BRPI0510390B1 - processo e dispositivo para a produção de uma folha de bolhas e uso da folha de bolhas - Google Patents
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Abstract
processo e dispositivo para a produção de uma folha de bolhas e uso da folha de bolhas processo para a produção de uma folha de bolhas que inclui as etapas seguintes: a) extrusão (1) de um filme de fundo (7), um filme central (8), um filme de topo (7) partindo do grânulo correspondente; b) termoformação (3) do filme central; e) calibração e esfriamento parcial (5) dos filmes de fundo e topo; d) aquecimento de pelo menos um lado dos filmes de fundo e topo e acoplamento dos dois filmes de fundo e topo com o filme termoformado.
Description
“PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A PRODUÇÃO DE UMA FOLHA DE BOLHAS E USO DA FOLHA DE BOLHAS” A presente invenção relaciona-se a um processo e aparelho para a produção de uma folha de bolhas, em particular feita de polipropileno, Uma folha de bolhas se refere a uma folha de colméia de polipropileno que pode ter pesos de base, isto é, peso por metro quadrado, variando de 300 a 3.000 g/m aproximadamente. Este produto tem características específicas tal como uma rigidez e dureza consideráveis, até mesmo se tiver uma boa resiliência (isto é, resistência à ruptura). Também tem um fator de enchimento, isto é, uma relação entre o volume de material de plástico com respeito ao volume inteiro ocupado pelo produto, de 30 -50%.
Graças a esta estrutura de colméia específica, a folha de bolhas tem uma resistência/relação de peso específica particularmente interessante; em particular, esta característica é de interesse particular e importância na indústria de embalagem em que há uma tendência específica para reduzir progressivamente o peso do produto de embalagem, assim eliminando o fenômeno de sobre-embalagem. O estado atual da arte descreve e usa folhas de bolhas que consistem esquematicamente na união a quente de três filmes diferentes, de quais um (o filme central) é um filme termoformado. Devido à termoformação, o filme central adquire uma característica de forma de colméia, assim garantindo um aumento considerável no momento de inércia estático nas três direções e portanto aumentando o módulo de resistência relativo.
Uma representação esquemática do produto de acordo com o estado da arte é provida na Figura 1, que ilustra um filme superior ou de topo, um filme termoformado central e um filme inferior ou de fundo. A conformação particular do filme central dá ao produto final as propriedades mecânicas (rigidez, resistência de carga, etc.) e características funcionais (leveza, maleabilidade, etc.), que durante anos recentes conduziram ao uso de uma folha de bolhas tal como aquela representada na Figura 1 e produtos análogos em várias aplicações, com resultados excelentes. A produção da folha de bolhas descrita acima, porém, tem várias desvantagens. Os processos usados atualmente para a produção de folhas de bolhas são, na realidade, processos de produção extremamente complexos, que tem custos altos e não são particularmente compatíveis com demandas industriais presentes. Há essencialmente dois processos usados atualmente para a produção de folhas de bolhas com uma estrutura de colméia, composta de três filmes diferentes, incluindo um filme termoformado central; eles têm uma diferença básica: no primeiro caso, o processo de produção é um processo de lote, isto é, fora de linha, enquanto no segundo caso, o processo de produção é um processo contínuo que, porém, não permite um produto final ser obtido de uma qualidade adequada. A folha de bolhas obtida na realidade carece de algumas de suas características específicas que asseguram sua versatilidade. O primeiro processo de acordo com o estado da arte, que é um processo de lote, começa de três filmes tendo uma estrutura interna idêntica (geralmente de camada única, isto é, consistindo em um único material), já enrolada sobre bobinas. Como produtos de partida, usa produtos que foram produzidos previamente em outra planta específica. O filme formando a camada central é então desenrolado, aquecido e termoformado por um rolo de conformação específico, por meio de ação mecânica ou com a criação de um vácuo, enquanto os dois filmes a serem acoplados com o filme central como topo e fundo, são por sua vez desenrolados e aquecidos a uma temperatura mais alta do que a temperatura de amolecimento do material (temperatura "vicat") e aderem subseqüentemente ao filme termoformado pela ação mecânica de dois rolos de pressão. O produto assim obtido é uma folha de bolhas análoga àquela representada na Figura 1.
