BIODEGRADABLES

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se ubica en la industria del plástico y más particularmente en la industria del plástico biodegradable. Consiste en un proceso para preparar una mezcla que comprende: polímeros termoplásticos; fibras y desechos del Agave Azul Tequilana Weber (agave); agentes oxo-degradativos así como otros aditivos para preparar plásticos biodegradables.

ANTECEDENTES

El empleo de polímeros termoplásticos derivados de fuentes de hidrocarburos no renovables para la elaboración de una gran cantidad de artículos y utensilios comunes en la sociedad - tales como empaques, bolsas, platos, vasos, cuchillos, tenedores, cucharas, charolas, artículos médicos como implantes, tubería, guantes, juguetes y los similares- es una actividad con alto grado de madurez técnica. Está ampliamente diversificada y distribuida en el mundo debido a su facilidad de procesamiento, propiedades físicas y químicas, y a la economía en su obtención. Para esto, pueden ser empleados diversos tipos de polímeros derivados de las denominadas fuentes no renovables de hidrocarburos, tales como el petróleo y el gas natural. También es conocido que, por su uso ampliamente diversificado, estos materiales presentan, colateralmente, problemas de contaminación ambiental posterior a la terminación de su vida útil debido a su acumulación creciente y a que, por su naturaleza química, su degradación por factores ambientales puede tomar períodos de tiempo de hasta cientos de años. Estos problemas han sido ampliamente documentados y demandan atención para su solución a través de alternativas que aprovechen todas las ventajas técnicas que presentan, y que disminuyan o eliminen los problemas que hasta la fecha son inherentes a la actividad de su procesado y uso. Una de las alternativas desarrolladas es la obtención de polímeros a partir de fuentes renovables como, por ejemplo, cultivos que puedan proveer - mediante procesos químicos- las sustancias iniciales para su producción. Otra alternativa es la sustitución de estos materiales por los denominados plásticos biodegradables, como los basados en ácido láctico, por ejemplo. Sin embargo, éstos no satisfacen la alta y creciente demanda actual del mercado, tanto en cantidad como en calidad, por lo que actualmente no son una solución real. Otra opción que también se ha abordado es la modificación o formulación de los polímeros para disminuir el impacto que su acumulación en el ambiente ocasiona, a través de otorgarles características de degradación por factores ambientales como: radiación solar, temperatura, humedad y actividad microbiológica. Como resultado del desarrollo de la técnica, existen plásticos con diferentes características relacionadas con su degradación:

Oxo-degradables: Son aquellos en los cuales, en el proceso de transformación del plástico, se introduce un aditivo que rompe enlaces de las moléculas grandes reduciendo la fortaleza de las mismas. Éstas eventualmente, serán una fuente de nutrientes para microorganismos, los cuales terminan la degradación del plástico hasta agua, dióxido de carbono y biomasa reusable. Este proceso requiere oxígeno por lo que no ocurre en condiciones anaeróbicas. El proceso de degradación puede regularse a períodos de 2 a 3 años, algo adecuado para las necesidades del usuario final de un producto como las bolsas de plástico. Sin embrago, el control preciso de la razón de pérdida de propiedades es un punto de preocupación para los usuarios de los termoplásticos formulados con estos aditivos ya que la pérdida de propiedades, una vez iniciado el proceso de degradación, puede ser muy abrupta y ocasionar que el material sea inútil aún antes de ser empleado en la aplicación deseada, ocasionando pérdidas económicas importantes. Biodegradables: aquellos en los que la degradación ocurre por los microorganismos presentes en el ambiente natural. Típicamente, estos plásticos están basados en almidón o polímeros y copolímeros de ácido láctico (APL) y son de manufactura costosa. Los productos fabricados con este material se degradan en condiciones con poco oxígeno o sin él, y resultan en la emisión de gas metano (un gas 20 veces más dañino para el ambiente que el dióxido de carbono), sin dejar biomasa residual útil. Esto resulta en contribuciones a factores identificados como problemas ambientales, como el aumento en el dióxido de carbono ambiental y la contaminación de tierras.

Compostables: Se refiere a plásticos que se degradan en un período de tiempo similar a compuestos orgánicos conocidos, tales como hojas y hierba. Los estándares para productos con estas características están definidos en la norma ASTM 6400. Estas condiciones exigen un período de degradación rápida que puede ser alcanzada por los plásticos de APL y los oxo-degradables.

Particularmente, el proceso de oxo-degradación sobre plásticos de hidrocarburos -tales como el polietileno (PE) y el polipropileno (PP)- consiste en dos etapas, iniciando con el aditivo oxo-degradativo. Éste actúa sobre las largas cadenas de hidrocarburos para acelerar el proceso natural de degradación. Es conocido en la técnica que sin la presencia de este tipo de aditivos, este proceso natural puede tomar periodos de tiempo de hasta cientos de años. Lo que ocurre al mezclar el aditivo oxo-degradativo con los plásticos de hidrocarburos es el rompimiento de las cadenas que conforman el polímero reduciéndose el peso molecular y volviendo a las moléculas más cortas y químicamente susceptibles de desarrollar y favorecer el crecimiento de una biopelícula en su superficie, la cual sirve de soporte para el desarrollo de microorganismos que terminarán por degradar el plástico a agua, dióxido de carbono y biomasa reutilizable. Se ha determinado que en la degradación de las cadenas poliméricas a pesos moleculares menores a 10 kilodaltons (Kda) y con un índice de carbonilo mayor a 0.1 , el material es susceptible de iniciar su biodegradación. Este proceso es no tóxico y 100% seguro para contacto directo con alimentos. Si el oxígeno no está presente, las cadenas de polímero no se degradarán. Esto representa una ventaja sobre otras alternativas biodegradables las cuales continúan su degradación sin la presencia de oxígeno y emiten gas metano.

