PT861036E

PT861036E - Processo para a preparacao de material de filtracao biologicamente degradavel

Info

Publication number: PT861036E
Application number: PT96933415T
Authority: PT
Inventors: Jurgen Lorcks; Harald Schmidt
Original assignee: Biotec Biolog Naturverpack
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2000-06-30
Also published as: WO1997012528A1; RU2153828C2; ID18221A; CA2233368C; ES2141539T3; ZA968199B; ATE188599T1; DE59604195D1; AU696205B2; AR003751A1; EP0861036A1; CN1198080A; CO4750781A1; US6062228A; BR9611208A; CA2233368A1; GR3032900T3; PL325968A1; EP0861036B1; TR199800561T1

Description

r 261.036

DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A PREPARAÇAO DE MATERIAL DE FILTRAÇAO BIOLOGICAMENTE DEGRADÁVEL" A invenção refere-se a um processo para a preparação de material de filtração biologicamente degradável a partir de matérias primas naturais transformadas, para utilização como elemento de filtração de fumo de tabaco de cigarros, charutos ou cachimbos.

Os artigos de fumo, como por exemplo os cigarros têm uma forma cilíndrica em que o material de tabaco a fumar se encontra numa forma triturada revestido por um invólucro de papei. Além disso, estes cigarros possuem num extremo um filtro que se encontra ligado ao cigarro por meio de uma cinta. Os elementos do filtro e o filtro do cigarro encontram-se muitas vezes descritos na literatura como "filtertow". Para a preparação de filtros para cigarros utiliza-se normalmente um material fibroso constituído por 2,5-acetato de celulose ou polipropileno. É ainda conhecida a utilização de papel ou de algodão em rama. Segundo os processos conhecidos o material fibroso de acetato de celulose prepara-se essencialmente por processos de fiação. A partir dos filamentos de acetato de celulose e/ou das fibras de acetato de celulose, que são frisados manualmente ou à máquina, preparam-se primeiro os "filtertows" na forma de pequenos pauzinhos nos quais é esticada a banda frisada, aumentada em volume e colocada na dimensão desejada por meio de um dispositivo de formatação e embrulhada com papel. 0 2,5-acetato de celulose bruto é complementado normalmente com acetato de glicerina como amaciador, cuja presença no fumo do tabaco não deixa de ser problemática. Para a definição e descrição de um "filtertow" e dos elementos do filtro para fumo de tabaco referem-se as patentes DE-A-41 09 603 e DE-A-1 079 521. Processos para a preparação de "filtertows" e de cigarros com filtro encontram-se descritos por exemplo nas 1

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L·, ^^*· \1 patentes US-A-5 402 802, DE-A-41 09 603, JP-A-5-377 812, EP-A-0 285 811, WO 93/02070, JP-A-5-392 586, WO 92/15209 e EP-A-0 641 525. Publicaram-se também numerosas propostas para a preparação e utilização de cigarros de filtro biologicamente degradável, preparados à base de ésteres de celulose e/ou ácido poli-hidroxibutírico (PHB) ou de um copolimero de ácido poli-hidroxibutírico / ácido poli-hidroxivalérico (PHB/PHV), por exemplo nas DE-A-43 22 965, DE-A-43 22 966, DE-A-43 22 967. Para conseguir uma degradação biológica mais rápida de diacetatos de celulose, que em condições de clima normal só são degradáveis biologicamente em um a dois anos ( M. Korn, Nachwachsende und bioabbaubare Materialen im Verpackungsbereich, Ia Ed., 1993, Ed. Roman Kovar, Munique, pag. 122), conhecem-se variadas soluções para o problema. Na EP-A-0 632 968 propõe-se a utilização de enzimas que quebram a cadeia de celulose e na DE-A-43 22 966 a utilização dos aditivos promotores de degradação ureia e derivados de ureia. Também a EP-A-0 632 97 0 tem como base o problema da aceleração da velocidade da degradação de filtros de acetato de celulose, que é resolvido com uma adição de compostos de azoto. Na DE-A-43 25 352 propõe-se a utilização de um acetato de celulose modificado com ε-caprolactona para a preparação de filamentos. A EP-A-0 632 969 apresenta um acetato de celulose degradável com um baixo grau de substituição (um acetato de celulose com um grau de substituição > 2 é difícil de degradar). A EP-A-0 597 478 publica um acetato de celulose com um grau de substituição < 2,15 e aditivos aceleradores da degradação como policaprolactona. A EP-A-0 634 113 descreve um filtro para tabaco e um processo para a sua preparação à base de monofilamentos de ésteres de celulose, utilizando até 30% de polímeros solúveis em água, por exemplo amidos, para melhorar a degradabilidade do "filtertow". A EP-A-0 641 525 propõe, para melhorar a degradabilidade dos filtros de cigarro à base de acetato de celulose (fibras), a utilização simultânea de polpa de madeira ("wood pulp"). Também a US-A-5 396 909 descreve um filtro de cigarro com um "filtertow" de acetato de celulose. A WO 93/07771 descreve um processo para a preparação de um filtro para cigarro de 2,5-acetato de celulose, cuja velocidade de

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u, degradação é acelerada pela utilização conjunta de amido. A EP-A-0 597 478 refere-se a um acetato de celulose biologicamente degradável com um grau de substituição de 1,0 a 2,15 para utilização como matéria prima para a preparação, entre outros, de filtros para cigarros. A EP-A-0 539 191 apresenta um filtro para cigarro de peso leve, no qual o material filtrante é parcialmente constituído por uma espuma de poros fechados. Consegue-se desse modo uma redução do peso do filtro. Uma degradabilidade biológica melhorada apresentam a DE-A-40 13 293 e a DE-A-40 13 304 através da utilização do biopolímero ácido poli-hidroxibutírico e/ou do copolímero ácido poli-hidroxibutírico / ácido poli-hidroxivalérico (PHB/PHV) como matérias primas da fibra para a preparação de um "filtertow". A EP-A-0 614 620 descreve um elemento de filtro biologicamente degradável na forma de uma espuma ou de uma película à base de amido. O material do filtro prepara-se por extrusão. O dispositivo de extrusão apresenta várias zonas de temperatura. A GB-A-2-205 102 descreve um processo para a preparação de filtros para cigarro a partir de material polissacárido extrudido como por exemplo amido, na forma de película, espuma ou cadeia. As fibras de amido biologicamente degradáveis e sua utilização em filtros para cigarros são conhecidas da EP-A-0 541 050.

