BR102020003074A2

BR102020003074A2 - Composição de espuma biodegradável, compostável e reciclável e produtos resultantes

Info

Publication number: BR102020003074A2
Application number: BR102020003074-4A
Authority: BR
Inventors: Patrícia Ponce; Natália Naime
Original assignee: Patricia Ponce; Natália Naime
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-08-24

Abstract

A presente patente de invenção diz respeito à composição obtida pela mistura de borra (de preferência de café e/ou borra da erva-mate - combinadas ou não com outros resíduos de fontes naturais renováveis, destaque para: casca de café, casca do arroz, papel, pó de madeira, casca de girassol, cascas de frutas e de vegetais), preferencialmente sem nenhum tratamento químico prévio, com amido (preferencialmente fécula de mandioca) e/ou celulose (preferencialmente o bagaço da cana de açúcar e/ou bagaço da azeitona), com água (podendo ser residual), com ou sem aditivos, para a obtenção de um produto espumado totalmente biodegradável e compostável, podendo ser reciclável, de diversos formatos e dimensões, com propriedades que permitam o seu processamento por extrusão, extrusão seguida de compressão/prensagem, e/ou somente por compressão/prensagem, e/ou ainda por sistema de polpa moldada, entre outras técnicas utilizadas na indústria do plástico. Após o uso primário dos produtos biodegradáveis e compostáveis, do tipo espuma, estes podem ser reciclados para a obtenção de novos produtos e/ou reutilizados: (1) para armazenar/acondicionar; (2) como vasos de plantas; (3) como composto orgânico (adubo); (4) ou simplesmente descartá-los corretamente.

Description

COMPOSIÇÃO DE ESPUMA BIODEGRADÁVEL, COMPOSTÁVEL E RECICLÁVEL E PRODUTOS RESULTANTES

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção, pertencente ao setor de composições de formação de misturas de polímeros, visa a fabricação de produtos espumados biodegradáveis, compostáveis e recicláveis, e em particular ao uso de borra(s) (em especial a do café e/ou a da erva-mate) em tais produtos.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] A busca por alternativas substitutas aos materiais sintéticos, provenientes de fontes petroquímicas não renováveis, tem crescido exponencialmente nos últimos anos devido à preocupação ambiental e consequente qualidade de vida. Quando descartados de forma incorreta, os plásticos convencionais tais como polietileno, polipropileno e poliestireno expandido (isopor), podem causar entupimentos de valas e bueiros, que geram enchentes e desabrigam pessoas, e levar séculos para se degradarem completamente na natureza, acarretando num acúmulo de lixo no meio ambiente e, ainda, colocando em risco a vida marinha nos oceanos.

[003] Para amenizar esta situação, pesquisadores e empresários de diferentes áreas e indústrias – automobilística, aeronáutica, civil e de embalagens – têm se motivado a procurarem novos materiais renováveis, biodegradáveis e viáveis economicamente (Ardanuy e col., 2012; Then e col., 2015).

[004] O amido e a fécula de diferentes fontes botânicas têm sido bastante empregados como principais polímeros (de fontes naturais renováveis) utilizados na fabricação de produtos biodegradáveis, que possam ser assimilados pelo meio ambiente em curto período de tempo. No entanto, os materiais feitos de amido e/ou fécula apresentam baixa resistência à água, ao óleo e à gordura, sofrem o efeito da caramelização, além de seu envelhecimento (retrogradação). As variações nas propriedades mecânicas sob a ação da umidade limitam o uso dos produtos espumados feitos de amido.

[005] Outro fator limitante do uso destas espumas é a dificuldade em se processar o amido e a fécula por extrusão a altas temperaturas. O amido natural apresenta ponto de fusão acima de sua temperatura de degradação, impedindo a sua aplicação direta como um material termoplástico. Para que o amido se transforme em um polímero termoplástico (TPS, “Thermoplastic Starch”) e possa ser processado é necessária a desestruturação do grânulo por ação de cisalhamento, pressão, temperaturas na faixa de 90-180ºC e a adição de plastificante (água, glicerina, sorbitol, anidrido maleico, entre outros).

[006] A água atua como plastificante e como agente desestruturante do grânulo por meio do rompimento das ligações de hidrogênio entre as cadeias. Além da água, um plastificante secundário geralmente é adicionado à formulação para favorecer o mecanismo de sorção-desorção e permitir a obtenção de uma fase fundida em temperatura inferior à degradação do amido. A natureza química do amido e a quantidade de plastificante, assim como a temperatura, necessária para plastificá-lo a altas temperaturas têm importante influência nas propriedades do TPS formado.

[007] Os TPS apresentam fracas propriedades mecânicas e alta sensibilidade à umidade, sendo os principais fatores limitantes da sua aplicação. Temperaturas elevadas durante o processamento do amido ou da celulose podem provocar o escurecimento do material (fenômeno conhecido como caramelização) e a degradação do amido ou da celulose e consequentemente obtenção de materiais espumados frágeis e quebradiços.

[008] A água como componente da formulação exerce diversas funções: atua como um plastificante, propicia a gelatinização do amido, promove a expansão da massa dentro do molde e é diretamente responsável pela viscosidade da massa, pela resistência mecânica e também pela densidade das espumas formadas. Teores baixos de água na formulação ou a perda de água em função do aumento da temperatura de processamento levam a formação de um material espumado frágil e quebradiço.

[009] Outras consequências da influência da temperatura e consequente diminuição da quantidade de água na formulação estão no aumento da instabilidade da massa e na obtenção de espumas mais densas. Isso acontece porque a água, juntamente com a temperatura, são responsáveis pela geração de vapor dentro do molde. O vapor é responsável pela expansão da massa e formação da espuma (estrutura rígida) dentro do molde. O material produzido com quantidades maiores de água expande mais facilmente dentro do molde, gerando espumas menos densas e mais flexíveis. Já o material formado com quantidades menores de água, expande menos, gerando espumas mais densas e menos flexíveis.

[0010] Para melhorar a processabilidade do amido e da celulose a altas temperaturas e ainda melhorar suas propriedades mecânicas e de barreira, evitar a caramelização do amido e da celulose e o fenômeno da retrogradação, muitos autores sugerem: (a) gelatinização do amido e da celulose com a adição de excesso de água e aquecimento, (b) adição de aditivos, (c) modificação química do amido e (d) impermeabilização.

[0011] Nas patentes de embalagens biodegradáveis PI 0200787-8 e PI 0400842-1 são apresentadas composições baseadas em amido de mandioca, doravante denominado fécula de mandioca, agentes aglutinantes, solventes e corantes naturais. Entretanto, tais composições são pouco resistentes mecanicamente e apresentam baixa resistência à umidade.

[0012] A patente US 5.756.194 se refere à utilização de amido gelatinizado para fabricar produtos biodegradáveis impermeabilizados. O pedido de patente brasileira PI1104823-9 para “processo de preparação de material biodegradável e reciclável para fabricação de objetos termoformados” trata da necessidade da imersão do amido ou da celulose, por pelo menos 15 minutos, em excesso de água e formação de gel, para que a mistura suporte temperaturas elevadas sem queimar ou caramelizar e se tornem menos solúveis em água do que aquelas produzidas sem esse tratamento.

[0013] Nas patentes US 7.384.993 e US 5.569.692 os autores sugerem a adição de excesso de água à mistura de amido e plastificante para o processamento do material a altas temperaturas. Considerando que o processo de extrusão necessita de alta pressão e que a mera agregação de água e amido, em temperatura ambiente, não produz a pressão necessária, faz-se necessário processar o produto na extrusora a uma temperatura entre 90ºC a 180ºC em excesso de água para a formação do gel e assim evitar a retrogradação ou a caramelização.

[0014] Na patente PI0502338-6 os autores descrevem a necessidade de cerca de 25% a 99% de água, em relação ao peso do amido, conforme o equipamento e o processo utilizado, na composição de espumas de amido para que se tornem resistentes a diversas faixas de temperaturas, principalmente baixas, e a ciclos de resfriamento, congelamento e descongelamento. As embalagens precisam ser impermeabilizadas com filmes hidrofóbicos para aumentar a resistência à água.

[0015] Já na patente PI0603932-4 os autores descrevem a necessidade da formulação conter cerca de 10% a 70% de água, em relação aos sólidos, conforme o tipo de amido, equipamento e processo utilizados para que se tornem resistentes a diversas faixas de temperaturas, principalmente altas, podendo ser submetidas a forno convencional doméstico, forno industrial e forno doméstico de micro-ondas. Os autores relatam a necessidade das espumas serem impermeabilizadas, com filmes hidrofóbicos ou de baixa hidrofobicidade, biodegradáveis ou não biodegradáveis, para aumentar a resistência das espumas a líquidos (água, óleo, suco de fruta, entre outros).

[0016] No entanto, é conhecido que misturas com alta quantidade de água em sua composição e com consequente alta fluidez, uma vez expandidas não formam estruturas de espuma suficientemente resistentes para suportar ciclos de resfriamento, congelamento e descongelamento, e ainda que baixa umidade, durante o processamento a alta temperatura, pode provocar a degradação ou a decomposição do amido.

[0017] Diante do exposto, fica claro que a quantidade de água na formulação é de fundamental importância para o processamento do amido, principalmente a altas temperaturas. Lacourse e col., na patente US4.863.655, descreveram uma embalagem biodegradável de amido expandido contendo no mínimo 45% de amilose na sua composição. O invento refere-se também ao método de preparação do produto por extrusão com massa contendo menos de 21% de umidade. Também pelo processo de extrusão, a patente EP 0712883 Al descreve a obtenção de um produto biodegradável, com boa flexibilidade, compressibilidade e resiliência. O produto não é resistente à água e é feito de amido com partículas de tamanho específico.

[0018] Para melhorar o processamento do amido por extrusão, diversos autores sugerem a adição de aditivos. Na patente US 5.362.777, os autores fazem o uso de dimetil sulfóxido para reduzir o ponto de fusão do amido. Na patente Pl0205056-0 os inventores sugerem a incorporação de fibras ao TPS na mistura do amido e água, para melhorar as propriedades mecânicas, a permeabilidade ao gás e principalmente a resistência da mistura à água. No entanto, a adição de fibras é limitada em função das dificuldades de dispersão da mistura.