Uso de aditivos oxo-degradativos

Los aditivos oxo-degradativos son conocidos en la técnica actual. Estos aditivos son una combinación de un carboxilato metálico y un ácido alifático poli hidroxi-carboxílico, tal como se describe en las patentes US 5565503 y US 5854304, y que se describen aquí a manera de ilustración. Los carboxilatos metálicos preferidos son los estearatos de cobalto, cerio y hierro, aunque otros carboxilatos adecuados contienen aluminio, antimonio, bario, bismuto, cadmio, cromo, cobre, galio, lantano, plomo, litio, magnesio, mercurio, molibdeno, níquel, potasio, tierras raras, plata, sodio, estroncio, estaño, tungsteno, vanadio, itrio, zinc o zirconio. Como ácido alifático poli hidroxi-carboxílico se entiende un ácido alifático que tiene uno o más grupos hidroxilo y uno o más grupos carboxilo. Estos son ilustrados por los ácidos alifáticos dihidroxi monocarboxílicos -tales como el ácido glioxílico y glicérico- por los ácidos poli hidroxi monocarboxílicos -tales como el ácido erítrico, arábico o manitico- por los ácidos monohidoxi poli carboxílicos, tales como el ácido málico, y por los ácidos dihidroxi dicarboxílicos, tales como el tartárico. Adicionalmente, estos aditivos pueden incluir óxido de calcio y otros aditivos pertinentes. Algunas de las marcas comerciales de los aditivos oxo-degradativos descritos por su caracterización en el párrafo anterior son pueden ser: Envirocare® de la empresa Ciba Specialty Chemicals, bajo licencia de EPI Environmental Technologies. Otro aditivo conocido en la técnica es el llamado Addiflex® de Add-X Biotech AB, empresa localizada en Suecia. La empresa EPI Environmental Technologies comercializa aditivos de este tipo bajo el nombre de TDPA®. Otro aditivo oxo-degradativo conocido en la técnica es el Celspan® de la empresa Phoenix Plastics de Estados Unidos, y es particularmente preferido en la invención presente. Sin embargo, el uso de aditivos de este tipo presenta cierta inquietud en cuanto a la velocidad de degradación que puede obtenerse bajo diferentes condiciones ambientales, ya que una vez iniciado el proceso, la pérdida de propiedades de los artículos plásticos es acelerada.

La solicitud de patente WO 2006/135498 presenta una formulación de una película degradable para cubrir cultivos y provocar un efecto invernadero en el lugar cubierto por ella. La degradación es ocasionada por la radiación ultravioleta y por la temperatura y pretende mejorar el control sobre las propiedades de degradación de la película por medio del empleo de un aditivo oxo-degradativo.

La solicitud WO 2009/087425 describe la elaboración de bolsas para basura perfumadas y conteniendo aditivos oxo-degradativos y agentes antibacterianos para otorgarle degradabilidad y un mejor control sobre la población bacteriana que pueda crecer en la basura. Sin embargo, solamente usan el aditivo oxo-degradativo como promotor de su degradación. Por lo tanto, es deseable tener un mejor sistema de promoción y control de la degradación de productos plásticos.

