ITTS20130001A1 - Utilizzo della pellicola del caffè, coffee silverskin, come materia prima di prodotti isolanti e loro metodo di produzione. - Google Patents

Description

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DESCRIZIONE

Questa invenzione riguarda un nuovo materiale costituito dalla pellicola del caffè, anche detta “coffee silverskin” (in seguito denominata CSS) ed un legante, eventualmente addizionati di farina di sughero o di legno. Il processo di preparazione di tali composizioni, gli oggetti che possono derivare da tali composizioni e i processi per la fabbricazione di detti oggetti sono parte integrante di questa invenzione.

Come riportato in letteratura, il CSS è la pellicola che protegge i chicchi di caffè e costituisce un sottoprodotto tipico della trasformazione e, tra l’altro, della tostatura del caffè. Normalmente questo materiale è utilizzato come combustibile, come fertilizzante, come prodotto addizionale nella produzione di mangimi animali oppure nella produzione della carta. Differenti studi hanno dimostrato delle proprietà antibatteriche, antiossidanti, un effetto anticancerogeno, ecc. [R.S.Borrelli et al J.Agric.Food Chem. 2004, 52, 1338-1343], US2008/0245494 e WO2013/004873.

La trasformatone o il recupero di residui e sottoprodotti è un tema che sta acquisendo importanza nelle strategie aziendali per migliorare la produttività e ridurre gli scarti. Sta diventando sempre più importante introdurre nelle politiche aziendali, legate sia alla gestione che alla produzione, dei fattori che prendano in considerazione l'ambiente al fine di definire cicli produttivi con un impatto ambientale minimo.

Il recupero e la trasformazione dei sottoprodotti di lavorazione in prodotti destinati all’utilizzo sono tra gli scopi di questa invenzione; questo sistema di gestione permette di incrementare la sostenibilità aziendale e di avere un contributo favorevole alla riduzione delle emissioni di gas serra nell’atmosfera. Infatti, sia per la pellicola che per la farina di sughero, l'attuale destinazione finale principale è il recupero energetico via combustione.

Inoltre, la tendenza del mercato va verso l'utilizzo di prodotti naturali o a base naturale, che abbiano un basso impatto ambientale durante tutto il loro ciclo di vita. Allo stesso tempo sono però richieste prestazioni elevate, che comportano, nel campo dell'isolamento termico, una maggiore efficienza degli oggetti ed edifici con una riduzione dei consumi energetici. Oltre all'efficienza, uno dei principali indicatori globali è il carbon footprint che costituisce un nuovo obiettivo nella progettazione di macchine ed edifici. Risulta quindi importante scoprire nuove modalità per utilizzare i materiali di scarto delle realtà produttive, rendendole efficienti e sostenibili.

Le pellicole utilizzate in questo brevetto hanno una granulometrìa inferiore a 10 mm, preferìbilmente inferiore a 5 mm. Tale distribuzione granulometrica è determinata utilizzando la metodologia descrìtta nella norma ISO 2030:1990 (revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto), trattando quindi le pellicole, dal punto di vista fisico, in modo analogo a quelle di sughero eventualmente impiegate, in modo da applicare la metodologia di vagliatura anche all’eventuale miscela. La dimensione del CSS non è un parametro strettamente crìtico ai fini di questa invenzione.

Se lo scopo finale è preparare un prodotto per l'isolamento termico il CSS può essere preventivamente miscelato con farine di origine vegetale, preferìbilmente sughero, al fine di migliorarne le proprietà. Si è verificato sorprendentemente che risulta vantaggioso mescolare il CSS con la ferina di sughero in quanto si ottiene un prodotto finale leggero e con apprezzabili proprietà isolanti, con una conducibilità termica inferiore a 0.039 W/mK. In ogni caso, è possibile l'utilizzo della farina di legno al posto della farina di sughero.

Nel caso di un utilizzo come isolante termico, come specificato anche nel brevetto GB491428, il prodotto finale deve avere, tra le diverse proprietà, una bassa densità; il sughero è dunque preferìbile in quanto è in grado di alleggerire il prodotto finale.

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I più comuni materiali isolanti di origine naturale sono in fibra di legno (con una conducibilità di 0,038-0.048 W/mK), in sughero biondo (con conducibilità di 0,040-0,045 W/mK), in sughero nero (con conducibilità di 0,039 W/mK) [Autori vari, “I materiali isolanti. Guida all'approccio prestazionale per la scelta dei materiali isolanti”, 2013, Tep (Milano) ISBN: 978-88-905300-6-7], Le fibre di origine naturale sono ampiamente utilizzate nei pannelli termoisolanti in quanto presentano tipicamente valori di conducibilità termica inferiore rispetto ai pannelli a base di farine di legno. Inoltre questi ultimi sono normalmente caratterizzati da un alto peso specifico. Il vantaggio di utilizzare le farine è dovuto al tetto che esse sono spesso derivate da residui o sottoprodotti di lavorazione del legno.