Este processo tem vários problemas e desvantagens. Em primeiro lugar, várias passagens são necessárias para obter a folha de bolhas: o processo idealiza uma primeira passagem de extrusão dos três filmes planos, com um consumo conseqüente de energia térmica/elétrica, seguido por seu esfriamento (com o uso de energia adicional), armazenamento dos materiais em bobinas (um processo contínuo tal como extrusão passa a um processo de lote), um segundo aquecimento e esfriamento dos três filmes para efetuar a termoformação e acoplamento com um aumento considerável adicional em tempo e custos. O equilíbrio de energia do processo inteiro não é evidentemente conveniente de modo algum.
Além disso, a fim de satisfazer os pedidos dos clientes em termos de pesos de base (isto é, espessura), cor, etc. que dependem das características requeridas pela folha de bolhas, é necessário ter um depósito bem provido com bobinas de filme simples, isto é, um depósito que é logisticamente e economicamente extremamente oneroso. A necessidade de adquirir e manter um tal vasto depósito de pesos de base e tipos de filme também resulta em um aumento em custos de transporte. Este processo também carece de conveniência devido à alta quantidade de refugos de produção, que são produzidos obviamente a toda mudança de bobina dos filmes únicos (isto é, a cada vez que o processo de lote reinicia), e também são produzidos pelo corte das bordas do produto final, dito corte sendo necessário para assegurar que a folha de bolhas também satisfaça certos requisitos estéticos e não só físico-mecânicos. O segundo processo em uso de acordo com o estado da arte é um processo contínuo essencialmente baseado na tecnologia de fundição, isto é, idealiza a extrusão de um filme plástico plano, esfriado por meio de um cilindro mantido a uma baixa temperatura pela circulação de água ou outro líquido de esfriamento. A qualidade das folhas de bolhas obtidas com este segundo processo, porém, é insuficiente ambos com respeito às características mecânicas e também a aparência exterior. Esta qualidade final pobre obviamente também influencia a possibilidade de uso do produto para certas aplicações. O processo contínuo de acordo com o estado da arte pode ser descrito esquematicamente como segue: há a extrusão contemporânea de dois filmes, um dos quais é vertido diretamente sobre um cilindro de conformação esfriado, que tem os negativos dos favos de mel, dentro dos quais um vácuo é criado com bombas específicas. O filme é assim termoformado explorando seu próprio conteúdo calórico derivando da extrusão e eliminando consequentemente a necessidade de ter que aquecê-lo uma segunda vez; o filme inferior que forma o fundo é extrudado contemporaneamente, como especificado acima, e então vertido diretamente sobre a parte traseira do filme termoformado, aderindo imediatamente a ele também graças a um rolo de pressão que aumenta a pressão de contato, assim facilitando a adesão. O mesmo fato que o fundo é aderido ao filme termoformado quando este ainda está a uma alta temperatura (especialmente no caso de pesos de base altos, isto é, quando o conteúdo calórico do filme é muito alto e não é completamente absorvido pelo cilindro de conformação), causa, porém, deformação do produto. Em particular, pode ser observado que as bordas das bolhas se tomam mais evidentes, que limita consideravelmente a planura do produto final, causando efeitos negativos quando a folha de bolhas deve ser acoplada com outros produtos, tais como por exemplo, TNT, papel, alumínio, etc.
Em segundo lugar, o filme formando a camada superior ou de topo vem de bobinas de filme já formadas e é acoplado descontinuamente. Portanto deve ser aquecido (repetindo o problema de consumo de energia) e aderido por meio de um sistema de rolo de pressão mecânico, ao filme termoformado; o último, por sua vez, deve ser aquecido novamente para facilitar adesão, com um desperdício de energia adicional.
