocomponente se forman generalmente a partir de un polímero o mezcla de polímeros extrudidos a partir de un único extrusor. Las fibras multicomponentes se forman generalmente a partir de dos o más polímeros (por ejemplo, fibras bicomponente) extrudidos a partir de extrusores separados. Los polímeros pueden estar dispuestos sustancialmente en diferentes zonas colocadas constantemente de un lado a otro de la sección transversal de las fibras. Los componentes pueden estar dispuestos en cualquier configuración deseada, tales como envoltura-núcleo, lado a lado, pastel, isla-en-el -mar, tres islas, ojo de buey, u otras diversas disposiciones conocidas en la materia. Además, pueden formarse las fibras multicomponentes que tienen varias formas irregulares.

Pueden emplearse fibras de cualquier longitud deseada, tales como fibras cortadas, fibras continuas, etcétera. En una modalidad particular, por ejemplo, pueden usarse fibras cortadas que tienen una longitud de fibra en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 150 milímetros, en algunas modalidades de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 milímetros, en algunas modalidades de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 milímetros, y en algunas modalidades, de aproximadamente 10 a aproximadamente 25 milímetros. Aunque no se requiere, pueden emplearse técnicas de cardado para formar estratos fibrosos con fibras cortadas como es bien conocido en la materia. Por ejemplo, las fibras pueden formarse en una trama cardada mediante la colocación de pacas de las fibras en un selector que separa las fibras. A continuación, las fibras se envían a través de una unidad de peinado o cardado que separa aún más y alinea las fibras en la dirección de máquina a fin de formar una trama de tela no tejida fibrosa orientada en la dirección de máquina. La trama cardada puede después unirse usando técnicas conocidas para formar una trama unida de tela no tejida cardada.

Si se desea, el revestimiento de trama de tela no tejida usado para formar el compuesto de tela no tejida puede tener una estructura de múltiples capas. Los materiales multiestratificados adecuados pueden incluir, por ejemplo, laminados de unión por hilado/fusión por soplado/unión por hilado (SMS, por sus siglas en inglés) y laminados de unión por hilado/fusión por soplado (SM, por sus siglas en inglés) . Otro ejemplo de una estructura multiestratificada es una trama unida por hilado producida en una máquina de bancos giratorios múltiples en el que un banco giratorio deposita las fibras sobre un estrato de fibras depositadas por un banco giratorio anterior. Tal trama individual de tela no tejida unida por hilado también puede considerarse como una estructura multiestratificada . En esta situación, los diversos estratos de fibras depositadas en la trama de tela no tejida pueden ser iguales, o pueden ser diferentes en el peso base y/o en términos de la composición, el tipo, tamaño, nivel de rizado, y/o la forma de la fibras producidas. Como otro ejemplo, una única trama de tela no tejida puede proporcionarse como dos o más estratos producidos individualmente de una trama unida por hilado, una trama cardada, etcétera, que se han unido entre sí para formar la trama de tela no tejida. Estos estratos producidos de forma individual pueden diferir en términos de método de producción, peso base, composición, y fibras como se discutió anteriormente. Un revestimiento de trama de tela no tejida puede contener además un componente fibroso adicional de manera que se considera un compuesto. Por ejemplo, una trama de tela no tejida puede entrelazarse con otro componente fibroso utilizando cualquiera de una variedad de técnicas de entrelazado conocidas en la materia (por ejemplo, hidráulica, aire, mecánica, etcétera) . En una modalidad, la trama de tela no tejida es integralmente se entrelaza con fibras celulósicas usando el entrelazado hidráulico. Un proceso de entrelazado hidráulico típico utiliza corrientes de agua en chorros de alta presión para entrelazar las fibras para formar una estructura fibrosa consolidada altamente entrelazada, por ejemplo, una trama de tela no tejida. El componente fibroso del compuesto puede contener cualquier cantidad deseada del sustrato resultante .

El peso base del revestimiento de tela no tejida generalmente puede variar, tal como de aproximadamente 5 gramos por metro cuadrado ("g/m2") a 120 g/m2 , en algunas modalidades de aproximadamente 8 g/m2 a aproximadamente 70 g/m2, y en algunas modalidades, de aproximadamente 10 g/m2 a aproximadamente 35 g/m2. Cuando se usan múltiples revestimientos de trama de tela no tejida, tales materiales pueden tener pesos base iguales o diferentes.

