BR112020013461A2

BR112020013461A2 - método e sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos

Info

Publication number: BR112020013461A2
Application number: BR112020013461-9A
Authority: BR
Inventors: Bianca Iodice; Marcel Astolphe; Mateus Barbian Urio
Original assignee: Ioto International Indústria E Comércio De Produtos Aromáticos Ltda.
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US20210244069A1; WO2019157576A1; EP3753420A1; EP3753420A4

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA PRODUÇÃO DE FILMES VEGETAIS RECONSTITUÍDOS. A presente invenção refere-se a um método e respectivo sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos, cujo dito processo compreende as etapas de moagem de materiais vegetais para atingir tamanhos de partícula específicos entre 10 a 200 MESH; mistura de fibras de celulose em misturador intensivo por 1 a 10 min; mistura do material vegetal à um composto aglutinante adicionado às fibras de nanocelulose; adição de ao menos um agente umectante e água à mistura; submissão da mistura à uma etapa de cisalhamento através de um sistema de pré-laminação composto por ao menos dois rolos lineares e paralelos; submissão de um filme à uma mistura em um misturador intensivo para obtenção de uma massa homogênea; laminação da mistura entre ao menos dois rolos de laminação lineares e paralelos, obtendo uma lâmina contínua de espessura específica; secagem da lâmina vegetal através da passagem desta por uma câmara térmica a uma temperatura específica, entre 90°C até 900°C, por meio de uma esteira transportadora; e corte e processamento final da lâmina seca para obtenção do produto final.

Description

“MÉTODO E SISTEMA PARA PRODUÇÃO DE FILMES VEGETAIS RECONSTITUÍDOS” CAMPO TÉCNICO

[001] O campo técnico da presente invenção pertence ao campo das engenharias mecânica, química e suas correlatas, mais especificamente à um método e sistema para obtenção de filmes vegetais de naturezas distintas, compreendendo desde a reconstituição de materiais vegetais à formação de laminados vegetais, passando por diversas etapas de processamento, de modo a prover características de processabilidade à uma mistura de derivados vegetais e aditivos, e ao produto final.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Metodologias para reconstituição de materiais vegetais são conhecidas do estado da técnica. O documento de patente US720830A é um exemplo dos processos de reconstituição de tabaco. Nesse documento, descreve-se a extração da porção fibrosa de resíduos vegetais para a formação de folhas semelhantes às de papel, nas quais, subsequentemente são adicionados extratos e aditivos a fim de promover características organolépticas ao papel semelhantes às do tabaco.

[003] Documentos de patente do estado da técnica também já relatam a preocupação da substituição de envoltórios para cigarros, como é o caso do documento US2944553A. O documento de patente US3831609A o qual é continuação dos trabalhos descritos pelo documento de patente US3834398A, também descreve novos métodos para obtenção de diferentes envoltórios. Nesses três documentos, são descritos o uso de materiais de origem de celulose e sugerem o emprego de materiais de origem sintética. Propõe-se o emprego de homopolímeros como o polietileno ou poliestireno, assim como, copolímeros como o poli(estireno-co-butadieno), policarbonatos, polímeros com grupos cetonas e hidroxilados, dentre outros.

[004] É destaque perante o estado da técnica, o processo descrito no documento de patente US2008199574, o qual alinha questões econômicas provenientes da reutilização de resíduos para geração de valor e diminuição da geração de passivos, aspectos ambientais, tecnológicos inventivos e de segurança. Nesse documento é proposto um sistema de laminação acoplado à secagem do laminado, tal que, diminuem-se os gastos com equipamentos e consequentemente área de instalação e partes móveis, como também, diminuição da quantidade de água adicionada e consequentemente uma diminuição da quantidade de energia necessária para secagem do filme final.

PROBLEMA TÉCNICO

[005] Os documentos de patente do estado da técnica descrevem o uso de materiais de origem de celulose e sugerem o emprego de materiais de origem sintética. Todavia, tais materiais sintéticos, conferem características indesejáveis ao produto final, por exemplo, acelerada taxa de queima, processo prematuro de “flaking”, correntes primárias e secundárias com odores desagradáveis e características irritantes ao produto. Ademais, materiais sintéticos são normalmente insolúveis em água fazendo-se necessário o uso de solventes, requerem o uso de metais pesados como catalisadores, além de condições críticas de processamento. Considerando-se toda regulamentação do setor, o emprego de qualquer um destes materiais, apresenta-se como alternativa inviável.

[006] Paralelamente aos avanços tecnológicos tem-se o avanço das áreas da saúde e facilidade de informação, tais que alinhadas às mídias veem caracterizando os produtos derivados do tabaco de uma maneira muito negativa à novos consumidores. Novas sanções e regulamentações também veem sendo propostas, decretadas e mesmo impostas frequentemente. Perante este quadro restritivo e que busca desincentivar o consumo de derivados de tabaco, surge uma nova necessidade para o consumo de materiais que não são derivados de tabaco e até mesmo para aqueles consumidores de derivados de tabaco, de elaborarem seus próprios cigarros, cigarrilhas e derivados, a partir de um produto diferenciado.

[007] Esforços consideráveis veem sendo empregados no desenvolvimento de materiais substitutos ao tabaco. Em sua maior parte, este desenvolvimento se divide em duas frentes. Em uma destas vertentes, derivados vegetais diversos, são tratados tais como substitutos diretos das folhas de tabaco, sendo secos, curados e cortados à maneira correspondente para as diferentes aplicações. A outra linha de desenvolvimento, por sua vez, é baseada na reconstituição de derivados vegetais para a formação de lâminas vegetais reconstituídas.

