BR112014022679B1

BR112014022679B1 - métodoe aparelho para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada

Info

Publication number: BR112014022679B1
Application number: BR112014022679-2A
Authority: BR
Inventors: Jan Wietze Huisman; Nynke Margaretha Zandstra; Johan Hendrik Adolf Arentsen; Hugo Mark Geerts
Original assignee: Paperfoam B.V.
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2021-01-05
Also published as: MX2014010899A; NL2008466C2; WO2013137722A1; MX368796B; US10442121B2; CN104321178A; CN104321178B; EP2825360A1; US20150054190A1; BR112014022679B8; EP2825360B1

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA MANUFATURAR PRODUTOS SUSTENTÁVEIS COM UMA ESTRUTURA DE ESPUMA INSUFLADA. Método para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura insuflada de espuma, em que uma massa, compreendendo pelo menos polímeros naturais, tais como amido, é passada sob pressão para dentro de uma cavidade de molde (4) ou através de uma matriz de molde, e a massa é aquecida dentro do molde de uma maneira de modo a estabilizar a estrutura espumada para formar o produto, em que o método compreende pré-espumação da massa antes da injeção no molde. Preferivelmente, a massa pré- espumada é mantida sob pressão até inserção no molde. A invenção refere-se adicionalmente a um aparelho a ser usado em dito método.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um método para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada e a um aparelho que pode ser usado consequentemente. Mais em particular, a invenção refere- se à manufatura de produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada de uma massa líquida compreendendo polímeros naturais, tais como amido.

Fundamentos da Invenção

[0002] É conhecido o uso de produtos com uma estrutura de espuma insuflada, quando um produto com um certo volume e um peso mínimo é desejado, por exemplo, para fins de embalagem, tais como em embalagens configuradas para receber e conter produtos frágeis, quebráveis. Tais embalagens podem ser manufaturadas de um plástico espumado, tais como poliestireno expandido ou polipropileno expandido. Uma desvantagem de utilizar-se tal material como material de embalagem é que ele não é particularmente conveniente ambientalmente por causa da dificuldade de reciclar ou descartá-lo e porque tal material é feito de recursos não renováveis.

[0003] Uma alternativa mais ambientalmente conveniente é provida por meio de manufatura de tais produtos de um material bio-polimérico de recursos renováveis, tais como um material baseado em amido. Um tal método é, por exemplo, conhecido pelo WO 96/30186 e pela US 6.521.147.0 método conhecido compreende suprir um material de partida baseado em amido, compreendendo água como agente de sopragem sob pressão dentro ou através de um molde e aquecendo-se dita massa dentro do molde de uma maneira de modo a dar origem a gelatinização e reticulação dos polímeros naturais. Antes da introdução no molde, a massa tem uma temperatura que é na ou abaixo da temperatura de gelatinização e dentro do molde a massa é mantida pelo menos por algum tempo em uma temperatura que é acima da temperatura de cozimento. Neste método, a cavidade do molde é enchida com a massa por aproximadamente 50%. Devido à estabilização dentro da cavidade do molde e à ativação por calor do agente de sopragem, a massa cria espuma, a espuma cria volume adicional e força pra fluir para mais dentro da cavidade e, desta maneira, a cavidade completa é cheia. A massa pode ser uma pasta líquida, compreendendo uma suspensão ou solução de pelo menos polímeros naturais, tais como amido em um líquido. Utilizando-se tal pasta, que é líquida abaixo da temperatura de gelatinização, o suprimento da pasta pode ser realizado em uma maneira simples, por exemplo, via tubos e utilizando-se meio de bombeio simples. A liquidez da pasta provê a vantagem de que o trajeto de fluxo do molde é particularmente longo. A água da pasta funciona como agente de sopragem e, além disso, na evaporação do molde, provê espaço para a expansão das células dos polímeros. Altemativamente, a massa pode ser em uma condição seca quando introduzindo-a dentro do molde. A massa pode, por exemplo, ser uma massa em uma forma granulada e compreender mais ou menos partículas esféricas tendo pequenas a muito pequenas dimensões, com respeito às aberturas de passagem para e dentro do molde. Este material granulado pode conter um agente de sopragem, por exemplo, na forma de água ou agentes de dilatação simplesmente liberados e/ou evaporando-se no aquecimento, tais como bicarbonatos que proveem desprendimento de gás através da decomposição em temperatura elevada. As partículas granuladas podem ser ligeiramente pré-espumadas antes da introdução dentro do molde, sem isto dar origem a gelatinização. Gelatinização refere-se a uma mudança de um polímero natural para formar uma forma granulada ou granular comparável ligeira ou completamente solta, em uma forma coesiva seca ou não seca e/ou espumada, em que polímeros estirados estão presentes, que são mutuamente ligados a uma extensão limitada somente, se de algum modo. O uso de material de partida relativamente seco, opcional e ligeiramente pré-espumado provê a vantagem de que relativamente pouca água ou outra umidade necessita evaporar-se dentro do molde. A massa em forma granulada pode ser usada para formar um produto por meio de, por exemplo, extrusão em um aparelho de extrusão. Tal aparelho, entretanto, pode compreender uma matriz de extrusão e suprir meios para alimentar uma massa sob pressão através de dita matriz. O aparelho compreende adicionalmente meio de aquecimento para aquecer a matriz e meio para manter o meio de suprimento relativamente frio com respeito à matriz, para manter a massa dentro do meio de suprimento pelo menos abaixa da temperatura de gelatinização. A massa em forma granulada, quer ou não em uma condição ligeiramente pré-espumada, é alimentada por um dispositivo de suprimento via o bocal de pulverização para a matriz de extrusão aquecida e forçada através do ou de cada orifício de extrusão. As partículas granuladas podem conter, por exemplo, água ou um diferente agente de sopragem em uma quantidade relativamente pequena. As partículas são aquecidas após serem introduzidas dentro da matriz e dilatarão como resultado, uma vez que o agente de sopragem presente inflará as partículas, exatamente como no caso das partículas incluídas em uma pasta líquida. A parte dianteira da massa gelatina e prossegue para reticular-se, por meio do que a umidade evapora da massa e provê a espumação do produto.

