PT91032B

PT91032B - Processo para a preparacao de produtos de amino conformados biodegradaveis

Info

Publication number: PT91032B
Application number: PT91032A
Authority: PT
Inventors: Norman L Lacourse; Paul A Altieri
Original assignee: Nat Starch Chem Corp
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1995-12-29
Also published as: NO892551D0; CA1331671C; FI892972A7; FI892972A0; DK298289D0; EP0375831A1; PT91032A

Description

A presente invenção refere-se a produtos conformados biodegradáveis incluindo produtos de embala, gens e materiais de embalagem de derivados de amido com alto teor de amilose e ao processo para a reapectlva preparação.

Os problemas associados ao manuseamento de resíduos ambientais, em particular as grandes quanti. dades de produtos de plástico descartáveis e o número limitado de áreas para enterramento deram um maior ênfase ao desenvolvimento de produtos que sejam quer biodegradáveis quer recicláveis. Isto é particularmente verdade nas áreas de embala, gem em que utilizam sob várias formas grandes volumes de mate, rlala de embalagem de plástico descartáveis, incluindo conten.

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I toras, falbaa» palicalas, taboa a eaebiseates, Devido a cate graade assesto aa atlliaaçãa da aatarlaia pláetlcos foi premeste fabricar aatariaie descartáveis a partir 4a plásticos ! biodegrsdávala pera radacir aa prablaaaa 4a rejeição da raaíj daoa. Dlvaraaa racãaa lapedlraa e doaaavolviaaato · a poealbt i dada 4a descaveivieeete desta tacaolegla excepto aa altaações ' aapeelaia. Aataa de aala, ea plãatlcoa 4a eabalagaa da voluea elevada tala eaae» polietíleao, pallaatlraaa» pallpreplleae a

J pailatileae-tereftslata aãa baratas a aaa aãa biodegradáveis, ί λα teatatlvaa para taraar aataa aaterlala biodegradáveis alatareada—aa coa eargss aa aditivas bladagradávala asa tiveras aalto Salto. Os plásticos ozlsteates ^ea são bladagradávala aãa deficientes qaaata áa preprlededee reçaerldaa aa aalar parta des apllcaçoee da eabalagaa a aãa aala caras da çee oa plásticas da eabalagaa valgaraeata atlllsades. Oa plásticos degradáveis asa aala dlflclos de reciclar do çaa os plásticos aso degradáveis, Aláa disso, asa ostra razão pala çnal as plásticos aãa degradáveis aãa preferidos aas aoaaa de Useiras ί o facto de não gerares gases aaeivoa as tóxicos.

«eido, sa aatarlal facllssate obt£ cível ceafaecide ceae biodegradável, taa alda st111sedo para ! preparar prsdatoe «apeasses o da palteale bea eoao estros pro. dates caaforsedoa para diferentes fiaalidadca laelaiado cartas aplicações da eabalagaa. 9a Fateat Caaparatlaa Treaty (PCT) Pvblicattoe «· 90 83/02955» ferae-ee aa pradata eapaaesa da salda aedlaato a estresse da aalda aa praaaaça da aa agaste ¹ da eapaaaãa gasoso, soado aata pradata stlllaável aa várlaa :aplicação· tala ceaa falbaa da aapaaa aa aaebiaaataa para eabalagaa·

1 atlliaaçãa da aaterlala da aalda para faraar prodatoe da pellcala á baa coabaclda tal eoao aa descreve» par azaapla, aa pataata da iavaaçãa britíalce a*

965 349 aa gaa ae descrava a estresse da aatarlal da aallaaa aaa atlliaaçãa da dissolvestes para faraar pallcalaa çaa tía ascalaata raaiatíacia á tracção. ffaa ostra operação de faraa! - 2 ί A r-Kl·

ção da película âddiuuta utilização de ueido á deacritu na po. Ceate de iuroaçao uoíte—auericauu a⁹ 3 116 351 aa que «a preparo uea película de aeiloso aãu «aportada aediaate estrasaa do uaa uoljçeo aquosa de na alcali β aaílose ea uao ai st ura de coagulação dr uulfato de aeônio e sulfato de aódio.

Ma pateate do i amaçao uorte-âcaf ica. aa c· d 156 759 descreve-se ua processe para o preparação de eapuaa de poliuretano bareta «edieate incorporação de ua unido que contee u« saterlal aeiláceo no astorial espuaoso pare ae obter produtoa de elevada reslllôncls rígido» ou flexíveis,

Ma patente de inveoçeo uorte-aaer ici^ aa a® 3 137 392 descreve-·· a extraseo de aeido para produxir ea prodsto gelatiaizedo expaadido co· diversos foreatea · fojr •aa, tale coeo ílu«, carda» e tsbos que aão ateia auea varie, dade de aplicações.