[0019] A incorporação de polímeros sintéticos (US 6.146.573) e a adição de alguns tipos de amido modificado (US 5.314.754, US 5.316.578, US 5.869.647) promovem a melhoria da resistência do amido à água. Na patente US5.869.647, foram obtidas embalagens e filmes moldáveis baseados em amido termoplástico modificado. Mais especificamente, a invenção relata o processo de modificação do amido, resultando em um produto totalmente hidrofóbico.

[0020] Para melhorar a resistência das embalagens biodegradáveis à água, ao óleo e à gordura, muitos autores sugerem ainda a impermeabilização das embalagens com filmes hidrofóbicos ou de baixa hidrofobicidade, biodegradáveis ou não biodegradáveis.

[0021] É conhecido, da patente US5,756,194, que produtos moldados feitos de amido gelatinizado podem se tornar resistentes à água quando revestidos com poliésteres biodegradáveis como PHBV, PLA e PCL. Nesta patente os autores utilizaram diversas resinas naturais para melhorar a aderência do poliéster ao amido.

[0022] Na patente W090/01043, Tomka e col. utilizaram DMSO para melhorar a adesão entre uma base hidrofílica de amido e outra hidrofóbica a base dos polímeros PHBV, PLA e PCL. A patente US6.146.573, de Shogren, Lawton e Tiefenbacher, descreve o processo de fabricação de espumas de amido através da termoprensagem em moldes multipartes. As espumas possuem superfícies revestidas com filmes hidrofóbicos para permitir seu uso como embalagens. A formulação para produção de espumas compreende amidos de milho, batata, amido modificado ou mistura deles contendo aditivos como o PVA (poli vinil álcool), agente químico desmoldante e umidade entre 100% a 360% em relação ao peso de sólidos.

[0023] No caso da patente PI 0804862-2 A2, por exemplo, a incorporação de aditivos e agentes ativos é usada para melhorar a adesão dos filmes às espumas biodegradáveis. Estas técnicas de aperfeiçoamento das propriedades mecânicas e de barreira das espumas de amido acabam sendo economicamente inviáveis, já que requerem novas matérias-primas e muitas etapas de processo para se fabricar tais embalagens.

[0024] A borra de café é um resíduo proveniente da atividade humana que já encontra diversas formas de reutilização. Deste material podem-se gerar novos resíduos como briquetes misturados a cascas, folhas e galhos do cafezal, que podem ser comercializados e/ou utilizados na própria unidade produtora, gerando lucro para a comunidade, além de se poder extrair matéria-prima para produção de biodiesel (Santos, 2010). Para Cabral e Moris (2010) a mistura adequada e bem trabalhada de borra de café e álcool pode levar a um processo otimizado de obtenção do biodiesel, assim como pode despertar o reaproveitamento da borra de café como agente de reforço em filmes poliméricos.

[0025] Por apresentar, a borra de café, um alto teor de lipídios, a extração e a utilização desse óleo representa uma alternativa comercial viável. Os óleos essenciais são extraídos da borra de café por meio da utilização de solvente (Santos, 2010). A maior parte desses óleos é constituída por ácido palmítico (34,5%) e linoléico (40,3%). O perfil de ácidos graxos dos lipídios do café é similar ao dos óleos vegetais comestíveis (Turatti, 2001; Vidal, 2001). Freitas, Monteiro e Lago (2000) explicitam que só o processo de industrialização do café solúvel gera um volume considerável de resíduos (borra) e que, enquanto o café solúvel possui 0,1% de lipídios, em base seca, a borra possui cerca de 20% de óleo.

[0026] Assim como a casca de café, a borra contém cafeína, taninos e polifenóis, porém em menor quantidade. Os resíduos de café contêm grandes quantidades de compostos orgânicos (ácidos graxos, lignina, celulose, hemicelulose e outros polissacarídeos) que justificam a sua valorização.

[0027] A borra de café já é reaproveitada para a fabricação de couro sintético (PI 0302281-1 A), produção de fertilizante orgânico como mistura junto aos demais resíduos (CN 102515892B), fabricação de carvão ativado para aquecedor de corpo (JP 2009062250 A), extração e síntese de oligômeros (ES 8604253 A1), produção de linhas (US 8834753) e seu uso como combustível industrial (PI 7901916-1).

[0028] Das patentes referentes ao reaproveitamento de resíduos/fibras de fontes naturais renováveis, tais como a borra de café, para a fabricação de produtos biodegradáveis, destacam-se ainda: a patente PI 0403712-0, intitulada “Telhas de cobertura e vasos a base de borra de café", que reaproveita a borra de café e acrescenta a ela uma resina acrílica, como impermeabilizante, para uso em coberturas na área da construção civil, como também na substituição de vasos de xaxim. A patente BR 102016020666-9 A2, intitulada “Material compósito polimérico contendo borra de café”, que compreende um material compósito polimérico a base de borra de café com função de redução de odores. Este material compósito polimérico contém 40 a 90% em massa de polímero (poliolefina ou policarbonato ou polipropileno), 10 a 60% em massa de borra de café e pode conter ainda de 0,1 a 1,1% em massa de óleo mineral.

[0029] A patente BR 102016028721-9 A2, intitulada “Composição obtida para expansão da resina de poliuretano vegetal”, reutiliza a borra de café para potencializar a expansão da resina de poliuretano vegetal. Segundo descrição da referida patente, a borra de café é utilizada apenas como agente expansor.

[0030] Algumas patentes tratam do óleo extraído da borra de café para ser utilizado na obtenção de ácidos, na indústria química, com diversas aplicações (US 5897907), como promotor de absorção cutânea de fármacos lipofílicos e hidrofílicos em composições farmacêuticas (BR 102016028713-8 A2), como agente estabilizante na indústria de polímeros (BR 102012024569-8 A2), agente hidratante (US 20050266064), agente de enchimento (US 3499851), uso na agricultura (PI 86004433) e como matéria-prima para a produção de biocombustível (US 13172525).

[0031] A erva-mate, de nome científico Ilex paraguariensis, pertencente à família Aquifoleaceae, é uma planta rica em vitaminas do complexo B, C, A e E, minerais, flavonóides, cafeína, saponinas e diversos tipos de polifenóis, podendo ser encontrada na natureza e em cultivares. A sua composição química pode variar em função de diversos fatores, como o tipo de cultivo, clima, condições agronômicas, idade da planta, metodologia de análise e processamento industrial (Gnoatto e col., 2007; Da Croce, 2002), que envolve diferentes etapas que podem modificar sua composição qualitativa e quantitativa e, consequentemente, a atividade dos compostos bioativos.

[0032] Na produção de bebidas derivadas dessa erva as folhas são fracionadas e secas. As infusões desta erva têm sido consumidas por centenas de anos em bebidas popularmente conhecidas como chimarrão/tererê ou como chá mate, as quais são produzidas doméstica e industrialmente, gerando grandes quantidades de borras e água residual. Normalmente a borra é destinada aos aterros industriais ou utilizada em compostagem. A borra de erva mate é um resíduo que pode apresentar potencial interesse agronômico, de modo a ser adicionado ao solo para repor parte dos nutrientes que foram retirados durante a colheita da erva mate. Sousa (2013), por exemplo, aplicou a borra de erva-mate no solo de um erval como condicionador do solo, contribuindo para fechar o ciclo dos nutrientes, e ao mesmo tempo minimizar o problema da disposição final deste resíduo.

[0033] Foi encontrada apenas uma patente (BR 102014027682-3 A2) que envolve o reaproveitamento da borra da erva-mate para a produção de matriz micelial de fungos (cogumelos) comestíveis e/ou medicinais em substratos alternativos, como borra de café e solo, além da borra de erva mate, guaraná, casca ou polpa de café, serragem, gesso, e outros resíduos, misturados ou não entre si e misturados com solo, areia ou não, em diferentes proporções.

[0034] Já no que tange às patentes que reutilizam outras borras, se não as de café e erva-mate, destacam-se: a patente PI 0603715-1 A que diz respeito à composição de ingredientes naturais para fabricação de creme esfoliante/secante e sabonete, na qual a borra destinada à produção do sabonete é proveniente de folhas de Boldo, folhas de Bardana, folhas de Aloe Vera, pontas de galho de Absintho e erva nogueira (misturados em água do mar, glicerina e essência); a patente BR 102016005869-4 A2 que descreve um processo fermentativo utilizando a borra de suco de uva como substrato e como fonte de açúcares; a patente CN104372032 que revela a utilização de borra de vinho para a produção de etanol via fermentação alcoólica; a patente BR 102013008138-8 A2 que descreve um processo industrial de peletização de fertilizantes organominerais e orgânicos utilizando co-produtos e/ou resíduos de amidolarias de milho e mandioca, especialmente suas borras e/ou seus pré-géis e/ou seus lodos, como agentes quelantes e/ou aglutinantes e/ou selantes das matérias-primas orgânicas e minerais nos fertilizantes organominerais peletizados; a patente PI 1106411-0 A2 referente a um processo para obtenção de uma bebida energética (xarope), com componentes antioxidantes, a partir do extrato de própolis e mel, seguindo várias etapas de fabricação bem como o aproveitamento da borra de própolis gerada na primeira extração; e a patente BR 102015013000-7 A2 referente a uma solução homogênea solúvel para reaproveitamento da borra vegetal, ou seja, de rejeitos e descartes das indústrias das moageiras de grãos, mais comumente de soja e de qualquer tipo de grão vegetal, caracterizada pela massa borrosa remanescente ser utilizada na fabricação de saponáceos e ceras para polimentos.

[0035] Outro produto de grande valor é o bagaço da azeitona. A azeitona é o fruto da oliveira (Olea europaea L.), pertencente à família Oleaceae. No processamento de azeitonas, tanto para extração do azeite quanto para produção de conservas, obtém-se grande quantidade de resíduos, sólidos e líquidos, que devem ser tratados ou reaproveitados para prevenir danos ambientais oriundos de seu mau direcionamento (More, 2008). A extração do azeite é um processo que tem como subprodutos o bagaço de azeitona e águas residuais que são compostas pela água usada na etapa de lavagem dos frutos, água de vegetação e água adicionada ao processo para facilitar a separação de fases (Aires, 2007).