[008] Comparativamente, a segunda alternativa à produtos de tabaco mostra- se mais atrativa, visto que se torna possível a padronização do produto final. A desvantagem deste processo, entretanto, é que os processos existentes requerem o uso de grandes quantidades de agentes aglutinantes. Como agentes aglutinantes, temos como exemplo: metil celulose, alginato, goma guar, goma de tragacanto, goma xantana, goma arábica, dentre outras. A necessidade de grandes quantidades destes agentes provém de sua forma de processamento. De maneira geral, o material vegetal em pó e agentes aglutinantes (coesão) são adicionados à uma fase líquida e então homogeneizados para a formação de uma mistura semelhante à uma lama. Esta “lama” é então vertida sobre uma superfície aquecida para a evaporação da fase líquida e obtenção do desejado laminado vegetal.

[009] Para se atender a demanda de produtos não derivados de tabaco e também dos chamados “wrappers” ou envoltórios para a manufatura dos próprios produtos pelos consumidores, o processo similar à “formação de lama” anteriormente relatado não supre a demanda de características físicas e mecânicas necessárias para tais fins.

[010] Sob o ponto de vista do setor de reconstituídos vegetais, destaca-se como consolidado, o setor de tabaco reconstituído. O desenvolvimento do setor e a flexibilidade de técnicas que resultam em produtos com resistências mecânicas razoáveis se dá em grande parte pela presença e utilização do resíduo de talo de tabaco, extensivamente conhecido pelo seu alto teor de fibras. O caráter crucial desta dependência pode ser evidenciado principalmente no processo dito como semelhante à produção de papel.

[011] Objetivando-se atender uma demanda existente de mercado, há a necessidade de desenvolvimento de um processo que seja capaz de produzir filmes vegetais de elevado desempenho mecânico e que também seja flexível suficiente para que diferentes bases vegetais possam ser usadas. Em termos de flexibilidade de processo, comparativamente, há a necessidade de que possam ser produzidas tanto laminados, também conhecidos como fitas, de tabaco quanto de outros produtos, como cacau, alcaçuz, chá mate verde, chá mate torrado, café, chá verde, camomila, sálvia, dentre outros. Visto que há enorme diferença constitucional entre estas matérias primas vegetais, a maior dificuldade torna-se como abranger todas as vantagens dos processos comumente específicos para um tipo vegetal tal como o tabaco, às demandas de flexibilidade necessárias de processo frente às solicitações de mercado. Faz-se, portanto, necessária a adição de fibras em etapas individuais intermediárias do processo.

[012] Faz-se necessário também a obtenção de componentes para as etapas individuais intermediárias do processo. Em vista à flexibilidade do processo, faz-se necessário o uso de materiais à base de celulose em escala nanométrica, mais especificamente, dada sua ação como agente de reforço devido à sua altíssima razão de aspecto (diâmetro/comprimento), baixa densidade e elevado módulo elástico que é capaz de atingir. Os processos típicos de obtenção de nanocelulose, entretanto, são considerados insuficientes dada sua baixa escala de produção, poucas iniciativas em escala piloto, além do custo energético e viabilidade técnica de produção. Dessa forma, é possível identificar a produção em larga escala de nanocelulose como um segundo desafio à resolução da dificuldade em se alinhar vantagens e flexibilidade de técnicas de processamento usualmente consolidadas para tabaco à novos materiais vegetais.

[013] Processos típicos para obtenção de nanocelulose podem ser classificados como processos “top-down” ou processos “bottom-up”, referindo-

se à base de origem da nanocelulose. Os processos típicos de “top-down” incluem métodos mecânicos com a possibilidade de pré-tratamento químico ou enzimático, também, são usados processos de hidrólise ácida em meio aquoso. São substratos para os processos “top-down”, madeira, algodão, cana de açúcar, beterraba, cânhamo, linho, dentre outros. Processos “bottom-up”, correspondem à biossíntese bacteriana em meio agitado ou estático. Em uma larga escala de produção, torna-se visível as dificuldades produtivas. Estes processos, por sua vez, utilizam-se de bactérias tais como do gênero Gluconacetobacter, cujo substrato são açúcares e álcoois de baixo peso molecular.

[014] Etapas de laminação posteriores às etapas de mistura intensiva promovem tanto uma melhor dispersão e estiramento das fibras quanto condições de processabilidade, tal que, é possível controle específico das dimensões. Tendo-se como base para a etapa individual de laminação o documento de patente US2008199574, são sugeridas modificações nas especificações do processo final de laminação. O documento US2008199574, sugere a passagem de particulados vegetais através de um sistema de laminação cujo rolos possuem dimensões de 1.000 mm de diâmetro e 1.100 mm de comprimento. Embora visualmente tenha-se a percepção de uniformidade no diâmetro externo destes rolos, ao longo de seu comprimento, há a flexão mecânica. Devido ao esforço físico nos quais os rolos citados pelo documento US2008199574 estão sujeitos, há a deformação perpendicular ao eixo do corpo, portanto, tal configuração não é aplicável à formação de laminados vegetais quando se deseja uniformidade constante ao longo de sua largura.

SOLUÇÃO TÉCNICA

[015] A presente requerente desenvolveu ao longo dos anos tecnologia suficiente para a concepção de um processo inusitado no qual torna-se possível alinhar-se as vantagens anteriormente apresentadas pelo processo descrito no documento US2008199574 às necessidades de desenvolvimento tecnológico.