Agave Azul Tequilana Weber

El Agave Azul Tequilana Weber (Reino Plantae, División Antophyta, Clase Monocotiledoneae, Orden Liliales Familia Agavaceae, Subfamilia Agavoideae, Género Agave, Subgénero Agave, Sección Rigidae, Especie tequilana Weber) es una de las 136 especies de Agave conocidas y está ampliamente distribuida en diversas regiones del mundo. En particular, su cultivo es ampliamente realizado en la zona tequilera del occidente de México, que incluye a los estados de Jalisco, Nayarit, Guanajuato y Michoacán, así como en una zona del estado de Tamaulipas, y se emplea para la elaboración del Tequila. La denominación de origen: "Tequila", se refiere a las bebidas alcohólicas obtenidas por fermentación y destilación, y con un contenido de 51% de Agave azul producido en la zona geográfica señalada, tal y como lo dispone la Norma Oficial Mexicana NOM-006-SCFI- 2005. Para la elaboración del Tequila se cortan las hojas largas y puntiagudas al Agave, dejando lo que se conoce como "piña". Ésta es cortada en segmentos de determinado tamaño, los cuales se hornean y se exprimen mediante mecanismos adecuados para extraer un fluido rico en azúcares que es la base del Tequila. Como resultado del proceso de elaboración de Tequila se obtienen subproductos tales como: las vinazas o efluentes líquidos resultantes del proceso y el bagazo de fibra de agave como efluente sólido. Ambos al desecharse representan un problema ambiental por su acumulación y falta de usos que aprovechen sus propiedades. Uno de los residuos más abundantes es la fibra de agave y se estima que está en el orden de 200,000 toneladas por año y la mayor parte se destina a rellenos sanitarios o es empleada como combustible. La fibra de agave está compuesta típicamente por 65% de celulosa, 5.5% de hemicelulosa, 17 de lignina y 12.5% de extrañóles, como se reporta en Iñiguez-Covarrubias, G. Días-Teres, R., Sanjuan-Dueñas, R., Anzaldo- Hernández y Rowell, R.M. Utilization of by-products from tequila industry. Part 2: potential valué of Agave Tequilana Weber azul leaves. Bioresource Technology, 77, 101 -108, 2001. Esta fibra puede ser reducida por medios físicos a diversas longitudes y puede ser degradada químicamente resultando en moléculas poliméricas de diversos pesos moleculares susceptibles de ser usadas. Por ejemplo, la solicitud de patente US 2006/0222719 describe la manufactura de artículos a partir de residuos de agave y polímeros termofíjos en los cuales la fibra tiene la función de refuerzo activo, reaccionando químicamente para incorporarse a la masa polimérica infusible pero no aprovecha sus características de biodegradabilidad para mejorar el reciclado del material.

Ian Bates en el documento GB 2460215 se refiere a un material laminado para empaque compostable que comprende una tela de fibra natural y una capa que comprende látex o un derivado de látex. La capa base comprende un derivado de almidón o celulosa tal como un derivado del ácido láctico o poliláctico o un biopolímero derivado de maíz o almidón.

No obstante, Bates no incluye el uso de agave azul para proporcionar fibras, en forma individual o en diversas longitudes, ni tratadas superficialmente conservando en ellas la capacidad de biodegradabilidad y compostabilidad. Adicionalmente, no considera como parte del material a los polímeros termoplásticos mencionados en la presente invención. Jefter Fernandes Nascimento en la publicación US 2010/0048767 describe una mezcla polimérica degradable ambientalmente y un proceso para obtener la mezcla polimérica degradable ambientalmente. Sin embargo, en ella se usan polímeros específicos como polihidroxibutirato y polibutiden adipato/butilentereftalato. El aditivo es un plastificante no un aditivo que tenga el objeto de acelerar las características de biodegradabilidad.

Lawrence T. Drzal en la patente US 7576147 describe la preparación de biomasa celulósica con soya y polímeros del tipo vinílico que se polimerizan in-situ en materiales para la edificación de estructuras, mas no incluye polímeros termoplásticos mencionados en la presente invención.

Per Just Andersen en la patente US 6030673, describe el uso de polímeros naturales o sintéticos en la preparación de papel, cartón y materiales de empaque y, aunque se usan polímeros, solamente se emplean en forma de capas definidas de materiales, y el propósito es diferente de aquel de la invención presente, ya que no se pretende crear un producto, en base a polímeros, que sea biodegradable.

Añil N. Netravali en la publicación US 2008/0090939 describe composiciones protéicas en base a soya, biodegradables. No obstante, se trata de compuestos para preparar composiciones en base a polímeros biodegradables y arcillas, así como un aditivo; pero este último no con el objeto de facilitar la biodegradación de la composición -y en consecuencia del compuesto- sino de fortalecer la composición.

Stephen J. Faehner en la publicación US 2009/01 18396 describe un proceso para hacer compuestos termoplásticos y termofijos en donde se mezclan fibras naturales como bagazo, sisal u otro tipo de materiales celulósicos con los compuestos termoplásticos o termofijos con el propósito de mejorar el proceso, lo cual no es un objeto de la presente invención. Cabe aclarar que dicha publicación no incluye un aditivo oxi-degradativo, ni agave, ni sus mezclas, sino solamente sisal u otras fibras naturales.

Resulta obvio que ningún documento en el estado de la técnica considera el uso combinado de aditivos oxo-degradativos y fibras de agave.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso para preparar una mezcla de polímeros biodegradables.

Es un objeto adicional de la invención controlar las características del proceso para obtener un producto que ni se degrade abruptamente -con la consecuente pérdida de propiedades físicas (lo cual resulta en pérdidas económicas)-, ni tampoco en muchos años, causando contaminación ambiental por acumulación.

Es otro objeto de la invención proporcionar un proceso para controlar la velocidad de degradación de los productos plásticos preparados con la fibra y residuos de agave tratados de acuerdo a la presente invención.

Asimismo, la presente invención tiene por objeto fabricar productos plásticos biodegradables a partir de una mezcla hecha de fibras y desechos del Agave.

Es aún otro objeto de la invención proporcionar una mezcla de polímeros, fibras y residuos de agave tratados, y aditivos oxo-degradativos que produce un efecto sinérgico inesperado en la biodegradabilidad y en la conservación de las propiedades mecánicas en formulaciones de materiales compuestos para usarse en la manufactura de artículos plásticos.