[0004] Durante inserção da massa em uma cavidade de molde, de acordo com WO 96/30186, a formação de uma película, isto é, na superfície de contato da massa e da cavidade de molde, é iniciada imediatamente. Consequentemente, em diferentes locais da superfície externa do produto, dependendo do fluxo da massa dentro da cavidade de molde, a película é formada em diferentes momentos. Isto pode resultar em diferentes estruturas de superfície na superfície externa do produto, por exemplo, áreas com uma superfície lisa e áreas com uma superfície mais estruturada. Especialmente, quando manufaturando produtos tendo uma cor relativamente escura, isto pode resultar em produtos com uma superfície externa marmorizada, que pode ser esteticamente indesejada, por exemplo, dependente da função específica do produto. Além disso, devido ao fato de que a espumação real da massa ocorrer dentro da cavidade de molde, dosagem correta da massa que é inserida na cavidade de molde pode ser difícil. Além disso, o movimento dentro da cavidade de molde da película inicialmente formada e secada, pode resultar em obstrução de um ou mais canais de desaeração presentes dentro do molde. Também o processo de espumação dentro da cavidade de molde pode ser de difícil controle.

[0005] Assim, é um objetivo da presente invenção prover um método aperfeiçoado para manufaturar produtos com uma estrutura de espuma insuflada, com base em biopolímeros renováveis. Mais em particular, um objetivo da invenção é prover um método para manufaturar produtos com uma estrutura de espuma insuflada, em que a formação da película e a estrutura interna da espuma, em diferentes locais dentro da cavidade de molde, podem ser mais uniformemente distribuídas e em que o processo de inserção de massa pode ser de controle mais fácil.

Sumário da Invenção

[0006] Portanto, a invenção provê um método para manufatura produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada, em que uma massa compreendendo pelo menos polímeros naturais, tais como amido, é passada sob pressão para dentro de uma cavidade de molde ou através de uma matriz de molde, e a massa é aquecida dentro do molde para secar a massa para formar o produto, em que o método compreende pré-espumação da massa antes da injeção dentro do molde. Devido à pré-espumação da massa, a cavidade de molde pode ser cheia completamente em uma maneira simples e instantânea. A massa pré-espumada pode ser facilmente introduzida dentro da cavidade de molde até a cavidade de molde ser substancialmente enchida inteiramente. Assim também as cavidades de molde, com formatos complexos e configuradas para moldagem de produtos com paredes finas, podem ser fácil e rapidamente enchidas. Consequentemente, a película sobre a massa pré- espumada, massa esta contatando a superfície de cavidade do molde, pode ser formada em uma maneira substancialmente uniforme, desse modo evitando, ou pelo menos minimizando a ocorrência de formação de mármore e cintilação. Isto pode ser particularmente vantajoso no caso em que a estética dos produtos, manufaturados pelo método de acordo com a presente invenção, ser de importância. Dentro da cavidade de molde, a massa pré-espumada introduzida pode expandir-se um pouco mais, enquanto estabilizando a estrutura espumada para formar o produto. Esta expansão e espumação são causadas por ativação térmica do agente de sopragem: o agente de sopragem evaporado acumulará pressão e, assim, a espumação ocorre. A pressão finalmente resultará em abertura das células e então vapor será permitido escapar muito facilmente. Devido à pré-espumação e pressurização da massa pré-espumada até inserção na cavidade de molde, o produto espumado pode compreender uma densidade substancialmente homogênea e, portanto, a estrutura de espuma interna, especialmente quando comparado com o método de acordo com o WO 96/30186. Na estrutura de espuma interna homogênea, a distribuição das respectivas células, pelo menos com respeito ao tamanho das células e quantidade de células, em comparação com o material circundando ditas células, de uma superfície externa do produto à superfície externa oposta do produto (visto em vista em seção transversal), é substancialmente homogênea. Além disso, uma vez que a massa pré-espumada somente necessita expandir-se um pouco mais para dentro da cavidade do molde, uma vez que a espuma terá uma estrutura de célula aberta muito rapidamente e uma vez que o vapor pode escapar através das células abertas facilmente, o tempo de ciclo do processo de moldagem pode ser diminuído, resultando em mais baixos custos de manufatura. Outra vantagem do método de acordo com a invenção reside no fato de que, devido à etapa de pré-espumação, a massa não necessita conter tanta água para atuar quanto um agente de sopragem, como no método conhecido mencionado acima. Isto pode resulta em evaporação relativamente rápida do agente de sopragem, resultando em ciclos de processo de manufatura mais curtos e, portanto também em menores custos de manufatura.

[0007] Durante a pré-espumação da massa, uma quantidade relativamente grande de gás pode ativamente ser inserida dentro da massa para aprisionar bolhas de gás dentro da massa, enquanto ao mesmo tempo uma pressão é aplicada à massa. Uma vez que a massa é mantida sob pressão, as bolhas de gás serão muito pequenas. Na cavidade de molde, a pressão é mais baixa do que a pressão aplicada à massa pré-espumada antes da inserção em dita cavidade. Preferivelmente, a pressão dentro da cavidade de molde é pressão atmosférica. Na inserção da massa pré-espumada na cavidade de molde, a pressão aplicada à massa pré-espumada diminui instantaneamente, de modo que as bolhas de gás se expandem imediatamente, resultando em uma massa espumada dentro da cavidade de molde. Uma vez que a expansão da massa pré-espumada dentro da cavidade é principalmente obtida devido às bolhas de gás aprisionadas, em combinação com uma pressão aplicada diminuída em dita massa pré-espumada, a própria massa pode ter pouca capacidade de espumação. Isto possibilita o uso de, pelo menos comparado com o método do WO 96/30186, uma massa compreendendo menos polímeros naturais e/ou amido de baixa espumação, tal como amido de milho ou amido de trigo ou outros materiais, tais como argila ou giz, que são de custo eficiente ou bio-plásticos que podem aumentar a resistência do manufaturado. Além disso, os reticulantes podem ser usados com vantagem no método de acordo com a invenção, para aumentar a resistência à umidade do produto manufaturado. pré-espumada é mantida sob pressão até inserção no molde.