Tamanho sucesso em desenvolvimento é ainda mais evidenciável pelo processo de obtenção do agente modificador nanocelulose, porém não se limitando a este.

[016] É objetivo da presente invenção apresentar um processo compreendido por etapas de obtenção e incorporação de uma material vegetal de origem diversa em diferentes granulometrias; de obtenção e/ou incorporação de agentes de reforço tais como fibras de origem natural; de homogeneização de aditivos em particulados vegetais e incorporação de agentes de reforço; de submissão do homogeneizado à estresses mecânicos e tensões cisalhantes; de formação de filmes vegetais reconstituídos de alta resistência mecânica e espessura de precisão; e de secagem de agregados de pós e particulados vegetais.

[017] Como proposta tecnológica, objetiva-se a obtenção de materiais de propriedades físicas distintas. Para tal propõe-se o uso de nanocelulose, uma vez que sua aplicação vem ganhando destaque e notoriedade por apresentar propriedades e comportamentos superiores às fibras convencionais, além de estar frequentemente associada à sustentabilidade.

[018] A presente invenção propõe o uso de materiais à base de celulose em escala nanométrica, mais especificamente, dada sua ação como agente de reforço devido à sua altíssima razão de aspecto (diâmetro/comprimento), baixa densidade e elevado módulo elástico que é capaz de atingir.

[019] A presente invenção se refere ao processo para reconstituição de pós de origem vegetal, através da formação de lâminas de alta resistência mecânica cuja destinação primária são as indústrias fumígenas, mais especificamente como envoltório para cigarros, cigarrilhas, charutos e derivados ou até mesmo o uso para a fabricação de cigarro sem tabaco ou como carga em mistura com tabaco. Estes filmes também podem ser usados para a fabricação de películas para aplicação na pele, em processos de limpeza ou em processos dermatológicos para tratamento da pele, além de outras aplicações que estes possam vir a oferecer.

[020] A solução encontrada, e que consiste uma das etapas do processo objeto desta patente, é o processamento de fibras de celulose originalmente apresentadas em escala nanométrica por meio de um misturador intensivo como uma forma de novo processo “top-down”.

EFEITOS VANTAJOSOS

[021] A presente invenção possui diversos efeitos vantajosos nos aspectos sustentáveis, econômicos e de desenvolvimento tecnológico.

[022] Um dos principais efeitos vantajosos que a tecnologia que a presente invenção proporciona é a obtenção de materiais de alta resistência mecânica (requeridas em diferentes aplicações) e que, ao mesmo tempo, oferece flexibilidade de operação de acordo com as características desejáveis no produto final.

[023] A presente invenção também possibilita a formação de filmes vegetais reconstituídos com espessura de alta precisão.

[024] A aplicação de etapa de secagem de agregados de pós e particulados vegetais associadas as demais etapas de obtenção de materiais de alta resistência mecânica da presente invenção, necessita de baixos custos para sua exequibilidade industrial, agregando requisitos de confiabilidade, resistência mecânica e manutenção das características organolépticas do vegetal processado de maneira econômica.

[025] O processamento de fibras de celulose em escala manométrica através da presente invenção, torna possível a obtenção de fibras de celulose em uma escala viável e/ou a sua dispersão na massa vegetal de forma uniforme, possibilitando a produção de laminados vegetais de alto desempenho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] A Fig. 1 apresenta um diagrama de blocos com as principais etapas de operacionais envolvidas na presente invenção.

[027] A Fig. 2 apresenta uma configuração aplicada a um equipamento para execução da etapa de pré-laminação de acordo com a presente invenção.

[028] A Fig. 3 apresenta uma configuração aplicada a um equipamento para execução da etapa laminação de acordo com a presente invenção.

[029] A Fig. 4 apresenta equipamento de bobinador utilizada na presente invenção.

[030] As Figs 5A a 5F apresentam os perfis de tensão/deformação obtidos de acordo com as propriedades físicas de filmes vegetais reconstituídos de erva mate obtidos a partir de diferentes configurações de processamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[031] De modo a facilitar a compreensão do processo descrito nesta patente, a Figura 1 apresenta um diagrama de blocos com as principais etapas de operacionais envolvidas no processo para produção de filmes vegetais reconstituídos da presente invenção, compreendendo a etapas de: (a) moagem de materiais vegetais para atingir tamanhos de partícula específicos entre 10 a 200 MESH; (b) mistura de fibras de celulose em misturadores intensivos por 1-10 min; (c) mistura do material vegetal obtido no item (a) à um composto aglutinante adicionado as fibras de nanocelulose obtidas no item (b); (d) adição de agentes umectante e água à mistura descrita no item (c); (e) submissão da mistura descrita no item (d) à uma etapa de cisalhamento através de um sistema de pré-laminação composto por ao menos dois rolos lineares e paralelos; (f) submissão do filme obtido no item (e) à uma mistura em um misturador intensivo para obtenção de uma massa homogênea; (g) laminação da mistura obtida no item (f) entre ao menos dois rolos de laminação lineares e paralelos, obtendo uma lâmina contínua de espessura específica; (h) secagem da lâmina vegetal obtida no item (g) através da passagem desta por uma câmara térmica a uma temperatura específica, entre 90°C até 900°C, por meio de uma esteira transportadora; e (i) corte e processamento final da lâmina seca obtida no item (h) para obtenção do produto final.