Aún otro objetivo de la presente invención es el uso de la fibra de agave tratada no con la función tradicional de un refuerzo para mejorar propiedades mecánicas, como diversas patentes en el estado del arte reivindican, sino que adicionalmente contribuye al control de la velocidad de degradación y a un menor uso de poliolefinas derivadas del petróleo.

Otro objeto de la invención es proporcionar un proceso versátil en el cual se usan aditivos comúnmente empleados en la técnica, tales como aditivos antideslizamiento, refuerzos para incrementar la resistencia, aditivos antibloqueo, colorantes y pigmentos.

Es aún un objeto adicional de la invención proporcionar productos biodegradables preparados con base en el proceso de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

En la figura 1 se presenta el diagrama de proceso del tratamiento de las fibras de agave. En la figura 2 se muestra la razón de pérdida de la propiedad de elongación a diferentes tiempos en la prueba de foto-degradación en cámara de envejecimiento acelerado.

En la figura 3 se muestra el porcentaje de retención de la propiedad de elongación a 9 y 12 días en la prueba de foto-degradación en cámara de envejecimiento acelerado.

En la figura 4 se presenta el comportamiento de la propiedad de esfuerzo máximo con respecto al tiempo de las películas, con diferentes formulaciones en la prueba de foto- degradación en cámara de envejecimiento acelerado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se ubica en la industria del plástico y más particularmente en la industria del plástico biodegradable y consiste en un proceso para preparar una mezcla que comprende: polímeros termoplásticos; fibras y desechos del Agave Azul Tequilana Weber (agave); agentes oxo-degradativos así como otros aditivos para preparar plásticos biodegradables.

En el contexto de la invención presente se entiende por "degradable" todo material que pierde su integridad y propiedades físicas y químicas por acción de factores ambientales tales como radiación solar, humedad, temperatura, erosión y presión, y por acción de agentes biológicos tales como plantas, animales y microorganismos (bacterias y hongos).

El problema técnico que la invención resuelve es reutilizar materiales residuales de procesos industriales (por ejemplo, del proceso de elaboración del Tequila) y por otro lado, elaborar productos degradables, de múltiples usos y amplia demanda. La elaboración de dichos productos contribuye a paliar la acumulación de materiales considerados de baja o nula degradabilidad cuando son expuestos al ambiente, como son los plásticos y generar productos biodegradables a partir de los materiales antes citados. Inesperadamente y de manera sorprendente se comprobó que las mezclas de las fibras residuales de agave azul del proceso para la producción de Tequila con polímeros termoplásticos poliolefínicos derivados de hidrocarburos y aditivos de los denominados oxo- degradativos, resultan en compuestos con propiedades adecuadas para elaborar productos sólidos con características de degradación mejores que las obtenidas mediante el uso de las mezclas binarias de las sustancias mencionadas. Debido a esto; se condujo el diseño de un proceso para acondicionar dichas fibras con la intención de que pudieran ser incorporadas a una mezcla de polímeros y aditivos oxo-degradativos, obteniendo como resultado una mezcla madre (Masterbatch (MB)) con la cual se pueden preparar artículos plásticos biodegradables.

La mezcla consiste de polímeros termoplásticos derivados de hidrocarburos que sirven como matriz ligante para el material compuesto, en el cual los demás componentes son dispersados. Se entiende por material compuesto aquel con propiedades uniformes definidas, resultante de la mezcla heterogénea de polímeros y otros componentes. Los termoplásticos empleados en esta invención pueden ser uno solo, o una mezcla de dos o más poliolefinas.

Las poliolefinas útiles comprenden, por ejemplo y sin ser limitativos: Polietileno (PE) de los tipos conocidos como Polietileno de Baja Densidad (PEBD), Polietileno de Alta Densidad (PEAD), Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), y copolímeros de etileno con otro monómero, por ejemplo: copolímeros de etileno-propileno. Se incluyen también Polipropileno, Polibutileno, Polimetilpenteno y mezclas de ellos. El Polipropileno (PP), el Polietileno de Baja Densidad (PEBD) y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD), son particularmente preferidos para los objetos de esta invención. Además, es importante notar que en esta invención también pueden ser empleadas, de manera sobresaliente, poliolefinas recicladas de las ya mencionadas anteriormente.

Al ser la fibra de agave un material natural biodegradable, la incorporación de una cantidad de ella a una formulación de compuestos poliméricos, requiere que sea expuesta a los factores ambientales biológicos para que sea aprovechada como alimento por diversos microorganismos; por lo que su uso en combinación con termoplásticos requerirá la degradación primaria de estos últimos. Conforme a la presente invención, se ha encontrado un efecto sinérgico inesperado en la biodegradabilidad y en la conservación de las propiedades mecánicas cuando se combinan: polímeros termoplásticos; aditivos oxo- degradativos, así como fibras y desechos de agave en formulaciones de materiales compuestos para usarse en la manufactura de artículos y utensilios de plástico. El propósito del aditivo oxo-degradativo es dual: primero es romper las cadenas del polímero termoplástico a tamaños adecuados para servir como fuente de alimento para microorganismos; y segundo, exponer las fibras de agave -tratadas como se describe en la invención presente- también a la acción degradativa de los microorganismos, acelerando de esta manera su descomposición e incorporación al ambiente natural. La fibra de agave, tal como se obtiene de los diversos procesos de generación de la misma, tiene típicamente una composición porcentual de 65% de celulosa, 5.5% de hemicelulosa, 17% de lignina y 12.5% de extraíbles como ya se había citado anteriormente comprendiendo lo que se denominará "fibra cruda" en adelante. Estas características la hacen inapropiada para su aplicación en los términos de la invención presente, por lo que deben ser modificadas mediante procesos físicos y químicos y que forman parte integral de esta invención.