[0008] Preferivelmente, a pressão dentro da cavidade de molde é menor do que a pressão aplicada à massa pré-espuma antes de sua inserção dentro da cavidade de molde.

[0009] Em outra elaboração da invenção, a pré-espumação da massa compreende introduzir um gás, tal como ar, oxigênio, nitrogênio ou bióxido de carbono, em uma massa líquida compreendendo pelo menos ditos polímeros naturais, para formar uma massa pré-espumaa tendo uma mais baixa densidade do que a massa líquida antes da pré-espumação. Ao assim fazer, a densidade do material diminui. Pressurizando-se a massa pré- espumada, ela reterá uma densidade relativamente elevada durante seu processamento adicional. Devido à pressurização, as bolhas de gás dentro do material pré-espumado são relativamente pequenas, o que evita escapamento do gás ou fusão das bolhas de gás adjacentes, resultando em uma espuma relativamente estável. Mais etapas do processo, por exemplo, adicionar aditivos, para estabilidade da espuma, são minimizadas ou não são de forma alguma necessárias. A massa líquida, antes da pré-espumação, pode ser formada de uma suspensão sendo uma pasta ou pasta de amido compreendendo pelo menos os polímeros naturais e um agente de espumação. O uso de dióxido de carbono para pré-espumação da massa tem a vantagem de que dito gás dissolve-se melhor em líquido. Consequentemente, as bolhas de dióxido de carbono dentro da massa pré-espumada serão menores do que quando utilizando-se, por exemplo, oxigênio ou nitrogênio. Assim, a estabilidade da massa pré-espumada aumentará, pelo menos com respeito à utilização de outras espécies de gás, tal como oxigênio ou nitrogênio.

[0010] Em uma outra elaboração da invenção, uma relação do volume Após introdução da massa pré-espumada, compreendendo bolhas de dióxido de carbono dentro da cavidade do molde, o dióxido de carbono escapará da massa relativamente rápido, pelo menos em comparação com a utilização de oxigênio e nitrogênio. da massa pré-espumada com respeito ao volume da massa antes da pré- espumação é de aproximadamente entre 1:1,6 e 1:1,2. A relação pode, por exemplo, ser entre 1:1,5 e 1:1,3, por exemplo, aproximadamente 1:1,43. Isto possibilita armazenagem intermediária compacta da massa pré-espumada. Também o sistema de suprimento para suprir a massa pré-espumada ao molde pode ser compacto e o suprimento da massa pré-espumada deixando o dispositivo de pré-espumação para múltiplas estações de moldagem por injeção pode ser possível. Controlando-se a pressão da massa pré-espumada a dosagem volumétrica será possível, bem como dosagem opcional durante um tempo específico.

[00011] De acordo com um outro aspecto da invenção, a massa pré- espumada é mantida sob pressão durante pré-espumação. Preferivelmente, dita pressão é de aproximadamente entre 3 x 10' N/m2 (3 bar (0,3 mPa)) e 6 x 10 N/m- (6 bar (0,6 mPa)), por exemplo, aproximadamente 5x10 N/m- (5 bar (0,5 mPa)). Preferivelmente, de acordo com um outro aspecto da invenção, a densidade da massa pré-espumada é de aproximadamente 200 - 400 gramas/litro, por exemplo, 300 - 400 gramas/litro, medido em pressão atmosférica (1,01 x 10? N/m- (1,01 bar (0,101 mPa)). Após deixar o meio de pré-espumação, por exemplo, deixar um receptáculo em que a massa pré- espumada é mantida, a pressão aplicada à massa pré-espumada pode ser aumentada gradualmente.

[00012] De acordo com uma outra forma de realização vantajosa da invenção, a massa pré-espumada é mantida sob pressão após pré-espumação e durante seu suprimento ao molde. Por exemplo, a pressão pode ser de aproximadamente entre 3 x 10' N/m2 (3 bar (0,3 mPa)) e 6 x 10? N/m2 (6 bar (0,6 mPa)), por exemplo, aproximadamente 5x10 N/m" (5 bar (0,5 mPa)) por exemplo, aplicada no conduto entre o meio de pré-espumação e o meio de suprimento, para suprir a massa pré-espumada dentro da cavidade de molde. Isto pode resultar em uma densidade de aproximadamente 700 - 800 gramas/litro da massa, enquanto localizada em dito conduto. Em uma forma de realização alternativa do método de acordo com a presente invenção, a etapa do processo de pré-espumação e a etapa do processo de moldagem podem ser separadas. Nesse caso, a massa pré-espumada pode ser armazenada, por exemplo, em recipientes, e ser suprida à estaçãod e moldagem quando desejado. Assim, após pré-espumação, a massa pré- espumada é armazenada em bateladas dentro dos recipientes e é também preferivelmente mantida sob uma pressão de aproximadamente entre 3 x 10’ N/m2 (3 bar (0,3 mPa)) e 6 x 105 N/m2 (6 bar (0,6 mPa)), por exemplo, aproximadamente 5x10 N/m" (5 bar (0,5 mPa)). Durante o suprimento da massa pré-espumada dentro da cavidade de molde, a pressão aplicada à massa pré-espumada pode ser de aproximadamente entre 2x10 N/m" (2 bar (0,2 c 9 mPa)) e 4 x 10 N/m" (4 bar (0,4 mPa)), por exemplo, aproximadamente 3 x 10’ N/m2 (3 bar (0,3 mPa)). Com tal massa pré-espumada pressurizada no método de manufatura de acordo com a presente invenção, o suprimento de dita massa através de distâncias relativamente grandes, por exemplo, do meio de pré-espumação até pelo menos um ou mais moldes, é possível.