Como este grande número de soluções mostra existe, devido à crescente consciência ambiental, a necessidade de um material de filtro melhorado, por exemplo para filtros de cigarros, com propriedades de degradação biológica especialmente boas. O objectivo da invenção é disponibilizar um "filtertow" ou um material de filtro, de matérias primas de origem natural, para a preparação de filtros para cigarros ou filtros para artigos de fumo, que apresente boas propriedades de filtração, que não tenha influência sobre o prazer do fumo ou sobre a perda de aroma e cuja degradabilidade biológica seja melhorada. 3 Γ

Este objectivo consegue-se com as características das reivindicações.

Na resolução desta tarefa a invenção parte do pressuposto de preparar um "filtertow" ou um material de filtro a partir de fibras e filamentos de biopolímeros à base de amidos termoplásticos e respectivas misturas poliméricas.

As matérias primas biopoliméricas a partir de matérias brutas de agar de origem natural foram nos últimos anos afastadas do centro do interesse público por várias razões. Estas razões são por exemplo a inovação no desenvolvimento de materiais biopoliméricos, o aproveitamento de matérias primas fósseis, a redução da acumulação de lixo devido a uma rápida e completa degradação biológica nos ciclos naturais, a protecção do clima pela diminuição da libertação de C02, bem como as possibilidades de utilização para a agricultura. Os filtros de cigarros providos de "filtertow" de biopolímeros de acordo com a invenção são rapidamente degradados biologicamente após a utilização por meio de processos de decomposição naturais, constituindo uma solução do problema, por exemplo no que respeita a evitar entupimentos e perturbações de funcionamento em clarificadores, causados pelas beatas dos cigarros, que são principalmente rejeitadas pela rede de canalizações pública. Os biopolímeros utilizados, constituídos essencialmente por materiais amidados com propriedades termoplásticas, decompõem-se em pouco tempo nos produtos finais dióxido de carbono e água, quando são expostos à atmosfera sob o efeito adicional de microorganismos ou são descarregados com as águas residuais. É ainda particularmente vantajoso que um filtro para tabaco deste tipo reduza os teores em alcatrão e condensados no fumo, sem influenciar o prazer do fumo no que respeita ao sabor.

Em seguida ilustra-se a invenção com base em exemplos e nos desenhos a eles pertencentes. As Figuras representam o seguinte:

Fig. 1 um esquema processual da preparação de filtros a partir de fibras poliméricas de amido,

Fig. la um corte transversal de um elemento de filtro preparado segundo a Fig. 1, 4

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Fig. lb um corte longitudinal de um elemento de filtro preparado segundo a Fig. 1, Fig. lc um corte longitudinal de um cigarro com um filtro preparado segundo a Fig. 1, Fig. 2 um esquema processual da preparação de filtros a partir de películas biopoliméricas, Fig. 2a um corte transversal de um elemento de filtro preparado segundo a Fig. 2, Fig. 2b um corte longitudinal de um elemento de filtro preparado segundo a Fig. 2, Fig. 2c um corte longitudinal de um cigarro com um filtro preparado segundo a Fig. 2, Fig. 3 um esquema processual da preparação de filtros a partir de espuma de amido, Fig. 3a um corte transversal de um elemento de filtro preparado segundo a Fig. 3, Fig. 3b um corte longitudinal de um elemento de filtro preparado segundo a Fig. 3, Fig. 3c um corte longitudinal de um cigarro com um filtro preparado segundo a Fig. 3,

Fig. 4 uma representação gráfica da degradabilidade biológica de vários materiais de filtro.

Os materiais amidados utilizados para a preparação dos elementos de filtro dos "filtertows" ou materiais de filtro preparados de acordo com a invenção têm propriedades termoplásticas que permitem um tratamento após adaptação das condições de trabalho, tanto dos polímeros sintéticos e/ou dos acetatos de celulose, em processos "melt blow" ou em processos de velo rotativo. 0 processo "melt blow" para a preparação de fibras poliméricas a partir de uma massa fundida rotativa utiliza um dispositivo de extrusão, de preferência com uma bomba de fusão e bocas "melt blow" especiais alinhadas sequencialmente sobre uma borda com cerca de 1000 bocas. As fibras extrudidas, à base de materiais poliméricos de amido BIOPLAST® GF 102 e/ou GF 105, na forma de fios sem fim com um diâmetro de fibra de 1 a 35 μπι, são arejadas com ar, arrefecidas e cortadas conforme a 5 V u

necessidade. Sob uma corrente de ar soprando na direcção axial, que é aquecida inicialmente a 40 a 120°C e que por alternância com ar frio influencia a forma das fibras, reúnem-se as fibras nos passos processuais seguintes em feixes ou cadeias de fibras, colocam-se sobre uma banda em movimento e comprimem-se por meio de lâminas aquecidas ou arrefecidas num filtro sem fim ou num pau de "filtertow" e calibram-se. Estas fibras não são especialmente reforçadas e têm por isso uma estrutura macia frisada com uma grande superfície de filtração necessária a um "filtertow".