La manera preferida de llevar a cabo la presente invención se describe a continuación en la modalidad preferida. Ésta se presenta a manera de ilustración y no debe ser considerada como limitativa, en donde el proceso para preparar una mezcla termoplástica polimérica a base de fibras y residuos de agave comprende las siguientes etapas, tomando como referencia la figura 1 y empleando la numeración indicada ahí para describir el proceso: Como primer paso, es necesaria la reducción del tamaño de la fibra. Esto puede realizarse mediante un tratamiento de la fibra en húmedo donde se suspende la fibra cruda en agua (paso 1), en concentración de fibra del 1 % al 70%; -preferentemente del 10% al 40%- o puede ser realizada en ausencia de agua, es decir mediante un tratamiento de la fibra en seco (paso l a). Se reduce el tamaño de la misma a un intervalo de 1 - 100 micrómetros (paso 2). Para este propósito pueden emplearse métodos ya conocidos en la técnica, tales como molinos de bolas, molinos de martillos, de quijada, rodillos, arena, vibratorios y otros adecuados para los procesos en húmedo y en seco, y ampliamente descritos en "Perry Manual del Ingeniero Químico", McGraw-Hill, 6 ^a ed. Tomo 1 , pp. 8.10-8.82, prefiriéndose la reducción de tamaño en húmedo. En seguida, la fibra cruda es sometida a un proceso de lavado con agua (paso 3), con el cual se reduce, o se elimina completamente la concentración de todas las sustancias solubles, principalmente los azúcares reductores y la suspensión de partículas gruesas, aglomerados y sedimentos ajenos a la fibra útil. El lavado se realiza en tanques agitados a una concentración que puede ir del 1% al 70% de fibra de agave -preferentemente del 10% al 40%- y requiere el cambio del agua en la que está suspendida la fibra, mediante filtración u otro proceso de separación conocido en la técnica, pudiendo requerirse múltiples cambios de agua para llegar a un contenido de azúcares en la fibra por debajo del 10%, preferentemente menor al 5% y más preferentemente, por abajo del 1 %. La fibra libre de azúcares se pasa a un proceso de secado (paso 4) el cual puede ser por algún método convencional, tal como secado al sol, por lotes en bandejas, hornos de circulación forzada, calor directo, radiación infrarroja, al vacío, secadores continuos rotatorios, túneles de secado continuo y otros también ampliamente descritos en la obra de "Perry, Manual del Ingeniero Químico" Sección 20. Desecación de sólidos y sistemas gas- sólido. El nivel de humedad residual deberá estar por abajo del 10%, preferentemente por abajo del 5%. En seguida, la fibra pasa a un proceso de clasificación de acuerdo a su tamaño (paso 5). Alternativamente, la suspensión de fibra libre de azúcares, puede ser enviada al proceso de clasificación de acuerdo a su tamaño (paso 4a). La clasificación de las fibras en función de su tamaño puede realizarse usando cualquier método por vía húmeda o en seco, de los ya establecidos en la técnica y ampliamente descritos en la obra referida "Perry, Manual del Ingeniero Químico" pp 21.14-21.60 y que permiten la selección de diferentes rangos de tamaño de partícula. La fracción de fibra con el tamaño requerido es secada por algún método convencional, tal como son: al sol, por lotes en bandejas, hornos de circulación forzada, calor directo, radiación infrarroja, al vacío, secadores continuos rotatorios, túneles de secado continuo y otros (paso 6). La fracción de fibra que no sea del tamaño adecuado es recirculada al proceso inicial de reducción de tamaño, ya sea en seco o en húmedo (paso 6a).