Ma pateate de lavenção sorte-eaerica aa a® 3 336 429 deacreve-se «a proceaae para a preparaçao de estruturou du ,1*11^4« llapidee» finas de iufau alourada eu fornas tuia coeo, películas, tebea ciatae e filaeectoa, »·diacte extração do ana aoleçao cáustica aquosa de aa aeterial co» alto teor de .^ilos· através de aa banho ácido aquoso.

M* pateate do invenção aorte—aaeríca. aa »· 3 991 624 deacreve-ee a proparação de « produto de <·χ do poroeo hidráfobo dlspersável, aadleste extrusão do « este, riel do aeido hidráfobo escolhido e »· teeporature compreendida entre 100° e 250° C e eoa · teor do heaidade coapreesdi^ do estro 4 a 15X.

etllixsção de aeido ea allaeato» e prodetea de eoafeltaria é baa coahaeida. Qaa area ea qua a stilixação de eaido tee apresentado particular interesse, co» preeode «s preôute» expaadidos tale coso aliaesto» pera *saack^a a allaeetes drj pst. A qualidade destes produtos ~

bad original tal coao avidaacisda pala aaa aaparaxa. a afaetada pala voleaa da αχρααααα. o gaa fel aatadada · reviste aa dela artigos racaataa par B.Cblsaaawaay a M.A. Saaaat *talatiaaablp Batwaaa Aaylasa Caataat aad Sxtraalaa-Cxpaaalaa Prapartiaa af Cara Stercb*. Caraal Cbaslatry. fel. 65. a· 2. 1986. pp· 138-143 a Optlaaa Kxtraaloa-Caafctag Caadltiaaa far Maxiaaa txpaaaiaa af Cara Starch. Joaraal af Poad Scleaca. Tal. 53. a» 3, 1988. pp, 834-840· atilisação da aalda aa eaafoeçâo da pradataa da eoafaltaria · daacrlta αα pataata da iavasção aarta-aaarleaaa s⁹ 3 265 509 aa gsa aa faa passar através da aaa estradara «aa alatara da agecar a aalda coa alta taar da aallaaa aa praaaaça da aaaaa da 2SZ da haaldada. para aa obtar aaa aaaaa da caafaltarla sólida, plástica · que ratas s foras.

pataata da iavaaçãa aarta-aaaricaas a⁹ 3 962 1SS daacrava aa produto aspaaaaa aaldada eoa dif·. reates foraaa obtido alataraada palalaaa. aa paliaaaearídao predasido per Pallalarla gallalaaa· aa palalaaa ««difiçado eoa aa agasto gasoso formador da aapsaa·

Alada gaa aaltaa das daacrlçaãa este, rioraaata referidas apresastes s etilissçso ds setoriais do saldo costeado aaileso oa pradatoa gao foraaa palfcalaa o outros vãrlaa pradatoa caafaraadaa. a atllixação daataa aatariaia oa oabaiagoa toa aida garalaosta llaltads s dataralaadse aplicações taia coao palfcalaa para aavolvar aliaostos· A ires daa astorisis da aabalagaa raalliaataa. eaapraaafvala de ;baixa daaaldada para atlllaaçõaa tala coao aabalagaa da prota& «so tas aido gorslaoste doixada soa plóatlcaa da baixo peso» iaclaicdo pollaatireao axpaadlda. aaia aa partlealar Styrofoes (aarca caaarclal de Dow Cbaaleal Ca·). Costado, cosa aa referia eatorioraeate, estes aeterials aaa sso biodegradáveis e. daata soda, existe alada α aacasaidada da diapÓr do aa aatobao ob'Q'^nal

rial que satisfaça aos requisitos da procura da indústria de embalagem satisfazendo ao mesmo tempo as regulamentações e controlos governamentais sempre crescentes para os desperdícios ambientais.

A presente invenção proporciona produtos conformados biodegradáveis que compreendem produtos de amido de alto teor de amilose que têm baixa densidade, estrutura celular fechada com boas propriedade de resiliència e conpressibllidade. Mais em particular, os produtos de amido expandidos de acordo coa a presente invenção, que incluem pro. dutos de embalagem e materiais de embalagem, têm, pelo menos, 45Z em peso de teor de amilose, uma densidade a granel compreendida entre 1,6 e 80 Kg/m^ (0,1 a 5 lb/ft^) uma reslliência de, pelo menos, cerca de 20Z e uma coapressabilidade coa— preendida entre cerca de 100 e 800 g/cm .

