BRPI1104823A2 - processo de preparação de material biodegravável e reciclável para fabricação de objetos termoformados - Google Patents

Abstract

processo de preparação de material biodegradável e reciclavel para fabricação de objetos termoformados, consiste em o material biodegradável, seco ou úmido, ser adicionado a um gel, formado pela mistura de água, amido ou celulose seguida de aquecimento em temperatura de até 100 °c, preferencialmente em temperatura variável de acordo com a fonte botânica do amido, por um período mínimo de 15 minutos, e aditivos. em seguida, a mistura é homogeneizada, por um agitador industrial, sendo essa pré-mistura submetida a uma extrusora ou injetora. a espuma saída da extrusora ou injetora é então moldada por compressão no formato desejável, como de potes, copos, talheres, pratos, bandejas, tubetes para plantio e outros, dependendo do molde utilizado. na presente invenção, deixar o amido ou a celulose de molho em excesso de água, por um mínimo de 15 minutos antes de preparar o gel ou a formulação, faz com que os grânulos de amido ou celulose sejam capazes de absorver água e retê-la, mesmo quando submetidos a elevadas temperaturas de processamento, conseguindo assim a obtenção de materiais espumados totalmente biodegradáveis e com excelentes propriedades mecânicas, baixa solubilidade, baixa densidade, estáveis e de cor clara.

Description

PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS

Esta invenção, pertencente ao setor de composições de compostos macromoleculares de amido e materiais lignocelulósicos (celulose, hemicelulose, lignina, seus extrativos ou suas misturas), refere-se à fabricação de embalagens e recipientes biodegradáveis e recicláveis termoformados, do tipo espuma, e em particular ao uso de mandioca e cana-de-açúcar em tais produtos.

ANTECEDENTES E ESTADO DA TÉCNICA

Grande quantidade de lixo plástico acumula-se dia após dia nos aterros sanitários, o que dificulta a circulação de líquidos e gases no solo, e ainda retarda a estabilização da matéria orgânica. A geração de resíduos sólidos industriais no Brasil está em torno de 140.000 toneladas/dia, sendo que apenas 50% recebem tratamento adequado. Quanto aos resíduos sólidos urbanos, a geração é de 100.000 toneladas/dia com 60 a 70% destinados aos lixões. Cerca de 1 milhão de sacos plásticos e embalagens de isopor são despejados por minuto no planeta. Em São Paulo estima-se que 18% do lixo são compostos desse material e cerca de 90% de todo o plástico produzido até hoje, no mundo inteiro, ainda não se decompôs. As embalagens feitas de poliestireno expandido (isopor) podem levar até 150 anos para sofrer degradação Na Irlanda, desde 2002 é cobrado um imposto sobre o uso de cada sacola plástica derivada do petróleo e em Lajeado (RS), a prefeitura distribui sacolas de tecido para as compras. Desde março de 2007, a prefeitura de São Francisco (EUA) está colocando em prática uma lei que proíbe o uso de sacolas de plástico não-biodegradáveis por redes de supermercados e farmácias; uma lei no Rio de Janeiro, aprovada em julho de 2009, obriga os estabelecimentos comerciais do Estado a trocarem até 2012 as sacolas plásticas por bolsas feitas de material reciclável, punindo os infratores com multas de até R$ 10 mil por infração. Além do Rio de Janeiro, governos de quatro estados brasileiros adotaram leis contra o uso de sacolas plásticas: Espírito Santo, Maranhão, Pernambuco e Paraná, e em Santa Bárbara DOeste, São Paulo, há um projeto de lei para criar caixas preferenciais nos supermercados para quem opta por não usar sacola plástica.

Dentre as matérias-primas de fontes renováveis e geradoras de produtos biodegradáveis para a fabricação de produtos espumados, destacam-se o amido e a celulose, em especial o amido de mandioca e o bagaço da cana-de-açúcar, por diversas razões: a) disponibilidade - a mandioca é cultivada em todos os estados brasileiros, situando-se entre os nove primeiros produtos agrícolas do país em termos de área cultivada e o bagaço é o maior resíduo da agroindústria brasileira, estimando-se a geração de 5 a 12 milhões de toneladas ao ano, e, b) as embalagens obtidas a partir do amido de mandioca e do bagaço têm vantagens em relação às embalagens não-biodegradáveis, como o isopor por exemplo, destacando-se (1) o processo de obtenção envolve somente a utilização de substâncias atóxicas e sem a necessidade do uso dos gases do tipo clorofluorcarbonos, prejudiciais à camada de ozônio; (2) levam de 1 a 50 dias para se degradar sem deixar resíduos, dependendo da atividade biodegradante do lixo ou do solo e (3) a substituição do poliestireno reduz o consumo de petróleo.

No entanto, a baixa resistência à água, as variações nas propriedades mecânicas sob a ação da umidade, a baixa força de resistência ao impacto e a pequena espessura dos produtos termoformados limitam o uso das embalagens de amido e celulose.

Outro fator limitante destas embalagens é a dificuldade em se processar o amido por extrusão, haja vista o amido termoplástico (TPS, “Termo Plastic Starch”) ser produzido pela plastificação do amido em presença de um plastíficante, em altas temperaturas e o cisalhamento devido à extrusão. A natureza química do amido e a quantidade de plastíficante, assim como a temperatura necessária para plastificá-lo na extrusora têm importante influência nas propriedades mecânicas e de barreira do TPS formado. O pedido de patente brasileiro PI 0502338-6, “Formulação para produção de espumas de amido resistentes à água e a ciclos de resfriamento, congelamento e descongelamento” revela uma espuma feita de amido na qual uma formulação adequada, composta basicamente de água e amido, é expandida em alta temperatura para a produção de espumas em forma de embalagens. Tais embalagens são resistentes a diversas faixas de temperaturas, principalmente as baixas, e a ciclos de resfriamento, congelamento e descongelamento, mostrando que a viscosidade da mistura é um fator primordial para a resistência às baixas temperaturas das espumas obtidas. Revela, também, 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 que a utilização de espessantes, amido gelatinizado em água em concentrações superiores a 3% ou a utilização de cargas orgânicas ou inorgânicas aumentam a viscosidade da massa, melhorando a resistência ao ciclo de congelamento e descongelamento das espumas obtidas e, ainda, que a adição de plastificantes e cargas orgânicas e inorgânicas à formulação podem aumentar a adesão do revestimento à superfície da espuma.