No processo do velo rotativo trabalha-se com termoplásticos de materiais amidados à base dos materiais poliméricos de amido BIOPLAST® GF 102 e/ou GF 105 com MFI (índice de fusão de acordo com a DIN 53 735) 18-200, em extrusores com bomba rotativa e boca rotativa com placa de bocas e mais de 1000 aberturas de boca, obtendo-se fibras extremamente finas e um velo. Neste processo produz-se no início de cada filamento um fio no qual se faz incidir pela boca lateral ar frio acelerado de modo a distender o filamento. Os fios extrudidos caem de uma altura de 3 a 10 m para um poço onde devido à altura da queda, à baixa viscosidade de fusão e ao arejamento axial se consegue uma distensão (1:5 a 1:100) das fibras, que adquirem assim uma maior solidez e um diâmetro de fio de 1 a 30 μπι. No extremo inferior do poço fazem-se vibrar simultaneamente ar e os fios, de modo que os filamentos de material amidado formados sejam recolhidos por uma banda solta, frisados numa máquina de frisar de câmara fechada e transformados em unidades de filtro numa máquina apropriada.

Segundo um processo preferencial para a preparação dos elementos de filtro 1 de acordo com a invenção representado na Fig. 1, trata-se um granulado de polímero de amido 2, que se emprega como material de partida, por mistura com aditivos escolhidos num dispositivo de extrusão 3, transformando-se numa pasta, e extrude-se como película na forma de fibras individuais 4 através de uma placa de bocas com o número de aberturas adequadas. As fibras 4 atravessam uma placa perfurada rotativa 5, reúnem-se num feixe de fibras, são puxadas em seguida através 6 de uma conduta 6, por exemplo lâminas de compressão, e enformadas num filtro sem fim 7. Num dispositivo de configuração 8 efectua-se a enformação seguinte em que o filtro sem fim 7 pode ser de novo conduzido a uma máquina de frisar de câmara fechada, sendo transformado em elementos de filtro individuais 1 numa máquina de cortar filtros.

As Figs. la e lb mostram respectivamente um corte transversal e um corte longitudinal de um elemento de filtro 1 constituído por fibras 4 de um polímero de amido. A Fig. lc mostra um corte longitudinal de um cigarro 10 com elemento de filtro 12 preparado de acordo com a invenção, em que um compartimento com tabaco 11 e um compartimento com o elemento de filtro 1 estão envolvidos e ligados com papel para cigarro 12, e em que o elemento de filtro 1 e a zona de transição para o compartimento contendo o tabaco 11 se encontram revestidos para reforçar com uma cinta adicional 13.

Em seguida descrevem-se os biopolímeros à base de matérias primas naturais a utilizar de acordo com a invenção. Eles são apropriados para a preparação de fibras, filamentos, filtros de fibras e "algodões", baseiam-se essencialmente em amidos e compreendem em especial amidos termoplásticos e o grupo das misturas poliméricas de amidos termoplásticos e outros componentes poliméricos degradáveis, como ácido poli-láctico, álcool polivinílico, policaprolactona, poliésteres alifáticos e aromáticos e respectivos copolímeros. Outros aditivos utilizados são agentes plastificantes como glicerina e seus derivados, álcoois de açúcar hexafuncionais como sorbitol e seus derivados. A preparação dos amidos termoplásticos efectua-se num primeiro passo processual com a ajuda de um agente molhante ou plastificante sem adição de água e utilizando amido seco e/ou amidos previamente secos por desgaseificação.

Os amidos contêm, na forma de amidos nativos comerciais, 14% de água, chegando o amido de batata a conter 18% de humidade inicial. Quando um amido com mais de 5% de humidade é plastificado ou colado sob pressão e/ou temperatura, obtém-se um amido desestruturado cujo processo de preparação decorre endotermicamente. O processo de preparação dos amidos 7

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t termoplásticos é, pelo contrário, uma reacção exotérmica. Além disso, as partes cristalinas do amido termoplástico contribuem com menos de 5% para tal e permanecem inalteradas. Em amidos desestruturados as partes cristalinas imediatamente após a preparação são também em pequena quantidade, no entanto aumentam durante o armazenamento de amidos desestruturados. Sujeito a alterações está também o ponto de transição vítreo, o qual em amidos termoplásticos se mantém a -40°C, enquanto que comparativamente em amidos desestruturados volta a subir acima de 0°C (ver também EP-A-0 397 819) . Por estas razões, os amidos desestruturados e as matérias primas à base de amidos desestruturados se tornam progressivamente mais frágeis durante o armazenamento. Na preparação das misturas poliméricas utilizam-se misturadores de fases para a homogeneização das fases hidrófilas e polares do polímero amidado e das fases hidrófobas e apoiares do polímero, que ou são adicionados ou, de preferência, formados in situ durante a preparação da mistura polimérica. Como misturadores de fases empregam-se copolímeros de bloco, que se encontram-se descritos entre outros nas WO 91/16375, Ep-A-0 539 544, US-A-5 280 055 e EP-A-0 596 437. A composição intermolecular destes vários polímeros efectua-se em condições diferenciadas de temperatura e de corte, obtendo-se granulados prontos a trabalhar. Estas misturas termoplásticas preparam-se tecnologicamente por acoplamento das interfaces das fases entre os polímeros pouco compatíveis, de modo a obter a estrutura de distribuição das fases dispersas no tratamento no intervalo optimizado (condições de temperatura e de corte). As propriedades materiais dos filtros de fibras de acetato de celulose e de outros filtros de biopolímeros de baixo peso molecular como ácido poli-hidroxibutírico (PHB) e ácido poli-láctico (PLA) , bem como de filtros com material de filtração de fibras poliméricas de amido distinguem-se entre si devido à variada estrutura química das superfícies poliméricas. Os amidos utilizados como macromoléculas tem um peso molecular > 1 milhão devido a mais de 75% de predominância da fracção de amilopectina. Isto leva, juntamente com a superfície polimérica hidrófila, a melhores propriedades de adesão das partículas 8 prejudiciais a filtrar no fumo do tabaco. Em especial, reduz-se a concentração de condensados no fumo de tabaco inalado em comparação com os filtros de acetato de celulose. Este efeito é influenciado pelo teor em fibras finas de polímero de amido e pela hidrofilia das fibras.