Ea uma concretização da presente invenção, o produto biodegradável á um material de embalagem, tal como uma inserção ou enchimento perdido com uma estrutura celular fechada uniforme coa uma densidade a granel menor que

O Q | cerca de 32,0 Kg/m (2,0 lb/ft ), uma resiliència de pelo aenos cerca de 50Z e uma coapressibilidade compreendida entre 2 cerca de 100 e 800 g/cm .

Uma outra realização da presente invenção diz respeito a um processo para a preparação de produtos conformados biodegradáveis, de baixa densidade, tais como produtos de embalagem e materiais de embalagem, compreendendo a extrusão de um amido contendo amilose com um teor de amilose pelo menos de 452, na presença de uma teor total de húmida, de menor ou igual a 21Z em peso, a uma temperatura compreendi^ da entre cerca de 150° e 250° C.

Uma outra realização desta invenção refere-se a um produto conformado preparado por extrusão de um amido modificado coa elevado teor de amilose que contem

cerca de 2% ou sais em peso de sal

Â. capacidade para proporcionar produ. tos conformados para aplicações de embalagem que sejam biodegradáveis e uma característica importante da presente invenção# j 0 termo biodegradável** tal como se usa aqui refere—se à sus— ceptibilidade de uma substância á decomposição pelos seres νχ ! vos (organismos/microorganismos) e/ou factores ambientais naturais, por exemplo, a capacidade dos compostos para serem destruídos pelas bactérias, fungos, bolores e leveduras. Os plásticos utilizados na embalagem especialmente o poliestireno nao sao biodegradáveis. lato cria um problema aa área de embalagem de baixa densidade, em que se utilizam grandes quaii tidades de poliestireno expandido, tal como Styrofoam em muitas aplicações, particularmente ea embalagem de protecção ou enchimento perdido. Ainda que o amido aeja o material com pr<> priedadea biodegradáveis conhecidas, a sua utilização na emba lagea nao está generalizada, fundamentalaente devido á sua ca. rência de muitas das propriedades físicas requeridas para os produtos de embalagem.

Agora, de acordo com a presente invenção, obteve-se um produto conformado biodegradável de baixa densidade e barato, mediante expansão de um material de amido com alto teor de amilose, tendo um teor de amilose pelo menos de 45Z em peso, por melo de uma extrudora na presença de um teor total de humidade menor ou igual a 21Z em peso, a uma temperatura compreendida entre cerca de 150° e 250° C. De. pendendo da aplicação final particular, o produto expandido pode ser utilizado sob uma forma obtida após extrusão por exen pio, uma folha, um produto cilíndrico ou semelhante a uma co£ da ou pode ser pósteriormente formatado e configurado em formas diferentes, tais como um cartão, contentor ou um tabuleiro. Em uma realização, o material de amido de alto teor de amilose expandido sai da extrudora sob a forma de uma folha ou de uma corda cilíndrica e tem excelentes propriedades de resiliência e compreasibilldade, o que associado á aua baixa

densidade o torna vantajoso para utilização coso material de j embalagem, particularmente na área de embalagem de protecção.

Deste modo, o produto de amido blode. gradável expandido pode ser proporcionado sob várias formes e formatos que o tornam utilizável como produto de embalagem j tais como contentores, cartões, tabuleiros, copos, pratos, ; folhas etc., ou como um material de embalagem para utilizações tais como, enchimento perdido, isolamento, folha ou como emba^ lagem de protecção, por exemplo, almofadas para equipamento, aparelhos e componentes sensíveis.

material de amido de partida, utilizável na presente invenção deve ser um amido com alto teor de amilose, ou seja, que contenha, pelo meaos, 45% em peso de amilose. fi bem conhecido que o amido á composto de duas fracções, sendo a estrutura de uma linear e a outra ramificada. A fracção linear do amido á conhecida como amilose e a fracção ramificada é a amilopectina. Os amidos provenientes de dlferen. tes origens, por exemplo, batata, milho, tapioca e arroz, etc. são caracterizadoa por proporções relativas diferentes dos componentes amilose e amilopectina. Algumas espécies de plantas têm sido desenvolvidas geneticamente e caracterizam-se por uma grande preponderância de uma fracção sobre a outra.

Por exemplo, foram desenvolvidas certas variedades de milho que normalmente contêm cerca de 22 a 28% de amilose, o que proporciona um amido composto de mais de 45% de amilose. Estas variedades híbridas têm sido referidas como de alto teor de amilose ou amllo-mllho (amylomaize”).