Este processo, além disso, tem um problema adicional, indireto e até mesmo mais sério; o acoplamento da terceira camada, na realidade, é efetuado quando o filme de fundo já está completamente frio, e há portanto, um desequilíbrio térmico da folha de bolhas inteira. A parte superior, na realidade, tem uma temperatura perto do valor de vicat, enquanto a parte inferior tem uma temperatura aproximadamente igual à temperatura ambiente.
Este fato cria inevitavelmente tensão interna que deve ser minimizada com o uso de um forno específico, que "relaxa" o produto inteiro, estabilizando e anulando, pelo menos teoricamente, a tensão residual. Na prática, porém, não é fácil obter um resultado satisfatório, acima de tudo quando o peso de base final da folha de bolhas deve ser variado freqüentemente. Esta variação do peso de base requer de fato condições operacionais diferentes que só podem ser alcançadas depois de um certo período transitório no qual há um alto produto conseqüente de produto de desperdício.
Além disso, este segundo processo de acordo com o estado da arte também inclui duas fases distintas e sucessivas que criam um desperdício de energia considerável e uma qualidade final do produto que não é sempre adequada para o uso final. O Requerente achou agora surpreendentemente que o processo particular de acordo com a presente invenção permite as desvantagens do estado da arte serem superadas.
Um objetivo da presente invenção portanto relaciona-se a um processo para a produção de uma folha de bolhas que idealiza as passagens seguintes; a) extrusão de um filme superior ou de fundo, um filme central, e um filme inferior ou de topo, a partir do grânulo correspondente; b) termoformação do filme central; c) calibração e esfriamento parcial dos filmes de fundo e de topo; d) aquecimento de pelo menos um lado dos filmes de fundo e topo e acoplamento do dois filmes de fundo e topo com o filme termoformado.
Um objetivo adicional da presente invenção relaciona-se a um dispositivo para produzir uma folha de bolhas que inclui pelo menos três cabeças de extrusão, que formam o grupo de extrusão, seguido por um grupo de termoformação e grupos de calibração e esfriamento, o grupo de termoformação e os grupos de calibração e esfriamento sendo conectados por sua vez a um grupo de acoplamento.
Um objetivo da presente invenção também relaciona-se ao uso da folha de bolhas obtida com o processo de acordo com a presente invenção como um elemento de proteção ou elemento de embalagem.
Cada um dos filmes extrudados preferivelmente consiste em pelo menos três camadas. A vantagem principal do processo de acordo com a presente invenção consiste na produção da folha de bolhas em uma única fase de produção, com um consumo de energia mais baixo consequente e, indiretamente, com um impacto ambiental mais baixo principalmente devido à redução drástica em produtos de rejeito.
Uma vantagem adicional é representada pela ausência de delaminação, graças à adesão absoluta garantida pelo mesmo fato que cada filme único formando a folha consiste em três camadas extrudadas contemporaneamente por meio de um processo de co-extrusão.
Deste modo, também é possível limitar, ou até mesmo eliminar completamente, outro problema presente nos processos de acordo com o estado da arte, isto é, a necessidade de achar uma mistura de materiais que tenha boas características físico-mecânicas e ao mesmo'tempo permita acoplamento a temperaturas relativamente baixas, sem o perigo de separação entre os três filmes compondo a folha de bolhas.
Uma mistura deste tipo é obviamente o resultado de um compromisso entre os requisitos do processo de produção e as características do produto final, isto é, a folha de bolhas, mas como é um compromisso, não pode certamente satisfazer ambas as demandas a 100%.
Em particular, a folha de bolhas que pode ser obtida por meio do processo de acordo com a presente invenção consiste em um filme superior ou de topo, um filme termoformado central e um filme inferior ou de ftmdo.
Cada filme único consiste preferivelmente em três camadas, de acordo com a estrutura A-B-A, como representado na Figura 2, em que a camada exterior A consiste em um filme de polipropileno de co-polimero (preferivelmente um copolímero de polipropileno de bloco aleatório, com monômeros de etileno e/ou buteno inseridos nas cadeias de propileno), tendo propriedades químicas que o fazem particularmente adequado para acoplamento de alta temperatura, ao mesmo tempo assegurando adesão e uma temperatura de soldagem relativamente baixa. A camada interna B consiste em um filme de polipropileno de homopolímero, isto é, consistindo em monômeros de propileno, tendo características físico-mecânicas particularmente altas, e portanto adequadas para garantir o produto final, isto é, a folha de bolhas, qualidades desejadas do ponto de vista de resistência mecânica e leveza.