La fibra de agave no puede mezclarse espontáneamente con los polímeros termoplásticos debido a que tiene características polares (hidrofílicas) que la hacen incompatible superficialmente con los termoplásticos, que tienen características no polares (hidrofóbicas). En vista de lo anterior, es necesario hacer un tratamiento superficial de la fibra de agave (paso 7) y, así, mejorar sus propiedades, y lograr los propósitos de la invención presente más particularmente. El tratamiento es realizado en un equipo mezclador adecuado de los ya conocidos y comúnmente empleados en la técnica actual, en el cual se coloca la fibra ya libre de azúcares y con el intervalo de tamaño adecuado, y a la cual se le agrega el o los aditivos necesarios para acondicionar su superficie. El tratamiento le proporcionará mejores propiedades de humectación e incorporación con los polímeros termoplásticos. El empleo de agentes de acoplamiento es necesario. Los agentes de acoplamiento son clasificados como orgánicos, inorgánicos e inorgánicos-orgánicos. Entre los orgánicos se pueden mencionar a los isocianatos, anhídridos, amidas, ¡midas, acrilatos, clorotriazinas, epóxicos, ácidos orgánicos, monómeros, polímeros y copolímeros. De los inorgánicos, los más adecuados son los silicatos; mientras que los preferidos para esta invención, entre los inorgánicos- orgánicos, son los sítanos y los titanatos. Funcionalmente, de manera general, los agentes de acoplamiento comprenden además agentes de unión, compatibilizadores, dispersantes y agentes de superficie. Los primeros actúan como "puentes' ¹ moleculares que unen eficientemente las zonas polares de la fibra al polímero termoplástico por medio de uno o más de los siguientes mecanismos: enlace covalente, entramado físico de las cadenas poliméricas e interacciones secundarias fuertes como son los puentes de hidrógeno. Ejemplos de este tipo de agentes de unión son los polímeros termoplásticos modificados como el polipropileno con anhídrido maléico, estireno-etileno-butileno-estireno maleado, y estireno-anhídrido maléico. Los agentes dispersantes reducen la energía entre las fases disímiles para auxiliar un mejor mezclado y obtener una composición uniforme en el compuesto resultante. En esta función, el ácido esteárico y los estearatos metálicos de calcio, magnesio, zinc, son ejemplos típicos. Los compatibilizadores son usados para proveer compatibilidad entre elementos inmiscibles a través de la reducción de la tensión interfacial. Dentro de este grupo de agentes es posible mencionar como ejemplos, más no exhaustiva ni limitativamente: anhídrido acético, metil isocianato y anhídrido maléico. Todos ellos son adecuados para la práctica de esta invención, preferentemente los estearatos y silanos, solos o en combinación binaria, siendo preferidos: el ácido esteárico y el estearato de calcio y, de los silanos, el Silano Silquest ® A-172 y A-174 de Crompton Corporation, OSi Specialties. Los agentes de acoplamiento comprenden del 2% al 8% en masa de las fibras de agave y dependiendo del polímero termoplástico a procesar para hacerlo biodegradable de acuerdo a la invención presente. Hay dos formas de incorporación preferidas para los agentes de acoplamiento: en dos pasos o en un solo paso. El proceso de dos pasos involucra las etapas de pretratamiento de las fibras con el agente de acoplamiento como primer paso, seguido por el mezclado con el polímero termoplástico a alta temperatura, para obtener una mezcla madre termoplástica polimérica -conocida como MB- lista para ser empleada en la fabricación de diversos objetos cuando es combinada y procesada con diversos polímeros termoplásticos (paso 8). El mezclado a alta temperatura es mejor realizado en un extrusor de doble tornillo de los tipos conocidos en la técnica actual. En el proceso de un solo paso, todos los componentes de la mezcla, la fibra de agave, el agente de acoplamiento y el polímero termoplástico, se mezclan simultáneamente previamente a su alimentación al extrusor para la obtención del MB.

EJEMPLOS

Los ejemplos siguientes de la forma de realizar la invención presente serán claros para una persona con conocimientos medios en la técnica y se muestran con carácter demostrativo y no limitativo de las diversas formas en que pueden realizarse.

EJEMPLO 1: Tratamiento de la Fibra en seco.

Se recibió la fibra cruda del bagazo de agave así, tal cual se obtiene del proceso de la fabricación del Tequila. Pasó por un molino de cuchillas marca Brabender en un proceso de alimentación continuo obteniendo un tamaño promedio de la fibra de agave de 3 mm. El material obtenido se molió en un molino de bolas marca Fritsch modelo Pulverisette 6 a 350 rpm, por un tiempo de 15 minutos obteniendo un polvo con un tamaño promedio de 15 micrómetros. El tamaño fue evaluado en un microscopio óptico con un analizador de imágenes. Se procedió al lavado de las partículas obtenidas en el proceso anterior con una proporción de 40% de las partículas y un 60% de agua. Esta mezcla se puso en ebullición por 15 minutos; después se pasó por un embudo de filtración a vacío obteniendo una pasta con un contenido de azúcares menor a 0.5%.

Dicha pasta se colocó en un recipiente en donde se le agregó ácido esteárico diluido en agua caliente a una proporción de 5% de ácido esteárico en base a la masa seca de la fibra de agave. Se agitó por un tiempo de 10 minutos y se volvió a pasar por el embudo de filtración a vacío. La fibra de agave tratada así obtenida se secó por 3 horas en una estufa de circulación forzada a 80 grados centígrados obteniéndose un polvo con consistencia de harina.

EJEMPLO 2: Tratamiento de la Fibra en húmedo.

Se recibió la fibra cruda del bagazo de agave y se pasó por un molino de cuchillas marca Brabender para reducir su tamaño a 3 mm en promedio. La fibra de agave de este primer paso, se suspendió en suficiente agua para ser molida en húmedo en un molino de bolas agitado "Wet Grinding Attritor" de Union Process, modelo 01. 500 gramos de la suspensión de fibra se procesaron en el molino por 30 minutos para obtener un tamaño de partícula promedio de 15 micrómetros. La suspensión obtenida pasó a un proceso de filtración y lavado a vacío en un matraz kitasato y filtro de papel. Se recuperó la fibra de agave húmeda y lavada con un contenido de azúcares menor a 0.5%.