Os milhos híbridos de alto teor de amilose foram desenvolvidos com vista a proporcionar amidos co· alto teor de amilose e estão disponíveis comercialmente desde cerca de 1963. Os amidos de alto teor de amilose apropriados utilizáveis na presente invenção são quaisquer amidos com um teor de amilose de pelo menos 45% e de preferência pelo menos 65% em peso. Embora o amido do milho de alto teor de amilose

seja especialmente apropriado, são também utilizáveis outros amidos incluindo oe derivados de quaisquer espécies vegetais que produzam ou possam produzir um amido com alto teor de ami. lose, por exemplo, milho, grão de bico, cevada e arroz.

Além disso, o amido com alto teor de amilose pode ser obtido mediante separação ou isolamento tal como fraccionamento de um material de amido natural ou por isolamento ou por mistura de amilose Isolada com um amido natural.

amido com alto teor de amilose uti lizado na presente invenção pode ser eventualmente modificado e o termo amido tal como utilizado aqui inclui ambos os tipos. Por modificado entende-se que o amido pode ser derivado ou «o difiçado por processos típicos conhecidos na especialidade, por exemplo, esteriflcação, eteriflcação, oxidação, hidrólise ácida, reticulação e conversão enzimática. Tipicamente os ami. doa modificados incluem ásters, tais como o acetato e oe hem±, -ásters doa ácidos dicarboxllicos, particularmente doa ácidos alcenilsucclnicos; áters tais como hydroxietil-aaidoe e hiroxipropll-amidos e os amidos que reagiam com epóxidoe catiónicos hidrofobos; amidos oxidados com hipoclorito; amidos que reagiram com agentes de reticulação tais como, oxicloreto fos^ foroso, epicloridrina e derivados de fosfatos preparados mediante reação com ortofosfato ou tripolifosfato de sódio ou de potássio e respectivas combinações. Estas e outras modificações convencionais do amido estão descritas em publicações tais como Starch: Chemístry and Technology, 2^a Edição, editado por Roy L. Whldtler et al., Capitulo X: Starch Derivatives: Production and Uses por M:W: Rutenberg et al., Academlc Press, Inc., 1964.

Uma modificação dos amidos de alto teor de amilose utilizados na presente invenção que á essencia.. mente vantajosa á a eterificaçao com óxldoe de alceno, parti— cularmente os com 2 a 6, de preferência 2 a 4, átomos de car—

bono. 0 óxido de etileno, óxido de propileno e óxido de butileno são compostos particularmente úteis na eterlficação dos produtos de amido de partida, aendo o óxido de propileno espe. claloente preferido. Podem utilizar-se varias quantidades de.s tes compostos, dependendo das propriedades pretendidas e da economia. Geralmente, deve utilizar-se ató 15Z ou mais de pre. feréncia, ató cerca de 10Z em peso, com base no peso do amido. Os amidos extrudidos modificados desta maneira apresentam a expansão, uniformidade e realliênciae melhoradas.

Pode também combinar-se ou misturar-se com o material inicial de amido compostos aditivos para melhorar as propriedades, tais como, resistência, flexibilida. de, resistência ã agua, reslliência, capacidade pera retardar a chama, cór, etc·, bem como para proporcionar repelêncla a insectos e roedores, caso seja necessário ou desejado. Oe co· postos tais como ãlcool polivinílico, monogllcerldos e poli (acetato de etlleno-vlnllo) aão aditivos típicos que podem ser utilizados· No que diz respeito aos retardadores de chama, existem muitos compostos conhecidos e classes de compostos que podem ser utilizados incluindo compostos que contêm fósfe ro tais como, fosfato de sódio, trifosfato de aódio e fosfato de amónio, bem como compostos que contêm enxofre, tais como, sulfato de amónio e sulfamato de amónio. A resistência ã água pode também ser melhorada utilizando aditivos doa quais, um tipo particularmente eficaz é o das resinas de acrilato de es. tireno· A densidade, bem como a reailiência e a flexibilidade podem ser melhoradas mediante incorporação de produtos sintéticos, tais como élcool polivinllico, acetato de polivinilo, poliuretano, poliestireno, poli(acetato de etileno-vlnilo) e polivinilpirrolidona. Eetes aditivos podem ser utilizados em qualquer quantidade que efectivamente satisfaça ã propriedade pretendida, desde que a extrusão do amido e aa propriedades gerais do produto expandido sejam apropriadas. Tipicamente po. de ntillzar-ae até cerca de 50Z em peao destes aditivos, de preferência até cerca de 10Z em peso.