Em particular, a passagem de termoformação b) idealiza que o filme central seja mantido a uma temperatura perto do valor de vicat (um valor que está relacionado estritamente ao tipo de polímero), assim para permiti-lo ser termcformado sem problemas, Uma temperatura perto do valor de vicat se refere a uma temperatura variando da temperatura de vicat a uma temperatura cerca de 5 °C mais baixa que a temperatura de vicat, Não é então esfriado completamente. A fase de calibração e esfriamento parcial c) dos filmes de fundo e topo idealiza a calibração de ditos filmes em relação às características requeridas para o produto final usando uma série de calandras. Em particular, a fase de calibração e esfriamento parcial c) inclui a calibração de ditos filmes a uma espessura variável em relação ao peso de base final requerido e em qualquer caso variando de 100 a 1.000 qm aproximadamente. Ditas calandras esfriam os filmes de fundo e topo a uma temperatura mais baixa que o valor de vicat, tão perto quanto possível a ela, em particular a uma temperatura variando da temperatura de vicat e uma temperatura 5 °C mais baixa que o valor de vicat. A calandra porém não absorve completamente o conteúdo calórico dos dois filmes.
Ao término das fases de extrasão, termoformação, calibração e esfriamento parcial a) - c), os três filmes são cristalizados completamente e são portanto não deformáveis na ausência de ação mecânica, mas estão ainda relativamente quentes.
Fase d) portanto idealiza o aquecimento de pelo menos um lado dos filmes de fundo e topo com o uso de uma quantidade limitada de calor para efetuar o acoplamento simultâneo dos filmes de topo e fundo com o filme termoformado central por meio de dois rolos de pressão.
Vantagens adicionais do processo para a produção da folha de bolhas de acordo com a presente invenção são: em primeiro lugar, é um processo contínuo que começa do grânulo e produz diretamente o produto acabado sem passagens intermediárias. Um depósito de bobina não é conseqüentemente necessário, com vantagens econômicas relativas ambos de um ponto de vista logístico e de transporte.
Também é possível produzir diretamente qualquer peso de base requerido (obviamente dentro de uma faixa de variação definida) e com qualquer coloração, praticamente "exatamente no momento", com um produto de rejeito mínimo para obter a variação de espessura. O processo de acordo com a presente invenção também permite uma economia de energia considerável derivando da necessidade de só aquecer ligeiramente os dois filmes de topo e fundo, graças ao conteúdo calórico suficientemente alto mantido perto do acoplamento com a bolha, isto é, com o filme termoformado central. O processo de acordo com a presente invenção também tem a vantagem adicional de enfrentar o uso de materiais tendo propriedades mecânicas altas como a camada central dos três filmes (isto é, camada B), sem influenciar a soldabilidade dos filmes únicos.
Também é possível usar materiais tendo altas características de soldabilidade como camadas externas dos três filmes (isto é, camadas A), sem influenciar as propriedades mecânicas do produto final.
Além disso, o processo de acordo com a presente invenção tem a vantagem indiscutível de minimizar rejeitos ambos durante as operações de começo, como é um processo contínuo, e acima de tudo sob condições de regime, graças à possibilidade de reciclar as bordas cortadas para alimentar a extrusora das camadas B, sem variações significantes nas características do produto final. A folha de bolhas obtida com o processo de acordo com a presente invenção também é caracterizada pela ausência completa de tensões internas residuais, acima de tudo no caso de filmes com uma estrutura simétrica (isto é, onde as espessuras dos filmes de topo e fundo são substancialmente as mesmas), graças ao acoplamento contemporâneo com a bolha central, isto é, com a camada termoformada, e portanto com condições térmicas idênticas.