La pasta obtenida pasó a una mezcladora con movimiento planetario Kitchen Aid® con calentamiento del recipiente para ser secada. A 500 g de fibra base seca se le agregó 5% de ácido esteárico en hojuelas y se mezcló por 1 hora a 70°C, para obtener la fibra con el tamaño adecuado, libre de azúcares y con tratamiento superficial para su incorporación eficiente a un termoplástico para elaborar el concentrado plástico de fibra.

EJEMPLO 3: Elaboración de la mezcla termoplástica polimérica Mezcla madre (Master Batch (MB)).

Se preparó un extrusor mezclador Werner & Píleiderer modelo ZK30 estabilizando el nivel de temperaturas de 1 10° a 130° grados centígrados.

Se hicieron dos mezclas diferentes: En la primera se mezcló: la fibra de agave tratada y molida del ejemplo 1 ; un aditivo oxo-degradativo y una resina polimérica PEBD. En la segunda, se mezcló solamente la fibra de agave tratada con la resina PEBD. Se cargaron los materiales a mezclar en el dosificador de la máquina mezcladora. Se programó para que lo fuera dosificando con las siguientes condiciones: en la primer formulación: 40% de la fibra de agave molida y tratada; 1 % del aditivo oxo-degradativo Celspan 481® de Phoenix Plastics; y 59% de PEBD. Y en la segunda formulación: 40% de la fibra de agave molida y tratada, y 60% de PEBD. La primera formulación se mencionará posteriormente en este texto como Mezcla 1 ("Masterl ") y la segunda formulación descrita como Mezcla 2 ("Master").

Estos elementos entran al extrusor con un doble tornillo contra rotatorio logrando un mezclado en fundido más homogéneo. Los datos del procesamiento fueron: Presión de 28.83/30.23 g/cm ² (410/430 libras/pulgada ² ); esfuerzo del tornillo en 59/63% torque; y a una velocidad de rotación de 250 rpm.

La mezcla homogénea de los materiales salió en forma de filamentos, los cuales se enfriaron con dos estaciones con aire frío. De ahí pasaron por un cortador, del cual se obtiene el compuesto termoplástico concentrado de fibra de agave en forma de partículas de 3 mm de diámetro o gránulo (pellet).

EJEMPLO 4: Elaboración de Película Soplada.

En una máquina extrusora de soplado BETOL con las siguientes condiciones de operación: temperatura en las zonas entre 1 15° y 140° grados centígrados; diámetro del tornillo: 32mm; razón de soplado: 2.45; y un espesor promedio de 2 milésimas de pulgada. Se elaboraron 4 películas con diferentes formulaciones:

1 ) Se hizo una mezcla manual con 10% de "Masterl " y 90% de PEBD PX20020X; se alimentó la máquina extrusora de soplado y el resultado fue una película bi-orientada con aspecto de distribución uniforme de las partículas en la película a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P-A-O"

2) Se hizo una mezcla manual con 10% de "Master2" y 90% de PEBD PX20020X; se alimentó la máquina extrusora de soplado, y el resultado fue una película bi-orientada con aspecto de distribución uniforme de las partículas en la película, a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P-A"

3) Se alimentó la máquina extrusora de soplado con 100% de PEBD PX20020X. El resultado fue una película bi-orientada transparente, a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P".

4) Finalmente, se hizo una mezcla manual con 99% de PEBD PX20020X y 1% de Aditivo Oxo-degradativo Celspan 481 ® de Phoenix Plastics, obteniendo una película bi-orientada a la cual mencionaremos posteriormente como "Muestra P-O". EJEMPLO 5: Elaboración de una Pieza Inyectada.

Se utilizó una máquina Fu Chun Shin Modelo HT150. En ella se mezcló en forma manual 25% del "Masterl " y 75% de la resina a mezclar que en este caso fue PEAD PX65050. La mezcla pasó por la inyectora a temperaturas de entre 160° y 180° grados centígrados, utilizando un tornillo alternativo que lo transportó y lo fundió inyectando una probeta estándar para pruebas. La pieza se desmolda sin problemas y tiene un acabado superficial liso.

EJEMPLO 6: Pruebas de Foto-degradación en Cámara de Envejecimiento Acelerado.