Além dos amidos modificados e compos. ί tos aditivos anteriormente referidos, pode também utilizar-se uma forma previamente gelatinizada do material de partida à base de amido.

Verificou-se também que quando se utilizam compostos de amido modificado, se podem obter produtos conformados possuindo uma estrutura celular fechada, uniI forme e superior, quando o material de partida de amido modi- ί ficado contem cerca de 2Z ou mais em peso de sal bem como o alto teor pretendido de amllose. 0 sal no amido modificado po. de ser ou adicionado ao material de partida de amido jã prepa. rado ou pode ser sal residual, determinado pelo teor de cinzas, que permanece após a preparação do amido modificado, por exemplo, no processo bem conhecido de preparação de éters de hldroxialquil amido utilizando condições alcalinas em que se utilizam sais como o sulfato de sódio e o cloreto de sódio. A quantidade de sal residual no amido pode ser controlada pela quantidade de lavagem após ae ter preparado o produto modificado.

sal utilizado no aperfeiçoamento acima descrito pode aer qualquer sal inorgânico, solúvel em agua ou uma sua mistura e, mais partlcularaente, um sal de se. tal alcalino ou alcalino-terroso sendo preferidos os sais de sódio por exemplo sulfato de sódio e cloreto de sódio. A quan. tidsde de sei utilizado será de 2Z ou mais e preferivelmente de 3Z ou mais em peso com base no peso do amido. Os materiais de amido modificado particularmente úteis para esta realização aperfeiçoada são os materiais eterificados como por exemplo os amidos de hidroxialqullo obtidos por eterlficação com óxidos de alquileno e os materiais esterifiçados como por exemplo oa acetilados com anldrldo acético, sendo preferidos os materiais eterificados.

Na preparaçao dos produtos conformados da presente invenção pode utilizar-se um processo de ex10

trusão, quer isoladamente, quer ea associação com outras ope- ί rações de formatação, dependendo do tipo do produto final pre, ' tendido. 0 produto de aaido expandido que deixa a extrudora j está tipicamente aob a forma de uma corda ou sob a forma cilíndrica. Fazendo variar o tamanho e a configuração da abertu. ra da cabeça(die)extruquidora podem obter-ee formas diferen. tes tais como, folhas de várias espessuras e larguras, perfis irregulares e outras formas. Os produtos deste tipo podem ter aplicação particular como materiais de embalagem, tais como ter aplicação particular como materiais de embalagem, tais co mo inserções e enchimentos perdidos ou enchimentos e como embalagem protectora para equipamento eláctrico ou outro equipa, mento sensível. Quando se pretende produtos expandidos de diferentes formas e configurações, pode utilizar-se outras operações de formaçao subsequentemente á operaçao de extrusão.

Uma dessas técnicas facilmente adaptáveis á a termoformatação. Nesta operação, aquece—se o material atá uma temperatura á qual ele á dobrarei ou formatável e ea seguida força-ae eate contra um molde mediante a aplicação do vazio, ar ou pressão mecânica. Depois do produto de amido expandido da presente in^ venção sair da extrudora, ele está ainda bastante quekte e é maleável e deste modo á bem apropriado para a fase de termoformataçao. Os produtos conformados tais como, contentores, cartões, tabuleiros, pratos, copos etc., podem ser formados mediante termoformatação de uma folha de amido extrudida. Além disso, podem obter-se produtos de densidade e espessura aumen, tadaa prensando conjuntamente camadas de uma ou mais folhas extrudidas.

Outros métodos para a formaçao de produtos de amido expandido podem também ser utilizados para além das operações de extrusão/termoformataçao discutidas anteriormente. Estes métodos incluem moldagem por injecção, mol. dagem por aopragem, moldagem por extrusao/sopragem, bem como associações destes e de outros métodos.

Um método utilizado na preparação de produtos conformados da presente invenção, é um processo de extrusão em que um amido de alto teor de amilose de partida é alimentado a uma extrudora e transportado através do aparelho, sob condiçoes escolhidas. 0 produto que emerge da extrudora é um material expandido de extrudora celular fechada e baixa densidade com boas propriedades de resiliência e compressão que o tornam partlcularmente apropriado para aplicações de embala, gem, teia como embalagem de protecção. A extrusão é uma técni ca convencional bem conhecida, utilizada em muitas aplicações para processamento de pléeticoa, e tem sido utilizada em menor ou limitada extensão no processamento de amidos alimentares tal como referido em algumas das descrições citadas anteriormente as quais referem a extrusão dos materiais de amido para produzir produtos, tais como, películas, produtos alimen. tares e de confeitaria e amidos gelatinosos.