Misturas poliméricas adequadas à base de amidos termoplásticos e processos para a sua preparação são conhecidos por exemplo das DE-A-43 17 696, WO 90/05161, DE-A-41 16 404, EP-A-0 542 155, DE-A-42 37 535 e DE-A-195 13 235 e foram ainda propostos nas PCT/EP 94/01964, DE-A-196 24 641, DE-A-195 13 237, DE-A-195 15 013, CH 1996-1965/96 e DE-A-44 46 054.

Como mostra a Fig. 2 prepara-se segundo um outro processo de acordo com a invenção o "filtertow" ou o material de filtração para cigarros e artigos de fumo a partir de uma película 16 de um material amidado, em que a película 16 é frisada, dobrada e orientada no sentido do comprimento, transformada num pau de filtro redondo e revestida por um invólucro exterior de papel e/ou filme. Os materiais de partida a utilizar de acordo com a invenção correspondem aos materiais poliméricos já descritos, baseados essencialmente em amido. Um "filtertow" de película frisada e perfurada, de acetato de celulose, é conhecido da US-A-5 396 909. De acordo com o processo representado esquematicamente na Fig. 2 trata-se um granulado de polímero amidado 2 (material amidado BIOPLAST® GF 102) num dispositivo de extrusão 3 e no dispositivo de sopragem 15 a ele acoplado, obtendo-se uma película 16 (BIOFLEX® BF 102). A película 16 tem as seguintes características: num É constituída por 100% de monopelícula compostável, corresponde às exigências de qualidade da norma DIN 54 900 para materiais biologicamente degradáveis e possui a certificação "ok compost". A espessura da película é de 15-40 μη, a densidade de 1,2 g/cm3, a resistência à tracção longitudinal de 20 N/mm2, a resistência à tracção transversal de 15 N/mm2 e a permeabilidade ao vapor de água de 600 g/24 horas/m2 ( a 23°C e 85% de humidade relativa do ar) . Uma película com um "harten Griff" e uma espessura de 30 μπι é cortada em tiras, esticada, frisada num dispositivo de frisagem 17, dobrada, conforme o caso perfurada e,

V ι \i L-Cj dispositivo de configuração 8, transformada em seguida em elementos de filtro individuais 1. É vantajoso que a folha de amido 16 tenha uma incorporação de água muito superior à das películas de polímeros sintéticos como películas de polietileno, polipropileno e acetato de celulose. Deste modo, conserva-se a retenção de condensados e aumenta a flexibilidade do filtro. Os "filtertows" ou os materiais de filtração podem também preparar-se a partir de películas biopoliméricas que contenham, pelo menos parcialmente amidos termoplásticos. Para tal referem-se por exemplo as DE-A-43 17 696, DE-A-42 28 016, WO 90/05161, DE-A-41 16 404, EP-A-0 542 155, DE-A-42 37 535, PCT/EP 94/01946, De-A-44 46 054, DE-A-195 13 235, bem como as DE-A-195 13 237, DE-A-196 24 641, CH 1996-1965/96 e DE-A-195 15 013. A Fig. 2a mostra um corte transversal ampliado e a Fig. 2b um corte longitudinal ampliado de um elemento de filtro 1 a partir de uma película 16 de biopolímero frisada. A Fig. 2c mostra um corte longitudinal de um cigarro 10 com um elemento de filtro 1 preparado de acordo com o processo representado na Fig. 2. Um compartimento contendo o tabaco 11 e um compartimento contendo o elemento de filtro 1 do cigarro 10 estão envolvidos em papel de cigarro 12. Adicionalmente, o elemento de filtro 1 até à zona de transição para o compartimento que contém o tabaco 11 está revestido com uma cinta de reforço 13. A Fig. 3 mostra um esquema processual para a preparação de um "filtertow" ou de um material de filtração de acordo com a invenção para utilizar como filtro de cigarro e filtro para artigos de fumo, a partir de uma espuma extrudida de matérias primas naturais como amido. A preparação de espuma de amido por extrusão é conhecida, em princípio, por exemplo da DE-A-32 06 751 e da DE-A-43 17 697. É já conhecida desde cerca de 1930 a chamada extrusão de amido por cozimento. Neste processo gelatiniza-se o amido de preferência num extrusor de duas lâminas sob pressão e temperatura, desestrutura-se e extrude-se como cadeia de espuma. Uma utilização antiga desta técnica processual é na preparação de "snacks" em forma de espuma. São também conhecidas espumas de 10

ί—^ ^ amido extrudidas como enchimento ("chips") para embalagens. A EP-A-0 447 792 publica um processo para a preparação de espuma de papel a partir de fibras de papel, amido e álcool polivinílico completamente saponificado por extrusão para utilização como material para diques.