[0036] O aumento da produção de azeite resulta em elevada quantidade de bagaço de azeitona. O bagaço de azeitona é um resíduo semissólido, moderadamente ácido, formado por caroço, polpa da azeitona, (Roig e col., 2006) e água de vegetação (Niaunakis e Halvadakis, 2006). Sua composição alterna de acordo com a variedade do cultivar, estado de maturação dos frutos, condições climáticas e práticas de manejo. Comumente é constituído por grandes quantidades de água (60 a 70%), azeite residual retido na polpa (2,5 a 3%), compostos inorgânicos e quantidades apreciáveis de lignina, celulose e hemicelulose, assim como outra matéria orgânica que inclui proteínas, poliálcoois, ácidos graxos, açúcares, polifenóis e outros pigmentos (Rincón e col., 2013; Hernándeza e col., 2014). Quase que a totalidade dos compostos fenólicos presentes no fruto fica retida no resíduo, sendo apenas 2% transferidos para o azeite (Suarez e col., 2009), tornando o bagaço de azeitona uma fonte promissora de compostos bioativos naturais.

[0037] Os subprodutos/resíduos gerados no processamento de extração do azeite podem ser utilizados de diferentes formas, como adubo (compostagem), herbicida ou pesticida (Cabrera e col., 2010), ração animal, óleo residual, na extração de componentes orgânicos (pectina, antioxidantes e enzimas), e na participação de outros produtos como alcoóis, biossurfactantes, biopolímeros, carvão ativado, além de empregado na obtenção de energia (More, 2008).

[0038] Poucas patentes foram encontradas a respeito do reaproveitamento do bagaço de azeitona e da água residual provenientes da produção do azeite. A patente BR 112016009606-1 A2 se refere a um fitocomplexo ou concentrado natural rico em compostos polifenólicos, tais como hidroxitirosol e 3,4-DHPA-EDA, derivados das águas de vegetação de azeitonas oleaginosas ou de bagaço de azeitona resultante do processo de prensagem de azeitona para uso no tratamento e na prevenção de angiogênese e inflamação. A referida patente ainda se refere a uma bebida que compreende o concentrado de polifenol e o uso do mesmo no tratamento e na prevenção de angiogênese e de inflamação.

[0039] A patente PI 0605711-0 A aborda sobre um elemento construtivo de diferentes formas, por exemplo, paralelepípedos de pavimentação, blocos, azulejos, revestimentos, ladrilhos, páletes, tábuas, plataformas, entre outras, caracterizando-se pelo fato de ser composto principalmente de materiais descartados não recicláveis, preferentemente de elementos multicamadas que comumente ocupam espaço de vertedouros de esgoto e de trechos navegáveis de rios, ditos materiais descartados não recicláveis compreendendo uma combinação, entre si, de qualquer dos elementos tais como alumínio, papel, poliamida, poliéster, polipropileno, cortiça, papelão e, inclusive, bagaços de uva e de azeitona, ou outra matéria inerte, os quais se encontram presentes em uma proporção preferente, mas não exclusiva.

[0040] Além da borra e do bagaço, gerados na fabricação do café solúvel, do chá mate, chimarrão e tererê e da produção do azeite, outro resíduo de grande valor é a água residual gerada no processo de fabricação do café, chá e azeite. Dentro das águas doces, as águas residuais ou residuárias são todas as águas descartadas em processos de fabricação de diversos produtos, como por exemplo, café, chá e azeite. As águas residuais transportam uma quantidade apreciável de materiais poluentes que se não forem retirados podem prejudicar a qualidade das águas dos rios, comprometendo não só a fauna e a flora, como também a pesca, a navegação, a geração de energia, entre outros. Assim, passa a ser necessária a reciclagem de águas residuais, com a instalação de unidades de tratamento que reduzam a carga poluente desses efluentes, proporcionando a reutilização, não como água potável, mas em situações que promovam a redução de custos para as empresas e também a proteção do meio ambiente (Brasil Alimentos - nº 21 - Agosto/Setembro de 2003).

[0041] Geralmente a água residual da indústria do café, por exemplo, é utilizada apenas em equipamentos que utilizam muita água, lavagem de instalações, irrigação de áreas verdes, para abastecimento de banheiros e limpeza. Nada foi encontrado sobre a utilização de água residual em processos de obtenção de espumas biodegradáveis, compostáveis e recicláveis.

[0042] Na presente invenção foi demonstrado que a água residual pode ser utilizada na fabricação e obtenção de espumas biodegradáveis, compostáveis e recicláveis. Assim como as borras (em especial a de café e da erva-mate) e ainda o bagaço da azeitona.

[0043] Foi demonstrado que todas as composições das técnicas anteriores referentes à obtenção de espumas de amido com propriedades mecânicas e de barreira melhoradas, que as capacitem para serem utilizadas como embalagens, necessitam da modificação química do amido, e/ou da incorporação de polímeros hidrofóbicos, e/ou da utilização de gel (pré-gelatinização do amido, celulose ou mistura deles em água) em suas formulações, e/ou ainda necessitam de revestimento com filmes hidrofóbicos ou de baixa hidrofobicidade – sendo que muitas das patentes mencionadas ainda relatam a necessidade do uso de resinas, adesivos e/ou colas naturais para melhorar a adesão dos filmes nas espumas. Também ficou demonstrado aqui que não há qualquer referência ao reaproveitamento de borras e águas residuais para a fabricação de produtos espumados de amido e/ou celulose.

[0044] A água residual é utilizada apenas em equipamentos que utilizam muita água, lavagem de instalações, irrigação de áreas verdes, para abastecimento de banheiros e limpeza. E ainda, que a borra de erva-mate tem sido reaproveitada apenas como substrato alternativo para a produção de matriz micelial de fungos (cogumelos) comestíveis e/ou medicinais.

OBJETOS DA INVENÇÃO

[0045] Um dos objetos da presente invenção é evitar a queima ou a caramelização das formulações termoplásticas biodegradáveis contendo amido e/ou celulose.

[0046] Outro objeto da invenção é evitar a retrogradação das formulações termoplásticas biodegradáveis contendo amido e/ou celulose.

[0047] Um outro objeto da invenção é melhorar as propriedades mecânicas e de barreiras das composições de espuma biodegradável sem incluir aditivos, gel ou imergir o amido e/ou a celulose em água.

[0048] É também desejável que se obtenham produtos espumados biodegradáveis, compostáveis e recicláveis, que:

1. Sejam atóxicos;
2. Sejam estocáveis por longos períodos de tempo em diversas faixas de temperaturas e a ciclos de aquecimento, congelamento e descongelamento;
3. Sejam biodegradados em curto período de tempo;
4. Sejam resistentes a diferentes temperaturas de processamento conforme o equipamento e o processo utilizados na indústria do plástico;
5. Tenham resistência de modo a durar enquanto decorrer o prazo previsto para sua utilização.

[0049] Tais problemas são solucionados de acordo com a presente invenção, com a introdução de borras de material orgânico (de preferência a do café e/ou a da erva-mate) na mistura de água e amido e/ou celulose. Além da água, as borras adicionadas (sozinhas ou combinadas entre si) à formulação funcionam como plastificantes secundários, favorecendo o mecanismo de sorção-desorção e permitindo a obtenção de uma fase fundida em temperatura inferior à degradação do amido ou da celulose. Também será possível, na presente invenção, a reutilização da água residual gerada nos processos, por exemplo, de fabricação do café solúvel, do chá mate, do tererê, do chimarrão e também do azeite, entre outros, para a fabricação de produtos espumados biodegradáveis, compostáveis e recicláveis.

[0050] Adjuvantes opcionais como aditivos (plastificantes, lubrificantes, espessantes, cargas orgânicas e inorgânicas e pigmentos) podem ser adicionados à formulação. Depois de expandidas, as espumas são suficientemente resistentes à água, ao óleo e à gordura. O material espumado biodegradável aqui obtido é capaz de suportar temperaturas mais elevadas na extrusora, prensa e/ou injetora, sem queimar ou caramelizar, pois a hidratação do amido e/ou da celulose, feita por meio da borra (em especial a do café e/ou a da erva-mate), sem qualquer modificação química, é capaz de plastificar e gerar a retenção de líquido no interior dos grânulos dos açúcares, evitando a perda da água durante o processo de aquecimento a altas temperaturas, como: extrusão, compressão ou injeção, mesmo que efetuada na ausência de gel (mistura de amido e/ou celulose com excesso de água), mesmo que processadas em temperaturas elevadas e mesmo na presença de quantidades mínimas de água na formulação. As espumas tornam-se mais resistentes sem a necessidade da adição de materiais para este fim.

[0051] Deve-se notar que, no presente pedido de patente não há necessidade de se incluir gel (mistura de amido ou celulose ou mistura deles, em água ou outro plastificante), não há necessidade de modificação química da borra (em especial a do café e/ou da erva-mate), não há necessidade de modificação química do amido ou da celulose para melhoria das propriedades mecânicas ou de barreiras da espuma formada.

[0052] No pedido de patente o amido e a celulose podem ser processados em qualquer faixa de temperatura, desde temperatura ambiente até acima de 200°C, em diferentes quantidades de plastificante (incluindo água e/ou água residual) na formulação, para a formação de um produto espumado biodegradável, compostável e reciclável com excelentes propriedades mecânicas e de barreira, resistentes a retrogradação e a caramelização.

[0053] A capacidade de plastificar e gerar a retenção de líquido no interior dos grânulos dos açúcares, evitando a perda da água durante o processo de aquecimento, principalmente a altas temperaturas, possibilita a formação de alvéolos de tamanho e distribuição uniformes, na presença de diferentes quantidades de água na formulação, conforme o equipamento e o processo utilizados, para a obtenção de espumas com alta resistência mecânica a ciclos de aquecimento, em fornos doméstico e industrial, resfriamento, congelamento e descongelamento, alta resistência à umidade e durabilidade, de modo a durar enquanto decorrer o prazo previsto para sua utilização.

[0054] Tal produto espumado da presente patente pode ser processado por injeção, extrusão, extrusão seguida de compressão/prensagem, e/ou somente por compressão, e/ou ainda por sistema de polpa moldada, entre outras técnicas utilizadas na indústria do plástico.