VI . Aplicaciones El sustrato extrudido por fusión puede usarse en una amplia variedad de aplicaciones, tales como una película de embalaje, tal como una envoltura individual, un bolsillo de embalaje, o una bolsa para la eliminación de una variedad de artículos, tales como productos alimenticios, productos de papel (por ejemplo, tejidos, toallitas, toallas de papel, etcétera), artículos absorbentes, etc. Diversas configuraciones de bolsillo, envoltura o bolsa adecuadas para artículos absorbentes se describen, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos núms . 6,716,203 de Sorebo, y otros y 6,380,445 de Moder, y otros, así como también en la publicación de la solicitud de Patente de Estados Unidos núm. 2003/0116462 de Sorebo, y otros, las que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos.

El sustrato extrudido por fusión puede emplearse además en otras aplicaciones. Por ejemplo, la película puede usarse en un artículo absorbente. Un "artículo absorbente" se refiere generalmente a cualquier artículo capaz de absorber agua u otros fluidos. Los ejemplos de algunos artículos absorbentes incluyen, pero sin limitarse a, artículos absorbentes de cuidado personal, tales como pañales, pantalones de entrenamiento, ropa interior absorbentes, artículos para la incontinencia, productos de higiene femenina (por ejemplo, toallas sanitarias, pantiprotectores) , trajes de baño, toallitas húmedas para bebés, etcétera; artículos absorbentes médicos, tales como prendas de vestir, materiales de fenestración, protectores, almohadillas para camas, vendas, paños absorbentes, y toallas médicas; toallitas para el servicio de alimentos, artículos de vestir, etcétera. Varios ejemplos de tales artículos absorbentes se describen en las patentes de Estados Unidos núms. 5,649,916 de DiPalma, y otros; 6,110,158 de Kielpikowski ; 6,663,611 de Blaney, y otros, las que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos. Aún otros artículos adecuados se describen en la publicación de la solicitud de patente de Estados Unidos núm. 2004/0060112 Al de Fell y otros, así como también en las patentes de Estados Unidos núms . 4,886,512 de Damico y otros; 5,558,659 de Sherrod y otros; 6,888,044 de Fell y otros; y 6,511,465 de Freiburger y otros, las que se incorporan en la presente en su totalidad como referencia para todos los propósitos. Los expertos en la materia conocen bien los materiales y procesos adecuados para la formación de tales artículos absorbentes.

Con respecto a esto, una modalidad particular de una toalla sanitaria que puede emplear la película de la presente invención se describirá ahora con más detalle. Para los propósitos solamente de ilustración, un artículo absorbente puede ser una toalla sanitaria para la higiene femenina. En tal modalidad, el artículo absorbente incluye una porción de cuerpo principal que contiene un lienzo superior, un recubrimiento exterior o lienzo inferior, un núcleo absorbente colocado entre el lienzo inferior y el lienzo superior, y un par de aletas que se extienden desde cada lateral longitudinal de la porción de cuerpo principal. El lienzo superior define una superficie orientada hacia el cuerpo del artículo absorbente. El núcleo absorbente está colocado hacia el interior desde la periferia exterior del artículo absorbente e incluye un lado orientado hacia el cuerpo colocado adyacente al lienzo superior y una superficie orientada hacia la prenda interior colocada adyacente al lienzo inferior. En una modalidad particular de la presente invención, el lienzo inferior es una película formada a partir de la composición termoplástica de la presente invención y es generalmente impermeable a los líquidos y opcionalmente permeable al vapor. La película usada para formar el lienzo inferior puede laminarse a uno o más revestimientos de trama de tela no tejida tal como se describió anteriormente.