[032] De modo a executar as diferentes etapas do processo da presente invenção, a invenção também apresenta um sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos compreendendo: (i) um equipamento de moagem de materiais vegetais, tal como moinho de martelos ou outro equipamento similar, que realiza a moagem de tais materiais vegetais para atingir tamanhos de partícula específicos entre 10 e 200 MESH; (ii) um misturador intensivo que realiza a mistura de fibras de celulose por 1 a 10 min, e que realiza a mistura do material vegetal obtido através do equipamento de moagem à um composto aglutinante adicionado às fibras de nanocelulose obtidas da dita mistura no dito misturador intensivo; (iii) um equipamento de pré-laminação que, através de ao menos dois rolos lineares paralelos, realiza o cisalhamento da mistura obtida pelo misturador intensivo, compreendida pelo material vegetal, composto aglutinante e fibras de nanoceluose, juntamente om a adição de ao menos um agente umectante e água; (iv) um misturador intensivo que executa a submissão do filme obtido no equipamento de pré-laminação para obtenção de uma massa homogênea; (v) um equipamento de laminação que executa laminação da mistura obtida pelo misturador intensivo entre ao menos dois rolos de laminação lineares e paralelos, obtendo uma lâmina contínua de espessura específica; um equipamento de secagem da lâmina vegetal obtida do equipamento de laminação através da passagem da sita lâmina vegetal por uma câmara térmica a uma temperatura específica, entre 90°C até 900°C, por meio de uma esteira transportadora; e (vi) um equipamento de corte e processamento final da lâmina seca obtida do equipamento de secagem da lâmina vegetal para obtenção do produto final.

[033] Em referência ao processo da presente invenção, a etapa de moagem de material vegetal pode ser realizada sobre ao menos um material vegetal do tipo de grupo folhas de tabaco, curadas ou não, de diferentes tipos, tal como Oriental, Burley ou Virgínia, ou no grupo de resíduos de tabaco tais como talos,

scraps, winnovers ou winnowings, resíduos de tabaco em geral, lâminas de fumo de qualquer tipo ou classe, e similares.

[034] A etapa de moagem de material vegetal pode ser realizada sobre ao menos um entre materiais vegetais tal como erva mate, sálvia, camomila, cacau, açaí, capim cidrão, capim limão, guaraná, laranja, banana, café, canela, cravo, dentre outros materiais vegetais.

[035] A etapa de moagem de material vegetal pode ser realizada em um equipamento de moagem, ou outro equipamento similar de cominuição, tal como um equipamento britador de rolos, bolas, mandíbulas, giratórios, impacto, cônicos ou moinho de martelos.

[036] A etapa de moagem de material vegetal utiliza materiais vegetais de acordo com o tamanho de partícula em que ele é adquirido.

[037] Inicialmente, um material fibroso, cuja massa corresponde de 1 a 50% da massa seca total da formulação, é submetido a um processo de abertura de fibra de modo a diminuir a sua largura a uma escala manométrica ou próxima disso, além de melhorar a sua dispersão, eliminando a aglomeração, em misturador intensivo durante 1 a 10 min.

[038] A etapa de mistura de fibras de celulose em misturadores intensivos pode utilizar ao menos uma fibra de celulose tal como celulose fibra curta, celulose fibra longa, nanofibras de celulose, ou outras celuloses similares.

[039] Ao material fibroso, é adicionado um agente aglutinante, cuja massa corresponde de 1 a 30% da massa seca total da formulação, e um material vegetal, cuja massa corresponde de 30 a 80% da massa seca total da formulação, previamente moído e selecionado em intervalos de tamanhos de partículas que podem variar de 10 a 200 MESH. Esta mistura é homogeneizada durante 1 a 10 min.

[040] A etapa de adição de um composto aglutinante às fibras de nanocelulose obtidas em misturadores intensivos pode ser realizada através da utilização de ao menos um aglutinante tal como amido de milho, de trigo, de batata, de aveia, de arroz; hidrocolóides não amiláceos, goma acácia, goma arábica, goma xantana, goma guar, goma tara, alfarroba (LBG), pectinas, gelatinas, ágar-ágar, alginatos, carragenanas, carboximetilcelulose (CMC), hidroxipropilcelulose (HPC) ou celulose microscristalina (MCC), dentre outros agentes aglutinantes.

[041] Adiciona-se então, um agente umectante, cuja massa corresponde de 1 a 20% da massa seca total da formulação, e mantém-se a homogeneização por 1 a 10 min. Por fim, adiciona-se água em tal quantidade que esta corresponda de 30 a 60% de conteúdo da massa final e mantém-se a homogeneização por 1 a 10 min. Durante a adição do agente umectante e/ou da água, podem também ser adicionados aditivos tais como corantes, extratos, aromatizantes, agentes de sabor, dentre outros.

[042] A etapa de adição de um agente umectante pode ser realizada através da utilização de ao menos um agente umectante tal como glicerina, o propilenoglicol, dentre outros agentes umectantes.

[043] O misturador intensivo de alto poder de cisalhamento utilizado em algumas das etapas da presente invenção, pode ser um misturador intensivo tais como aqueles utilizados por diversas indústrias alimentícias, por exemplo de produção de molhos, maioneses, iogurtes, ou de processamento de materiais sólidos, por exemplo, tal como o modelo do tipo GEIGER GUM-240E. Na presente invenção, este equipamento é utilizado para a abertura de fibra de celulose e nas diversas etapas de mistura da massa a ser laminada. O procedimento operacional padrão de um misturador intensivo compreende diversas características técnicas para execução de suas funcionalidades, por exemplo, painel para controle para acionamento automático ou manual do misturador, funções de parada, início ou reinicialização do misturador, funções de fechamento e abertura de tampa, funções liga/desliga de diferentes níveis de velocidade, controle sobre o despejamento de água, assim como demais funções de alarme e indicação das condições operacionais. O equipamento misturador intensivo exemplificado na presente invenção de modo não restritivo, também compreende parte basculante, assim como o agitador e o raspador de fundo.