[0055] São inúmeras as vantagens em utilizar a formulação desta patente de invenção quando comparada às outras composições de espumas. Dentre elas, destacam-se:

1) o considerável e satisfatório reaproveitamento de resíduos: amido (de diversas fontes botânicas, incluindo a fécula de mandioca e amidos provenientes das cascas de frutas e de vegetais descartadas), celulose (destaque para o bagaço da cana de açúcar e o bagaço da azeitona), borra (em especial a do café e/ou da erva-mate) e água (podendo ser a residual), utilizados na composição das espumas do presente invento dá um destino aos descartes da produção industrial e de centros urbanos, diminuindo o acúmulo de lixo no meio ambiente, reduzindo o tempo médio de decomposição das espumas da presente invenção – proporcionando uma nova e vantajosa alternativa ao uso de polímeros sintéticos, como os poluentes plásticos e isopores.
2) a utilização de somente substâncias atóxicas na composição da presente invenção, sem a necessidade de modificação química dos resíduos, sem a necessidade de pré-gelatinizar o amido, celulose ou mistura deles no preparo da mistura e sem a necessidade de impermeabilizar as espumas formadas;
3) as propriedades mecânicas e de barreira das espumas obtidas da composição da presente invenção permitem o seu uso como uma infinidade de produtos, como por exemplo de embalagens, capazes de acondicionar/armazenar produtos secos ou úmidos, sendo resistentes à água, óleo e gordura e às temperaturas ambiente, de forno, geladeira e de congelador/freezer (mesmo sem impermeabilização).

[0056] A presente invenção refere-se à composição constituída basicamente por resíduos agroindustriais e urbanos, como: a borra (preferencialmente a do café e/ou da erva-mate - combinada ou não com outros resíduos de fontes naturais renováveis, destaque para: casca de café, casca do arroz, pó de madeira, casca de girassol, casca de frutas, entre outros resíduos de fontes naturais renováveis, utilizados sozinhos ou combinados entre si), preferencialmente sem nenhum tratamento químico prévio –, com amido (preferencialmente fécula de mandioca ou proveniente de outras fontes botânicas) e/ou celulose (preferencialmente o bagaço da cana de açúcar e o bagaço da azeitona), ou mistura deles, com água (filtrada, destilada, de torneira ou até mesmo residual; esta última pode ser reaproveitada do preparo da bebida – como, por exemplo, do café e/ou do chá mate, chimarrão, tererê e/ou do azeite) e com ou sem aditivos, para a obtenção de materiais porosos, do tipo espuma, totalmente biodegradáveis e compostáveis, podendo ainda ser recicláveis, com excelentes propriedades mecânicas e de barreira e resistentes à caramelização e à retrogradação.

[0057] A borra de café, por exemplo, se destaca entre os resíduos agroindustriais, pois é gerada e descartada diariamente, em grandes quantidades, pelas cafeterias, comércios, escritórios, residências, na produção de café solúvel (escala industrial) e em fazendas produtoras de café (REIS et al., 2015), aumentando o acúmulo de lixo. A borra da erva-mate também representa um resíduo de destaque gerado diariamente após infusão da erva mate, seja para a produção da bebida em escala industrial ou não. Por essa razão, é necessário encontrar alternativas de aproveitamento das borras de café e erva mate que sejam rentáveis, agregando valor a estes materiais e diminuindo seus impactos ao meio ambiente (BALLESTEROS et al., 2014).

[0058] Nada, até o momento, foi encontrado sobre a reutilização da borra de café e da borra da erva-mate, assim como, sobre a utilização da água residual, para a produção de embalagens espumadas biodegradáveis, compostáveis e recicláveis e seu uso como plastificante em tais formulações.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0059] A presente patente de invenção diz respeito à composição obtida pela mistura de borra de material orgânico (em especial a de café e/ou a da erva-mate - combinadas ou não com outros resíduos de fontes naturais renováveis, destaque para: bagaço da azeitona, papel, casca de café, casca do arroz, pó de madeira, casca de girassol, casca de frutas entre outros resíduos de fontes naturais renováveis, utilizados sozinhos ou combinados entre si), preferencialmente sem nenhum tratamento químico prévio –, com amido (preferencialmente fécula de mandioca) e/ou celulose (preferencialmente o bagaço da cana de açúcar e/ou o bagaço da azeitona), com água (filtrada, de torneira, destilada ou de qualquer outra fonte; água que pode ser reaproveitada do preparo das bebidas em residências, escritórios, entre outros lugares que fazem uso das bebidas ou ainda a água residual utilizada nas indústrias para a obtenção industrial, em qualquer escala, do café solúvel e/ou do chá mate e/ou azeite por exemplos ou de qualquer outro produto), com ou sem aditivos, para a obtenção de um produto espumado totalmente biodegradável e compostável, podendo ser reciclável, de diversos formatos e dimensões (dependendo apenas do molde utilizado). Opcionalmente, podem ser adicionados à formulação plastificantes (preferencialmente glicerol/glicerina) e aditivos compatíveis.

[0060] A combinação sinérgica entre os constituintes da composição permite o seu desenvolvimento/processamento por injeção, extrusão, extrusão seguida de compressão/prensagem, e/ou somente por compressão/prensagem, e/ou ainda por sistema de polpa moldada, e/ou outros processos, resultando em uma infinidade de produtos com excelentes propriedades mecânicas e de barreira.

[0061] A presente invenção ainda refere-se aos produtos resultantes, do tipo espuma, e seus formatos e dimensões que variam de acordo com o tipo de molde utilizado no processo, compreendendo embalagens e/ou utensílios para alimentos, cosméticos, bebidas, suporte, proteção, entre outros.

[0062] A novidade da presente invenção é o significativo reaproveitamento de resíduos de diferentes fontes naturais renováveis, utilizados – sozinhos ou combinados entre si – como matriz (e não apenas como carga de reforço), misturado(s) ao amido e/ou fécula (preferencialmente fécula de mandioca), celulose (preferencialmente bagaço da cana de açúcar e/ou bagaço da azeitona) e água (de preferência residual). A presente invenção pode ou não conter aditivos.

[0063] A presente invenção diz respeito ao uso de borra (em especial a do café e/ou da erva-mate) atuando como plastificante capaz de plastificar e gerar a retenção de líquido no interior dos grânulos dos açúcares, evitando a perda da água durante o processo de aquecimento, principalmente a altas temperaturas.

[0064] A presente invenção diz respeito à descoberta de que a borra (combinada ao amido e/ou celulose, ou mistura deles, e água, com ou sem aditivos) para a fabricação de produtos espumados, são capazes de retardar ou mesmo evitar a retrogradação ou a caramelização do amido e da celulose quando processados, na presença de diferentes quantidades de água ou outro plastificante, a uma temperatura que pode ou não acontecer acima da temperatura de degradação do amido e da celulose; são capazes de atuarem como plastificantes; são capazes de aumentar a faixa de temperatura utilizada durante o processamento de plastificação do amido ou da celulose e ainda melhorar a resistência à água, ao óleo e à gordura do produto espumado formado.

[0065] Ainda, a presente invenção diz respeito a descoberta de que, além de atuarem como plastificantes, são capazes de promover o processamento do amido ou da celulose em qualquer faixa de temperatura, permitindo a obtenção de uma fase fundida em temperatura inferior à degradação do amido e da celulose. Na presente invenção, não há a necessidade da pré-gelatinização do amido ou da celulose.

[0066] Na presente invenção, o amido ou a celulose, ou a mistura deles, na presença da borra (preferencialmente do café e/ou da borra da erva-mate), podem ser processados em diferentes faixas de temperaturas, principalmente altas, na presença de diferentes quantidades de água (ou outro plastificante) na formulação para a obtenção de produtos espumados, conforme o processo e o tipo de equipamento utilizados na indústria do plástico.

[0067] A presente invenção diz respeito também ao fato de que é possível a reutilização da água residual dos processos de fabricação de, principalmente, café solúvel, chás e do preparo do azeite para a obtenção das espumas. A água residual destes processos é rica em praticamente os mesmos componentes já presentes na borra e, portanto, a água residual é de grande valia para a obtenção das espumas. Além, claro, de dar um destino ao resíduo líquido resultante do processo de fabricação de diversos produtos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0068] Os principais constituintes da presente invenção são os resíduos de diferentes fontes naturais renováveis, presentes no mundo inteiro, que podem ser adquiridos por baixo ou nenhum custo – já que o intuito dos comércios, escritórios, empresas, fábricas, fazendas, usinas, indústrias, residências, entre outros estabelecimentos, é dar um destino sustentável aos resíduos produzidos por eles – e podem ser utilizados sozinhos ou combinados entre si.

[0069] As borras de café e de erva-mate, por exemplo, são resíduos agroindustriais e urbanos comuns e abundantes no mundo inteiro. Devido a grande disponibilidade do amido, presente em diversas fontes botânicas bastante cultivadas no Brasil e no mundo, ele é facilmente adquirido (e extraído após secagem das cascas de frutas e de vegetais que são descartadas), e utilizado na forma de pó; sem necessidade de gelatinizá-lo em água – representando, portanto, uma etapa a menos no processo produtivo das espumas biodegradáveis.

[0070] Opcionalmente, aditivos compatíveis podem ou não ser acrescentados à composição; formada por (a) borra(s) (de preferência a do café e/ou a da erva-mate - combinadas ou não com outros resíduos de fontes naturais renováveis, destaque para: casca de café, papel, casca do arroz, pó de madeira, casca de girassol, casca de frutas entre outros resíduos de fontes naturais renováveis, utilizados sozinhos ou combinados entre si), (b) amido (de diversas fontes botânicas incluindo a fécula de mandioca e amidos provenientes das cascas de frutas e de vegetais descartadas) e/ou celulose (preferencialmente o bagaço da cana de açúcar e /ou do bagaço da azeitona), (c) água (de preferência residual) e (d) com ou sem aditivos.