El lienzo superior se diseña generalmente para ponerse en contacto con el cuerpo del usuario y es permeable a los líquidos. El lienzo superior puede rodear el núcleo absorbente de manera que encierre por completo el artículo absorbente. Alternativamente, el lienzo superior y el lienzo inferior pueden extenderse más allá del núcleo absorbente y unirse entre sí periféricamente, ya sea totalmente o parcialmente, usando técnicas conocidas. Típicamente, el lienzo superior y el lienzo inferior están unidos mediante unión adhesiva, unión por ultrasonidos, o cualquier otro método de unión adecuado conocido en la materia. El lienzo superior es sanitario, de apariencia limpia, y algo opaco para ocultar las descargas corporales recogidas en y absorbidas por el núcleo absorbente. El lienzo superior exhibe además buenas características de traspaso y rehumedecimiento que permiten que las descargas corporales penetren rápidamente a través del lienzo superior al núcleo absorbente, pero no permiten que el fluido corporal fluya de vuelta a través del lienzo superior hacia la piel del usuario. Por ejemplo, algunos materiales adecuados que pueden usarse para el lienzo superior incluyen materiales de tela no tejida, películas termoplásticas perforadas, o combinaciones de estos. Puede utilizarse una tela no tejida hecha de poliéster, polietileno, polipropileno, bicomponente , nilón, rayón, o fibras similares. Por ejemplo, un material blanco uniforme unido por hilado es particularmente deseable porque el color exhibe buenas propiedades de enmascaramiento para ocultar el flujo menstrual que pasa a través de él. La patente de los Estados Unidos núm. 4,801,494 de Datta, y otros y la 4,908,026 de Sukiennik, y otros enseña diversos materiales de revestimiento que pueden usarse en la presente invención.

El lienzo superior puede contener además una pluralidad de aberturas (no mostradas) formadas a través de él para permitir que el fluido corporal pase más fácilmente al núcleo absorbente. Las aberturas pueden estar dispuestas aleatoriamente o uniformemente a lo largo del lienzo superior, o pueden localizarse sólo en la banda longitudinal estrecha o tira dispuesta a lo largo del eje longitudinal del artículo absorbente. Las aberturas permiten la rápida penetración de fluido corporal hacia abajo en el núcleo absorbente. El tamaño, la forma, el diámetro y el número de aberturas puede variarse para adecuarse a las propias necesidades particulares.

El artículo absorbente contiene además un núcleo absorbente colocado entre el lienzo superior y el lienzo inferior. El núcleo absorbente puede formarse a partir de un miembro absorbente único o un compuesto que contiene miembros absorbentes separados y distintos. Debe entenderse, sin embargo, que puede utilizarse cualquier número de miembros absorbentes en la presente invención. Por ejemplo, en una modalidad, el núcleo absorbente puede contener un miembro de entrada (no mostrado) colocado entre el lienzo superior y un miembro de retardo de transferencia (no mostrado) . El miembro de entrada puede fabricarse de un material que es capaz de transferir rápidamente, en la dirección z, el fluido corporal que se entrega al lienzo superior. El miembro de entrada puede tener generalmente cualquier forma y/o tamaño deseado. En una modalidad, el miembro de entrada tiene una forma rectangular, con una longitud igual o menor que la longitud total del artículo absorbente, y un ancho menor que el ancho del artículo absorbente. Por ejemplo, puede utilizarse una longitud de entre aproximadamente 150 mm a aproximadamente 300 mm y un ancho de entre aproximadamente 10 mm a aproximadamente 60 mm.

Cualquiera de una variedad de materiales diferentes puede usarse para el miembro de entrada para realizar las funciones antes mencionadas. El material puede ser sintético, celulósico, o una combinación de materiales sintéticos y celulósicos. Por ejemplo, los tejidos celulósicos de tendido al aire pueden ser adecuados para el miembro de entrada. El tejido celulósico tendido al aire puede tener un peso base en el intervalo de aproximadamente 10 gramos por metro cuadrado (g/m2) a aproximadamente 300 g/m2, y en algunas modalidades, entre aproximadamente 100 g/m2 a aproximadamente 250 g/m2. En una modalidad, el tejido celulósico tendido al aire tiene un peso base de aproximadamente 200 g/m2. El tejido tendido al aire puede formarse a partir de madera dura y/o fibras de madera blanda. El tejido tendido al aire tiene una estructura de poro fino y proporciona una excelente capacidad de absorción por capilaridad, especialmente para el fluido menstrual.