En una cámara de envejecimiento acelerado marca QUV Panel Test se colocaron las muestras de las películas a analizar. Se siguieron todas las especificaciones indicadas en la Norma ASTM D 5802-01. La cámara trabaja en forma continua en la cual se programaron 20hrs de radiación y 4hrs de condensación por día. La temperatura a la que fueron expuestas durante las horas de radiación fue de 60° grados centígrados y durante la condensación fue de 40° grados centígrados. Dentro de la máquina hay 4 lámparas de mercurio emitiendo una longitud de onda UV entre 440-480 nanómetros. Se colocaron en la cámara 6 juegos de las siguientes muestras: "Muestra P-A-O"; "Muestra P-A"; "Muestra P"; "Muestra P-O". Cada 3 días se sacó una muestra para analizar sus propiedades mecánicas. Como resultado se obtuvieron unas gráficas que muestran el tiempo de exposición contra la pérdida de propiedades de las muestras, y que se muestran en las figuras 2, 3 y 4. La norma determina que cuando la muestra llega al 50% de su propiedad es entonces cuando ha perdido sus propiedades mecánicas. En este ejemplo llevamos las muestras hasta el 0% de su propiedad para poder medir la biodegradabilidad de las mismas en una prueba futura. En la tabla siguiente se muestran los resultados de retención de la propiedad de elongación con respecto al tiempo de foto-degradación en la cámara de envejecimiento acelerado. Se observa que la fórmula con aditivo oxo-degradativo y fibra de agave, de acuerdo a la invención presente, retiene mejor la propiedad que el resto de las muestras con otras fórmulas. El último renglón de la tabla, marcado como E50, muestra el tiempo transcurrido para la pérdida del 50% del valor inicial de la propiedad y revela el efecto sinérgico de la combinación de la fibra de agave tratada como la invención presente, y el aditivo oxo-degradativo. También se muestra esto en la figura 2, donde claramente se ve que la pérdida de la propiedad de elongación es menos abrupta en la fórmula con mezcla binaria de fibra de agave acondicionada como en la invención y el aditivo oxo-degradativo.

Tabla 1. Retención de la propiedad de elongación como porcentaje del inicial en la prueba de foto- degradación en la cámara de envejecimiento acelerado.

P P-A P-0 P-A-O

Inicial 100 100 100 100

9 días 19 16 3 45

12 días 12 6 2 45

E50,

días 7 5 a 6 4 a 5 9

La figura 3 muestra estos resultados en forma gráfica y se observa la ventaja considerable de desempeño de la mezcla de fibra de agave conforme a esta invención y el aditivo oxo- degradativo. Adicionalmente, la figura 4, muestra el comportamiento de la propiedad de esfuerzo máximo de las películas de prueba. En ella se observa que la muestra P-A-0 mantiene mejor la propiedad con respecto al tiempo de exposición a los factores degradantes físicos de la prueba. La incorporación de la fibra de agave con el aditivo oxo-degradativo tiene un efecto de refuerzo residual a tiempos de exposición prolongados equivalentes a períodos donde la propiedad de elongación se ha perdido más allá de un valor útil en el uso práctico de la película; a excepción de de la combinación de fibra de agave acondicionada de acuerdo a esta invención y con el aditivo oxo-degradativo (P-A-O) que está en valores útiles de ambas: lo cual demuestra el beneficio inesperado de dicha mezcla binaria.

EJEMPLO 7: Prueba de Biodegradabilidad de una película plástica.

Para hacer esta prueba se siguieron las especificaciones indicadas en la Norma ASTM 5247- 92. El objetivo general de esta norma se define como una prueba microbiológica que permite evaluar la biodegradabilidad de plásticos, bajo condiciones aeróbicas controladas.

El cambio en las propiedades físico-mecánicas de tensión y porcentaje de elongación, así como cambios en la distribución del peso molecular se toman como una medida de la degradabilidad del material. En esta determinación se utiliza el hongo Phanerochaete chysosporiu como organismo de prueba debido a su capacidad celulolítica. Para realizar la prueba, las esporas del hongo se inoculan en un medio líquido definido, bajo condiciones de temperatura y agitación controlada. Una vez inoculado el medio, se agrega la muestra que se desea evaluar. Como control se utilizan probetas de materiales conocidos y susceptibles a la biodegradación por este microorganismo. La prueba se lleva a cabo en un período de 4 semanas, efectuando inspecciones diariamente de las muestras con el objetivo de registrar la presencia o ausencia del desarrollo del hongo sobre la superficie de los materiales bajo evaluación.

Para esta prueba se utilizaron las películas del ejemplo 6 luego de 25 días de exposición bajos las condiciones de prueba de foto-degradación y se midió la pérdida de peso de las muestras debido al ataque del hongo.

Muestra Pérdida en peso luego Observaciones

de 4 semanas; en %

P 2 No se observa presencia de hongos.

P-0 5 Se observa crecimiento de hong

ciertas zonas.

P-A 5 Se observa crecimiento de hongos en los puntos donde existe acumulación de la fibra de agave.

P-O-A 50 Se observa un crecimiento generalizado del hongo.

A lo largo de las 4 semanas de exposición se demostró que la película P-O-A es susceptible al ataque del hongo Phanerochaete chysosporiu evaluado de acuerdo a la norma AST D5247.

Resultará obvio para un técnico con conocimientos medios en la técnica de la presente invención que este proceso puede ser realizado de manera alternativa -mediante el cambio de orden, o el empleo de nuevos equipos- a la técnica de los procesos unitarios mencionados, o a la realización de los mismos en forma simultánea, en un solo equipo de proceso multipropósito, y estos cambios forman parte integral del espíritu de la invención.