Uma característlca importante da pre. sente invenção é a capacidade para produzir um produto de ami. do biodegradável expandido com uma estrutura celular uniforme fechada, de baixa densidade e boas propriedades de resiliência e compressabilidade. Isto consegue-se mediante extrusão de um amido com alto teor de amilose, ou seja, amido com pelo menos 45Z e de preferência com menos de 65Z em peso de teor de amilose, a um teor total de humidade ou de égua menor ou igual a 21Z em peso e a uma temperatura compreendida entre cerca de 150° e 250° C.

Âs importantes características apresentadas pelo produto extrudito da presente invenção sao a sua leveza relativa tal como evidenciada pela densidade a gra^ nel, bem como as suas resiliência e compressabilidade. A estrutura celular fechada uniforme do produto com a sua caracte. rística foraaçao de bolhas pequenas nao origina apenaa uma aparência e densidade semelhantes ao Styrofoam, como lhe pr·— porciona as necessárias resiliência e compressabilidade requi. ridas pelas diferentes aplicações de embalagem. Uma estrutura

celular fechada define-se como apresentando células na sua maior parte não ligadas, por oposição às células abertas que ! sao na sua maioria interligadas ou definidas como duas ou mais| células interligadas por paredes celulares quebradas, furadas ou ausentes. Da formaçao de bolhas pequenas geralmente resultam células de tamanho pequeno tipicamente cerca de 100 a 600 microns.

As propriedades de densidade a granel, resiliência e compreesabilidade do produto sao determina, das de acordo com procedimentos descritos a seguir.

A densidade a granel do produto deve.

rã estar compreendida entre cerca de 1,6 e 80 Kg/m^ (0,1 a

3 lb/ft ) e de preferência eatre cerca de 3,2 e 48,0 Kg/m (0,2 a 3,0 lb/ft)} a resiliência é pelo menos cerca de 202, de preferência cerca de 502 e a compreesabilidade está compre, endida entre cerca de 100 e 800, de preferência entre cerca de 150 e 700 e com maior preferência entre cerca de 400 e 600 g/cm . Numa maneira de realizaçao em que o produto é um material de embalagem utilizável como embalagem de protecção, a densidade a granel do produto deverá ser inferior a cerca de 32,0 Kg/m (2,0 lb/ft ), de preferência inferior a cerca

3 de 16 Kg/m (1,0 lb/ft ) e com maior preferência inferior a o o cerca de 9,6 Kg/m^J (0,6 lb/ft^J)j a resiliência é pelo menos cerca de 502 e de preferência pelo menos cerca de 602.

Com vista á obtenção de uma estrutura celular fechada do produto pretendido, é importante que o teor total de humidade da alimentação de material e amido de alto teor de amilose, seja de cerca de 212 ou menos em peso com base no peso seco do material de amido. Por humidade total ou teor de água, entende-se a humidade residual do amido, que é a quantidade retirada durante a armazenagem ãs condiçoes ambientes, e a quantidade de água alimentada á extrudora. Tipicamente, o amido, em particular o amido de alto teor de ami. loae, deverá conter cerca de 9 a 122 de humidade residual.

ι

Deve estar presente água suficiente para permitir que o mate- i rial seja processado, misturado e aquecido às temperaturas ί pretendidas. Embora se possa adicionar alguma água à extrudo- ! ra essa quantidade não deverá exceder a necessária para levar ί o teor de humidade a um valor menor ou igual a 21%. Isto é n£ j cessárlo para permitir a expansão pretendida e a formação da ι estrutura celular no produto preparado. Deste modo, embora o teor de humidade total que á utilizado para a realização do processo possa variar um pouco, em função do material utiliza, do e de outras condiçoes do processo, é apropriado trabalhar nua intervalo compreendido entre cerca de 10 e 21%, de preferência entre cerca de 13 e 19% e com amior preferência entre cerca de 14 e 17% em peso. A temperatura do material na extrjx dora deverá aumentar e atingir cerca de 150° a 250° C. Esta temperatura deverá ser mantida em, pelo menos, a secção da ex trudora maia próximo da cabeça (dle) e Imediatamente antes do material abandonar a extrudora. A cabeça da extrudora eatá colocada num ponto ou local junto da extremidade da extrudora no qual o material extrudido emerge ou sai do aparelho para o ar ambiente. Dependendo do material particular a processar, bem como de outras condiçoes do processo, esta temperatura po. de variar um pouco dentro do intervalo indicado e de preferên^ cia estará compreendida entre cerca de 160° e 210° C. Quando se utiliza amido modificado, tal como material eterlfiçado, a temperatura utilizada estará de preferência compreendida entre cerca de 160° e 180° C, enquanto se utiliza amido não modificado a temperatura preferida estará compreendida entre cerca de 170° e 210° C, em pelo menos a secção da extrudora maia próxima da cabeça. Devido & manutenção destas condições na extrudora, o material ao abandonar a cabeça e á saída da extrudora para o ar livre, expande-se e arrefece para formar um produto de amido expandido de baixa densidade, resiliente e compreesível.