[00013] Com o método de acordo com a presente invenção, o molde pode ser de uma construção mais simples, por exemplo, em comparação com o método do WO 96/30186, uma vez que não são necessários canais de desaeração em torno da cavidade de molde e os produtos formados necessitam mínimo ou nenhum acabamento.

[00014] Devido à expansão relativamente rápida da massa pré- espumada durante a introdução de dita massa dentro da cavidade de molde, de acordo com outro aspecto da invenção, este método é usado com um molde substancialmente fechado. A pressão dentro do molde fechado é menor do que a pressão aplicada à massa pré-espumada durante suprimento da massa pré-espumada dentro do molde. Assim, na introdução da massa pré-espumada dentro da cavidade do molde, a massa expandir-se-á rapidamente, de modo que encherá a inteira cavidade imediatamente. Consequentemente, a densidade da massa diminuirá após sua inserção dentro da cavidade de molde. Portanto, de acordo com um outro aspecto da invenção, o molde usado no método de acordo com a invenção é um molde de injeção.

[00015] De acordo com um outro aspecto da invenção, o molde é aquecido a aproximadamente a temperatura de cozimento antes da introdução da massa pré-espumada dentro do molde, em que a temperatura é preferivelmente trazida a aproximadamente 180 - 225°C. Devido ao calor dentro do molde, o agente de sopragem começará imediatamente a evaporar e aumentar a pressão, ao mesmo tempo ocorrendo a estabilização da massa pré- espumada. Dentro da espuma a pressão cairá logo que a estrutura da espuma rompa-se em células abertas. Agora o vapor remanescente será permitido escapar rapidamente. Preferivelmente, a pressão dentro da cavidade de molde pode sr controlada durante a moldagem real do produto, a fim de controlar a expansão ou compressão do material pré-espumado dentro da cavidade de molde.

[00016] Em outra elaboração da invenção, a massa é formada por uma pasta líquida compreendendo uma suspensão ou solução de pelo menos polímeros naturais, tais como amido em um líquido. Preferivelmente, uma pasta pode ser usada que consiste substancial e inteiramente de constituintes naturais. Em uma outra elaboração da invenção, um agente de sopragem, preferivelmente pelo menos água, é incluído na massa. Preferivelmente, a massa contém pelo menos 10% em peso de água.

[00017] Para aumentar a estabilidade, resistência, flexibilidade ou quaisquer combinações delas dos produtos manufaturados com um método de acordo com a invenção, a massa pode compreender fibras, aproximadamente pelo menos 0,5%, por exemplo, ente 2 - 25% e, preferivelmente, entre 4 - 15%.

[00018] Em mais elaboração da invenção, o método compreende adicionalmente inserir aditivos na massa durante ou após a pré-espumação de dita massa. Tais aditivos podem, por exemplo, compreender materiais reativos, reticulantes, estabilizadores, agentes de espumação, agentes colorantes ou aditivos similares. Em vez de ou adicionalmente, componentes básicos do material de partida da massa podem ser adicionados durante ou após a pré-espumação. Isto pode ser vantajoso no caso de os componentes básicos serem perecíveis ou no caso de ditos componentes poderem influenciar a bombeabilidade da massa ou a construção do sistema de mistura, para criar a massa pré-espumada.

[00019] A invenção também refere-se a um aparelho para manufatura de produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada, compreendendo um molde que contém pelo menos uma cavidade de molde ou uma matriz de molde e suprir meios para alimentar uma massa sob pressão dentro da ou em cada cavidade de molde ou através da matriz de molde, em que o aparelho compreende meio de aquecimento para aquecer o molde e meio de pré-espumação provido a montante do meio de suprimento para pré- espumar a massa. O aparelho pode adicionalmente ser configurado para manter a massa pré-espumada sob pressão. O aparelho para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada pode ser usado em um método para manufaturar ditos produtos como acima descrito. Tal aparelho provê vantagens e efeitos similares como o método acima descrito.

[00020] O meio de aquecimento para aquecer o molde possibilita que a massa pré-espumada, que é inserida sob pressão na cavidade de molde, expanda-se mais e completamente encha a cavidade do molde. Por meio do calor, a água incluída na massa evaporar-se-á, de modo que se expandirá mais e será capaz de completamente encher a cavidade. A pressão aumentará ao máximo até abertura das células. O vapor escapará e o produto terá que se estabilizar até ficar pronto para ser ejetado do molde.

[00021] Para manter a massa pré-espumada estável até seu uso, o meio de pré-espumação preferivelmente compreende um regulador de pressão para trazer e/ou manter a massa pré-espumada sob uma pressão de aproximadamente entre 3x10 N/m" (3 bar (0,3 mPa)) e 6 x 10 N/m" (6 bar (0,6 mPa)), por exemplo, aproximadamente 5 x 10? N/m" (5 bar (0,5 mPa)). Para ser capaz de manter a massa pré-espumada sob tal pressão substancialmente constante, até inserção de dita massa pré-espumada dentro da cavidade do molde, o aparelho pode ser provido com um conduto de pressão estendendo-se entre o meio de pré-espumação e o meio de suprimento tendo um controle de pressão. Em mais elaboração da invenção, o meio de suprimento compreende um controle de pressão para trazer e/ou manter a pressão durante inserção da massa dentro da cavidade de molde substancialmente constante, por exemplo, em substancialmente 3x10' N/m" (3 bar (0,3 mPa)). De acordo com um outro aspecto da invenção, é possibilitado por manter a pressão da massa substancialmente constante durante a inserção, o aparelho é configurado para controlar a inserção da quantidade de massa pré-espumada dentro da cavidade de molde, com base no volume e/ou tempo. Em diferentes palavras, a quantidade de massa pré- espumada, que é inserida na cavidade de molde, pode ser determinada controlando-se o volume da massa pré-espumada durante a inserção na cavidade ou controlando-se o tempo de inserção da massa pré-espumada durante sua inserção na cavidade.