Si se desea, un miembro de retardo de transferencia (no mostrado) puede colocarse verticalmente por debajo del miembro de entrada. El miembro de retardo de transferencia puede contener un material que es menos hidrofílico que los otros miembros absorbentes, y generalmente puede caracterizarse como sustancialmente hidrofóbico. Por ejemplo, el miembro de retardo de transferencia puede ser una trama fibrosa de tela no tejida compuesta de un material relativamente hidrofóbico, tal como polipropileno, polietileno, poliéster o lo similar, y además puede componerse de una mezcla de tales materiales. Un ejemplo de un material adecuado para el miembro de retardo de transferencia es una tela unida por hilado compuesta de polipropileno, fibras multilobulares . Más ejemplos de materiales de miembro de retardo de transferencia adecuados incluyen tramas de unión por hilado compuestas de fibras de polipropileno, las cuales pueden ser redondas, trilobulares o polilobulares en forma de sección transversal y las cuales pueden ser huecas o de estructura sólida. Típicamente las tramas se unen, tal como por la unión térmica, por encima de aproximadamente 3 % alrededor de un 30 % del área de la trama. Otros ejemplos de materiales adecuados que pueden usarse para el miembro de retardo de transferencia se describen en la patente de Estados Unidos núm. 4,798,603 de Meyer, y otros y 5,248,309 de Serbiak, y otros. Para ajustar el rendimiento de la invención, el miembro de retardo de transferencia puede tratarse además con una cantidad seleccionada de tensioactivo para aumentar su humectabilidad inicial.

El miembro de retardo de transferencia generalmente puede tener cualquier tamaño, tal como una longitud de aproximadamente 150 mm a aproximadamente 300 mm. Típicamente, la longitud del miembro de retardo de transferencia es aproximadamente igual a la longitud del artículo absorbente. El miembro de retardo de transferencia además puede ser igual de ancho que el miembro de entrada, pero típicamente es más ancho. Por ejemplo, el ancho del miembro de retardo de transferencia puede ser de entre aproximadamente 50 mm a aproximadamente 75 mm, y particularmente aproximadamente 48 mm. Típicamente el miembro de retardo de transferencia tiene un peso base menor que el de los otros miembros absorbentes. Por ejemplo, el peso base del miembro de retardo de transferencia es típicamente menor que aproximadamente 150 gramos por metro cuadrado (g/m2), y en algunas modalidades, entre aproximadamente 10 g/m2 a aproximadamente 100 g/m2. En una modalidad específica, el miembro de retardo de transferencia se forma a partir de una trama unida por hilado que tiene un peso base de aproximadamente 30 g/m2.

Además de los miembros mencionados anteriormente, el núcleo absorbente puede incluir también un miembro de compuesto absorbente (no mostrado), tal como un material de coforma. En este caso, los fluidos pueden absorberse desde el miembro de retardo de transferencia hacia el miembro de compuesto absorbente. El miembro de compuesto absorbente puede formarse por separado del miembro de entrada y/o el miembro de retardo de transferencia, o puede formarse simultáneamente con los mismos. En una modalidad, por ejemplo, el miembro de compuesto absorbente puede formarse sobre el miembro de retardo de transferencia o el miembro de entrada, que actúa como un portador durante el proceso de coforma descrito anteriormente.

Aunque anteriormente se han descrito varias configuraciones de un artículo absorbente, debe entenderse que otras configuraciones también se incluyen dentro del alcance de la presente invención. Además, la presente invención no está en modo alguno limitada a los lienzos inferiores y la película de la presente invención puede incorporarse en una variedad de componentes diferentes de un artículo absorbente. Por ejemplo, un revestimiento de liberación de un artículo absorbente puede incluir la película de la presente invención.

La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes ejemplos.