De acordo com a invenção (Fig. 3) , num dispositivo de extrusão 3, espessa-se espuma de amido 20 a partir de uma mistura inicial 21 de amido, de preferência amido nativo de batata, e aditivos plastificantes e de formação de películas, por activação térmica e mecânica, modifica-se se for caso disso, plastifica-se e expande-se por queda de temperatura e pressão, transforma-se num perfil arredondado de espuma com um diâmetro de 10 mm e no processo de formatação lamina-se rotativamente com um diâmetro de 7,8 mm e transforma-se em pauzinhos de filtro com um comprimento de 12,6 mm. O peso específico do elemento de filtro de espuma é de 12 kg/m3. É particularmente vantajoso neste caso que a espuma de amido extrudida 29 tenha uma estrutura de poros abertos, de modo que o material de filtro em forma de espuma de amido desestruturado, com um teor cristalino inferior a 5%, seja capaz de absorver os líquidos e materiais nocivos fluidos contidos no fumo do tabaco, como condensados e alcatrões, enquanto que a própria espuma de amido não emite para 0 fumo do tabaco quaisquer produtos voláteis inaláveis. A fig. 3a mostra um corte transversal ampliado e a Fig. 3b um corte longitudinal ampliado de um elemento de filtro 1 constituído por uma espuma de amido 20. A Fig. 3c mostra um corte longitudinal de um cigarro 10 com um elemento de filtro 1 preparado de acordo com o processo representado na Fig. 3. Os compartimentos contendo o tabaco 11 e o elemento de filtro 1 do cigarro 10 estão envolvidos conjuntamente em papel de cigarro 12. Além disso, o elemento de filtro 1 até à zona de transição para o compartimento que contém o tabaco 11 está revestido com uma cinta de reforço 13.

Num processo de um só passo, como o representado na Fig. 3, prepara-se a espuma de amido 20 por extrusão num extrusor de duas lâminas Continua 37® e espessa-se num passo de 11

u compressão, sendo transformada num dispositivo de roldanas 22 num filtro sem fim 7. A formatação e produção de elementos de filtro individuais 1 seguintes efectua-se num dispositivo de configuração 8. As condições de procedimento e as receitas para a instalação do processo de um só passo para a preparação do "filtertow" ou do material de filtração a partir de espuma de amido encontram-se indicadas nas Tabelas I e Ia baseadas em 4 exemplos. Um "filtertow" essencialmente elástico e compressivel com uma estrutura de espuma de poros abertos representa um resultado satisfatório do processo (exemplos la3e5a8).No processo de acordo com os exemplos 1 a 8 (Tabela I e Ia) e Fig. 3 utiliza-se um extrusor de duas lâminas do tipo Continua C 37 da firma Werner & Pfleiderer para a extrusão do material de espuma de amido. 0 extrusor apresenta uma placa de bocas que pode estar equipado com 1 a 4 aberturas de boca com um diâmetro de 1,5 a 4 mm cada. 0 ajuste de temperatura do extrusor efectua-se por meio de aparelhos de arrefecimento e aquecimento externos. 0 extrusor tem seis zonas de temperatura, sendo as primeiras quatro zonas mantidas a temperaturas de 25 a 140°C. As zonas de temperatura 5 e 6 podem trabalhar com temperaturas de 140 a 165°C. As temperaturas de trabalho preferenciais encontram-se indicadas nas Tabelas I e Ia. 12

Tabela ^r1 o S Continua C 37 O o O 7 0 °C U o O LO t—1 165 ° C 180°C 195°C 350 63 190°C 3 0 bar 4,0 mm rH central r- ro u 03 3 i—1 C G Ê 03 H u O O U u 03 5 G 4-) u O O O O O o n 4J cn G o o O O LO O O O o C o O O O LO r- 00 O LO ro cr» O tu 2 U rH rH \—1 cm ro LO 1—1 00 x—1 u r- 00 o ' 03 3 rH G G ro -H o Ό u u o 03 ê G 4-J u u O O o o O X) δ 4-) CM c O O O O LO O o O o c O o O O LO Γ- 00 O LO o co O 04 2 o Γ" i—1 i—1 rH CM ro r- *H rH U Γ- ro o 03 3 1-1 c G ε 03 •H u u u o u 03 c G 4-) u u O O 0 O O x> 44 I—1 c O O O O LO O o LO LO C o O O O LO Γ- 00 O LO o cn O di 2 D r- i—1 rH rH CM ro r- x—1 LO CM i—1 υ (D 03 cn CM 00 LO LQ Ti Ti 03 o Ti a a a a a a *03 £ £ £ £ £ £ o cn cn di 0) 0) ω ω <L) *03 3 03 Eh Eh Eh EH Eh Eh dP cn a u o 3 o o *03 W O ω q; o ω (li o o lw O ^-1 Λ O 03 Ό Ό Ό •o T3 Ό 4-1 *03 iro 44 03 G c o • cn di di υ ro •H O 03 03 03 03 03 03 di 03 a cn £ 03 Ό o ro £ a G £ c G £ £ £ b 44 b 0) <03 u * i υ <03 Ή O o o O o o a 0 o (li G -H 0 O o o •—1 E-t CN! INI 03 tS3 CN! CN! D £ G Eh Dj Q n 2 υ n cn 03 O 3 Ό Ti <u Ό G G O O O •—1 cn cn a 3 cn 3 £ G o G 0) 4-1 Ti 4J X! X 03 X ω ω Q d) 13

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Os valores de rotação do extrusor de duas lâminas situam-se de preferência entre 200 e 300 Upm. O valor de rotação juntamente com a quantidade doseada do material de partida determinam também o momento de rotação do dispositivo de extrusão. Para os ensaios escolheu-se um valor de rotação de 350 Upm. Consegue-se uma expansão óptima da espuma de amido 20 a temperaturas da pastâ de 160 a 195°C. Estas temperaturas de massa verificaram-se nos ensaios. No dispositivo de extrusão formam-se pressões de trabalho de 25 a 35 bar, obtendo-se os melhores resultados a altas pressões da massa. Em relação à configuração das bocas investigaram-se variações do diâmetro, do número das bocas e da disposição das aberturas das bocas na placa de bocas. Testaram-se as aberturas das bocas com 1,5 a 3 mm de diâmetro, tendo-se variado o número das bocas de 1 a 3 bocas. A disposição da abertura das bocas testou-se desde o centro da placa de bocas num diâmetro médio até a um diâmetro maior. Em cada ensaio efectuado do processo de um só passo testou-se uma boca com um diâmetro de abertura de 2,5 mm (exemplo 1) ou 4 mm (exemplo 2), com colocação central.