La pellicola del caffè (CSS) ha un aspetto lamellare e contiene un'importante percentuale di fibre (S.l. Mussato, Food Bioprocess Technol, 2011,4, 661).

II sughero, invece, ha una matrice alveolare piuttosto che fibrosa: per questa ragione il materiale, in tutte le sue forme, possiede buone capacità isolanti, normalmente intorno a valori di conducibilità di 0,040-0,042 W/mK. Ciò nonostante, per le caratteristiche del ciclo produttivo tipico del sughero e per l'economia di scala del settore, le polveri derivanti dalla lavorazione e gli altri scarti di produzione non trovano impieghi industriali di rilevanza economica in proporzione adeguata alla toro quantità effettiva. L’utilizzo normale della ferina di sughero è quello del recupero energetico per combustione diretta, anche se è noto che la ferina di sughero può essere agglomerata utilizzando dei polimeri come leganti (W020081 14103) oppure essere impiegata nella produzione del linoleum, produzione nota fin dal 1894 (GB18941 8469) e oggetto di continua innovazione, fino alle attuali applicazioni nel settore della calzatura (EP2510817) e dell’edilizia come riempitivo ed agente di alleggerimento dei manufatti (PT101990). S ll’ t li l i iù di 200 invenzioni,

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sintomo di un settore con continuo interesse commerciale anche se le quantità prodotte sono insufficienti per coprire la produzione degli scarti di fabbricazione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Lo scopo della presente invenzione è quello di produrre manufatti a base di pellicole provenienti dalla lavorazione del caffè o “coffee silverskin" (CSS), eventualmente contenenti farina di sughero o di legno al fine di migliorare le proprietà isolanti ed, allo stesso tempo, mantenere un basso peso specifico ed una elevata eco-compatibilità ambientale del prodotto finale. Lo scopo della presente invenzione è anche quello di utilizzare le farine di sughero che provengono da scarti industriali, ad esempio dal processo di produzione dei tappi oppure dal processo di macinazione delle plance di sughero. Il materiale non subisce alcun trattamento ulteriore, se necessario solo una vagliatura meccanica.

Ai fini della descrizione dell’invenzione sono definite:

- la conducibilità termica dei pannelli del materiale isolante (λ), preparato in accordo con questa invenzione, è stata misurata utilizzando un termoflussimetro che opera secondo la normativa UNI EN 12667, ISO 8301 e ASTM C518 nella revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto;

- l’analisi granulometrica è stata eseguita utilizzando la norma ISO 2030:1990 (revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto).

La composizione, in accordo con questa invenzione, è principalmente costituita da:

- il CSS proveniente dalla lavorazione del caffè, con dimensioni delle particelle inferiori a 5000 micron che eventualmente può contenere particelle più grandi; - la farina di sughero e/o legno con dimensioni delle particelle inferiori a 500 micron che eventualmente può contenere particelle più grandi con dimensioni

Nota: (Può essere prevista una vagliatura meccanica del materiale di partenza quando si abbia la necessità di migliorare l’aspetto estetico del prodotto, anche se questa operazione non risulta determinante ai fini deH’ottenimento delle proprietà descritte in questa invenzione)

- l’agente legante che può essere organico (tipo poliuretanico, epossidico oppure acrilico) oppure inorganico (silicato, sol di silice, sol di allumina )

La corretta composizione dipende dalle caratteristiche volute nel prodotto finale.

Il processo utilizzato per preparare il prodotto oggetto del presente brevetto consiste in:

- eventuale vagliatura del CSS proveniente dalla lavorazione dei chicchi di caffè con lo scopo principale di eliminare eventuali agglomerazioni di natura meccanica o elettrostatica;

- eventuale miscelazione a secco con la ferina di sughero e/o di legno;

- addizione del legante. Se necessario, il legante deve essere preventivamente diluito con acqua, chetoni, alcoli o altri solventi organici polari oppure una combinazione di questi;

- formatura del prodotto finito attraverso un processo meccanico (di stampaggio/ pressatura/calandratura/ecc.);

- ottenimento del prodotto finito per stampaggio diretto o per taglio e sagomatura di una forma stampata, oppure attraverso altre applicazioni industriali come ad esempio la pressatura continua a rulli per la formazione di fogli

- trattamento a caldo per la polimerizzazione o essiccazione del legante

Per preparare il materiale secondo questa invenzione si utilizza la seguente composizione: CSS tra 95% e 20% in peso; ferina di sughero o legno tra 0 e 80% in

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peso (il peso si considera come peso del materiale secco, ISO 2066:2004); legante organico oppure inorganico tra 5% e 40% in peso.