Métodos de prueba Propiedades de tracción Se probaron las propiedades de tracción (tensión máxima, módulo, deformación en la rotura, y energía por volumen en la rotura) de las películas en un marco de tracción Sintech 1/D. La prueba se realizó de acuerdo con ASTM D638-08. Las muestras de película se cortaron en forma de hueso de perro con un ancho central de 3.0 mm antes de la prueba. Las muestras de película en forma de hueso de perro se mantuvieron en su lugar usando pinzas en el dispositivo Sintech con una longitud de calibre de 18.0 mm. Las muestras de película se estiraron a una velocidad de cruceta de 5.0 pulgadas/min hasta que se produjo la rotura. Se probaron cinco muestras para cada película en la dirección de máquina (MD) y en la dirección transversal (CD) . Un programa de ordenador llamado TestWorks 4 se usó para recoger los datos durante la prueba y para generar una curva de la tensión en función de la deformación a partir de la que se determinó una serie de propiedades, que incluyen el módulo, la tensión máxima, el alargamiento, y la energía para la rotura.

Indice de fluidez El índice de fluidez se determinó de acuerdo con ASTM D-1238 a una temperatura de 190°C, una carga de 2.16 kg, y un tiempo de liberación de 6 minutos. Se usó un indexador de fusión Modelo MP600 de Tinius Olsen Testing Machine Company, Inc. para medir los índices de fluidez.

Análisis de la humedad El contenido de humedad se determinó usando un método de "pérdida en el secado" a través de un analizador de humedad Compurac® fabricado por Arizona Instrument . Más particularmente se midió el peso inicial de la muestra. Esta muestra se colocó después en un horno a 130°C para eliminar el agua, se enfrió a temperatura ambiente, y se volvió a pesar. El contenido de humedad puede determinarse como partes por millón ("ppm") o porcentaje en peso (% en peso) como sigue a continuación.

Contenido de humedad (ppm) = [ (Masa inicial - Masa final) /Masa inicial] * 1,000,000 Contenido de humedad (% en peso) = [ (Masa inicial - Masa final) /Masa inicial] * 100 Materiales empleados Los siguientes materiales se emplearon en los ejemplos: Gel de almidón de maíz Cargill se adquirió de Cargill (Cedar Rapids, IA) , Glicerina (Emery™ 916) se adquirió de Cognis Corporation (Cincinnati, OH) ; ECOFLEX™ F BX 7011, un copoliéster aromático alifático, se adquirió de BASF (Ludwigshafen, Alemania) ; Resina de polietileno DOWLEX™ EG 2244G se adquirió de Dow Chemical Company (Midland, MI) ; y FUSABOND® MB 528D, una resina de polietileno modificado químicamente, se adquirió de DuPont Company (Wilmington, DE) .

Equipo empleado Extrusor ZSK-30 El extrusor ZSK-30 (Werner and Pfleiderer Corporation, Ramsey, NJ) es un extrusor de doble tornillo, corrotativo, con un diámetro de 30 mm y una longitud de tornillo de hasta 1328 mm. El extrusor tiene 14 cilindros. El primer cilindro recibió ® la mezcla de almidón, copoliésteres Ecoflex , poliolefmas , compatibilizadores , aditivos, etcétera. Cuando se usó la inyección de glicerina, se inyectó en el cilindro 2 con un inyector a presión conectado con una bomba Eldex (Napa, CA) . El respiradero se abrió en el extremo del extrusor para liberar la humedad.

HAAKE Rheomex 252 El Haake Rheomex 252 (Haake, Karlsruhe, Alemania) es un extrusor de tornillo único con un diámetro de 18.75 mm y una longitud de tornillo de 450 mm.

HAAKE Rheocord 90 El Haake Rheocord 90 (Haake, Karlsruhe, Alemania) es un reómetro de torque controlado por ordenador. Se usa para controlar los ajustes de velocidad del rotor y de la temperatura en el HAAKE Rheomex 252.