Os materiais de partida para o processo para a preparação do "filtertow" ou do material de filtro de acordo com a invenção são: amido de batata nativo da firma Esmland, tipo Superior agente de distribuição (mistura de NaHCC^-CaCC^-ácido cítrico) álcool polivinílico da firma Hoechst do tipo Mowiol 17-88 e agente fluidificante (fosfato tricálcico), bem como, conforme o caso, amida poliéster (comercializada pela firma Bayer AG sob a designação VP BAK 1095) , como conhecido da EP-A-0 641 817 e uretano poliéster (comercializado pela firma Bayer AG sob a designação Degranil DLN), como proposto na DE-A-196 15 151.

Para a dosagem da mistura amido-aditivo (dosagem sólida) utiliza-se um aparelho de dosagem volumétrico de uma lâmina, sendo as quantidades doseadas directamente dependentes dos parâmetros de trabalho do dispositivo de extrusão. O aparelho trabalha com uma lâmina vazia e tem um caudal de 1,5 19

U kg/hora até 35 kg/hora. As quantidades de dosagem preferenciais verificam-se na Fig. 4.

Para o doseamento liquido utiliza-se um aparelho de doseamento de membrana do tipo Gamma/5 da firma ProMint. Nos exemplos 1 a 8 variou-se a quantidade de liquido de 0 a 5 litros/hora. Na Tabela I indicam-se os volumes doseados do liquido como cilindrada (em 0,1 ml/cilindro) por frequência de cilindrada (em cilindrada por minuto) da bomba doseadora. Ajustando o aparelho de doseamento a 5:55 doseiam-se 0,5 ml por cilindrada com 55 cilindradas por minuto. Isto dá uma quantidade doseada de 27,5 ml por minuto. 0 dispositivo de roldanas 22 é constituído por quatro discos de correia fresada sucessivos. Variou-se o diâmetro dos discos de correia e a profundidade/largura das ranhuras nos ensaios efectuados. Testou-se ainda a utilização de molas com variadas tensões que podiam exercer uma pressão sobre os discos de correia de 5 a 100 N. As pressões preferenciais do dispositivo de roldanas encontram-se indicadas na Tabela I. O filtro sem fim 7 da espuma de amido 20 foi assim encurtado variadamente e finalmente padronizado a um determinado diâmetro final.

Num condicionamento subsequente, conforme o caso, ajustou-se a humidade residual da espuma de amido 20 a um determinado valor.

Como dispositivo de configuração 8 utilizou-se um granulador de tirante com lâmina de uma só via incorporada. Ajustando o valor de rotação da faca e o número de facas pode, a uma velocidade constante da lâmina, ajustar-se o comprimento do elemento de filtro 1 ou do filtro para cigarros.

Com base nos exemplos efectuados tiraram-se as seguintes conclusões:

Aumentando o número de rotações do dispositivo de extrusão aumentam a pressão da massa e a temperatura de fusão e melhora a expansão da espuma de amido. Ao mesmo tempo deve aumentar-se a quantidade doseada para conseguir manter estes efeitos. Uma maior quantidade de líquidos doseada tem o efeito de fazer expandir fortemente a espuma de amido directamente atrás da 20 f ^ ^ boca, mas de se desmoronar em seguida. Por isso, tem de determinar-se rigorosamente a proporção de dosagem dos sólidos e do liquido. Os parâmetros de trabalho ajustáveis são condicionados pelo momento de rotação máximo do dispositivo de extrusão 3, de modo que o caudal e a temperatura se situem numa gama média durante o trabalho no extrusor. Conforme os parâmetros de trabalho escolhidos para os dispositivos de extrusão e de dosagem, o filtro sem fim 7 de espuma de amido 20, antes de passar ao dispositivo de roldanas 22, tem uma densidade de 6 kg/m3 a 10 kg/m3. Após a compressão no dispositivo de roldanas 22 a densidade do filtro sem fim 7 aumenta devido à diminuição de volume a massa constante. Este aumento de densidade depende essencialmente do diâmetro do filtro sem fim 7 antes do dispositivo de roldanas 22, do número de discos de correia e das pressões aplicadas.

Numa execução do processo em duas etapas prepara-se primeiro um granulado de amido de acordo com um processo conhecido (por exemplo DE-A-43 17 696 ou WO 90/05161). Em seguida efectua-se o processamento do granulado de amido por meio de nova extrusão num extrusor de uma lâmina, obtendo-se uma cadeia de espuma de amido, e a confecção do "filtertow" ou do elemento de filtro 1 em condições análogas às do processo de um só passo. Prescinde-se por isso de uma detalhada descrição do processo. As Tabelas II e lia mostram, com base em conjuntos de quatro exemplos, as condições de processo e as receitas para a preparação de granulado de polímero de amido termoplástico (Io passo do processo): 21 p Lc ^

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As Tabelas III e Illa mostram as condições de processo para a preparação de "filtertows" ou de material de filtração a partir de granulado de polímero de amido a transformar em espuma de amido (2o passo do processo): 26 p Lz ^^