aparelho utilizado para a realização deste processo pode ser qualquer extrudora do tipo de parafuso. Ainda que se possa utilizar uma extrudora de parafuso

único ou duplo, é preferível utilizar una extrudora de parafu. ! so duplo. Estas extrudoras deverão tipicamente ter parafusoq que rodem num tambor cilíndrico horizontal com uma porta de entrada montada numa extremidade e uma cabeça de modelagem montada na extremidade de descarga. Quando se utilizam parafii sos duplos estes podem ser co-rodativos e intermalha ou não intermalha. Cada parafuso compreende uma hélice transportadora ou secção roscada e tipicamente deverá ter uma secção de alimentação relativamente profunda seguida por uma secção de transição cónica e uma secção medidora de profundidade relati. vamente rasa (comparatively shallow constant-depth meter aeç. tion). Os parafusos, que são accionados por motor, geralmente ajuetam-ae adequadamente ao cilindro ou tambor para permitir a mistura, aquecimento e corte do material a medida que este passa através da extrudora.

controlo da temperatura ao longo do comprimento do tambor da extrudora é importante e é realizado em zonas ao longo do comprimento do parafuso. Muitas vezes utiliza-se um melo de permuta técnica, tipicamente uma paaaagem, tal como um canal, câmara ou oríficio localizado na parede do tambor para a circulação de um meio de aquecimento tal como óleo ou um aquecedor eléctrico tal como aquecedor do tipo calrod ou serpentina. Além disso, os meios de permuta térmica podem também ser colocados em ou ao longo do eixo do dispositivo de parafuso.

Podem fazer-se alterações em qualquer dos elementos utilizados na extrudora, de acordo com as prãti cas convencionais de projecto na especialidade. Na Enciclopédia of Polymer Science and Engineerina. Vol. 6, 1986, pp.571-631 apresenta-se outra descrição da extrusão e das variações de projectos típicos.

A termoformatação, bem como outras operações de modelagem que possam ser utilizadas no fabrico de produtos modelados de acordo com a presente invenção sao

bea conhecidos na especialidade. Na reallzaçao da operaçao de j termoaodelagem, o equipamento deverá incluir tipicamente ura aquecedor (ae necessário) ou meios para aanter/controlar/ajus tar a temperatura da folha ou artigo a trabalhar, um molde, j meios de produção de pressão, isto á, ar, vazio ou equipamento mecânico, bem como meios auxiliares para manusear e trans— feriro artigo e meios opcionais tais como cortador, deebarbador, etc. Para uma descrição ilustrativa das operações de ter; aoforaatação e do equipamento utilizado consultar a Enciclope dia of Polyaer Science and Engineering, Vol. 13, 1976, pp.

832 - 843. Esta e outras operações de aodelagea bea conhecidas podem ser utilizadas, são também descritas na Enciclopédia of Chemical Technology, Vol. 18, pp. 184 - 206.

produto expandido resultante da ex trusão do amido de alto teor de amilose tem excelentes proprle. dades para embalagem, em particular naa áreas de embalagem de protecção. 0 produto acabado tem propriedades que o tornam comparável em muitos aspectos ao Styrofoam, ou ao poliestireno expandido com a caracteríatica adicional de ser biodegradá. vel.

Uma característlca adicional e impor, tante do produto, de acordo com a presente invenção, á a de este não reter uma carga electrostática acumulada como «conte ce noraalaente nos plásticos. Esta característlca de isenção de carga electrostática torna o material especialmente aconse. lhável para embalagem de protecção de aparelhos ou dispositivos sensíveis ã electricidade, ao contrário do material Styro. foam noraalaente disponível no mercado que requer a utilização dum produto especial ou de tipo diferente para eata finalidade.

Nos exemplos seguintes, que sao apre^ sentados a título meraaente ilustrativo das várias realizações da presente invenção, todas as partes e percentagens sao expressas em peeo e todas as massas temperaturas sao eu graus

Celsius, salvo indicação em contrário.

Os procedimentos apresentados a seguir para determinar as propriedades carecterísticas do material a avaliar e como se especificou ao longo da descrição e das reivindicações.