EJEMPLOS 1-3 Una composición termoplástica se formó de 25 % en peso de almidón termoplástico (almidón de maíz y glicerina) , 34 % en peso de polietileno DOWLEX™ EG 2244G, 3 % en peso de FUSABOND™ MB 528D, y 38 % en peso de ECOFLEX™ F BX 7011. La alimentación del almidón de maíz se realizó usando un alimentador de polvo de doble tornillo ZSK-30 a una velocidad de 56.75g/min (7.5 lb/hr) . La glicerina se usó para llenar cubetas de 18.92 1 (5 galones) y se calentó antes del mezclado de la resina. La glicerina se bombeó directamente en la corriente de fusión del extrusor usando una bomba de líquido de tres cabezales a aproximadamente 18.9 g/min, lo que equivale a 2.5 lb/hr. El polietileno ("PE") DOWLEX™ se midió en una cubeta de 5 galones y se mezcló a mano con FUSABOND™ 528 ( "FB" ) . La mezcla se alimentó en la garganta del extrusor a una velocidad de 111.07g/min (14.68 lb/hr) a través de un alimentador de gránulos de tornillo único. El copoliéster ECOFLEX™ se alimentó en la garganta usando un alimentador de tornillo único a una velocidad de 113.4g/min (15 lb/hr).

Las hebras resultantes se enfriaron en un baño de agua con longitudes de exposición al agua variables 1.52 m, 3.04m o 4.57 m (5 pies, 10 pies o 15 pies) . Las hebras frías se recogieron en un lienzo de cartón y después se trituraron en gránulos para su procesamiento posterior. Un ejemplo comparativo ("Ej. comp.") se formó además de una manera como se describió anteriormente, excepto que las hebras se enfriaron solamente con aire sobre una banda por una serie de ventiladores localizados encima de la banda.

Las condiciones de procesamiento para las muestras se exponen más abajo en la Tabla 1.

Tabla 1: Condiciones del proceso Después de sumergirse en la inmersión de agua de 1.52 m (5 pies) , las hebras del Ejemplo 1 estaban demasiado blandas y dúctiles para granularlas porque no se enfriaron completamente. En los Ejemplos 2 y 3, el enfriamiento fue suficiente para permitir que las hebras se enfriaran y fue posible la granulación continua.

Las películas se colaron usando un Haake Rheomex 252 conectado a un Haake Rheocord 90, que fue el responsable de controlar y ajustar el torque, la velocidad del tornillo, y el calentamiento. Los gránulos obtenidos del extrusor ZSK-30 se alimentaron por inundación en el extrusor Haake para la colada de película. Los gránulos tenían un contenido de humedad de aproximadamente 3,000 a 3,7000 ppm (no se encontraron problemas durante la extrusión de la película a este nivel de humedad) . Se usó un troquel de película de 8 pulgadas junto con un sistema enfriado de rodillo y recolección para obtener una película que tiene un grosor de aproximadamente 25.4 micrómetros . Las condiciones de la colada se resumen en la Tabla 2 más abajo.

Tabla 2 : Condiciones de la colada Las películas resultantes se almacenaron en un cuarto de acondicionamiento de estado estándar durante la noche y se probaron las propiedades de tracción como se indicó anteriormente. Las propiedades MD y CD para las películas se exponen más abajo en las Tablas 3-4.

Tabla 3 : Propiedades de tracción en MD Tabla 4: Propiedades de tracción en CD Como se indicó, la tensión máxima en CD, ductilidad, y energía a la rotura para las película enfriadas con agua y aire de los Ejemplos 1-3 fue significativamente superior que para la película enfriadas sólo con aire del Ejemplo comparativo.