Para a produção de espumas de amido, a mistura (amido, água e aditivos) deve ter umidade entre 25 a 99% em relação ao peso do amido, conforme o equipamento e o processo utilizado, aditivo (plastificantes, espessantes) diluído de 0,5 a 50% em água. A mistura pode ser acrescida de cargas orgânicas, inorgânicas, pigmentos e corantes nas concentrações entre 0,1 a 10%. A mistura pode ser processada por termoexpansâo, extrusão, injeção e termoprensagem.

Deve-se notar que este pedido de patente tem como enfoque o estabelecimento de uma concentração ideal de água aplicada sobre todo o amido, visando a utilização da embalagem em temperaturas baixas não obtidas até então, e, ainda, que tal formulação não podia ser aquecida em temperaturas elevadas. O pedido de patente brasileiro PI0804862-2 “Produto constituído de aditivos e agentes ativos para espumas e revestimentos de embalagens biodegradáveis ou não e/ou compostáveis e método de preparação” revela que agentes ativos e aditivos são utilizados na invenção, dependendo da característica a ser dada à espuma biodegradável da embalagem, melhorando o aumento da força de compressão da espuma após impermeabilização com o produto, aumento da resistência da espuma à água e resistência do substrato à água, ao óleo e à gordura e outras de caráter ativo e ou inteligente, como capacidade de absorver oxigênio, evitar proliferação de fungos, controlar níveis de etileno no interior da embalagem, evitar perda de peso e valor nutritivo do alimento, absorver odores e sabores desagradáveis, preservar a cor do alimento, absorver a energia incidente na embalagem, desativar cromóforos fotoexcitados, incorporar conservantes e indicadores monitores da qualidade e temperatura do produto embalado.

Este pedido de patente revela a adição de ativos e aditivos visando aumentar a força de adesão de um filme impermeabilizante ao substrato biodegradável, aumentar a força de compressão da espuma após a impermeabilização com o produto e aumentar a resistência da espuma à água, óleo e gordura, além de outras características inteligentes.

Deve-se notar que, no pedido de patente PROCESSO DE PREPARAÇAO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS” não há necessidade de se incluir aditivos para melhoria das propriedades mecânicas ou de barreiras. O pedido de patente brasileiro PI 0603932-4 “Espumas de amido resistentes a temperaturas correspondentes a forno convencional doméstico, forno de indústria alimentícia e forno doméstico de microondas” revela que a quantidade de água limitada da mistura é fator primordial para a resistência da espuma às altas temperaturas, evitando que se deformem, sendo a espuma obtida pela mistura de água e amido processada a quente. A espuma é feita de amido, na qual uma formulação adequada composta basicamente de água e amido é expandida em alta temperatura para a produção de espumas em forma de embalagens. Tais embalagens possuem boa resistência mecânica e boa resistência térmica, resistindo a diversas faixas de temperaturas, principalmente altas, podendo ser submetidas a forno convencional doméstico, forno industrial e forno doméstico de microondas. De acordo com a invenção, a quantidade limitada de água da mistura é um fator primordial para a resistência à altas temperaturas das espumas obtidas, evitando que se deformem. A utilização de espessantes, cargas orgânicas ou inorgânicas diminuem a quantidade de água livre da mistura e com isso melhoram a resistência das mesmas à altas temperaturas. Para a produção de espumas de amido, a mistura (amido e água) deve ter umidade mínima de 10% e no máximo de 70% em relação aos sólidos, conforme o tipo de amido, equipamento e processo utilizado.

Deve-se notar que na presente invenção “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS” , para formação do gel, utiliza-se a proporção de até 1:9 em massa entre amido e água. O pedido de patente brasileiro PI 1002499-9 “Processo de obtenção de espumas ativas biodegradáveis ou compostáveis a partir de fontes renováveis” revela como novidade e atividade inventiva a incorporação de agentes ativos e ou inteligentes aos grânulos da matéria prima de fonte renovável por meio de uma pré-gelatinização do material, de modo que os agentes ativos e ou inteligentes sejam envolvidos pelos grânulos de amido, não propiciando sua passagem para a água de cozimento, evitando-se a perda de sua estrutura química e atividade biológica.

Para melhorar a processabilidade do amido e da fécula quanto ao cisalhamento, patentes como US 7.384.993 e US 5.569.692 revelam a adição de água à mistura de amido e plastificante durante o processamento na extrusora, entendendo ser ela necessária para que o amido possa ser processado em extrusora em temperatura entre 120 a 170 °C, já que as ligações entre a água e o amido não geram uma pressão, de vapor como aquela requerida para processamentos em altas pressões; ou US 5.362.777 que revela a adição de aditivos, como o dimetilsulfóxido por exemplo, para reduzir o ponto de fusão do amido e assim, poder processá-lo em extrusora. A utilização do processo de extrusão na obtenção de produtos apresenta inúmeras vantagens, como alta produtividade, baixo custo, produtos com formas variadas, alta qualidade e, principalmente, não produzir efluentes. O controle do processo de extrusão permite a obtenção de produtos com características variadas, melhorando a eficiência e a economia da operação. Embora a extrusão seja um processo tecnológico simples, seu controle é bastante complicado, devido ao grande número de variáveis envolvidas no processo e sua complexidade, e as condições de extrusão, tais como: temperatura, rotação da rosca, teor de umidade da massa, entre outras, são essenciais para garantir a boa qualidade do produto formado Dentre as características do produto afetadas pelas variáveis do processo de extrusão, podemos destacar: (1) o conteúdo de umidade final, que afeta a vida de prateleira e a estabilidade da massa; (2) expansão, que afeta volume, tamanho e forma; (3) solubilidade, que é influenciada pela aderência e coesão; (4) absorção de água, leite e gordura que afeta a integridade do produto final; (5) aspecto visual, que afeta a cor; (6) densidade, que afeta o tamanho e peso do produto final, e (7) propriedades mecânicas, que afetam principalmente a resistência à compressão e a flexibilidade do produto final.

Durante o aquecimento de dispersões de amido - na presença de excesso de água - ocorre o inchamento e o rompimento de seus grânulos, com destruição da ordem molecular e mudanças irreversíveis nas suas propriedades. A temperatura na qual ocorre este tipo de transformação é chamada de temperatura de gelatinização (processo de transformação do amido granular em pasta viscoelástica - gel). A temperatura de gelatinização do amido varia de acordo com a fonte, por exemplo, a temperatura de gelatinização da fécula de batata é de 56 a 66 °C, a de fécula de mandioca entre 62 e 66 °C, a de arroz entre 61 e 77 °C, e a temperatura de gelatinização do amido de milho é de 56 a 72°C.