[0071] Matérias-Primas da Composição da Presente Invenção (porcentagens em m/m):

(a) Borra (de preferência a do café e/ou da erva-mate): 0,1 a 72%. Na presente invenção a(s) borra(s) preferencialmente deve(m) ser utilizada(s) na forma de pó, sem qualquer tratamento químico, e com umidade inferior a 30% (preferencialmente entre 5 a 10%). Na presente invenção a borra pode ser combinada ou não com outros resíduos de fontes naturais renováveis, destaque para: bagaço da azeitona, papel, casca de café, casca do arroz, pó de madeira, casca de girassol, casca de frutas, entre outros resíduos de fontes naturais renováveis, utilizados sozinhos ou combinados entre si. No caso da borra apresentar umidade superior a 30% (preferencialmente entre 70 a 90%) não há necessidade de se adicionar mais água à formulação. É possível aproveitar a água presente na(s) borra(s) no preparo das espumas da presente invenção, sem a necessidade de secagem da(s) borra(s) (eliminação de água) desde que a quantidade de água total na formulação seja de 5 a 60%. Vale salientar que a borra do café e a borra da erva-mate podem ser adquiridas, respectivamente, do preparo do café e do chá em residências, hospitais, escritórios, ou qualquer outro estabelecimento que faça uso da bebida (café e chá mate). Podem ser provenientes de cápsulas de café e de chás após o preparo das respectivas bebidas. Podem ser provenientes dos resíduos gerados pelas indústrias produtoras de café solúvel e de chá pronto para consumo ou ainda nas fazendas produtoras de café e de erva mate. No caso da borra do café, também pode ser proveniente da obtenção do óleo do café, ou seja, resultado de qualquer outro produto da indústria do café. Vale ressaltar que não há necessidade de qualquer tratamento químico na borra do café tampouco na borra da erva-mate, e que as suas granulometrias não interferem na formação das espumas. No entanto, preferencialmente, deve-se peneirar a borra para a remoção de partículas maiores indesejáveis (como galhos, entre outras) em peneiras entre mesh: 16 (abertura: 1300 mm/μm) a mesh: 80 (abertura: 180 mm/μm).
(b) Amido: 0 a 60% de amido extraído das cascas de frutas e de vegetais descartadas, tais como das cascas de banana, abacaxi, abacate, tangerina, maracujá, mamão, lichia, batata, mandioca, inhame, cará, beterraba, entre outros, com granulometria na faixa de 0,5 μm a 110 μm, preferencialmente de 4,0 a 35,0 μm. Podem ser utilizados outros amidos originados de outras formas botânicas, como fécula de mandioca, milho (3,0 a 23,0 μm); biri (25,0 a 45,0 μm); 30 araruta (9,0 a 42,0 μm); batata doce (2,0 a 42,0 μm), gengibre (15,0 a 20,0 μm) e/ou outros, e/ou suas misturas;

[0072] Celulose: 0 a 60% de resíduo(s) de fonte(s) natural(is) renovável(is). Um resíduo pode ser combinado ou não a outros resíduos celulósicos de fontes naturais renováveis, tais como: casca de café, bagaço da cana de açúcar, papel, bagaço da azeitona, casca de girassol, casca de arroz, casca do coco, pó da madeira, e/ou outros, e/ou suas misturas.

[0073] Importante salientar que na composição da presente invenção (mistura de borra de material orgânico, amido e/ou celulose e água) deve ter pelo menos um amido ou uma celulose, ou uma combinação dos dois (amido e celulose). Em outras palavras, na ausência de amido na composição da espuma, esta deve conter celulose, e vice-versa – ou seja, na ausência de celulose na composição da espuma, esta deve conter amido –, ou então uma combinação do amido com a celulose (de preferência em quantidade mínima de 0,1% (m/m) de só amido ou só celulose ou uma combinação dos dois).
(c) Água: 5 a 60%, com relação a todos os ingredientes adicionados à formulação. A água pode ser filtrada, destilada, de torneira ou de qualquer outra fonte; água residual que pode ser reaproveitada do preparo das bebidas em residências, escritórios, entre outros lugares que fazem uso das bebidas (café e erva-mate, por exemplo) ou ainda a água utilizada nas indústrias para a obtenção industrial, em qualquer escala, do café solúvel (ou qualquer outro tipo de café), do chá mate e do azeite ou para a produção de qualquer outro produto. Caso a borra esteja com umidade acima de 30%, não há necessidade de secá-la. Será necessário apenas determinar a quantidade de água presente na(s) borra(s), por qualquer método já utilizado em laboratórios ou indústrias, e adequá-la a formulação desta patente (quantidade de água na formulação entre 5 a 60%), conforme o tipo de equipamento e processo utilizados. Importante enfatizar que na composição da presente invenção, a borra, além de ser misturada ao amido e/ou à celulose, é misturada a água, podendo esta ser residual – ou seja, a água ou líquido que é gerada/o no preparo/produção das bebidas de café e/ou de erva-mate e/ou azeite – e assim obter uma espuma feita totalmente de resíduos, compreendendo borra, amido e/ou celulose (proveniente dos descartes e resíduos de fontes naturais renováveis) e água residual, ou ainda compreendendo, por exemplo, e mais especificamente, borra de café e/ou de erva-mate, bagaço de azeitona e água residual proveniente da extração do azeite de oliva (um exemplo de composição de espuma biodegradável). De preferência, quando utilizar a borra do café, também fazer uso da água residual do preparo do café solúvel ou mesmo do óleo do café, por exemplo. De preferência que a borra e a água residual sejam provenientes do mesmo processo.
(d) Aditivos: opcionalmente, podem ser acrescentados à formulação aditivos, visando melhoria de processamento e/ou propriedades da massa, em proporções que variam entre 0 a 10% (caso seja necessário, o aditivo deve ser adicionado à formulação em quantidade mínima de 0,01%), tais como:
Plastificantes: preferencialmente entre 0 a 2,5% de plastificante, para melhoria da flexibilidade e processabilidade, preferencialmente glicerol/glicerina, podendo ser: água, alcoóis, aldeídos, cetonas, ácidos orgânicos, aminas, ésteres, amidas, imidas e polióis, como etileno-glicol, propileno-glicol, glicerina, propano-1 ,3- diol, butano-1 ,2-diol, butano-1 ,3-diol, butano-1 ,4-diol, pentano-1, 5-diol, hexano-1, 5-diol, hexano-1, 6-diol, hexano-1 ,2,6-triol, hexano-1 ,3,5-triol, xilitol, neopentilglicol, polivinilálcool, polietilenoglicol (PEG), poliglicerol, sorbitol, manitol, éster de sorbitol, acetato de sorbitol, diacetato de sorbitol, monoetoxilato de sorbitol, dietoxilato de sorbitol, hexaetoxilato de sorbitol, dipropoxilato de sorbitol, amino-sorbitol, triidroximetilaminometano, glicose/PEG, monoetoxilato de trimetilolpropano, monoacetato de manitol, monoetoxilato de manitol, butil-glicosídeo, monoetoxilato de glicose, alfa-metil-glicosídeo, sal de sódio de carboximetilsorbitol, adipatos, sebacatos, ftalatos lineares, ftalatos de cadeia longa, n-octil e n-decil ftalatos, butiloctilftalato, epoxídicos, ·fosfatos, parafinas cloradas, butilbenzilftalato, tricresilftalato, poliésteres, ésteres do ácido ftálico e de glicerina, trimetilatos, poliésteres termoplásticos, azelato, glutarato, succinato, poli(acetato de vinila), poli(álcoolvinílico), DMSO, mono e diglicerideos, óleo de coco, ou suas misturas.
Corantes ou pigmentos (ou suas misturas): de 0 a 10%, adicionados para melhorar a aparência e diferenciar as espumas quanto à cor, inclusive de acordo com o produto a ser embalado, podendo ser utilizados orgânicos e inorgânicos, naturais ou sintéticos tais como negro de fumo, dióxido de titânio, clorofilas, carotenóides, flavonóides, betalaínas, taninos, quinonas e xantonas, tartrazina, amarelo crepúsculo, vermelho 40, vermelho ponceau, azul brilhante, antocianinas, lapachol, eritrosina, extratos de flores (quaresmeira, unha-de-vaca, azaléia, entre outros), extrato de vegetais (pimentão, repolho, beterraba, entre outros), extrato de frutas (amora, jabuticaba, jambolão, uva, entre outros), urucum, beta-caroteno, entre outros.
Agentes reticulantes (cross-linking): visam alterar a permeabilidade ao vapor de água e a gases: aldeído fórmico, aldeído glutárico, benzoato de cálcio, glutaraldeído, bórax, entre outros.
Lubrificantes: visam auxiliar no processamento: silicones e fluorados, ceras parafínicas, estearina, estearatos metálicos, ésteres de ácidos graxos, amidas de ácidos graxos, ácidos graxos, álcoois, entre outros.
Conservantes: orgânicos e inorgânicos, naturais ou sintéticos, visam inibir o crescimento de microrganismos (antimicrobianas) e conservação livre de deteriorações causadas por bactérias, fungos e leveduras, tais como parabenos, ácidos (ácido benzóico, ácido sórbico, entre outros), dióxido de enxofre e derivados, nitratos, nitritos, fenoxietanol, isotiazolinonas, dimetildimetilidantoína, iodopropinilbutilcarbamato, ácido benzóico e seus sais, ésteres do ácido phidroxibenzóico, sulfatos, cloreto de sódio, bacteriocinos, ácido sórbico, canela, orégano e seus derivados, entre outros.
Cargas: preferencialmente entre 0 a 5%. Orgânicas e inorgânicas, naturais ou sintéticas, são utilizadas para aumentar a resistência mecânica, térmica e de barreira: caulim, mulita, talco, calcita, bentonita, mica, ilita, alumina, dolomita, esmectita, montmorilonita, eremita, ciamita, feldspato, grafita, pirofilita, gipsita, zirconita, minerais, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, óxido de ferro, sulfato de bário, compostos orgânicos de fósforo, polifenóis, hidroquinonas, diarilaminas, tioéteres, agentes nucleantes (carboxilatos aromáticos de metais, derivados do sorbitol, fosfatos orgânicos, talco, poli(vinil ciclohexano), poli(3-metilbut-1-eno), silanóis, agentes desmoldantes, sais metálicos, rochas moídas, bauxita, granito, calcário, arenito, argila, alumina, sílica, microesferas de vidro, esferas ocas de vidro, esferas de cerâmica porosa, sais insolúveis, carbonato de magnésio, hidróxido de cálcio, terras raras (encontrados sob a forma dos minerais monazita, bastnasita, xenotímia e loparita, e as argilas lateríticas que adsorvem íons), aluminato de cálcio, dióxido de titânio, cerâmicas, argila expandida leve, compostos de zircônio, zeólitas, partículas metálicas, minérios, fibras de vidro, de grafite, de sílica, de cerâmica e de metal, algodão, fibras de madeira, sisal, cânhamo, bagaço, fibras de papel reciclado, fibras poliméricas, açúcar invertido e sacarose, entre outros.
Espessantes e estabilizantes: orgânicos e inorgânicos, naturais ou sintéticos, utilizados para aumentar a viscosidade e manter as características físicas: polissacarídeos, pectinas, gelatina, exudados de plantas, gomas, amidos quimicamente modificados, amidos com ligações cruzadas, derivados de celulose, fosfatos, sais e agentes tamponantes, alginato, carboximetilcelulose, agar, sorbitol, xarope de sorbitol, polidextrose, entre outros.
Polímeros: naturais e sintéticos, modificados ou não, utilizados para aumentar a resistência mecânica, térmica e de barreira das espumas: proteínas, polissacarídeos, poliésteres, poli (acetato de vinila), poli (álcool vinílico), poli (cloreto de vinila), poliacrilato, hidroxi-etil-metil-celulose, poliuretano, poli (ácido lático), polietileno, cera, látex, elastômero, amido gelatinizado, carboxi-metil-celulose, goma, gelatina, polihidroxi- alcanoatos, caprolactona, policaprolactona, poli(hidroxibutirato), polímeros celulósicos, amido, fécula, quitosana, derivados de celulose, lignina, fibra de celulose, fibras naturais, polivinil pirrolidona, amido resistente, celulose regenerada, gomas naturais, poliestireno, poli(cloreto de vinila), ABS, polipropileno, epóxi, amido de milho, amido de batata, amido de arroz, amido de ervilha, casca de arroz, curauá, pó de madeira, amido de mandioquinha, amido de biri, amido de taro, amido de gengibre, amido de batata doce, entre outros.