EJEMPLO 4 Se demostró la capacidad para formar una composición termoplást ica usando el proceso de la presente invención. Más particularmente, la composición se formó de 19 % en peso de almidón de maíz, 6 % en peso de glicerina, 34 % en peso de polietileno DOWLEX™ EG 2244G, 3 % en peso de FUSABOND™ B 528D, y 38 % en peso de ECOFLEX™ F BX 7011. El polietileno DOWLEX™ EG 2244G, el FUSABOND™ MB 528D, y el ECOFLEX™ F BX 7011 inicialmente se mezclaron en seco y después se alimentaron a un extrusor de doble tornillo corrotativo, de 64 mm (relación L/D = 38) a una velocidad de 2835 g/min (375 libras por hora) . El extrusor tenía un cilindro de alimentación (Zona 1) , seis cilindros cerrados (Zonas 2-7) , y finalmente un cilindro con una pila de vacío (Zona 8) . La mezcla de polímero se suministró al cilindro de alimentación a través de un alimentador gravimétrico de doble tornillo (alimentador de bandeja plana Arbo) . El almidón de maíz se alimentó además al cilindro de alimentación a través de un alimentador gravimétrico (alimentador Accurate) a una velocidad de 748.2 g/min (95 libras por hora) . La glicerina se bombeó directamente en el cilindro de alimentación del extrusor usando una bomba de engranajes para líquidos a aproximadamente 226.8 g/min) 30 lb/hr. Un troquel de 12 hebras con un diámetro de 3.17 mm (0.125 pulgadas) se usó para formar hebras a partir de la composición. Las hebras resultantes se enfriaron como se muestra en la Fig. 2. Más particularmente, las hebras se sumergieron en un baño de agua con una longitud de exposición de aproximadamente 2.13 m (7 pies) en el que circula el agua para mantener una temperatura fría del agua. Se emplearon múltiples pases de hebras y un cuchillo de aire para asegurar el enfriamiento adecuado y eliminar la humedad en la superficie de las hebras antes de la granulación. Las hebras enfriadas se granularon y se recogieron en un tambor.

Las películas se colaron usando un Haake Rheomex 252 conectado a un Haake Rheocord 90, que fue el responsable de controlar y ajustar el torque, la velocidad del tornillo, y el calentamiento. Los gránulos obtenidos del extrusor ZSK-30 se alimentaron por inundación en el extrusor Haake para la colada de la película. Se usó un troquel de película de 8 pulgadas junto con un sistema enfriado de rodillo y recolección para obtener una película que tiene un grosor de aproximadamente 25.4 micrómetros. Las condiciones del procesamiento se resumen en la Tabla 5 más abajo.

Tabla 5: Condiciones de extrusión Como se ha indicado, las temperaturas de extrusión y del troquel se mantuvieron bastante estables, excepto que la Zona 4 fluctuó en la temperatura de 139.4°C a 182.2°C (283°F a 360°F) . La resina producida en este ejemplo se evaluó además para el contenido de humedad y el índice de fluidez en la manera descrita anteriormente. El contenido de humedad fue 8860 ppm y el índice de fluidez fue de 2.13 gramos por 10 minutos (190°C, carga de 2.16 kg) .

EJEMPLO 5 Otras muestras se mezclaron cambiando la velocidad del tornillo con las mismas condiciones de procesamiento como se describen en el Ejemplo 4. Las condiciones del procesamiento resumen en la Tabla 6 más abajo.

Tabla 6: Condiciones de la colada Como se indicó en la Tabla 6, las temperaturas de extrusión fueron más altas que las del Ejemplo 4. La temperatura del cuerpo de troquel fue alta en las primeras etapas debido a una velocidad del tornillo más alta, 330 rpm. Después de reducir la velocidad del tornillo a 250 rpm, la temperatura del cuerpo de troquel se enfrió lentamente hasta el punto de deformación fija. La resina producida en este ejemplo se evaluó además para el contenido de humedad y el índice de fluidez en los tiempos de ejecución de 60 minutos, 90 minutos, y 120 minutos. El contenido de humedad fue 4000 ppm a 60 minutos, 2600 ppm a 90 minutos, y 4378 a 120 minutos. El índice de fluidez fue 0.28 g/10 min a 60 minutos, 0.18 g/10 min a 90 minutos, y 0.31 g/10 min a 120 minutos.

EJEMPLO 6 Las películas se colaron a partir de las muestras de los Ejemplos 4 y 5 usando un Haake Rheomex 252 conectado a un Haake Rheocord 90, que fue el responsable de controlar y ajustar el torque, la velocidad del tornillo, y el calentamiento. Los gránulos obtenidos a partir del proceso de extrusión en doble tornillo se alimentan en el flujo del extrusor Haake para la colada de la película. Se usó un troquel de película de 8 pulgadas junto con un sistema enfriado de rodillo y recolección para obtener una película que tiene un grosor de aproximadamente 25.4 micrómetros. Las condiciones de la colada se resumen en la Tabla 7 más abajo.