Além disso, a folha de bolhas tem uma alta planura, graças ao acoplamento dos filmes efetuada a temperaturas perto do valor de vicat e graças ao uso de materiais específicos para as camadas exteriores A, materiais que permitem uma adesão considerável também na presença de pressões de contato relativamente limitadas.
Finalmente, o processo de acordo com a presente invenção permite produzir, sem quaisquer problemas, filmes com um peso de base alto graças à calibração de calandra dos filmes de topo e fundo.
As características e vantagens de um processo de acordo com à presente invenção aparecerão mais evidentes da descrição ilustrativa e não limitante seguinte, se referindo ao desenho esquemático incluído (Figura 3) que representa uma vista lateral elevada de um dispositivo para a produção de uma folha de bolhas de acordo com a presente invenção.
Figura 3, na realidade, representa o esquema de um dispositivo para concretizar o processo de produção da folha de bolhas com referência particular à área das cabeças de extrusão e acoplamento dos três filmes.
Com referência à Figura 3, esta indica com 1 as cabeças de extrusão, com 2 as calandras do grupo de calibração, com 3 o cilindro de conformação de termoformação, com 4 os grupos de pressão para o acoplamento, com 5 os cilindros de pós-aquecimento, com 6 os cilindros de tração, com 7 os filmes de topo e fundo A, com 8 o filme termoformado B e com 9 um fomo de têmpera.
Estes grupos não são descritos em maior detalhe como eles são bem conhecidos a peritos no campo. O grupo de calibração e esfriamento dos filmes de topo e fundo opera por meio de calandras (2) e garante uma excelente tolerância dimensional. Permite, na realidade, a produção de filmes tendo uma ampla gama de peso de base, simplesmente atuando na distância entre as calandras de fundição, com a criação de um pequeno menisco de material em correspondência com sua tangente, como também obviamente na taxa da linha. Como já mencionado, ditas calandras provêem a cristalização completa dos filmes de polipropileno de topo e. fundo, em tempos muito curtos, assim inibindo a configuração de "mancha" típica que é gerada no caso de cristalização que é lenta demais ou só parcial. Acima de tudo no caso de altos pesos de base, o conteúdo calórico dos filmes de topo e fundo, porém, não é absorvido completamente.
Esta passagem é fundamental para o processo de acordo com a presente invenção que é baseada especificamente na possibilidade de explorar parte do calor provido ao filme durante extrusão, para efetuar seu acoplamento com o filme de bolha ou termoformado central; o último é formado analogamente do modo tradicional, por meio de um cilindro de conformação (3) esfriado e com sucção interna que traz o filme central (8) a uma temperatura mais baixa do que a temperatura de vicat, também preservando, porém, neste caso, uma parte do conteúdo calórico do filme central. A corrida de filme (isto é, o caminho seguido pelos filmes de topo, fundo e central) é extremamente importante e é efetuada de forma que os filmes de topo e fundo (7) se aproximem dos cilindros de pós-aquecimento (5) sob as melhores condições possíveis. Isto significa que os filmes de topo e fundo (7) alcançam os cilindros de pós-aquecimento (5) a uma tal temperatura a permitir diretamente o acoplamento ou em qualquer caso requerer a quantidade mínima possível de calor para efetuar o acoplamento. O acoplamento é efetuado contemporaneamente para os dois filmes exteriores, por meio de dois rolos de pressão (4), o produto é então puxado de outro par de rolos ou cilindros de tração (6).
Os filmes de fundo e topo preferivelmente alcançam o acoplamento com o filme termoformado central com uma corrida de filme ou caminho de alimentação do filme tendo substancialmente o mesmo comprimento. O grupo de termoformação central e os dois grupos de calibração lateral e esfriamento alimentam subseqüentemente os três filmes ao grupo de acoplamento, onde os comprimentos da corrida de filme ou caminhos de alimentação são substancialmente os mesmos.