[044] A massa obtida após as etapas de adição de um agente umectante e água é, então, submetida a um processo de pré-laminação. Nesta operação, o material sofre compressão em um equipamento laminador, constituído de dois rolos metálicos, por exemplo em aço inoxidável, lineares e paralelos com espaçamento variável e ajustável de 0,02 a 2,50 mm, e velocidades independentes e que se diferem entre si em intervalos de 0,01 a 30 rpm. Este processo, que pode ser executado, sequencialmente, mais de uma vez, causa um alongamento, diminuição da espessura e homogeneização da distribuição na massa e das fibras celulósicas, promovendo a obtenção de materiais mais resistentes.

[045] A etapa de cisalhamento através de um equipamento de pré-laminação, ocorre, por exemplo, através de um equipamento compreendendo ao menos dois rolos, por exemplo, de 500 mm de diâmetro, os quais são conduzidos por moto redutores (através de um eixo cardã), sendo que os rolos compreendem 600 mm de comprimento útil. O equipamento de pré-laminação trata-se de um conjunto composto por dois rolos de laminação conduzidos por moto redutores. O equipamento é dotado de elementos de controle individual de velocidade e de aproximação dos rolos. O equipamento é semelhante ao conjunto de laminação final, já descrito no documento de patente US2008199574, sob titularidade da mesma requerente da presente invenção, contudo, tal equipamento não é acompanhado de um forno. O material pode ser submetido a etapas sequenciais de pré-laminação, e ao final deste processo, é novamente homogeneizado no misturador intensivo, para depois, ser conduzido à laminação final.

[046] A Fig. 2 apresenta uma configuração aplicada a um equipamento para execução da etapa de pré-laminação de acordo com a presente invenção, no qual pode ser observado alguns de seus componentes operacionais para execução de suas funcionalidades, tais como acionador de emergência (01), braço mecânico esquerdo (02), reguladores de facas de raspagem (03) de um primeiro rolo (04), braço mecânico direito (05), reguladores de facas de raspagem (06) de um segundo rolo (07).

[047] O procedimento operacional padrão de um pré-laminador compreende outras diversas funcionalidades através de outros elementos, por exemplo, painel de controle que compreende acionamento de emergência, chaves de ajuste dos braços mecânicos, visores de acionamento dos braços mecânicos, controladores dos braços mecânicos, e controladores de velocidades dos rolos.

[048] A etapa de cisalhamento realizada através de um sistema de laminação pode ser realizada uma pluralidade de vezes para garantir a resistência mecânica do produto final.

[049] Após a pré-laminação, o filme úmido obtido é novamente cominuído em um misturador intensivo por 1 a 10 min de modo a facilitar o seu processamento durante a laminação final.

[050] A laminação final consiste na passagem da massa por um conjunto de rolos cilíndricos metálicos paralelos entre si, por exemplo, com distância variável e ajustável entre 0,04 a 2,50 mm, de velocidades independentes e variação entre as mesmas de 0,01 a 15 rpm. A espessura do material é definida de acordo com o controle da distância entre os rolos. Uma vez formado o filme, por exemplo de espessura entre 0,04 a 2,50 mm, este é conduzido por um forno de secagem de temperatura variável, geralmente sendo ajustado entre 90°C a 900°C, mais especificamente podendo ser ajustado entre 90°C e 450°C, através de uma esteira. A umidade do produto final, que pode variar de 1,0 a 40%, é controlada a partir do set point da temperatura do forno e da velocidade da esteira.

[051] Para tanto, a presente invenção compreende ainda um equipamento laminador com ao menos dois rolos de laminação, por exemplo, de 500 mm de diâmetro, os quais são conduzidos por moto redutores, sendo que os rolos compreendem 500 mm de comprimento útil. O equipamento que se apresenta na forma de um conjunto laminador, são dotados de sistema de controle individual de velocidade e de aproximação entre os mesmos. Ao passar por entre os rolos, a massa, composta pelo material vegetal, fibra, aglutinante, umectante e água, é transformada em uma lâmina fina sobre a superfície do rolo e é removida continuamente por uma faca acoplada em angulação tangencial ao rolo. Esta lâmina é então disposta em uma esteira e percorre no interior do forno até atingir umidade aproximada entre 8 a 12% (m/m).

[052] O equipamento é semelhante ao conjunto de laminação final, já descrito nos documentos de patente US2008199574, sob titularidade da mesma requerente da presente invenção, entretanto o tamanho dos rolos foi reduzido de modo a conseguir manter uma espessura padrão ao longo de toda a largura do filme.

[053] A Fig. 3 apresenta uma configuração aplicada a um equipamento para execução da etapa laminação de acordo com a presente invenção, no qual pode ser observado alguns de seus componentes principais, tais como acionador de emergência (08), câmara de adição de material (09), reguladores de facas de raspagem (10) de um primeiro rolo (11), reguladores de facas de raspagem (12) de um segundo rolo, braço mecânico esquerdo (13) e braço mecânico direito (14)

[054] O procedimento operacional padrão de um laminador exemplificado pela presente invenção de modo não restritivo, compreende diversos elementos que garantam a operação de suas funcionalidades, por exemplo, painel de controle que compreende ao menos um controlador de ao menos uma câmera de secagem, ao menos um controlador de insuflador, ao menos um insuflador para ao menos uma zona de secagem, ao menos uma chave de resistência, ao menos uma chave de partida de resistência, identificador de alerta de falha de insuflador, ao menos um acionador de emergência, controladores de velocidade dos rolos, controlador de exaustão, controlador de velocidade da esteira, chaves dos braços mecânicos, e visores de acionamento dos braços mecânicos.