Sulla miscela, se introdotta in uno stampo, è applicata una pressione variabile in funzione alla densità finale che si vuole ottenere, preferibilmente tra 0,5 e 10 kg/cm<2>. La temperatura di trattamento a caldo può variare da 20°C a 200°C in funzione alla miscela preparata e del legante utilizzato, ma preferibilmente è compresa tra 60 e 180°C.

L'applicazione del procedimento descritto nella presente invenzione consente di ottenere pannelli, oppure componenti stampati di dimensioni e forme diverse a seconda della destinazione d’uso.

Gli utilizzi del materiale ottenuto secondo il procedimento descritto sono di preferenza l'isolamento termico ed acustico per uso generale, prevalentemente nel settore dell'edilizia sostenibile, per abitazioni prefabbricate ed in ogni applicazione in cui siano richieste proprietà isolanti e le altre proprietà fisiche tipiche del materiale.

La presente invenzione è di seguito illustrata con degli esempi. Tuttavia, la presente invenzione non è limitata a questi esempi.

Esempio 1

Si pesano 170 g di CSS (granulometria < 1 mm). Le pellicole vengono miscelate con 56 g di poliuretano in sospensione acquosa al 35% in peso. Si mescola fino ad ottenere una miscela dall’apparenza omogenea e disgregata. La miscela così preparata viene distribuita in uno stampo e pressata ed asciugata a 120°C.

Il pannello ha densità 365 Kg/m<3>e conducibilità termica di 0.039 W/mK

Esempio 2 1 A602013

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Si pesano 135 g di CSS (granulometrìa < 1 mm) che vengono miscelate a secco con 35 g di farina di legno (granulometrìa < 0.25 mm). Le particelle vengono miscelate con 56 g di poliuretano in sospensione acquosa al 35% in peso. Si mescola fino ad ottenere una miscela dall’apparenza omogenea e disgregata. La miscela così preparata viene distribuita in uno stampo e pressata ed asciugata a 120°C.

Il pannello ha densità 300 Kg/m<3>e conducibilità termica di 0.040 W/mK

Esempio 3

Si pesano 31 g di CSS (3 < granulometrìa < 4 mm) che vengono miscelate a secco con 118 g di farina di sughero (granulometrìa < 0.25 mm). Le particelle vengono miscelate con 88 g poliuretano in sospensione acquosa al 27% in peso. Si mescola fino ad ottenere una miscela dall’apparenza omogenea e disgregata. La miscela così preparata viene distribuita in uno stampo e pressata ed asciugata a 120°C.

Il pannello ha densità 220 Kg/m<3>e conducibilità termica di 0.035 W/mK

Esempio 4

Si pesano 30 g di CSS (3 < granulometria < 4 mm) che vengono miscelate a secco con 120 g di farina di sughero (granulometrìa < 0.25 mm). Le particelle vengono miscelate con 70 g di una soluzione di sodio silicato (26,5% in peso di Si02e 10,6% in peso di Na20). Si mescola fino ad ottenere una miscela dall’apparenza omogenea e disgregata. La miscela così preparata viene distribuita in uno stampo e pressata ed asciugata a 120°C.

Il pannello ha densità 265 Kg/m<3>e conducibilità termica di 0.037 W/mK

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione per produrre materiale isolante comprendente: a. Pellicola del caffè, coffee silverskin, tra 95% e 20% in peso b. Farina di origine vegetale tra 0% e 80% in peso c. Legante organico oppure inorganico tra 5% e 40% in peso 2. Una composizione in accordo con la rivendicazione 1 dove il legante è:: a. organico di tipo poliuretanico, epossidico oppure acrilico; b. inorganico a base di silicato, sol di silice oppure sol di allumina 3. In accordo con la rivendicazione 1, la pellicola di caffè ha una granulometrìa inferiore a 10000 micron, preferìbilmente inferiore a 5000 micron. 4. In accordo con la rivendicazione 1, dove la farina di orìgine vegetale è preferìbilmente farina di sughero oppure di legno oppure una miscela di queste. 5. In accordo con la rivendicazione 1, la farina di orìgine vegetale ha una granulometrìa inferiore a 5000 micron, preferìbilmente inferiore a 500 micron. 6. Il processo per preparare il composito in accordo con le rivendicazioni 1-5 che comprende: a. vagliatura della pellicola del caffè e miscelazione a secco con la farina di origine vegetale. b. addizione del legante eventualmente diluito con acqua, chetoni, alcoli o altro solventi organici polari oppure una combinazione di questi c. Introduzione della miscela in uno stampo oppure in una macchina formatrice d. Processo di polimerizzazione/asciugatura ad una temperatura compresa