As necessidades das indústrias de processamento alimentício, ou mesmo de embalagens, da utilização de amidos com propriedades especiais levaram à produção de amidos modificados. Modifica-se o amido para incrementar ou inibir suas características originais e adequá-lo às aplicações específicas, tais como diminuir a solubilidade em água, melhorar as propriedades mecânicas, espessamento, melhorar retenção, aumentar estabilidade, melhorar brilho, gelificar, dispersar ou conferir opacidade. Na forma não modificada, os amidos têm uso limitado na indústria de processamento. Os amidos nativos são perfeitamente adaptados aos produtos feitos na hora, preparados sem muita preocupação com conservação, mas mal suportam as imposições tecnológicas de determinados processos industriais, que incluem principalmente exposição a amplas faixas de temperaturas, pH e cisalhamento, além de apresentarem muitas características que os tornam pouco práticos para trabalhar, como a necessidade do aquecimento ou tratamento químico de grânulos dispersos que pode ser um obstáculo para algumas aplicações. As modificações feitas no amido podem ser químicas, físicas ou enzimáticas, no entanto, muitas das modificações geram alto custo, baixa produtividade, elevado tempo de reação e formação de resíduos.

Temperaturas elevadas durante o processamento do amido ou celulose podem provocar o escurecimento do material (caramelização), degradação do amido ou da celulose, aumento da solubilidade do material formado e diminuição da umidade - fatores que podem comprometer a eficiência do produto final. Como a água tem poder plastificante, a resistência do material formado à compressão está diretamente relacionada ao teor de sua umidade. Diferente da maioria dos materiais plásticos, o amido e o bagaço têm característica hidrofílica, ou seja, absorvem água, e têm suas propriedades mecânicas alteradas por esta característica, portanto o aumento da temperatura e consequente diminuição do teor de água (umidade) do material formado pode provocar a obtenção de materiais frágeis e quebradiços (baixa resistência mecânica).

Outras consequências da influência da temperatura na diminuição do teor de umidade do material formado são o aumento da instabilidade da massa e a obtenção de material mais denso. Isso porque a água, juntamente com a temperatura, são responsáveis pela geração de vapor que provoca a expansão da massa e formação da espuma (estrutura rígida) na saída da extrusora. O material produzido com quantidades maiores de água expande mais facilmente durante o processo de extrusão, gerando espumas menos densas e mais flexíveis. Já o material formado com menores quantidades de água expande menos, gerando espumas mais densas e pouco flexíveis. Com relação à instabilidade da massa, podemos dizer que com a perda de água, durante o processo de extrusão, mais massa é necessária para a formação de uma espuma inteira, porque a água é responsável pela expansão da massa e formação da espuma. Portanto, para suprir a falta de água durante o processo de termoformagem, após extrusão, mais e mais massa é necessária para a formação de uma peça inteira (copos, talheres, pratos, bandejas, tubetes, entre outras). São objetivos desta invenção obter um produto espumado biodegradável e reciclável que possa ser processado e termoformado em produtos, descartáveis ou não, como copos, talheres, pratos, bandejas, tubetes para plantio e outros, com elevada resistência mecânica a ciclos de resfriamento, congelamento e descongelamento, durabilidade e alta resistência à umidade e que permaneçam com o produto de modo a durar enquanto decorrer o prazo previsto para seu consumo; obter um material biodegradável e reciclável capaz de suportar temperaturas mais elevadas na extrusora, sem queimar ou caramelizar; obter uma massa saída da extrusora que não precise ser imediatamente prensada no formato desejado (potes, bandejas, entre outros); obter a diminuição da solubilidade da espuma em água, óleo ou gordura; possibilitar a mistura de amido ou de celulose com compostos que só podem ser processados em altas temperaturas; possibilitar o trabalho da extrusora com diversas rotações na rosca e não só rotações altas para evitar a queima do amido e produzir espumas menos densas.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

Na presente invenção, deixa-se o amido ou a celulose de molho em excesso de água, em temperatura de até 100°C, preferencialmente ambiente, por um mínimo de 15 minutos, antes de preparar o gel ou a formulação, o que faz com que os grânulos de amido ou celulose sejam capazes de absorver água e retê-la, mesmo quando submetidos a elevadas temperaturas de processamento, conseguindo assim a obtenção de materiais espumados totalmente biodegradáveis e recicláveis e com excelentes propriedades mecânicas, baixa solubilidade, baixa densidade, estáveis e de cor clara, atendendo os objetivos propostos. A novidade e atividade inventiva da presente invenção é a melhoria das propriedades mecânicas e de barreira e o aspecto visual das espumas com a imersão do amido ou da celulose do bagaço de cana, por pelo menos 15 minutos, em excesso de água, tornando-as mais resistentes mecanicamente, menos densas, aumenta a capacidade de suporte de temperaturas elevadas sem queimar ou caramelizar e menos solúveis em água do que aquelas produzidas sem esse tratamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS” consiste em, inicialmente, a celulose, misturada ou não com amido, ser adicionada ao gel formado pela mistura de água, amido ou celulose seguido de aquecimento, sendo que opcionalmente podem-se acrescentar plastificantes e aditivos compatíveis. Em seguida, a mistura é homogeneizada, preferencialmente por um agitador industrial, sendo essa pré-mistura submetida a uma extrusora, preferencialmente mono-rosca equipada com três zonas de aquecimento ou dupla rosca, ou uma injetora. A espuma saída da extrusora é então moldada por compressão no formato desejável, como de potes, copos, talheres, pratos, bandejas, tubetes para plantio e outros, dependendo do molde utilizado. A espuma saída da extrusora, formulada com amido ou celulose imerso em água, é mais úmida mesmo quando submetida a altas temperaturas, tendo tempo de vida maior do que a espuma produzida com o amido seco, sendo possível reutilizar a espuma ainda úmida para a produção de novas peças.

Quando a espuma tem baixa umidade, formulada com amido sem tratamento, tende a ser quebradiça e pouco resistente. Essa tendência, conhecida como fenômeno de envelhecimento do amido ou retrogradação, produz uma forma do amido beta, como no pão velho endurecido, responsável pela diminuição da força de compressão das espumas ao longo do tempo. Esta espuma já quebradiça não pode ser reaproveitada.