[055] Ao sair do forno, o filme é submetido ao processamento final, o qual poderá incluir etapas de corte para posterior bobinagem, ou demais disposições destes materiais em diferentes formatos que atendam diferentes aplicações industriais e/ou comerciais que possam vir a apresentar, por exemplo, bobinas de diferentes comprimentos e diâmetros, cut filler, cut rag, cortes retangulares, cortes quadrados, dentre outros.

[056] Conforme visto na Fig. 4, para obtenção das bobinas de diferentes comprimentos e diâmetros, a pressente invenção utiliza de modo exemplificativo e não restritivo, equipamentos bobinadores que compreendem elementos controladores de velocidade (15) da bobinadora, chave de acionamento de sentido de rotação horário/anti-horário (16), eixo de bobina (17), fixador de bobina (18), trava de eixo de bobina (19), pedal de acionamento da bobinadora (20), dentre outros.

[057] As aparas provenientes do corte e processamento final, podem novamente ser incorporadas ao processo, substituindo proporcionalmente as matérias-primas de entrada, de modo a aumentar o rendimento global econômico e ambiental. Para tanto, as aparas devem ser submetidas a uma homogeneização em um misturador intensivo durante 1 a 10 min, e incorporadas ao processo concomitantemente à adição do agente aglutinante e do pó de material vegetal.

[058] O produto final resultante pode ser empregado como materiais envoltórios ou como cargas para artigos fumígenos, tais como cigarros, cigarrilhos, dentre outros, além de outras aplicações.

[059] O processo aqui descrito permite a utilização tanto de materiais-base altamente fibrosos, por exemplo o talo de fumo, quanto de materiais-base que apresentem baixos teores de fibras, por exemplo pó de cacau. Desta forma, as melhores condições de processamento serão distintas e deve-se levar em consideração as diferentes características das matérias-primas como também dos aspectos físicos desejáveis do produto final. Para ilustrar melhor este efeito, diferentes propriedades físicas de filmes vegetais reconstituídos de erva mate obtidos a partir de diferentes configurações de processamento são apresentadas na Tabela 1, que detalha as propriedades físicas de filmes vegetais reconstituídos de erva mate obtidos a partir de diferentes configurações de processamento, sendo acompanhadas de seus respectivos perfis de tensão/deformação.

[060] Tabela 1. Conteúdo Resistência Misturador Pré- Espessura Gramatura Tensão Teste da mistura à tração de fibra laminação (mm) (g/m2) máxima (cN) (%) (kgf/mm2) Não 0,11 ± 13,93 ± 135,30 ± 2.022,41 ± T1 0,75 ± 0,04 executada 0,00 0,37 7,08 118,72 Fibras Uma 0,10 ± 13,04 ± 154,30 ± 2.503,62 ± T2 1,02 ± 0,05 misturadas vez 0,00 0,23 6,01 11,58 Duas 0,11 ± 10,92 ± 161,60 ± 4.247,84 ± T3 1,54 ± 0,11 vezes 0,01 0,06 8,84 281,32 Não 0,12 ± 11,73 ± 150,70 ± 2.434,43 ± T4 0,81 ± 0,07 executada 0,01 0,31 8,92 159,47 Fibras não Uma 0,11 ± 11,84 ± 178,10 ± 3.538,63 ± T5 1,31 ± 0,09 misturadas vez 0,00 0,19 8,34 228,18 Duas 0,10 ± 12,28 ± 208,09 ± 4.428,50 ± T6 1,51 ± 0,06 vezes 0,01 0,40 5,87 188,49

[061] Observa-se nos dados apresentados, e conforme visto nas Figs. 5A a 5F, o ganho de resistência mecânica e o aumento de gramatura à medida que se realiza a etapa de mistura da fibra e que etapas de sovação sequenciais são executadas. Desta forma, a tecnologia desenvolvida e na presente invenção proporciona a obtenção de materiais de alta resistência mecânica (requeridas em diferentes aplicações.

[062] Abaixo, seguem alguns modos de execução exemplificativos de diferentes produtos obtidos, sem sair do escopo essencial da presente invenção.

[063] Exemplo 1: Inicialmente, realiza-se o processamento de 3,00 kg de fibra curta de celulose em um misturador intensivo, por exemplo do tipo GEIGER GUM-240E, durante 3 min. Adiciona-se à cuba do misturador: 11,35 kg de folha de sálvia moída (passante em peneira de 66 MESH), 1,20 kg de carboximetilcelulose, e realiza- se a mistura por mais 3 min. Para facilitar a dispersão, com o misturador intensivo em operação, adiciona-se uma solução de 1,50 kg de propilenoglicol, 0,35 kg de etanol e 0,0225 kg de óleo de sálvia, e o processo é mantido por mais 2 min, quando então são adicionados 11,0 kg de água e a agitação mantida por mais 3 min. O material é laminado duas vezes, e retorna ao misturador intensivo, onde novamente é processado por mais 3 min. Por fim, o material é submetido à laminação final com monitoramento on-line para obtenção de filme com espessura de 0,10 mm e umidade após a secagem de 11%, mas não se limitando a estes padrões.