[0074] O preparo da composição da presente invenção pode ser feito apenas misturando-se todas as matérias-primas à mão ou utilizando um misturador/masseira até completa homogeneização e obtenção (simples e rápida) da massa. Para melhor homogeneização da massa de produção dos produtos espumados da presente invenção é recomendado que a borra seja triturada (dependendo da granulometria recebida). Para a remoção de partículas maiores indesejáveis que não foram trituradas, recomenda-se peneirar a borra em peneiras, preferencialmente, entre mesh: 16 (abertura: 1300 mm/μm) a mesh: 80 (abertura: 180 mm/μm).

[0075] Em um exemplo, o preparo da composição da presente invenção é feito apenas misturando-se todas as matérias-primas à mão ou utilizando um misturador/masseira até completa homogeneização e obtenção (simples e rápida) da massa. Em seguida, essa massa/composição pode ser processada por injeção, extrusão (de preferência a uma temperatura entre 50 a 1900C), compressão/prensagem, extrusão seguida de compressão/prensagem, ou ainda por sistema de polpa moldada, e/ou outros processos. Caso o processo seja por compressão/termoprensagem ou por extrusão seguida de compressão/termoprensagem, a mistura, já dentro do molde, deverá ser aquecida entre 90 a 2500C e comprimida/prensada a uma pressão entre 0,5 a 10 toneladas (de preferência a 2 toneladas) por aproximadamente 0,5 a 5 minutos para se obter a peça no formato desejado, de acordo com o molde utilizado. Caso o processo seja por prensagem ou por extrusão seguida de termoprensagem, a mistura dentro do molde não precisa ser aquecida, apenas comprimida/prensada a uma pressão entre 0,5 a 10 toneladas por aproximadamente 0,5 a 5 minutos para se obter a peça no formato desejado, de acordo com o molde utilizado. A pressão pode variar entre 0,5 a 10 toneladas dependendo do tipo de molde, do tamanho do molde e da quantidade de cavidades por molde e do tipo de prensagem (termoprensagem, prensagem a vácuo, etc). Diferentes moldes podem ser utilizados, acoplados à injetora ou à extremidade final do canhão da extrusora ou à prensa (da termoprensa ou mesmo do sistema a vácuo do processo de polpa moldada), ou outros, para formar embalagens e/ou utensílios para alimentos, cosméticos, proteção, entre outros.

[0076] Recomenda-se que após o processo, a peça pronta permaneça em descanso por 24 horas (sem controle de umidade e temperatura ou de preferência a 230C e 60% de umidade por 12 horas) antes de ser manipulada, de modo que absorva umidade e se torne mais resistente mecanicamente a possíveis impactos.

[0077] Em outro exemplo, para melhor homogeneização da massa de produção dos produtos espumados da presente invenção a borra é triturada (dependendo da granulometria recebida). Para a remoção de partículas maiores que não foram trituradas, recomenda-se peneirar a borra em peneiras, preferencialmente, entre mesh 16 (abertura: 1300 mm/μm) a mesh: 80 (abertura: 180 mm/μm). Adicionar à borra: água, amido e/ou celulose e aditivos (opcional) dependendo da característica que se quer dar à espuma. De preferência a massa deve ser homogeneizada em um misturador mecânico até a homogeneização da massa seguida de extrusão (a uma temperatura entre 50 a 1900C, de preferência entre 60 a 800C). Em seguida, essa massa/composição pode ser processada por injeção, extrusão, compressão/prensagem, extrusão seguida de compressão/prensagem, ou ainda por sistema de polpa moldada, e/ou outros processos. Caso o processo seja por compressão/termoprensagem, a mistura, dentro do molde, deverá ser aquecida entre 900C a 2500C a uma pressão entre 0,5 a 10 toneladas, preferencialmente de 2 toneladas, por aproximadamente 0,5 a 5 minutos em moldes no formato que se quer dar a peça. Diferentes moldes podem ser utilizados, acoplados à injetora ou à extremidade final do canhão da extrusora ou à prensa (da termoprensa ou mesmo do sistema a vácuo do processo de polpa moldada), ou outros, para formar embalagens e/ou utensílios para suporte, proteção, alimentos, cosméticos, entre outros

[0078] A espuma de composição da presente invenção permite ser impermeabilizada/revestida com impermeabilizantes de qualquer natureza, podendo ser de origem natural ou sintética, biodegradáveis ou não, compostáveis ou não, e aplicáveis por uma infinidade de métodos – aplicação direta do filme às superfícies da espuma, por imersão, aspersão, incorporação do impermeabilizante à mistura/à massa da composição do presente invento ou por qualquer outro método já existente na indústria do plástico.

TESTES DE FORMULAÇÕES E SEUS RESULTADOS

[0079] Diferentes composições foram preparadas para a obtenção de peças (no caso, de copos de 100 mL com espessuras entre 2,0 e 3,5 mm, aproximadamente, sob as mesmas condições de processo (prensagem a 1900C por 2 minutos), de modo a verificar suas influências quanto à: estabilidade, ou seja, perda de produção – copos incompletos e/ou com bolhas e/ou rachaduras (EXEMPLO 1 – Tabela 1) –; resistência mecânica à compressão (EXEMPLO 2 – Tabela 2); densidade (EXEMPLO 3 – Tabela 3) e absorção de água, à temperatura ambiente e à quente/fervente (EXEMPLO 4 – Tabela 4). As formulações desenvolvidas (porcentagens em m/m) para os estudos compreendem:
Formulação 1: borra de café (2%), fécula de mandioca (54%), água (44%).
Formulação 2: borra de café (2%), fécula de mandioca (60%), bagaço da cana de açúcar (25%) e água (13%).
Formulação 3: borra de café (5%), casca de girassol (60%), água (34%) e sorbitol (1%) como agente plastificante.
Formulação 4: borra de café (10%), fécula de mandioca (30%), bagaço da cana de açúcar (30%), água (27%), sorbitol (2%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (1%) como carga.
Formulação 5: borra de café (25%), amido de milho (35%), água (33,5%), glicerina (2,5%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (4%) como carga.
Formulação 6: borra de café (30%), amido de milho (20%), água (43%), sorbitol (2%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (5%) como carga.
Formulação 7: borra de café (62%), fécula de mandioca (7,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 8: borra de café (72%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 9: borra de café (52%), casca de café (10%), fécula de mandioca (7,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 10: borra de café (52%), casca de café (20%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 11: borra de café (52%), bagaço da cana de açúcar (10%), amido de milho (7,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 12: borra de café (52%), casca de café (10%), bagaço da cana de açúcar (10%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 13: fécula de mandioca (56%), água (44%).
Formulação 14: fécula de mandioca (60%), bagaço da cana de açúcar (27%) e água (13%).
Formulação 15: fécula de mandioca (69,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 16: amido de milho (69,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante. Pré-gelatinização do amido de milho (10% em 90% de água e aquecimento à 100°C até a formação do gel).
Formulação 17: bagaço da cana de açúcar (55%), amido (13%), água (30%) e glicerol (2%) como agente plastificante. Neste caso, deixar o amido e a celulose de molho em excesso de água, por um mínimo de 15 minutos, antes de preparar a formulação, conforme descrito na patente PI 1104823-9 A2.
Formulação 18: borra de café (55%), fécula de mandioca (20%), carga mineral (4%), glicerina (1,5%), lubrificante (0,5%). Neste caso, a borra do café já continha água usada no preparo do café solúvel (indústria) – 19% de água residual.
Formulação 19: borra da erva-mate (2%), fécula de mandioca (54%), água (44%).
Formulação 20: borra da erva-mate (2%), fécula de mandioca (60%), bagaço da cana de açúcar (25%) e água (13%).
Formulação 21: borra da erva-mate (30%), amido de milho (20%), água (43%), sorbitol (2%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (5%) como carga.
Formulação 22: borra da erva-mate (72%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 23: borra da erva-mate (36%), borra de café (36%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 24: borra da erva-mate (2%), fécula de mandioca (60%), bagaço da azeitona (25%) e água (13%). A água é residual proveniente do sistema de extração de azeite.

[0080] Os copos obtidos (no caso, por prensagem), de diferentes composições, foram analisados e os resultados dos estudos são apresentados nas tabelas a seguir:

[0081] EXEMPLO 1 – Tabela 1. Estabilidade/Perda de produção – prensagem no formato de copos.

[0082] EXEMPLO 2 – Tabela 2. Resistência mecânica dos copos.

[0083] EXEMPLO 3 – Tabela 3. Densidade dos copos.

[0084] EXEMPLO 4 – Tabela 4. Absorção de água, à temperatura ambiente e à quente/fervente, pelos copos.

[0085] Os copos contendo borra de café e/ou borra de erva-mate em suas formulações foram fácil e perfeitamente produzidos, sem nenhuma perda, enquanto que para as demais composições estudadas foram evidenciados copos incompletos, com bolhas e rachaduras. Os copos formulados com borra de café e/ou borra de erva-mate são mais estáveis do que aqueles feitos somente com bagaço da cana e amido (sem a(s) borra(s)).