Matérias-Primas Utilizadas (Porcentagens em m/m) AMIDO: fécula de mandioca até 75%, preferencialmente de 30 a 70%, com granulometria na faixa de 0,5 pm a 110 pm, preferencialmente de 4,0 a 35,0 pm.

Opcionalmente, podem ser utilizados outros amidos originados de outras formas botânicas, como milho (3,0 a 23,0 pm); biri (25,0 a 45,0 pm); araruta (9,0 a 42,0 pm); batata doce (2,0 a 42,0 pm) e gengibre (15,0 a 20,0 pm), ou suas misturas, todos em porcentagem de até 75%, preferencialmente de 30 a 70%. CELULOSE: bagaço da cana-de-açúcar até 75%, preferencialmente de 5 a 30%, com tamanho da fibra de 3x10‘4 cm a 1 cm. Outras fibras celulósicas de origem vegetal podem ser utilizadas como, por exemplo, madeira (pinho, eucalipto, abeto), algodão, juta cânhamo, rami, linho, malva, coco, banana, palha, casca de arroz, linho, casca de caju, castanha do Pará, açaí, dendê, abacá, curauá e outras, ou suas misturas, tratadas ou não. O aumento da quantidade de amido ou celulose na formulação leva à obtenção de espumas mais densas e mais resistentes mecanicamente. ÁGUA, de 2% até 40% para formação do gel, não se considerando um excesso para processamento, que deve variar entre 2% e 90%, preferencialmente entre 30 e 84% em massa, com relação a todos os ingredientes adicionados à massa.

Para umedecimento do produto inicial (amido ou celulose ou suas misturas), a proporção inicial de água deve ser de 1 até 9 em peso em relação ao produto, isto é, 1:1 até 1:9. ADITIVOS: opcionalmente podem ser acrescentados visando melhoria de processamento ou propriedades da massa: • PLASTIFICANTES, de 0,5% a 20%, preferencialmente de 1 a 3%, utilizados para melhoria da flexibilidade e da processabilidade, podem 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, tricresiIftalato, poliésteres, ésteres do ácido ftálico e de glicerina, trimetilatos, poliésteres termoplásticos, azelato, glutarato, succinato, poli(acetato de vinila), poli(álcool vinílico), DMSO, mono e diglicerídeos, 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, flavonõides, 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, 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 p-hidroxibenzóico, sulfatos, cloreto de sódio, bacteriocinos, ácido sórbico, canela, orégano e seus derivados, entre outros. • CARGAS 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, cromita, ciamita, feldspato, grafita, pirofilita, gipsita, zirconita, minerais, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, óxido de ferro, sulfato de bário, compostos orgânicos de fósforo, poüfenóis, 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 vínila), poliacrilato, hidroxi-etil-metil-celulose, poliuretano, poli (ácido lático), polietileno, cera, látex, elastômero, amido gelatinizado, carboxi-metil-celulose, goma, gelatina, polí-hidroxi-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.

Preparação do Material A preparação do material, para facilidade de entendimento, é apresentada em forma detalhada por casos: CASO 1 - TODO O AMIDO OU CELULOSE OU SUAS MISTURAS SÃO COLOCADOS DE MOLHO EM ÁGUA

Colocar todo o amido de molho em água, em proporção de até 1:9 em peso. Aguardar um mínimo de 15 minutos e, em seguida, deixar decantar, escorrendo a água após a decantação. Não é necessário efetuar a secagem do material. • Separar cerca de 3 a 10%, em peso, do amido úmido e acrescentar água cerca de 9 vezes o peso desse material separado e, em seguida, aquecer até a formação de gel, sendo que a temperatura de gelatinização do amido varia de acordo com a fonte, por exemplo, a temperatura de gelatinização da fécula de batata é de 56 a 66 °C, a de fécula de mandioca entre 62 e 66 °C, a de arroz entre 61 e 77 °C, e a do amido de milho de 56 a 72°C; e a proporção de água acrescentada variará em função do processo de conformação que será utilizado, geralmente entre 1:1 a 1:9 em peso de amido/celulose e água. • Misturar o gel obtido com os aditivos (se for o caso) e o restante do material seco. • Encaminhar para a extrusora ou injetora.

No caso da celulose ser em maior quantidade que o amido, coloca-se toda celulose no molho inicial de formação do gel, respeitando-se a proporção inicial de 1:9, em peso de celulose e água, e posteriormente se acrescenta o amido seco (de menor quantidade), sempre se preparando o gel daquele produto em maior quantidade.

EXEMPLO 1. - Deixar o amido ou a celulose ou sua mistura de molho em excesso de água, em proporção de 1:9 em peso, à temperatura ambiente por um mínimo de 15 minutos, utilizando até 75% em peso de amido ou celulose ou da mistura; deixar decantar, escorrendo a água após a decantação 2. - Com 3 a 10% em peso deste amido ou celulose ou suas misturas prepara-se um gel por aquecimento em temperatura variável de acordo com a fonte botânica do amido (fécula de batata de 56 a 66 °C, fécula de mandioca entre 62 e 66 °C, arroz entre 61 e 77 °C, e milho de 56 a 72 °C) ou da celulose, entre 50 e 100 °C em excesso de água de 2 a 90% em peso total da massa, dependendo do processo a ser utilizado, isto é, extrusão ou injeção. Em caso de mistura amido/celulose deve-se usar preferencialmente a temperatura recomendada para a fonte de amido. 3. - Misturar o gel com o resto da formulação, isto é, o restante de amido ou celulose ou mistura, um plastificante em 0,5 a 20% em peso, preferencialmente 1 a 3%, e outros aditivos, como lubrificante, conservante, etc. 4. Passar a mistura em extrusora com temperatura de 50 a 250 °C.

Se o amido ou a celulose ou suas misturas não fossem colocados de molho, o aumento de temperatura poderia provocar a obtenção de peças frágeis e quebradiças. A invenção permite aumento de temperatura na extrusora, principalmente quando necessário para combinar o amido ou celulose com materiais complementares como, por exemplo, poliésteres, que requerem temperaturas elevadas de processamento. 5. Prensar a massa saída da extrusora para a obtenção do objeto desejado, como bandejas, potes etc.

Caso a massa tenha tendência de ficar aderida nas formas, pode-se utilizar silicone no molde ou utilizar molde teflonado, não havendo necessidade de se adicionar produtos para facilitar a retirada da peça do molde.