[00022] Os detalhes e vantagens acima mencionados e outros da invenção serão mais totalmente entendidos pela seguinte descrição detalhada de certas formas de realização da invenção, tomada junto com os desenhos anexos, que são para ilustração e não limitação da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

[00023] A Fig. 1 mostra um resumo esquemático de um aparelho para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada, de acordo com uma forma de realização da invenção; e a Fig. 2 mostra um diagrama indicando uma dependência do tempo de espumação relativo à densidade da espuma.

Descrição Detalhada da Invenção

[00024] Na Figura 1, é mostrado um resumo esquemático de um aparelho 1 para manufaturar produtos sustentáveis de acordo com uma forma de realização da invenção. O aparelho 1 pode ser usado para um método para manufaturar produtos sustentáveis de acordo com a presente invenção. Com o aparelho 1 mostrado, diferentes espécies de produtos, por exemplo, embalagens, podem ser manufaturadas. O aparelho 1 compreende diferentes estações de moldagem por injeção 2. Cada estação de moldagem por injeção 2 compreende um molde de injeção 4 tendo uma cavidade de molde configurada para manufaturar um produto tendo um formato predeterminado. Cada estação de moldagem 2 compreende adicionalmente um suprimento de massa pré-espumada 6 para alimentar a massa pré-espumada para a cavidade de molde do molde de injeção. A massa pré-espumada é formada de uma suspensão, isto é, a pasta, pelo menos compreendendo polímeros naturais, tais como amido, em um líquido tal como água e de um agente de espumação. O aparelho 1 compreende um vaso de suspensão 8, que retém a pasta e um vaso de agente de espumação 10, que retém o agente de espumação. O vaso de agente de espumação 10 pode também conter um componente reativo, um agente colorante e/ou um estabilizante. Entretanto, em uma diferente forma de realização, estes componentes podem, em vez disso, ser recebidos em uma outro vaso e ser supridos separadamente ao meio de pré-espumação 12 por meio de uma outra bomba. Em uma outra diferente forma de realização, o aparelho somente compreende um vaso de suspensão 8. A pasta pode compreender ingredientes adicionais, por exemplo, fibras, por exemplo, pelo menos 0,5%, entre 2 - 25% e preferivelmente entre 4 - 15 %. O aparelho 1 compreende um meio de pré-espumação 12 para pré-espumar a massa pré- espumada. Portanto, o aparelho 1 compreende adicionalmente um suprimento de gás 13 para suprir gás tal como oxigênio, nitrogênio ou dióxido de carbono ao meio de pré-espumação 12.

[00025] Entre os vasos 8, 10 e o meio de pré-espumação 12, reguladores de pressão 14 são providos para suprir as respectivas pastas, gás e agente de espumação para o meio de pré-espumação 12. A pressão dentro do meio de espumação 12, durante o processo de pré-espumação, pode ser mantida em aproximadamente 5 x 10' N/m2 (5 bar (0,5 mPa)), para criar um massa pré-espumada substancialmente estável. Dentro do conduto 16, que se estende entre o meio de pré-espumação 12 e as respectivas estações de molde de injeção 4, um outro regulador de pressão 18 é provido para manter a massa pré-espumada sob dita pressão substancialmente constante de aproximadamente 5 x 10? N/m' (5 bar (0,5 mPa)). Devido à condição pressurizada da massa pré-espumada, ela pode ser armazenada facilmente sem perda de qualidade e pode ser transportada facilmente para outras estações de processamento do aparelho 1. Em cada suprimento de massa pré-espumada 6 é provido um regulador de pressão 20 para controle da pressão da massa pré- espumada que é para ser inserida nas respectivas cavidades de molde dos moldes de injeção 4. Preferivelmente, a massa pré-espumada é mantida sob uma pressão de aproximadamente 3x10’ N/m' (3 bar (0,3 mPa)) durante inserção na cavidade de molde. Os moldes de injeção 4 preferivelmente compreendem meio de aquecimento 22 para aquecer a massa pré-espumada quando introduzida nas respectivas cavidades, para possibilitar mais expansão, espumação e cozimento do produto. No aparelho descrito 1, múltiplas estações de moldagem por injeção 2 são providas. Entretanto, em uma diferente forma de realização do aparelho de acordo com a presente invenção (não mostrado), um diferente número de estações de moldagem por injeção 2 pode ser provido. Além disso, os moldes 4 das diferentes estações de moldagem 2 podem ter uma ou mais das cavidades de moldagem, dependendo do projeto do produto a ser manufaturado. O aparelho 1 pode também compreender inserir dispositivos (não mostrados) para inserir aditivos na massa pré-espumada, por exemplo, durante pré-espumação, após pré-espumação ou apenas antes da inserção da massa pré-espumada dentro da cavidade de molde.

[00026] O aparelho 1 de acordo com a presente invenção pode ser usado para manufaturar um produto sustentável com uma estrutura de espuma insuflada com o método de acordo com a presente invenção. O método de acordo com a presente invenção será agora explicado em detalhes, com referência às diferentes partes mostradas na Figura 1, quando necessário.