Tabela III O £ 5 0 mm 135 cm 45 s U ο Ο 7 0 °C 190°C 190°C 190 ° C 190°C 350 26 Ampere 190°C 30 bar 1,5 mm CM 0J Ρ ω ε a Ρ £ £ u U υ υ υ £ υ 03 £ g ífl u υ Ο Ο Ο Ο Ο X) co LO Ο Ο Ο Ο Ο ΙΟ Ο Γ" ιη o O CO LO Ο Ο (Τι cn (Τι CO ΙΟ [ 00 Ο 2 LO t—1 •%r ι—1 rH τΗ Τ—1 οο CM rH LO rH CM οι Ρ 0J ε α Ρ £ £ u U u ο υ £ U 03 £ g M U ο Ο Ο Ο Ο Ο χ> CM LO Ο Ο Ο Ο Ο Ο ο CM LO o O CO io Ο Ο (Τι σ\ <Τ (Τι LO CD (Τι Ο 2 LO \—1 -ÇJI γΗ —i ι—1 γΗ 00 CM rH LO 1—1 CM - 0) Ρ οι ε α Ρ £ p υ υ υ υ U ε υ 03 £ £ to υ υ Ο Ο Ο Ο Ο XI ΐ—1 LO Ο 0 Ο Ο Ο LO ο Γ- LO 0 o 00 LO Ο Ο σ\ (Τι <Τϊ (Τι ιο ΙΟ (Τ ο 2 LO i—1 Γ" Λ—1 \—1 1-1 \—1 00 CM γΗ LO r—1 CM 03 03 Ό ιΗ CNJ 00 LO κο "Ό xs • • • • • • ο α α & & & & (03 o 03 ε ε ε ε ε ε ο V3 tn 4-1 •Η <υ (1) οι ω οι 0) (03 Ρ 03 β υ Εη Εη Εη Εη Εη Η 04 υ o 0) c Ρ ο ο P <—I ε •—1 <01 οι <d 01 0) 01 <υ ο 03 04 Ο Ρ X! 4-> 03 03 G Ό Ό Ό Ό Ό •ό ε •Η ιπ3 Ρ rcJ 01 P P P 0 03 Ρ tn • W αι αι C ε α •Η α ε (0 03 03 03 03 03 1/1 Ρ & m ε 03 Χί Ή <03 α ε α ε P C C G C G C ε G <υ ε 0) <03 υ ε cn 0 (0 οι X) P X X 03 X ω ω P ω 27 Γ 1—ò }=^&. paralela 48,0 kg/h Ν° 4 04 Ε υ \ £ ο γΗ C\1 Ε υ \ 21 ο ΓΟ 04 e υ \ a σ m 04 Ε U \ a ο Γ- 0,85 cm não mensurável 00 CP Λί Ο kO ι—1 paralela 48,0 kg/h \ ΓΟ ο a CM Ε υ \ 2. ο τΗ 04 £ υ \ s ο Γ0 04 Ε υ 2 σ m 04 Ε U \ a ο Γ" Ε υ ΓΟ 00 ο Ε 0 CO Γ Ο 00 É: CP Μ m (Ti 00 a N CP ΓΟ \—1 00 00 η Ê Ε ίΰ \ 04 04 04 04 \ \ CP Ε Ε Ε Ε Ε Ε σ' CP tu .γ U U υ υ υ υ x; \ \ \ \ fd Ο (Μ ζ Ζ ζ ζ UO 00 \—] i—1 U4 1*. CO Γ— *- «» 03 CO ο Ο Ο Ο Ο O Γ0 α, ζ 1—1 ΓΟ LO Γ- ο ο i—1 1-1 00 00 η E E 03 \ (Μ Ον] 04 04 \ \ CP Ε Ε Ε Ε Ε Ε CP CP ω Λί U ϋ υ υ υ υ M \ \ \ \ 03 Ο ϊ—1 Ζ Ζ Ζ ζ Γ*"· 00 CM c—* μ σ\ Γ— - 03 00 Ο Ο Ο σ Ο ·«. O LO α, ζ τ—1 ΓΟ LO Γ- ο ο ϊ—1 i—1 Í0 (0 C0 C0 V) ο 0 o o 03 03 <ΰ 03 03 03 Ό Ε τι Π E Ti Τ3 Ti Μ C C C C •Η • •H Μ •Η τ-4 •rj C\1 π m •Η 4-1 S-i 4-4 su Ε s Ε Ε α a Ό 03 <Γ0 ο <íd ο <ttí Ο <rd ο Ε Ε Ê E Ο V) 1—1 Ή *03 —1 *03 •—I *03 ι—1 *05 ω ο cu Ε X! (1) m (1) m fl] m (1) m Μ U 03 03 03 (U 03 π π <υ 4¾ <u •π <U -μ 0 4-1 ο T3 o Ti o υ m CP Εη ^ μ ^ Η ^ Μ ^ Μ 0) Ur 01 Μ -H H Ή P Ο rd 03 α α α α Ε 4-1 Ε 4-1 VI -P CO -P ι—ι υ C0 ί-ι S-I U4 μ Μ <03 ι—1 <0ί ι-1 C r-H C fH ο ο ο (U m ω rd 0) rd α > Qj Ό CU Τ) Pu Ti CU Τ! Q 4-4 Ρ Μ—I P 4-4 P 4-1 Ο 4-1 £ rd U ιη C0 01 Ε 03 rd Τί 0) 4-1 C CP -Η 03 VI 03 α) Ό ο (0 υ ι—1 Τ! η α) Ο π5 Q tá tá Ρ 28

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V

A Fig. 4 mostra os resultados em representação gráfica de testes de degradabilidade biológica para o material de filtração de acordo com a invenção, em que a linha a) representa espuma de amido, linha b) fibras e películas (material de amido BIOFLEX® BF 102), linha c) pó de celulose e linha d) 2,5-acetato de celulose. A propriedade essencial do material de filtração de acordo com a invenção é a rápida degradação biológica. Esta propriedade foi testada no material polimérico de amido BIOFLEX® BF 102 segundo o método seguinte (pelo Instituto O.W.S. em Gent, Bélgica): CEN Draft "Evaluation of the Ultimate Aerobic Biodegradability and Disintegration of Packing Materials under Controlled Composting Conditions