Opcionalmente, na etapa 1, pode-se colocar de molho em excesso de água apenas as quantidades de amido ou celulose ou misturas necessários para o preparo da massa e não do gel, isto é, até 72% em peso de amido ou celulose ou misturas, seguindo-se a preparação como indicado.

CASO 2 - APENAS O AMIDO OU A CELULOSE OU MISTURAS GERADORAS DO GEL SÃO COLOCADOS DE MOLHO EM ÁGUA • Deixar de 3 a 10 % do amido ou celulose ou mistura em água, na proporção de até 1:1 até 1:9 em peso. Após um tempo mínimo de 15 minutos de molho, aquecer até a formação do gel. Em caso de mistura amido/celusose, aquecer em temperatura variável de acordo com a fonte botânica do amido . • Misturar o gel com os aditivos (se for o caso) e o restante do material seco. • Encaminhar o material para a extrusora ou injetora.

No caso de quantidade maior de celulose que amido, coloca-se celulose no molho inicial para formação do gel, respeitando-se a proporção inicial de 1:9 em peso de celulose e água, e posteriormente se acrescenta o resto do material seco, sempre se preparando o gel daquele em maior quantidade.

EXEMPLO 1. - Deixar de molho 56 g de amido em 504 g de água (1:9), decantar no mínimo por 15 minutos e escorrer a água. 2. Preparar o gel misturando 3 g de amido em 29 g de água e aquecendo até a formação do gel, sendo que a proporção amido/água pode variar dependendo do processo de extrusão que será utilizado. 3. Misturar o gel com o amido da etapa 1, a glicerina (2g) e o bagaço (10g).

MELHORIA DA PROCESSABILIDADE DO AMIDO E CELULOSE EM EXTRUSORA A hidratação do amido ou da celulose, por meio da imersão em excesso de água por um mínimo de 15 min é capaz de reter a água no interior dos grânulos de amido ou celulose, evitando a perda de água durante o processo de extrusão è, consequentemente, evitando o escurecimento do amido, as perdas das propriedades mecânicas e de barreira (solubilidade e absorção de água) do produto formado, mesmo quando processados a altas temperaturas no canhão da extrusora.

Os resultados mais significativos dos efeitos técnicos novos obtidos pelo processo para objetos biodegradáveis são apresentados nas Tabelas 1 a 5.

Tabela 1 - Aumento da capacidade de suporte de temperaturas mais elevadas na extrusora, sem queima ou caramelização. A aparência é o fator de qualidade mais importante, principalmente no setor de embalagens, sendo avaliada por diferentes atributos. A coloração é o atributo de qualidade mais atrativo para o consumidor, pois é associada com a limpeza e o frescor do produto embalado. Existem muitas reações, que ocorrem durante a extrusão em temperaturas elevadas, que afetam a cor do produto final, entre elas as mais comuns são as reações de escurecimento não enzimático (reação de Maillard e caramelização) e a degradação de pigmentos, sendo o escurecimento afetado por alta temperatura e pela concentração de sólidos (quanto maior a concentração de sólidos, maior será a caramelização). A cor clara do produto final na extrusão de polvilho azedo (amido) com farinha de soja, por exemplo, só é conseguida quando o material é processado em extrusora em condições intermediárias de temperatura na zona de extrusão, entre 25 °C e 40 °C, e menor porcentagem de farinha de soja. Neste caso, a soja, que não possui amido, foi utilizada como fonte de celulose, por possuir cerca de 40% de proteínas, 20% de lipídios, 5% de minerais e 34% de carboidratos (açúcares, fibras e os oligossacarídeos). O material espumado biodegradável aqui obtido é capaz de suportar temperaturas mais elevadas na extrusora, sem queimar ou caramelizar, pois a hidratação do amido ou da celulose, feita por meio da imersão em água, gera retenção de líquido no interior dos grânulos dos açúcares, evitando a perda da água durante o processo de extrusão, mesmo que efetuada a altas temperaturas, evitando-se o prejudicial incremento da concentração de sólidos, uma vez que o aumento da quantidade de água promove sua diluição.

As espumas tomam-se mais resistentes sem a necessidade da adição de materiais para este fim.

Os resultados apresentados na Tabela 2 mostram a resistência das espumas à compressão em relação ao tempo de molho quando comparado ao material não biodegradável, como o isopor.

Tabela 2 - Resistência das espumas à compressão em relação ao tempo de molho ou material não biodegradável (isopor) Temperaturas elevadas durante o processo de extrusão podem provocar a diminuição da umidade do material formado, e como a água tem poder plastificante, a resistência do material formado à compressão está diretamente relacionada ao teor de umidade do material. Diferente da maioria dos materiais plásticos, o amido e o bagaço têm característica hidrofílica, e têm suas propriedades mecânicas alteradas por esta característica. Nesta invenção, os grânulos de amido ou celulose são capazes de absorver água e retê-la mesmo quando submetidos a elevadas temperaturas de processamento, conseguindo assim a obtenção de materiais espumados totalmente biodegradáveis com elevado teor de umidade e, portanto, com excelentes propriedades mecânicas, sem a necessidade da adição de materiais para este fim.

Tabela 3 - Perda de produção (quebra de bandejas e potes) durante o processo de moldagem por compressão Com a perda de água durante o processo de extrusão, haja vista que a água é responsável pela expansão da massa e formação da espuma, mais massa é necessária para a formação de uma espuma inteira, havendo necessidade de mais massa para a formação de uma embalagem.

Tabela 4 - Densidade das espumas em relação ao tempo de molho ou material não biodegradável (isopor) A água e a temperatura são responsáveis pela geração de vapor que provoca a expansão da massa e formação da espuma (estrutura rígida) na saída da extrusora. O material produzido com quantidades maiores de água expande mais facilmente durante o processo de extrusão, gerando espumas menos densas e mais flexíveis.

Nesta invenção, as espumas são menos densas porque os grânulos de amido ou celulose são capazes de absorver água e retê-la mesmo quando submetidos a elevadas temperaturas, gerando materiais com maiores quantidades de água e com maior poder de expansão.