[00027] Os moldes 4 são preparados prendendo-se as respectivas partes de molde entre si, para formar a cavidade de molde, e os suprimentos de massa pré-espumada 6 são conectados às respectivas aberturas de suprimento dos moldes 4, para possibilitar a inserção da massa pré-espumada dentro das cavidades de molde. A massa pré-espumada é formada de uma pasta compreendida no vaso de suspensão 8, gás e do agente de espumação provido no vaso de agente de espumação 10. Em uma diferente forma de realização, é possível que nenhum agente de espumação adicional seja usado. A pasta pode ter uma densidade de aproximadamente 1000 g/litro. Por meio de meio de bombeamento, todos os ingredientes são supridos ao meio de pré-espumação 12, desse modo formando uma massa líquida. No meio de pré-espumação 12, gás, tal como ar, oxigênio, nitrogênio ou dióxido de carbono, é introduzido na massa líquida, resultando em uma massa pré-espumada compreendendo pequenas bolhas de gás. A massa pré-espumada é formada sob uma pressão • 5 2 substancialmente constante, por exemplo, de aproximadamente 5x10 N/m" (5 bar (0,5 mPa)), a fim de assegurar que as bolhas de gás permaneçam bastante pequenas para evitar que a massa pré-espumada torne-se instável. A massa pré-espumada pode ter uma densidade de aproximadamente 200 - 400 g/litro, por exemplo, 300 - 400 g/1, medida em pressão atmosférica. Quando suprindo-se a massa pré-espumada do meio de pré-espumação 12 para as respectivas estações de moldagem por injeção 2, a massa pré-espumada permanece pressurizada no conduto de pressão 16 estendendo-se do meio de pré-espumação 14 e das respectivas linhas de suprimento 6, por exemplo, com uma pressão de aproximadamente 5x10 N/m“ (5 bar (0,5 mPa)). Com esta pressão aumentada, a densidade da massa pré-espumada pode ser de aproximadamente 700 - 800 g/L A pressurização da massa pré-espumada dentro do conduto 16 é controlada por meio do regulador de pressão 18.

[00028] Em razão da estabilidade da massa pré-espumada e da densidade relativamente elevada de dita massa, a massa pré-espumada pode ser armazenada e transportada sem arriscar a desintegração da massa pré- espumada. Consequentemente, a massa pré-espumada pressurizada pode ser transportada ao longo de distâncias relativamente grandes. Isto possibilita o suprimento de dita massa por um único meio de pré-espumação 12 para diferentes estações de moldagem por injeção 2.

[00029] E possível adicionar aditivos à massa pré-espumada durante a formação de dita massa no meio de pré-espumação 12. Tais aditivos podem, por exemplo, compreender um reticulante para prover o produto final com água e/ou propriedades de resistência à umidade. Também podem ser introduzidos agentes colorantes ou outros aditivos na massa pré-espumada. Adicionalmente ou em vez de, aditivos podem ser adicionados à massa pré- espumada logo antes da inserção da massa pré-espumada dentro da cavidade. Antes da inserção da massa pré-espumada dentro da cavidade de molde, a pressão da massa pré-espumada é controlada por meio do regulador de pressão 20 para diminuir a pressão a aproximadamente 3x10 N/m“ (3 bar (0,3 mPa)). Dentro da cavidade de molde, a pressão é mesmo mais baixa, por exemplo, de aproximadamente a pressão atmosférica. Uma vez que a massa pré-espumada pressurizada será submetida a uma mais baixa pressão, as bolhas de gás dentro da massa pré-espumada expandir-se-ão imediatamente, de modo que a massa pré-espumada dentro da cavidade expandir-se-á instantaneamente também e encherá a cavidade de molde.

[00030] Antes de suprir a massa pré-espumada à cavidade de molde do respectivo molde 4, o molde 4 é aquecido por meio do meio de aquecimento 22 provido dentro do molde, preferivelmente adjacente à superfície de cavidade de molde 22 provida no molde, preferivelmente adjacente à superfície da cavidade de molde. Preferivelmente, o molde é aquecido a aproximadamente a temperatura de cozimento, temperatura esta sendo preferivelmente de aproximadamente 180 - 225 °C. Devido ao fato de que a massa pré-espumada, quando inserida dentro da cavidade de molde, compreender uma estrutura celular com paredes de célula relativamente finas, estas paredes podem rebentar devido à baixa pressão interna dentro da cavidade de molde, de modo que vaporização da massa pré-espumada pode ser obtida efícazmente. Subsequentemente, a pressão interna dentro da cavidade de molde aumentará devido ao fato de que o molde aquecido transformar o agente de sopragem, tal como água, dentro da massa pré- espumada, em vapor. Consequentemente, a massa pré-espumada expandir-se- á um pouco mais após inserção na cavidade de molde, desse modo completamente enchendo dita cavidade. Em razão de a estrutura de célula aberta, o vapor d’água pode deixar a cavidade de molde facilmente. Durante a inserção da massa pré-espumada dentro da cavidade de molde, a expansão ou compressão da massa pré-espumada dentro da cavidade de molde pode ser controlada por meio do controle da pressão.

[00031] Durante suprimento da massa pré-espumada dentro da cavidade de molde, a cavidade de molde é preferivelmente quase inteiramente enchida. Consequentemente, a formação de película do produto a ser manufaturado ocorrerá, de modo que formação de mármore e cintilação será evitada ou pelo menos minimizada e intemamente a formação de espuma apresentará uma densidade homogênea e estrutura uniformemente distribuída. Isto é obtido pelo fato de que enchimento relativamente rápido da cavidade de molde evita diferentes padrões de fluxo dentro da cavidade de molde. Consequentemente, uma superfície externa relativamente lisa e uniforme do produto é obtida. Além disso, em razão do relativamente rápido enchimento da cavidade de molde, o ciclo do processo de moldagem pode ser relativamente curto. Por exemplo, comparado com o método de acordo com o WO 96/30186, o tempo de ciclo do processo pode ser reduzido em aproximadamente 25 - 30% ou mesmo em 50%, resultando em custos de manufatura diminuídos.