Tabla 7 : Condiciones de colada de la película Las películas resultantes se almacenaron en un cuarto de acondicionamiento de estado estándar durante la noche y se probaron las propiedades de tracción como se indicó anteriormente. Las propiedades MD y CD medias de las películas se expone más abajo en las Tablas 8-9.

Tabla 8: Propiedades de tracción en MD Tabla 9 : Propiedades de tracción en CD Como se ha indicado, los valores de alargamiento y tensión máxima MD/CD del Ejemplo 4 son bastante altos. El Ejemplo 5 mostró valores de tensión y alargamiento más bajos que en el Ejemplo 4 , y se cree que se deba a los agujeros formados en la película durante la colada debido a la degradación no intencionada del almidón durante la extrusión.

Si bien la invención se ha descrito en detalle con respecto a las modalidades específicas de la misma, se apreciará que los expertos en la técnica, al alcanzar un entendimiento de lo anterior, pueden concebir fácilmente alteraciones, variaciones, y equivalentes a estas modalidades. En consecuencia, el alcance de la presente invención debe evaluarse como el de las reivindicaciones adjuntas y cualquier equivalente a ellas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método para formar una composición a base de almidón termoplástico, caracterizado porque comprende: extrudir en estado fundido una composición termoplástica a través de un troquel para formar un producto extrudido, en donde la composición termoplástica comprende un polímero de almidón y plastificante ; someter el producto extrudido a al menos una etapa de enfriamiento con agua en la cual el producto extrudido se pone en contacto con agua por un primer periodo de tiempo; y después de eso, someter el producto extrudido enfriado con agua a al menos una etapa de enfriamiento con aire en la cual el producto extrudido se pone en contacto con aire por un segundo periodo de tiempo, en donde el producto extrudido enfriado con aire tiene un contenido de humedad de aproximadamente 500 a aproximadamente 20,000 partes por millón.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer periodo de tiempo es de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 segundos.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la temperatura del agua es de aproximadamente 10°C a aproximadamente 60 °C.

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato se sumerge dentro de un dispositivo de enfriamiento de agua durante la etapa de enfriamiento con agua.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contenido de humedad del producto extrudido enfriado con agua es de aproximadamente 2,000 a aproximadamente 50,000 partes por millón.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo periodo de tiempo es de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 segundos .

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura de la corriente de aire es de aproximadamente 0°C a aproximadamente 40°C.

8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de aire se proporciona por un cuchillo de aire.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contenido de humedad del producto extrudido enfriado con aire es de 1,000 a aproximadamente 10,000 partes por millón.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende granular el producto extrudido enfriado con aire.

11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el polímero de almidón es un almidón de maíz.

12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el plastificante es un alcohol polihídrico o un alcohol de azúcar.

13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación en peso de los polímeros de almidón a los plastificantes en la composición termoplástica es de aproximadamente 1 a aproximadamente 10.

14. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende la extrusión en estado fundido del producto extrudido enfriado con aire sobre una superficie para formar un sustrato.

15. Una película formada de conformidad con el método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la película tiene un grosor de aproximadamente 50 micrómetros o menor.

16. La película de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la película exhibe un porcentaje de deformación en la rotura de la película en la dirección transversal a la máquina de aproximadamente 550% o mayor.

17. La película de conformidad con la reivindicación 15 o 16, caracterizada porque la película exhibe un módulo de elasticidad en la dirección transversal a la máquina de aproximadamente 80 a aproximadamente 250 Megapascales .

18. Un sistema para formar una composición a base de almidón termoplástico, caracterizado porque comprende: un suministro de un polímero de almidón y un plastificante ¡ un extrusor y un troquel, en donde el polímero de almidón y el plastificante son capaces de mezclarse en estado fundido dentro del extrusor y a través del troquel para formar un producto extrudido; al menos una etapa de enfriamiento con agua localizada aguas abajo del extrusor y del troquel, la etapa de enfriamiento con agua comprende un baño de agua dentro del que se sumerge el producto extrudido después de salir del troquel; y al menos una etapa de enfriamiento con aire localizada aguas abajo de la etapa de enfriamiento con agua que se configura para suministrar una corriente de aire que se pone en contacto con el producto extrudido después de salir del baño de agua.