Method by Analysis of Released Carbon Dioxide", correspondente à ASTM D 5338-92 modificada. O material polimérico BIOFLEX® BF 102, constituinte das fibras e das películas para a preparação do "filtertow" ou do material de filtro de acordo com a invenção, encontrava-se mineralizado a 96,6% após 45 dias nas condições do teste. A substância de referência, pó de celulose pura (linha c) ) , que se considera completamente biologicamente degradável, no mesmo período de tempo e nas mesmas condições, degradou-se apenas 79,6%. Por isso, segundo a confirmação do

Instituto O.W.S., pode considerar-se o BIOFLEX® BF 102 como completamente biologicamente degradável. O material de filtro de espuma de amido (linha d) ), devido à sua superfície porosa e à sua composição polimérica, é ainda mais rapidamente completamente degradável. A excelente degradabilidade bioquímica determinou-se através dos valores de CQO (carência química de oxigénio em mg/1) e de CB05 (carência biológica de oxigénio em mg/1), tendo sido determinados um CQO de 1050 mg/1 e um CB05 de 700 mg/1. O quociente CB05/CQ0 x 100 dá uma elevada degradabilidade bioquímica de 66%, sendo os valores superiores a 50% correspondentes a uma muito boa degradação. Logo após 10 dias o material de filtro de espuma de amido se encontrava biologicamente degradado a mais de 90% em condições de compostagem aeróbia.

Todos os materiais de filtro preparados segundo processos de acordo com a invenção correspondem às exigências de 32 qualidade da Folha LAGA M 10: Critérios de Qualidade e Conselhos de Utilização para Compósitos, bem como da DIN 54 900: "Teste da Compostabilidade de Materiais Poliméricos" e ao Certificado "Compósito OK".

Lisboa, 28 de Março de 2000 AGKNTH ohcial da propriedade industrial tV“\ 33

Claims

Γ

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a preparação de elementos de filtro biologicamente degradáveis (1) ou de "filtertows" para elementos de filtro de tabaco para fumar, com um material de filtração constituído por amido e/ou uma mistura polimérica à base de amido, caracterizado pelos seguintes passos processuais: a) alimentação contínua de uma mistura doseada de matérias primas naturais e/ou de uma mistura polimérica à base de amido, bem como de outros aditivos, a um dispositivo de extrusão, em que os outros aditivos são álcool polivinílico, amida poliéster e/ou uretano poliéster, um agente fluidificante bem como, conforme o caso, um agente de distribuição, b) aquecimento e humidificação da mistura, sob um regime de temperatura e pressão definido, para formação de uma massa fundida, c) extrusão da massa fundida através de uma boca, d) formação de um extrudido com uma configuração permeável ao ar, e) compressão do extrudido e formação de um filtro cilíndrico sem fim e f) revestimento do filtro cilíndrico e formação de elementos de filtro individuais.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os passos c) e d) se seguirem continuamente um ao outro.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por num primeiro passo processual se preparar nos passos a) a c) um granulado de polímero de amido termoplástico, que num segundo passo do processo se transforma em elementos de filtro num extrusor de uma lâmina de acordo com os passos a) a f) . 1 p L-^ ^^
4. Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado por o extrusor utilizado nos passos processuais a) a c) ser um extrusor de duas lâminas.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a matéria prima natural ser um amido nativo ou modificado, de preferência um amido nativo de batata.
6. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o extrudido se apresentar na forma de espirais, películas ou espuma.
7. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por as bocas apresentarem mais de 1000 aberturas de boca para a extrusão de espirais, 1 a 2 aberturas de boca para a extrusão de películas ou 1 a 40 aberturas de boca para a extrusão de espuma.
8. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a boca para a extrusão de películas ser uma boca de fenda larga ou uma boca em anel ou uma boca dupla, e se formar uma película plana ou uma película soprada.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por os dispositivos de extrusão apresentarem várias zonas de temperatura, de preferência seis zonas de temperatura.
10. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por o passo processual a) decorrer numa das zonas de temperatura 1 e 2 e por o passo processual b) decorrer numa das zonas de temperatura 3 a 6. 2 e se extrudir a massa fundida na forma de espuma a 18 0-2 2 0 0 C . 12 Processo de acordo com uma das reivindicações 1, 2 ou 4 a 10, caracterizado temperaturas: por se efectuar o seguinte regime de zona 1: 25-45°C zona 2: 70-110°C zona 3: 110-160°C zona 4: 150-220°C zona 5: 180-220°C zona 6: 180-220°C, Processo de acordo com a reivindicação 3 ou com a reivindicação 3 em combinação com uma das reivindicações 4 a 10, caracterizado por se temperaturas: zona 1: 25-45°C zona 2 : 60-110°C zona 3 : 90-120°C zona 4: 90-120°C zona 5: 90-120°C zona 6: 90-125°C efectuar o seguinte regime de e se extrudir a massa fundida na forma de granulado a 80-18 0 0 C .
13. Processo de acordo com a reivindicação 3 ou com a reivindicação 3 em combinação com uma das reivindicações 4 a 10, caracterizado por se efectuar o seguinte regime de temperaturas: zona 1 zona 2 zona 3 zona 4 zona 5 zona 6 25-45°C 60-120°C 100-190°C 140-190°C 140-190°C 140-200°C, e se extrudir a massa fundida na forma de espuma a 150-200°C. 3
14. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por a massa fundida se plastificar antes da extrusão.
15. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por o material de filtro ter a forma de uma cadeia, se espessar na direcção perpendicular ao eixo e se revestir. Lisboa, 28 de Março de 2000 AGENTE OFICIAL 15λ propriedade industriai.

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