[00032] Além disso, enchendo-se a cavidade de molde quase inteiramente, a vaporização do vapor formado, abertura das células e cozimento do produto são também obtidos relativamente rápidos. O molde aquecido possibilita eficiente estabilização dos polímeros naturais, resultando em um produto final moldado com uma estrutura de espuma insuflada sendo dimensionalmente estável. O produto moldado final pode ter uma densidade de aproximadamente 200 g/litro.

[00033] Como ilustração, um exemplo é dado de um método de acordo com a presente invenção, que não deve ser interpretado como sendo limitativo de forma alguma.

Exemplo 1

[00034] O vaso de suspensão 8 continha uma mistura de aproximadamente: - 70 litros de água - 0,5 kg de óleo HY de silício - 50 kg de grau de alimento de amido de batata - 0,1 kg de hidroxilapatiet - 3,75 kg de chnina clay spec - 3,75 kg de hydrocarb 95 T - 0,1 kg Keltrol F - 0,4 kg Guar - 6 kg de celulose branca (ca. 2,5 mm) Total: aproximadamente 135,2 kg de pasta. Estes componentes são misturados em um misturador Hobart.

[00035] O vaso de agente de espumação 10 continha aproximadamente 1,5 kg de marlinat 242-28. Também a pasta do vaso de suspensão 8, bem como o agente de espumação do vaso de agente de espumação, são supridos ao meio de pré-espumação 12, por exemplo, por meio de bombeio adequado. O meio de pré-espumação 12 compreende um misturador Mondo em que a pasta e o agente de espumação foram misturados e ar foi introduzido para criar a massa pré-espumada. A densidade da pasta foi de aproximadamente 1050 kg/mJ. O meio de bombeio de pasta supriu a pasta com 60 litros/hora ao misturador Mondo. O agente de espumação foi suprido ao misturador Mondo em aproximadamente 0,7 litro/hora. O ar foi introduzido a aproximadamente 135 litros/hora. A massa pré-espumada foi agitada com uma velocidade de aproximadamente 350 fpm. Durante a pré-espumação da massa pré- espumada, o regulador de pressão manteve a pasta sob uma pressão de aproximadamente 5x10 N/m (5 bar (0,5 mPa)), resultando em uma massa pré-espumada tendo uma densidade de aproximadamente 320 kg/nr, medida em pressão atmosférica. O regulador de pressão é configurado para controlar a taxa de fluxo da massa,o agente de espumação e o ar. A pressão dentro do conduto entre o meio de pré-espumação e a estação de moldagem de injeção foi mantida substancialmente constante, a aproximadamente 5 x 10“ N/m2 (5 bar (0,5 mPa)), resultando em uma massa pré-espumada tendo uma densidade de aproximadamente 720 kg/m3. A pressão dentro dos suprimentos de massa pré-espumada foi mantida substancialmente constante a aproximadamente 3 x 10“ N/m2 (3 bar (0,3 mPa)) para obter-se uma dosagem substancialmente constante dentro das cavidades de molde. O ciclo de moldagem foi de aproximadamente 70 segundos, em que em cada molde seis produtos foram moldados, em que o aparelho compreendeu estação de moldagem de seis injeções, assim resultando em 36 produtos em um ciclo de processo de moldagem. CAda produto tem um peso de aproximadamente 13,5 g.

[00036] Na Figura 2, a dependência do tempo de espumação, com a densidade da espuma de uma pasta similar como indicada no Exemplo 1, é diagramaticamente mostrada. Como pode ser derivado de dito diagrama, o tempo de espumação de um produto manufaturado de dita pasta refere-se a uma densidade de espuma como segue:

[00037] A relação do tempo de espumação e da densidade de espumação, como indicadas na tabela acima, são determinadas por meio de mistura de uma massa com uma composição similar, como indicada no Exemplo 1. Entretanto, diferentes espumas com diferentes densidades foram criadas vriando-se o fluxo de ar para o misturador Mondo. As espumas obtidas foram supridos a um respectivo vaso em que a pressão interna foi mantida substancialmente constante a 3 x 103 N/m" (3 bar (0,3 mPa)). Após os respectivos vasos terem sido enchidos, ditos vasos foram conectados ao sistema de injeção da estação de moldagem por injeção do aparelho. Para cada respectiva espuma com a respectiva densidade, o tempo de espumação (isto é, tempo de ciclo, abertura e fechamento) foi determinado. Em diferentes palavras, foi determinado em que tempo de espumação o produto tinha sido estabilizado suficientemente. Com uma densidade de menos do que 500 g/1, uma diminuição no tempo de ciclo foi descoberta. Esta diminuição no tempo de ciclo estabilizou-se em uma densidade de aproximadamente 350 g/1. Os produtos manufaturados de uma espuma com uma densidade abaixo de 450 g/1 tinha uma estrutura de espuma mais homogênea e mostrou sinais de formação de mármore e/ou cintilação.

[00038] Embora formas de realização ilustrativas da presente invenção tenham sido descritas acima, em parte com referência aos desenhos anexos, deve ser entendido que a invenção não é limitada a estas formas de realização. Variações das formas de realização descritas podem ser entendidas e realizadas por aqueles hábeis na arte na prática das invenção reivindicada, por um estudo dos desenhos, da descrição e das reivindicações anexas. Será óbvio, por exemplo, que os produtos que são manufaturados por meio do método de acordo com a presente invenção podem ser de diferentes formatos e dimensões. Por exemplo, embalagens para produtos alimentícios, embalagens para outras espécies de produtos e produtos similares. Além disso, a pasta pode compreender ingredientes adicionais em seguida aos polímeros naturais, água e fibras. O meio de pré-espumação pode compreender diferentes espécies de misturadores, por exemplo, um misturador Mondo, um misturador Hansa, um misturador Shuffle ou misturadores semelhantes. A formação da pasta pode ser obtida por meio de um misturador Hobart.