[0086] A utilização da borra de café e/ou da borra de erva-mate nas formulações fez com que os copos absorvessem menos água e se tornassem mais resistentes mecanicamente e menos densos do que aqueles constituídos somente por fécula/amido e fécula/amido + bagaço da cana de açúcar, com ou sem plastificante. Quanto maior a quantidade de borra de café e/ou borra de erva-mate na composição, maior a resistência mecânica e menor a absorção de água do/pelo copo, viabilizando, portanto, o armazenamento e/ou consumo de líquidos/bebidas.

[0087] As propriedades mecânicas e de barreira dos copos de borra de café e de borra de erva-mate são ainda melhoradas com a adição de bagaço da cana e, no caso dos copos com borra de café, principalmente com a adição da casca de café nas formulações. Quanto maior a quantidade de casca de café na composição de borra de café como matriz, maior a resistência mecânica e menor a absorção de água do/pelo copo.

[0088] A própria casca de café (outro resíduo agroindustrial, de fonte natural renovável), combinada à borra do café, utilizada na formulação funciona como impermeabilizante, sem a necessidade de se aplicar resina/verniz nas paredes/superfícies dos copos.

[0089] Dentre as composições estudadas, foram observadas mudanças físicas como amolecimento e/ou alteração de cor nos copos constituídos por fécula/amido e fécula/amido + bagaço da cana, com ou sem plastificante, enquanto que os copos produzidos com a borra de café e/ou com a borra de erva-mate permaneceram física e visualmente íntegros em contato com água (à temperatura ambiente e fervente).

[0090] Logo, os copos a base de borra de café e borra de erva-mate, sem ou principalmente com a adição de outros resíduos, são dotados de excelentes propriedades mecânicas e de barreira, podendo ser perfeitamente empregados para o armazenamento e/ou consumo de líquidos/bebidas, independente da temperatura do líquido/da bebida.

[0091] Para os próximos testes descritos neste relatório de invenção, foram utilizadas apenas seis formulações contendo resíduos agroindustriais e urbanos na composição, e com concentração de 72% no caso das espumas de borra de café e/ou borra de erva-mate como matriz; já que estas apresentaram maiores resistências mecânicas e de barreira – quando comparadas as formulações de menor quantidade de resíduos. Para efeito de comparação, resolveu-se também estudar para os próximos ensaios a composição contendo amido de milho prégelatinizado, embora a mesma não possua nenhum tipo de resíduo. Ou seja, foram estudadas sete composições no total: 8 (borra de café + fécula), 10 (borra de café + casca de café + fécula), 12 (borra de café + casca de café + bagaço da cana + fécula), 16 (pré-gelatinização do amido de milho), 17 (bagaço + amido; referente a patente PI 1104823-9 A2), 22 (borra de chá mate + fécula) e 23 (borra de chá mate + borra de café + fécula).

[0092] EXEMPLO 5. TESTES DE ACONDICIONAMENTO DE LÍQUIDOS DE DIFERENTES NATUREZAS

[0093] Vinte copos de cada uma das sete diferentes composições supracitadas – totalizando 140 copos – foram preenchidos com quatro bebidas de diferentes naturezas e pHs (água, leite, vinagre e azeite), separadamente, e mantidos à temperatura ambiente. Igual metodologia foi empregada, posteriormente, para mais vinte copos de cada uma das sete diferentes formulações, porém mantidos em geladeira à temperatura de 5°C.

[0094] Após armazenamento às temperaturas ambiente e de geladeira dos copos constituídos de borra de café e/ou borra de erva-mate como matriz, contendo em seu interior água, leite, vinagre e azeite, separadamente, observou-se que os mesmos não sofreram nenhum tipo de alteração em suas propriedades físicas (mesmo depois do leite apresentar odor azedo e o vinagre possuir partículas sedimentadas no fundo dos copos), podendo ser perfeitamente reutilizados após o consumo e/ou descarte dos líquidos. Já os copos preparados com as formulações 16 e 17, contendo os quatro tipos de bebida, separadamente, apresentaram algum tipo de modificação física e/ou visual – como amolecimento e/ou alteração de cor – quando armazenados à temperatura ambiente. Depois de submetidos à temperatura de geladeira, além dos copos formulados sem borra de café e sem borra de ervamate ficarem moles e terem a sua cor alterada, piores resultados ainda foram verificados nos copos feitos de amido + bagaço, como por exemplo, formação de bolor nas suas paredes.

[0095] Logo, constata-se que os copos a base de borra de café e/ou borra de erva-mate, combinadas ou não com outros resíduos agroindustriais e urbanos, podem ser perfeitamente utilizados às temperaturas ambiente e de geladeira no acondicionamento de bebidas/líquidos de diferentes naturezas e pHs (neutro, ácido e alcalino), com possibilidade de serem reutilizados para o armazenamento de outros produtos e/ou como vasos para o plantio de sementes/mudas e/ou como substrato para o solo e/ou para a produção de novos produtos e/ou simplesmente serem descartados sem contaminar o solo e o meio ambiente – já que são biodegradáveis e compostáveis.

[0096] EXEMPLO 6. TESTES DE ACONDICIONAMENTO DE PRODUTOS SECO E ÚMIDO

[0097] As mesmas sete composições supracitadas nesse relatório de invenção foram empregadas, agora na forma de bandejas (obtidas por extrusão seguida de prensagem), para acondicionarem produtos seco e úmido: pão de forma e tomate-cereja, respectivamente. Foram utilizadas 40 bandejas (20 com cada alimento) para cada composição – totalizando 280 embalagens – sendo metade delas mantidas à temperatura ambiente e a outra metade armazenada em geladeira, à temperatura de 5°C.

[0098] As bandejas formuladas com borra de café e/ou borra de ervamate como matriz não apresentaram alterações em suas estruturas tampouco em suas cores quando submetidas às temperaturas ambiente e de geladeira (mesmo depois da formação de pequenos bolores em algumas fatias de pão e em alguns tomates-cerejas). Em contrapartida, em ambas as temperaturas, as demais bandejas deste estudo, formuladas sem as borras de café e erva-mate, apresentaram bordas amolecidas e deformadas, principalmente aquelas constituídas de bagaço + amido. Logo, as bandejas a base de borra de café e/ou borra de erva-mate na composição podem ser perfeitamente utilizadas para o acondicionamento tanto de produtos secos quanto úmidos, independente da temperatura de armazenamento.

[0099] EXEMPLO 7. TESTES DE TEMPERATURAS DE ARMAZENAMENTO/PROCESSAMENTO

[00100] Neste estudo foram utilizadas bandejas provenientes das sete diferentes composições, formulações 8, 10, 12, 16, 17, 22 e 23, supracitadas neste relatório de invenção (também obtidas por extrusão seguida de termoprensagem) para serem testadas em temperaturas de forno (processamento), geladeira e congelador/freezer; lembrando que as embalagens a base de borra de café e borra de erva-mate já foram testadas à temperatura ambiente, mostrando-se perfeitamente aptas para uso, conforme relatado anteriormente na presente invenção. Para tanto, foram empregadas 105 bandejas no total, sendo 15 para cada composição, e destas 15, cinco para cada temperatura de armazenamento/processamento.

[00101] Após permanência das bandejas em forno, geladeira e congelador/freezer, observou-se que as mesmas, quando formuladas com borra de café e/ou borra de erva-mate, não se deformaram, não amoleceram, não racharam e não emboloraram. Já as bandejas formuladas sem borras de café e erva-mate não resistiram às temperaturas de forno acima de 130°C, havendo alterações em suas cores, cheiro de queimado (caramelização) e ainda rachaduras, naquelas constituídas de bagaço + amido; tampouco suportaram as temperaturas de geladeira e congelador/freezer, onde apresentaram deformações em suas estruturas (amolecimento) e mudanças de cor, ocasionadas pela absorção de umidade.

[00102] Logo, as bandejas feitas à base de borra de café e/ou borra de erva-mate na composição podem ser perfeitamente utilizadas, processadas e/ou armazenadas em diferentes temperaturas, sejam elas de forno, geladeira ou congelador/freezer; consequência da combinação sinérgica entre as matérias-primas das formulações que resultam em embalagens com excelentes propriedades mecânicas e de barreira.

[00103] EXEMPLO 8. TESTES DE RECICLAGEM

[00104] As embalagens da presente invenção, independente de seus formatos e dimensões, sejam copos, bandejas, forminhas, pratos, caixas, potes, e/ou outros, podem ser reutilizadas, também, para a produção de novos produtos. Para isso, as embalagens são trituradas em liquidificador industrial e adicionadas (em concentrações variadas) às demais matérias-primas das composições, para então serem misturadas até completa homogeneização e obtenção de novas massas. Foram testadas concentrações de 10% e 20% (em m/m) do material triturado de cada uma das sete composições de embalagens – formulações 8, 10, 12, 16, 17, 22 e 23, supracitadas nesse relatório de invenção –, que foram posteriormente adicionadas, separadamente, às respectivas matérias-primas das formulações deste estudo, mantendo-se suas concentrações finais de resíduos agroindustriais e urbanos. Ou seja, foram testadas as seguintes composições para obtenção de embalagens recicladas:

[00105] Formulação 8 com material reciclado:

- borra de café (62%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (10%);
- borra de café (52%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%).

[00106] Formulação 10 com material reciclado:

- borra de café (42%), casca de café (20%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (10%);
- borra de café (32%), casca de café (20%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%).

[00107] Formulação 12 com material reciclado:

- borra de café (42%), casca de café (10%), bagaço da cana de açúcar (10%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (10%);
- borra de café (32%), casca de café (10%), bagaço da cana de açúcar (10%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%).

[00108] Formulação 16 com material reciclado:

- amido de milho (59,5%), água (30%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (10%). Pré-gelatinização do amido de milho (10% em 90% de água e aquecimento a 100°C até a formação do gel);
- amido de milho (49,5%), água (30%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%). Pré-gelatinização do amido de milho (10% em 90% de água e aquecimento a 100°C até a formação do gel).

[00109] Formulação 17 com material reciclado (referente a patente PI 1104823-9 A2):

- bagaço da cana de açúcar (45%), amido (13%), água (30%), glicerol (2%) como agente plastificante e material reciclado (10%);
- bagaço da cana de açúcar (35%), amido (13%), água (30%), glicerol (2%) como agente plastificante e material reciclado (20%).

[00110] Formulação 22 com material reciclado:

- borra de erva-mate (62%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (10%);
- borra de erva-mate (52%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%).