Tabela 5 - Solubilidade da espuma em água Nesta invenção tem-se a diminuição da solubilidade do material espumado biodegradável devido à água, presa no interior dos grânulos de amido ou celulose, ser capaz de lubrificar o parafuso da extrusora, evitando maior ocorrência de degradação mecânica dos grânulos de amido. A extrusão de farinha de trigo, banana e arroz sob altas temperaturas, baixos teores de água e aumento da velocidade da rosca resultam em maior degradação dos grânulos de amido, o que contribui para o aumento da solubilidade do material em água (Carvalho, R.V.; Ascheri, J.L.R.; Cal-Vidal, J.; Ciência e Agrotecnologia, v, 26, n. 5, p. 1006-1018, 2002. Hashimoto, J.M.; Grossman, M.V.E.; International Journal of Food Science and Technology, v. 38, n. 5, p. 511-517, 2003.Guha, M.; Ali, S.Z.; Bhattacharya, S.; Journal of Food Engineering, v. 32, p. 251-267, 1997).

Além desses efeitos técnicos, temos ainda que a massa saída da extrusora não precisa ser imediatamente prensada no formato de potes ou bandejas, podendo ser armazenada por algum tempo antes do processo de moldagem por compressão.

No estado da técnica, a massa produzida com amido ou celulose seca, ou seja, sem a utilização de pelo menos um dos componentes amido, celulose ou mistura, imerso em água, deve ser prensada imediatamente ao sair da extrusora, caso contrário haverá formação de um halo no centro do produto, fragilizando o material. Nesta invenção, a formulação, depois de homogeneizada em agitador, pode ser armazenada por até 24 horas antes do processo de extrusão. Já as formulações preparadas sem a utilização de pelo menos um dos componentes amido, celulose ou mistura imerso(s) em água devem ser utilizadas imediatamente. O tempo de vida da massa antes da moldagem por compressão está diretamente ligado à quantidade de água presente na formulação e à quantidade de água perdida pela massa em função da temperatura e umidade do seu armazenamento, haja vista que a água é responsável pela expansão do amido e pela obtenção da espuma. Perdendo-se água, perde-se o poder cie expansão e mais massa é necessária para suprir a falta de água.

Além disso, a água tem a função de plastificar a espuma, sendo que espumas com baixa umidade tendem a ser quebradiças e pouco resistentes. Essa tendência, conhecida como fenômeno de envelhecimento do amido ou retrogradação, produz uma forma do amido beta, como no pão velho endurecido, responsável pela diminuição da força de compressão das espumas ao longo do tempo. A espuma saída da extrusora, formulada com amido ou celulose imerso em água, é mais úmida mesmo quando submetida a altas temperaturas, tendo tempo de vida maior do que a espuma produzida com o amido seco, ou seja, sem ser imerso em água.

TESTES DE PREPARAÇÃO E RESULTADOS DE FORMULAÇÕES

Exemplo 1 Foram preparadas espumas de fécula de mandioca e bagaço da cana-de-açúcar por três métodos: a) colocando 5% (m/m) da quantidade total de amido de fécula de mandioca de molho por 30 minutos antes do processo de extrusão, para a produção do gel; b) colocando 5% (m/m) da quantidade total de bagaço da cana-de-açúcar de molho por 30 minutos antes do processo de extrusão, para a produção do gel; c) com matéria-prima utilizada sem nenhum tratamento, isto é, não colocada de molho.

Formulações testadas (porcentagens em m/m): Formulação 1: bagaço da cana-de-açúcar (13%), amido (55%), água (30%), glicerol (2%) como agente plastificante.

Formulação 2: bagaço da cana-de-açúcar (55%), amido (13%), água (30%), glicerol (2%) como agente plastificante. A matéria-prima, gel e o restante de amido, foram homogeneizados em um agitador industrial, processados em extrusora mono rosca com quatro zonas de aquecimento, variando de 80 °C a 180 °C (zona 1 = 80 °C, zona 2 = 100 °C, zona 3 = 120 °C e zona 4 = 180 °C) da zona de alimentação à saída da matriz e rotação de 25 a 50 rpm sendo, então, a massa obtida termoprensada (250 °C por 1 minuto, pressão de 150 kPa) no formato de bandeja.

As bandejas foram analisadas e os resultados quanto à sua resistência mecânica à compressão e flexibilidade (Tabela EX1-1); densidade (Tabela EX1-2); temperatura de processo na extrusora (Tabela EX1-3); perda de produção, isto é, bandejas incompletas, com bolhas ou rachaduras (Tabela EX1-4) e solubilidade das bandejas em água (Tabela EX1-5) são apresentados a seguir.

Tabela EX1-1. Resistência mecânica das bandejas.

Tabela EX1-2. Densidade das bandejas.

Tabela EX1-3. Temperatura de processo (extrusão).

Tabela EX1-4. Perda de produção - prensagem no formato de bandejas.

Tabela EX1-5. Solubilidade das bandejas em água.

As bandejas produzidas com a matéria-prima mantida de molho por 30 minutos, antes do processo de extrusão e termoprensagem, são mais resistentes mecanicamente, menos densas, suportam temperaturas elevadas sem queimar ou caramelizar e são menos solúveis em água do que aquelas produzidas sem tratamento da matéria-prima, isto é, sem colocar a fécula e/ou bagaço de molho em água.

TESTE DE ARMAZENAMENTO DE PRODUTO ÚMIDO

Cerca de 50 g de bagaço de cana-de-açúcar foram colocados de molho em 450 ml_ água destilada por 1 hora à temperatura ambiente. Depois de 1 hora, o bagaço foi misturado a 20 g de fécula de mandioca, 20 g de água, 5 g de óleo de coco como plastificante e 5 g de talco como lubrificante. O excesso de água foi retirado por decantação e a mistura foi homogeneizada, processada em extrusora dupla rosca com três zonas de aquecimento (50 °C, 80 °C e 120 °C) da zona de alimentação à saída da matriz, em rotação de 100, 150 e 200 rpm e termoprensada por 30 segundos, à temperatura ambiente e pressão de 50kPa, em formato de pote para armazenamento de cerca de 250 g de ameixas sem caroço. O mesmo procedimento foi adotado para o preparo de potes sem qualquer tratamento da matéria-prima, isto é, o bagaço não foi colocado de molho. . Os potes fabricados com o bagaço sem tratamento amoleceram e quebraram, não podendo ser utilizados no armazenamento de produtos úmidos, enquanto que os potes fabricados com o bagaço colocado de molho por 1 hora resistiram e continuaram intactos até o apodrecimento das ameixas.