[00039] Referência por todo este relatório a “uma forma de realização” significa que um detalhe, estrutura ou característica particular, descrita com relação à forma de realização, é incluída em pelo menos uma forma de realização da presente invenção. Assim, o aparecimento da frase “em uma forma de realização” em vários locais por todo este relatório não necessariamente se refere à mesma forma de realização. Além disso, é observado que detalhes, estruturas ou características particulares, de uma ou mais formas de realização, podem ser combinados de qualquer maneira adequada, para formar novas, não explicitamente descritas, formas de realização.

Claims

1. Método para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada, em que uma massa compreendendo pelo menos amido é passada sob pressão para dentro de uma cavidade de molde (4) ou através de uma matriz de molde, e a massa é aquecida dentro do molde para estabilizar a estrutura espumada para formar o produto, o método compreendendo: pré-espumação da massa antes da injeção no molde; em que antes da pré-espumação, a massa é formada por uma massa líquida compreendendo uma suspensão ou solução de pelo menos amido em um líquido; e em que na etapa de aquecimento a massa no molde é aquecida de maneira a aumentar a gelatinização e reticulação do pelo menos amido, e de modo que a vaporização da massa pré-espumada ocorra; o método caracterizado pelo fato de que: a pré-espumação da massa compreende introduzir uma quantidade de gás dentro da massa contendo o pelo menos amido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que durante a pré-espumação da massa, uma massa com bolhas de gás aprisionadas é formada, em que, durante a pré-espumação, pressão é aplicada à massa.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a massa pré-espumada é mantida sob pressão até inserção no molde, em que a pressão dentro da cavidade de molde é mais baixa do que a pressão aplicada à massa pré-espumada antes de sua inserção dentro da cavidade de molde.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a pré-espumação compreende introduzir um gás, tal como oxigênio, nitrogênio ou dióxido de carbono, em uma massa líquida compreendendo o pelo menos amido para formar uma massa pré- espumada tendo uma densidade mais baixa do que a massa líquida antes da pré-espumação.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a relação do volume da massa pré-espumada com respeito ao volume da massa antes da pré-espumação é entre 1:1,6 e 1:1,2.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a massa pré-espumada é mantida sob pressão durante pré-espumação, dita pressão preferivelmente sendo entre 3 x 105 N/m2 (3 bar) e 6 x 105 N/m2 (6 bar), por exemplo 5 x 105 N/m2 (5 bar); e/ou em que a massa pré-espumada após sair do meio de pré- espumação (12) e antes de suprir a massa ao molde (4) é mantida sob pressão, por exemplo sob uma pressão de 5 x 105 N/m2 (5 bar); e em que preferivelmente a densidade da massa pré-espumada é de 200 - 400 g/litro, medida em pressão atmosférica (1,01 x 105 N/m2 (1,01 bar (0.101 mPa)), e/ou em que preferivelmente a massa pré-espumada após sair do meio de pré-espumação (12) tem uma densidade de 700 - 800 g/litro.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a massa pré-espumada é mantida sob pressão durante inserção de dita massa dentro da cavidade de molde, em que a pressão é de entre 2 x 105 N/m2 (2 bar (0,2 mPa)) e 4 x 105 N/m2 (4 bar (0,4 mPa)), por exemplo, 3 x 105 N/m2 (3 bar (0,3 mPa)).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que como molde é usado um molde de injeção.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o molde é aquecido à temperatura de cozimento antes da introdução da massa pré-espumada dentro do molde, em que a temperatura do molde é preferivelmente trazida a 180oC - 240oC, mais preferivelmente a 180oC - 225oC.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a massa pré-espumada compreende um agente de sopragem, preferivelmente pelo menos água, em que a massa contém pelo menos 10% do peso da água, e/ou em que o método compreende adicionalmente inserir aditivos na massa durante ou após pré-espumação da massa, em que o aditivo pode compreender pelo menos um de um reticulante, estabilizador, agente de espumação e agente de coloração.

11. Aparelho para manufaturar produtos sustentáveis com uma estrutura de espuma insuflada, compreendendo um molde (4) que contém pelo menos uma cavidade de molde ou uma matriz de molde e meio de suprimento para alimentar uma massa líquida sob pressão dentro da ou em cada cavidade de molde ou através da matriz de molde, em que o aparelho (1) compreende meio de aquecimento (22) para aquecer o molde, o aparelho caracterizado pelo fato de que compreende: meio de pré-espumação (12) provido a montante do meio de suprimento (6) para pré-espumar a massa e para introdução de gás na massa antes de ou durante a pré-espumação.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o meio de pré-espumação é configurado para manter a massa pré-espumada sob pressão, em que a massa pré-espumada preferencialmente compreende um regulador de pressão (14) para trazer e/ou manter a massa pré-espumada sob uma pressão de entre 3 x 105 N/m2 (3 bar 0,3 mPa)) e 6 x 105 N/m2 (6 bar (0,6 mPa)), por exemplo, 5 x 105 N/m2 (5 bar (0,5 mPa)).

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que, entre o meio de pré-espumação (12) e o meio de suprimento (6), um conduto de pressão (16) é provido, tendo um controle de pressão (18) para manter a pressão no conduto constante, por exemplo, em 5 x 105 N/m2 (5 bar (0,5 mPa)), e/ou em que o meio de suprimento (6) compreende um controle de pressão (20), para trazer e/ou manter a pressão durante inserção da massa dentro da cavidade de molde constante, por exemplo, em 3 x 105 N/m2 (3 bar (0,3 mPa)).

14. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que é configurado para controlar a inserção da quantidade de massa pré-espumada dentro da cavidade de molde, com base no volume e/ou tempo.