[00111] Formulação 23 com material reciclado:

- borra de erva-mate (31%), borra de café (31%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (10%);
- borra de erva-mate (26%), borra de café (26%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%)

[00112] Uma vez obtidas essas novas embalagens (recicladas), agora no formato de forminhas redondas (também obtidas por prensagem), testes mecânicos e de barreira foram realizados e, a partir deles, constatou-se que a utilização de material reciclado nas diferentes composições resultou em embalagens mais resistentes à compressão e à absorção de água, sendo essas resistências mais significativas para as forminhas feitas com borra de café e/ou borra de ervamate – ou seja, após reciclagem, a melhoria das propriedades mecânicas e de barreira foi bem maior para as embalagens de borra de café e/ou borra de erva-mate do que para aquelas constituídas de bagaço e/ou amido. Observou-se também que quanto maior a concentração de material reciclado na composição, maior a resistência mecânica e menor a absorção de água das/pelas forminhas.

[00113] Logo, as embalagens feitas à base de borra de café e/ou borra de erva-mate podem ser perfeitamente recicladas para a obtenção de novos produtos com excelentes propriedades mecânicas e de barreira.

[00114] Tabela 5. Resistência mecânica e absorção de água das/pelas forminhas formuladas com 0%, 10% e 20% de material reciclado.

[00115] EXEMPLO 9. TESTES DE BIODEGRADAÇÃO

[00116] Testes de biodegradação foram realizados nas mesmas sete composições supracitadas nesse relatório de invenção acrescidas da formulação com borra de café (52%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%), glicerol (0,5%) como agente plastificante e material reciclado (20%) –, totalizando oito diferentes composições para o estudo. Vale salientar que para um produto ser considerado biodegradável, ele deve se decompor totalmente em até 180 dias (ASTM D6400).

[00117] Verificou-se que as embalagens constituídas de borra de café e/ou borra de erva-mate se degradaram bem mais rápido do que as de amido e/ou bagaço. A adição de outros resíduos celulósicos nas composições de borra de café, aumentou o tempo de degradação em apenas 4 e 6 dias ao utilizar, respectivamente, casca de café e casca de café + bagaço da cana. Não houve diferença no tempo de degradação entre as embalagens de borra de café e/ou borra de erva-mate com e sem material reciclado.

[00118] Logo, a completa biodegradação das embalagens feitas à base de borra de erva-mate e/ou borra de café, combinada ou não a outros resíduos e/ou ao material reciclado correspondente, ocorre mais rapidamente (em menor tempo) quando comparada a das embalagens de amido e/ou bagaço sem a utilização de qualquer tipo de borra.

[00119] EXEMPLO 10. COM RELAÇÃO A PREVENÇÃO DA CARAMELIZAÇÃO E RETROGRADAÇÃO

[00120] As formulações 1, 2, 13, 14, 16, 17, 19 e 20 foram prémisturadas, separadamente, com auxílio de um multiprocessador. As pré-misturas foram então processadas em extrusora dupla-rosca, em temperaturas que variaram de 100 a 2500C, nas quatro zonas de aquecimento. Após passagem pela extrusora, as misturas foram prensadas em uma termoprensa utilizando um molde em formato de bandeja, a uma temperatura de 2500C, por 1 minuto. Após este período, as bandejas permaneceram em salas a temperatura e umidade controladas por aproximadamente 12 horas. As bandejas foram analisadas quanto: formação de manchas resultantes da caramelização e resistência mecânica após 15 minutos em forno doméstico convencional a uma temperatura de 1900C. Os resultados são apresentados na tabela 6.

[00121] Tabela 6. Resistência mecânica das bandejas em forno doméstico convencional.

[00122] Com estes resultados foi possível concluir que a borra do café, presente nas formulações 1 e 2, e a borra da erva-mate, presente nas formulações 19 e 20, contribuíram para melhorar as propriedades mecânicas, diminuir a retrogradação e evitar a caramelização em relação ao amido e/ou celulose sem o resíduo. A cor amarronzada ficou evidente nas bandejas produzidas principalmente com as formulações 13 e 14, ficando evidente o fenômeno da caramelização do amido e da celulose. As bandejas fabricadas com as formulações 13 e 14 se apresentaram bastante quebradiças. No forno convencional, as bandejas fabricadas com as formulações 13 e 14 deformaram, liberando a pizza na grade do forno convencional. Já as bandejas fabricadas com as formulações 1, 2, 19 e 20 não apresentaram deformação no forno convencional, protegendo o produto armazenado durante todo o período que estiveram no forno e fora dele. Já as bandejas fabricadas com as formulações 16 e 17 apresentaram leve cor amarelada após aquecimento em forno, e as bandejas se deformaram no interior do forno doméstico convencional, apesar de não chegarem a liberar a pizza no interior do forno. No entanto, se tornaram extremamente quebradiças após aquecimento no forno convencional e quebraram ao sair do forno.

[00123] EXEMPLO 11. COM RELAÇÃO À CAPACIDADE DE SUPORTE EM TEMPERATURAS MAIS ELEVADAS NA EXTRUSORA SEM QUEIMAR OU CARAMELIZAR.

[00124] Formulações testadas (m/m):
Formulação 1: borra de café (2%), fécula de mandioca (54%), água (44%).
Formulação 2: borra de café (2%), fécula de mandioca (60%), bagaço da cana de açúcar (25%) e água (13%).
Formulação 3: borra de café (5%), casca de girassol (60%), água (34%) e sorbitol (1%) como agente plastificante.
Formulação 4: borra de café (10%), fécula de mandioca (30%), bagaço da cana de açúcar (30%), água (27%), sorbitol (2%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (1%) como carga.
Formulação 5: borra de café (25%), amido de milho (35%), água (33,5%), glicerina (2,5%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (4%) como carga.
Formulação 6: borra de café (30%), amido de milho (20%), água (43%), sorbitol (2%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (5%) como carga.
Formulação 7: borra de café (62%), fécula de mandioca (7,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 8: borra de café (72%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 13: fécula de mandioca (56%), água (44%).
Formulação 14: fécula de mandioca (60%), bagaço da cana de açúcar (27%) e água (13%).
Formulação 15: fécula de mandioca (69,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 16: amido de milho (69,5%), água (30%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante. Pré-gelatinização do amido de milho (10% em 90% de água e aquecimento à 100°C até a formação do gel).
Formulação 17: bagaço da cana de açúcar (55%), amido (13%), água (30%) e glicerol (2%) como agente plastificante. Neste caso, deixar o amido e a celulose de molho em excesso de água, por um mínimo de 15 minutos, antes de preparar a formulação, conforme descrito na patente PI 1104823-9 A2.
Formulação 19: borra de erva-mate (2%), fécula de mandioca (54%), água (44%).
Formulação 20: borra de erva-mate (2%), fécula de mandioca (60%), bagaço da cana de açúcar (25%) e água (13%).
Formulação 21: borra de erva-mate (30%), amido de milho (20%), água (43%), sorbitol (2%) como agente plastificante e carbonato de cálcio (5%) como carga.
Formulação 22: borra de erva-mate (72%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.
Formulação 23: borra de erva-mate (36%), borra de café (36%), fécula de mandioca (7,5%), água (20%) e glicerol (0,5%) como agente plastificante.

[00125] As formulações, separadamente, foram homogeneizadas em um agitador industrial e processadas em extrusora mono rosca com quatro zonas de aquecimento, variando de 50 °C a 190 °C (zona 1 = 50 0C, zona 2 = 100 0C, zona 3 = 180 0C e zona 4 = 190 °C) da zona de alimentação à saída da matriz e rotação de 25 a 60 rpm, para a obtenção de suas respectivas massas, das quais foram, posteriormente, termoprensadas (250 0C por 1 minuto, pressão de 140 kPa) no formato de bandeja.

[00126] Pode-se observar que as formulações contendo a borra do café e/ou a borra da erva-mate, na presença de diferentes quantidades de água na formulação, são capazes de suportar temperaturas mais elevadas na extrusora, sem queimar ou caramelizar.

[00127] Após o uso primário dos produtos biodegradáveis e compostáveis, do tipo espuma, estes podem ser reciclados para a obtenção de novos produtos e/ou reutilizados:

(1) para armazenar/acondicionar – no caso de caixas, frascos, potes, entre outros – quaisquer materiais e/ou produtos de interesse do consumidor (já que fora da terra/solo, por exemplo, nas prateleiras de mercados e estantes de escritórios e residências, eles não possuem prazo de vida/validade);
(2) como vasos de plantas (sem necessidade de removê-las das espumas biodegradáveis e compostáveis no momento do transplantio no campo/solo, garantindo assim a integridade das raízes e, consequentemente, um perfeito desenvolvimento das mudas);
(3) como composto orgânico (adubo);
(4) ou simplesmente descartá-los corretamente para que os mesmos se degradem em pouquíssimos dias, sob a ação de microorganismos (fungos e bactérias) e/ou mesmo de agentes físicos (luz, calor ou condições ambientes), sem contaminar o solo e o meio ambiente (e, portanto, daí serem compostáveis – isentos de metais pesados), podendo ainda funcionar como fertilizante – já que as espumas da presente invenção são ricas em alguns nutrientes.

[00128] A composição e os produtos resultantes dessa invenção são de grande aplicabilidade, e, pelo fato da erva-mate e, principalmente do café serem consumidos em praticamente todo o planeta – gerando, consequentemente, quantidades exorbitantes de borra de café e borra de erva-mate (resíduos provenientes do consumo e da produção comercial, residencial e industrial de café solúvel e de erva-mate) –, podem ser produzidos e obtidos por quase toda a população mundial. Além das borras de café e erva-mate, o amido (extraído de diferentes fontes botânicas) e outros resíduos agroindustriais e urbanos, provenientes de fontes naturais renováveis, combinados ou não entre si, também se encontram disponíveis em grandes quantidades no Brasil e no mundo. Essas matérias-primas/resíduos, juntos na composição, permitem obter espumas com excelentes propriedades mecânicas e de barreira, resistentes às temperaturas ambiente, de forno, geladeira e congelador/freezer, próprias para acondicionamento de produtos de diversas naturezas (secos e/ou úmidos) e com possibilidade de serem recicláveis para outros fins e/ou para a obtenção de novos produtos – além, é claro, de serem biodegradáveis e compostáveis.

[00129] Deve ficar entendido que a presente descrição não limita a aplicação aos detalhes aqui descritos e que a invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos, dentro do escopo das reivindicações. Embora tenham sido usados termos específicos, tais termos devem ser interpretados em sentido genérico e descritivo, e não com o propósito de limitação.