Depois do acoplamento, também pode haver um forno de têmpera (9), útil quando folhas de bolhas com uma estrutura fortemente assimétrica são para serem produzidas, isto é, que idealiza um filme de fundo que é muito diferente do filme de topo, uma diferença estrutural que poderia conduzir à criação de tensões internas residuais devido aos conteúdos calóricos diferentes dos dois filmes e portanto taxas de esfriamento diferentes.
Claims (20)
1. Processo para a produção de uma folha de bolhas, cuja folha de bolhas tem uma estrutura de três camadas co-extrudadas tendo uma estrutura de ABA consistindo de uma camada de homopolímero de polipropileno interna (B) e duas camadas de copolímero de polipropileno externas (A), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: a) extrusão (1) de um filme de fundo (7), um filme central (8), um filme de topo (7) partindo do grânulo correspondente; b) termoformação (3) do filme central (8); c) calibração e esfriamento parcial (5) dos filmes de fundo (7) e topo (7); d) aquecimento de pelo menos um lado dos filmes de fundo (7) e topo (7) e acoplamento dos dois filmes de fundo (7) e topo (7) com o filme termo formado (8).
2. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos componentes de filme é uma estrutura de multi-camadas de pelo menos três camadas,
3. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos componentes de filme é uma estrutura de multi-eamadas produzida em co-extrusão com três camadas, em que a estrutura de três camada co-extrudada consiste em uma camada de homopolímero de polipropileno interna e duas camadas de copolímero de polipropileno externas.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o copolímero de polipropileno 6 um copolímero aleatório ou de bloco consistindo em unidades repetitivas de monômeros de propileno e etileno e/ou buteno,
5. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na passagem de termoformação (3) b), o filme central (8) é mantido a uma temperatura perto do valor de vicat.
6. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa b) de termoformação (3), o filme central (8) é mantido a uma temperatura variando da temperatura de vicat a uma temperatura 5°C mais baixa que a temperatura de vicat.
7. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa c) calibração e esfriamento parcial (5) dos filmes de fundo (7) e topo (7) visa sua calibração a uma espessura variando de 100 a 1.000 pm.
8. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa c) calibração e esfriamento parcial (5) dos filmes de fundo (7) e topo (7) é esfriada a uma temperatura variando da temperatura de vicat a uma temperatura perto da temperatura de vicat.
9. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase de calibração e esfriamento parcial c) dos filmes de fundo (7) e topo (7) é esfriada a uma temperatura variando da temperatura de vicat e uma temperatura 5°C mais baixa que a temperatura de vicat.
10. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acoplamento dos filmes de fundo (7) e topo (7) com o filme termoformado (8) central é simultâneo.
11. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os filmes de fundo (7) e topo (7) alcançam o acoplamento com o filme termoformado (8) central com uma corrida de filme ou caminho de alimentação do filme tendo um comprimento substancialmente igual.
12. Dispositivo para produzir uma folha de bolhas utilizando o processo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos três cabeças de extrusão (1) que formam o grupo de extrusão, seguido por um grupo de termoformação (3) e grupos de calibração e esfriamento, o grupo de termoformação (3) e os grupos de calibração e esfriamento sendo por sua vez conectados a um grupo de acoplamento.
13. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o grupo de calibração e esfriamento dos filmes de fundo (7) e topo (7) opera por meio de calandras (2).
14. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a distância entre as calandras de fundição (2) é variável.
15. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o grupo de termoformação (3) inclui um cilindro de conformação (3) esfriado e tendo sucção interna.
16. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que inclui cilindros de pós-aquecimento (5) antes do grupo de acoplamento.
17. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o grupo de acoplamento inclui cilindros de pressão (4).
18. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o grupo de acoplamento é seguido por cilindros de tração (6) e um forno de têmpera (9).
19. Dispositivo de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o grupo de termoformação (3) central e dois grupos de calibração lateral e esfriamento alimentam os três filmes ao grupo de acoplamento, onde os comprimentos da corrida de filme ou caminhos de alimentação são substancialmente os mesmos.
20. Uso da folha de bolhas que pode ser obtida com o processo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de ser empregado como um elemento de proteção ou elemento de embalagem.
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