TESTE DE ASPECTO VISUAL, PROPRIEDADES MECÂNICAS E SOLUBILIDADE DE COPOS DE AMIDO DE BATATA

Cerca de 30 g de amido de batata foram colocados de molho em 270 g água por 15 minutos à temperatura ambiente. Em seguida, a fécula foi misturada a 30 g de bagaço da cana-de-açúcar, 30 g de água, 5 g de sorbitol como plastificante e 5 g de talco como lubrificante. A mistura foi homogeneizada e processada em extrusora dupla rosca com cinco zonas de aquecimento (80 °C, 100 °C, 120 °C, 140 °C e 200 °C), da zona de alimentação à saída da matriz, em velocidade de 60 rpm. O mesmo procedimento foi adotado para o preparo de potes sem qualquer tratamento da matéria-prima, isto é, o amido da batata não foi . colocado de molho. A massa saída da extrusora foi armazenada por dois dias antes do processo de moldagem por compressão. Depois deste período, a massa foi termoprensada à 250 °C e pressão de 100 kPa por 1 minuto no formato de copos (12 cm de altura X 6 cm de diâmetro), sendo os copos fabricados com amido de batata colocado em molho identificados como Tipo 1 e os copos fabricados com amido de batata não colocado de molho como Tipo 2. Adicionou-se a todos os copos cerca de 250 mL de suco de laranja. Os copos permaneceram com o suco por 5 horas, foram esvaziados e, em seguida, os copos já secos foram submetidos às análises de resistência mecânica, solubilidade e aparência visual. Os resultados são apresentados na tabela EX3-1.

Tabela EX3-1. Aspecto visual, propriedades mecânicas e solubilidade de copos de amido de batata. OBS: * semelhante aos copos de isopor. ** halo no centro do produto, indicando material caramelizado.

Os copos, fabricados com a massa originada do amido de batata, colocados de molho por 15 minutos são mais brancos e muito parecidos com os copos de isopor, mais resistentes mecanicamente e menos solúveis do que os copos fabricados com amido de batata sem tratamento. Foi observado que os copos do tipo 2 queimaram ao ser submetidos a uma temperatura de 250 °C por 1 minuto. TESTES DE ARMAZENAMENTO (Porcentagens em massa) Cerca de 9% de água e 15% de glicerol foram misturados a 76% de bagaço da cana-de-açúcar previamente lavado e seco (pré-mistura 1).

Cerca de 9 % de água e 15 % de glicerol foram misturados a 76% de bagaço da cana-de-açúcar previamente deixado de molho por 45 minutos (pré-mistura 2).

Essas duas pré-misturas foram armazenadas por 24 horas em geladeira e depois ambas foram processadas em extrusora mono-rosca equipada com quatro zonas de aquecimento, cujas temperaturas foram mantidas a 60, 70, 90 e 120°C, da zona de alimentação à saída da matriz, com rotação da rosca variando de 20 a 40 rpm. As amostras extrusadâs foram imediatamente prensadas a 200 °C e 92 kPa, por um período de 1 minuto, no formato de bandeja.

Como o tempo de vida antes dos processos de extrusão e moldagem por compressão da massa está diretamente ligado à quantidade de água presente, as espumas com baixa umidade tendem a ser quebradiças e pouco resistentes, fato observado nas bandejas fabricadas com a pré-mistura 1, apresentando bandejas quebradiças e pouco resistentes à compressão quando aplicada força de 22,4 ±1,8N.

Com a pré-mistura 2 foram obtidas bandejas muito resistentes mecanicamente (força de compressão = 39,8 ± 1,6 N), mesmo aquelas produzidas posteriormente depois de armazenadas por 24 horas em geladeira (força de compressão = 38,9 ±1,3 N), mostrando que, ao deixar a celulose de molho, é possível armazenar a massa antes dos processos de extrusão e termoprensagem ou qualquer outro processo já conhecido na indústria do plástico, obtendo-se assim um efeito técnico constituinte de melhoria desta invenção. TESTES DE IMPERMEABILIDADE (porcentagens em massa) Cerca de 10 % de água e 20 % de glicerol foram misturados a 70% de amido de mandioca previamente lavado e seco (pré-mistura 1).

Cerca de 10% de água e 20% de glicerol foram misturados a 70% de amido de mandioca previamente deixado de molho por 40 minutos à temperatura ambiente (pré-mistura 2).

As pré-misturas foram processadas em extrusora dupla-rosca com quatro zonas de aquecimento, mantidas a 90-100 °C, 100-120 °C, 120-140 °C e 140 - 160°C, da zona de alimentação à saída da matriz, em velocidade de extrusão de 75 rpm e alimentação contínua. O material foi obtido sob forma de fita, com auxílio de uma matriz de dimensões 30 mm x 1 mm acoplada à saída da extrusora, e imediatamente prensada a 200 °C e pressão de 92 kPa, por um período de 1 minuto, no formato de bandeja.

Quarenta bandejas, 20 fabricadas com a pré-mistura 1 e 20 com a pré-mistura 2, foram utilizadas para armazenar em geladeira, em temperatura de 5 °C, produtos que liberam água e gordura, na forma de cerca de 250 g mussarela e presunto, separadamente.

As bandejas fabricadas com a pré-mistura 2 (10 com queijo e 10 com presunto) resistiram ao armazenamento, isto é, não quebraram, não racharam e não amoleceram, mesmo depois do presunto e do queijo se deteriorarem (odor azedo, presença de um líquido viscoso, cor ligeiramente alterada, tendendo ao cinza ou verde, e presença de pontos escuros).

As bandejas produzidas com a pré-mistura 1 (10 com queijo e 10 com presunto) não resistiram ao armazenamento, sendo que 15 bandejas amoleceram e 5 bandejas quebraram após dois dias de armazenamento, mostrando que as bandejas produzidas com amido de mandioca, mantido de molho antes dos processos de extrusão e termo prensagem, são mais resistentes mecanicamente e podem ser utilizados na armazenagem de produtos úmidos. TESTES DE RECICLAGEM (porcentagens em massa) Cerca de 10 % de água e 20 % de glicerol foram misturados a, 70% de celulose de bagaço da cana de açúcar previamente lavado e seco (pré-mistura 1).

Cerca de 10% de água e 20% de glicerol foram misturados a 70% de bagaço da cana de açúcar previamente deixado de molho por 1 hora à temperatura ambiente (pré-mistura 2).