[064] Exemplo 2: Inicialmente, realiza-se o processamento de 2,00 kg de fibra curta de celulose em um misturador intensivo, por exemplo do tipo GEIGER GUM-240E, durante 3 min. É adicionado ao misturador intensivo: 9,00 kg de aparas de filme de erva- mate, já misturadas, separadamente, em agitador intensivo por 3 min, 10,00 kg de erva-mate moída (passante em peneira 66 MESH), 0,80 kg de carboximetilcelulose, e realiza-se a mistura por mais 3 min. Para facilitar a dispersão, com o misturador intensivo em operação, adiciona-se 1,00 kg de propilenoglicol, e o processo é mantido por mais 2 min, quando então são adicionados 9,0 kg de água e a agitação é mantida por mais 3 min. O material é sovado uma vez e retorna ao misturador intensivo por mais 3 min. Por fim, o material é submetido à laminação final com monitoramento on-line para obtenção de filme com espessura de 0,15 mm e umidade após a secagem de 10%, mas não se limitando a estes padrões.

[065] Exemplo 3: Inicialmente, realiza-se o processamento de 3,50 kg de fibra curta de celulose em um misturador intensivo, por exemplo do tipo GEIGER GUM-240E, durante 3 min. É adicionado ao misturador intensivo: 7,50 kg de pó de cacau (passante em peneira 60 MESH), 2,50 kg de farinha de mandioca acigal, 1,00 kg de carboximetilcelulose, 1,55 kg de goma guar e realiza-se a mistura por mais 3 min. Para facilitar a dispersão, com o misturador intensivo em operação, adiciona-se uma solução de 1,50 kg de propilenoglicol e 0,225 kg de vanilina, e o processo é mantido por mais 2 min, quando então são adicionados 10,0 kg de água, e a agitação mantida por mais 3 min. O material é sovado duas vezes e retorna ao misturador intensivo por mais 3 min. Por fim, o material é submetido à laminação final com monitoramento on-line para obtenção de filme com espessura de 0,11 mm e umidade após a secagem de 11%, mas não se limitando a estes padrões.

[066] Exemplo 4: Inicialmente, realiza-se o processamento de 3,00 kg de fibra curta de celulose em um misturador intensivo, por exemplo do tipo GEIGER GUM-240E, durante 4 min. É adicionado ao misturador intensivo: 13,50 kg de resíduos de tabaco do tipo Burley (moídos e passante em peneira 40 MESH), 1,10 kg de carboximetilcelulose, e realiza-se a mistura por mais 3 min. Para facilitar a dispersão, com o misturador intensivo em operação, adiciona-se uma solução de 1,35 kg de propilenoglicol, e o processo é mantido por mais 3 min, quando então são adicionados 10,0 kg de água, e a agitação mantida por mais 4 min. O material é sovado duas vezes e retorna ao misturador intensivo por mais 3 min. Por fim, o material é submetido à laminação final com monitoramento on- line para obtenção de filme com espessura de 0,12 mm e umidade após a secagem de 12%, mas não se limitando a estes padrões.

Claims

REIVINDICAÇÕES

01. Um método para produção de filmes vegetais reconstituídos caracterizado pelas etapas de: (a) moagem de materiais vegetais para atingir tamanhos de partícula específicos entre 10 a 200 MESH; (b) mistura de fibras de celulose em misturador intensivo por 1 a 10 min; (c) mistura do material vegetal obtido na etapa (a) à um composto aglutinante adicionado às fibras de nanocelulose obtidas na etapa (b); (d) adição de ao menos um agente umectante e água à mistura descrita na etapa (c); (e) submissão da mistura descrita na etapa (d) à uma etapa de cisalhamento através de um sistema de pré-laminação composto por ao menos dois rolos lineares e paralelos; (f) submissão do filme obtido na etapa (e) à uma mistura em um misturador intensivo para obtenção de uma massa homogênea; (g) laminação da mistura obtida na etapa (f) entre ao menos dois rolos de laminação lineares e paralelos, obtendo uma lâmina contínua de espessura específica; (h) secagem da lâmina vegetal obtida na etapa (g) através da passagem desta por uma câmara térmica a uma temperatura específica, entre 90°C até 900°C, por meio de uma esteira transportadora; e (i) corte e processamento final da lâmina seca obtida na etapa (h) para obtenção do produto final.

02. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado em que a etapa de moagem de material vegetal é realizada sobre ao menos um ou a combinação de mais de um material vegetal do tipo de grupo de folhas de tabaco, curadas ou não, de diferentes tipos, tal como Oriental, Burley ou Virgínia, ou do tipo de grupo de resíduos de tabaco tais como talos, scraps, winnovers ou winnowings, resíduos de tabaco em geral e lâminas de fumo.

03. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de moagem de material vegetal ser realizada sobre ao menos um ou a combinação de mais de um entre materiais vegetais tais como erva mate, sálvia, camomila, cacau, açaí, capim cidrão, capim limão, guaraná, laranja, banana, café, canela e cravo.

04. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de moagem de material vegetal ser realizada em um equipamento de moagem.

05. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de mistura de fibras de celulose, compreende submeter a massa de fibras de celulose correspondente entre 1 a 50% da massa seca total da formulação.

06. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de mistura de fibras de celulose em misturadores intensivos utilizar ao menos uma ou a combinação de mais de uma fibra de celulose tais como celulose fibra curta, celulose fibra longa, nanofibras de celulose.

07. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de adição de um composto aglutinante às fibras de nanocelulose obtidas em misturadores intensivos, compreende submeter a massa de composto aglutinante correspondente entre 1 a 30% da massa seca total da formulação, e uma massa de material vegetal correspondente entre 30 a 80% da massa seca total da formulação.

08. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de adição de um composto aglutinante às fibras de nanocelulose obtidas em misturadores intensivos ser realizada através da utilização de ao menos um ou a combinação de mais de um aglutinante tal como amido de milho, de trigo, de batata, de aveia, de arroz; hidrocolóides não amiláceos, goma acácia, goma arábica, goma xantana, goma guar, goma tara, alfarroba (LBG), pectinas, gelatinas, ágar-ágar, alginatos,

carragenanas, carboximetilcelulose (CMC), hidroxipropilcelulose (HPC) ou celulose microscristalina (MCC), dentre outros agentes aglutinantes.

09. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de adição de um agente umectante, compreende adicionar a massa de agente umectante, correspondente entre 1 a 20% da massa seca total da formulação,

10. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de água à mistura obtida após a adição de um agente umectante, compreender a adição de quantidade de água correspondente entre 30 a 60% de conteúdo da massa final.

11. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de adição de um agente umectante ser realizada através da utilização de ao menos um ou a combinação de mais de um agente umectante tal como glicerina, o propilenoglicol, dentre outros agentes umectantes.

12. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de cisalhamento através de um sistema de laminação ser realizada uma pluralidade de vezes para garantir a resistência mecânica do produto final.

13. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, caracterizado por a etapa de corte e processamento final da lâmina seca ser realizada através de diferentes sistemas de corte de modo a obter diferentes produtos com diferentes características de corte tais como bobinas de diferentes larguras e diâmetros, cortes em tiras, cortes retangulares e cortes quadrados.

14. O método para produção de filmes vegetais reconstituídos da reivindicação 01, em que as aparas resultantes do corte e processamento final são novamente incorporadas no processo para aumento do rendimento final.

15. Um sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos caracterizado por compreender:

(i) um equipamento de moagem de materiais vegetais, tal como moinho de martelos ou outro equipamento similar, que realiza a moagem de tais materiais vegetais para atingir tamanhos de partícula específicos entre 10 e 200 MESH; (ii) um misturador intensivo que realiza a mistura de fibras de celulose por 1 a 10 min, e que realiza a mistura do material vegetal obtido através do equipamento de moagem à um composto aglutinante adicionado às fibras de nanocelulose obtidas da dita mistura no dito misturador intensivo; (iii) um equipamento de pré-laminação que, através de ao menos dois rolos lineares paralelos, realiza o cisalhamento da mistura obtida pelo misturador intensivo, compreendida pelo material vegetal, composto aglutinante e fibras de nanoceluose, juntamente om a adição de ao menos um agente umectante e água; (iv) um misturador intensivo que executa a submissão do filme obtido no equipamento de pré-laminação para obtenção de uma massa homogênea; (v) um equipamento de laminação que executa laminação da mistura obtida pelo misturador intensivo entre ao menos dois rolos de laminação lineares e paralelos, obtendo uma lâmina contínua de espessura específica; um equipamento de secagem da lâmina vegetal obtida do equipamento de laminação através da passagem da sita lâmina vegetal por uma câmara térmica a uma temperatura específica, entre 90°C até 900°C, por meio de uma esteira transportadora; e (vi) um equipamento de corte e processamento final da lâmina seca obtida do equipamento de secagem da lâmina vegetal para obtenção do produto final.

16. O sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o equipamento de moagem de materiais compreender um equipamento de cominuição tal como um equipamento britador de rolos, bolas, mandíbulas, giratórios, impacto, cônicos ou moinho de martelos.

17. O sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o equipamento de pré-laminação compreender dois rolos cilíndricos, lineares e paralelos entre si, com distância variável e ajustável de 0,02 a 2,50 mm, e velocidades independentes com variações entre 0,01 a 30 rpm.

18. O sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o equipamento de pré-laminação compreender dois rolos de 500 mm de diâmetro, os quais são conduzidos por moto redutores, sendo que os rolos compreendem 600 mm de comprimento útil.

19. O sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o equipamento de laminação compreender dois rolos cilíndricos, lineares e paralelos entre si, com distância variável e ajustável entre 0,04 a 2,50 mm, e velocidades independentes com variações entre 0,01 a 15 rpm.

20. O sistema para produção de filmes vegetais reconstituídos, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o equipamento de laminação compreender dois rolos de 500 mm de diâmetro, os quais são conduzidos por moto redutores, sendo que os rolos compreendem 500 mm de comprimento útil.

21. Filme vegetal reconstituído obtido pelo método da reivindicação 01, caracterizado por dito filme vegetal reconstituído ser disposto com diferentes características de corte tal como em bobinas de diferentes larguras e diâmetros, cortes em tiras, cortes retangulares ou cortes quadrados.

22. Filme vegetal reconstituído obtido pelo método da reivindicação 01, caracterizado por dito filme vegetal reconstituído ser um material envoltório para artigos fumígenos, tais como cigarros, cigarrilhas, charutos e derivados.

23. Filme vegetal reconstituído obtido pelo método da reivindicação 01, caracterizado por dito filme vegetal reconstituído ser um material envoltório para artigos fumígenos com tabaco.

24. Filme vegetal reconstituído obtido pelo método da reivindicação 01, caracterizado por dito filme vegetal reconstituído ser um material envoltório para artigos fumígenos sem tabaco.

25. Filme vegetal reconstituído obtido pelo método da reivindicação 01, caracterizado por dito filme vegetal reconstituído ser um material de uso como carga para mistura com tabaco.

26. Produto resultante do método da reivindicação 01, caracterizado por o filme vegetal reconstituído ser um material de aplicação dermatológica.