As pré-misturas foram processadas em extrusora mono-rosca com três zonas de aquecimento, mantidas a 80-90 °C, 100-120 °C e 120-140 °C, da zona de alimentação à saída da matriz, em velocidade de extrusão de 50 rpm e alimentação contínua. O material foi obtido sob forma de fita, com auxílio de uma matriz de dimensões 30 mm x 1 mm acoplada à saída da extrusora, e imediatamente prensada a 200 °C e pressão de 92 kPa, por um período de 1 minuto, no formato de bandeja.

Após um período de 30 dias, as bandejas produzidas com as pré-misturas 1 e 2 foram trituradas em um liquidificador industrial e reutilizadas na produção de novas bandejas nas seguintes proporções: • a) cerca de 10 % de água e 20% de glicerol foram misturados a 50% de celulose do bagaço da cana de açúcar previamente lavado e seco e 20% do material triturado da pré-mistura 1 acima (pré-mistura 1); • b) cerca de 10 % de água e 20 % de glicerol foram misturados a 50% de celulose do bagaço da cana de açúcar previamente lavado e seco e 20% do material triturado da pré-mistura 2 acima (pré-mistura 2) e • c) cerca de 10% de água e 20% de glicerol foram misturados a 50% do bagaço da cana de açúcar previamente deixado de molho por 1 hora à temperatura ambiente e 20% do material triturado da pré-mistura 2 acima (pré-mistura 3).

As pré-misturas foram novamente processadas em extrusora mono-rosca com três zonas de aquecimento, mantidas a 80-90 °C, 100-120 °C e 120-140 °C, da zona de alimentação à saída da matriz, em velocidade de extrusão de 50 rpm e alimentação contínua. O material foi obtido sob forma de fita, com auxílio de uma matriz de dimensões 30 mm x 1 mm acoplada à saída da extrusora, e imediatamente prensada a 200 °C e pressão de 92 kPa, por um período de 1 minuto, no formato de bandeja.

Todas as bandejas produzidas (20 fabricadas com a pré-mistura 1, 20 fabricadas com a pré-mistura 2 e 20 com a pré-mistura 3) foram utilizadas para armazenar em geladeira, em temperatura de 5 °C, coxas de frango (250g em cada bandeja). As 20 bandejas fabricadas com as pré-misturas 2 e 3 resistiram ao armazenamento, isto é, não quebraram, não racharam e não amoleceram, mesmo depois de o frango ter se deteriorado (odor azedo, presença de um líquido viscoso, cor ligeiramente alterada, tendendo ao cinza ou verde, e presença de pontos escuros). As bandejas produzidas com a pré-mistura 1 não resistiram ao armazenamento, sendo que 18 bandejas racharam e 2 amoleceram, mostrando que as bandejas produzidas com a celulose do bagaço da cana de açúcar, mantida de molho antes dos processos de extrusão e termoprensagem, são mais resistentes mecanicamente e podem ser utilizadas na obtenção de novos produtos.

Claims (10)

1 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, sendo o material biodegradável e reciclável formado por amido, celulose ou suas misturas, caracterizado por deixar-se parte ou o total do amido ou da celulose de molho em excesso de água, na proporção de 1:1 até 1:9 em peso de amido/celulose : água, em temperatura de até 100 °C, por um mínimo de 15 minutos, para preparação da formulação ou de um gel que, misturado e homogeneizado com o restante do material, por extrusão ou injeção, formará a espuma a ser comprimida para moldagem no formato desejado de objetos termoformados e recicláveis, sendo que opcionalmente pode-se incluir plastificantes e aditivos como corantes ou pigmentos, lubrificantes, agentes reticulantes, conservantes, cargas, espessantes, estabilizantes e polímeros naturais ou sintéticos ao gel ou formulação formadas.

2 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a formação do gel ou formulação ser realizada em temperatura variável de acordo com a fonte botânica do amido .

3 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o amido ser no montante de até 75% (m/m) com granulometria na faixa de 0,5 pm a 110 pm,

4 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por o amido ser fécula de mandioca com granulometria na faixa de 4,0 a 35,0 pm, ou por o amido ser originado de outras formas botânicas, como milho (3,0 a 23,0 pm); biri (25,0 a 45,0 pm); araruta (9,0 a 42,0 pm); batata doce (2,0 a 42,0 pm) e gengibre (15,0 a 20,0 pm), ou suas misturas, todos em porcentagem de 30 a 70% (m/m).

5 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a celulose ser no montante de até 75%, (m/m), com tamanho da fibra de 3x1o-4 cm a 1 cm.

6 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com as reivindicações 1 e 5, caracterizado por a celulose ser bagaço de cana de açúcar no montante de 5 a 30% (m/m) ou outras fibras celulósicas de origem vegetal como madeira (pinho, eucalipto, abeto), algodão, juta cânhamo, rami, linho, malva, coco, banana, palha, casca de arroz, rami, linho, casca de caju, castanha do Pará, açaí, dendê, abacá, curauá, tratadas ou não.

7 PROCESSO DE PREPARAÇAO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a quantidade de água utilizada na formulação do material ser de 2% a 90% (m/m)

8 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma forma de concretização consistir em colocar todo o amido ou celulose de molho em água, na proporção de 1:9 em peso, aguardar um mínimo de 15 minutos e, em seguida, deixar decantar, escorrendo a água após a decantação, não sendo necessário efetuar a secagem do material; separar parte do material úmido, aquecê-lo para formação do gel e misturar o gel obtido com o material seco ainda não utilizado e o material úmido, adicionar os aditivos, homogeneizar a formulação e encaminhá-la à extrusora.

9 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizado por opcionalmente se deixar de molho em excesso de água apenas as quantidades de amido ou celulose ou misturas necessários para o preparo da massa e não do gel, isto é, até 72% em peso de amido ou celulose ou misturas, seguindo-se a preparação como indicado na reivindicação 8.

10 - “PROCESSO DE PREPARAÇÃO DE MATERIAL BIODEGRADÁVEL E RECICLÁVEL PARA FABRICAÇÃO DE OBJETOS TERMOFORMADOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por outra forma de concretização consistir em colocar apenas o amido ou a celulose ou misturas, no montante de 3 a 10% em peso do material gerador do gel, em molho de água na proporção de 1:1 até 1:9 em peso e, após um tempo mínimo de 15 minutos de molho, aquecer até a formação do gel, em seguida misturar o gel com os aditivos e o restante do material seco e encaminhar o material para a extrusora ou injetora.