Densidade a Granel método utilizado para determinar a densidade a granel do material foi o método de substituição de volume descrito por N. Hwang e K. Hayakxa in Bulk Denaities of Cookiea Undergoing Commercial Baking Processes, Jour nal of Food Science, Vol. 45, 1980, pp. 1400-1407. Eseencielmente, este método consiste em tomar um copo de volume conhecido, lato é, 500 ml e determinar o peso das pequenas pérolas de vidro (diâmetro de 0,15-0,16 am) necessárias para encher o copo. Isto permite obter a densidade das pérolas de vidro a determinar (mediante a fórmula indicada a seguir). Determina—se o peso de uma amostra e determinado o peso das pérolas de vidro necessárias pare substituir o volume da amostra, cal. cula-se a densidade da amostra utilizando as equações seguintes:

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P^eso das pérolas de vidro necessárias para encher ! a proveta

V_b - volume da proveta

Resiliência

A resiliência (também designada resi. liência de recuperação ou relaxaçao) diz respeito a capacidade do material para recuperar a sua forma inicial depois de ter sido deformado sob a acção de uma força e é determinada utilizando um analizador de textura Stevens LFRA, com auxílio de uma sonda cilíndrica TA-6, diâmetro de 0,64 cm (0,25) tra, balhando a uma velocidade de sonda de 0,5 mm/seg. e a uma dis tância de sonda de 0,1 am.

Cortaram-se ae amostras extrudidas em pedaços de 2,54 ca (1 polegada), colocaram-se sobre uma me, sa do analizador de textura de amostras e fixaram-se com alfi^ netea. Baixou-se a sonda autonaticamente utilizando as condições referidas anteriormente. Depois de baixar totalmente a sonda, fixou-se esta a essa distância durante um minuto antes de ae libertar. Determinou-se a força necessária para comprimir inicialmente a amostra e a força requerida para comprimir a amostra ao fim de um minuto. Determinou-se a percentagem de recuperação da amostra dividindo a força de compressão após um minuto pela força de compressão inicial e multiplicando por 100. Uma maior percentagem de recuperação corresponde a um ma, terial possuindo uma melhor resiliência.

Compressabilidade

A compressabilidade, isto á, a força necessária para deformar um material, de uma amoatra determina—se utilizando ua analizador de textura de Stevens LFRA nas condições indicadas anteriormente para a medição da reslllêncla.

Cortaram-se as amostras do extrudido í ea pedaços de 1 polegada de comprimento (2,54 cm), colocaram-se numa mesa de um anallzador de amostras e flxaraa-se com alfinetes. Baixou-se a sonda e elevou-se automaticamente medindo ea g/cm a força necessária para comprimir a amostra. : Repetiu-se esta análise mais duas vezes utilizando um pedaço novo de amostra de extrudido de cada vez. Faz-se a média das trêa medidas que se tomou como valor da compreasabllidade. Considera-se um valor mais elevado como representando uma i amostra que á relativamente dura, isto á, menos compresslvel, [ enquanto se atribui um valor mais baixo a uma amostra que á { facilmente compresslvel.

Exemplo I

Alimentou-se uma extrudora co-rotati. va Verner e Pfleiderer de parafuso duplo, modelo ZSK30 com vá rias amostras de materiais de amido nao modificado contendo várias quantidades de amllose, ou seja, milho (-25-28Z de ami. loae), milho coroao (vaxy maize corn) (-0-1Z de amllose), batata (-23Z de amllose), Hylon V (-50Z de amllose) e Hylon VII (-70Z de amllose). 0 Hylon á uaa marca comercial registada de amidos da National Starch and Chemical Corporation. A extrudora tinha um parafuso de alto corte, um diâmetro do tam. bor de 30 ma, duas aberturas na cabeça de 4 am de diâmetro ca da, um valor L/D de 21tl e tambores aquecidos a óleo. Alimentaram—ae aa amostras a extrudora com uaa velocidade do parafu. ao de 250 rpm, a um caudal de 10 Kg/hora, com um teor de hum^ dade na alimentação de cerca de 6,7Z com base no peso do amido adicionado (a humidade residual dos materiais de amido de partida era de 9 a 12Z). Aumentou-ae a temperatura na extrudo. ra atá cerca de 200°C no tambor ou secção mais próxima ou ime. diatamente antes da cabeça (^wdle^M) e manteve—se a pressão na extrudora entre cerca de 1379 e 3450 kPa (200 a 500 psi).

Recolheram-se os produtos expandidos que abandonam a extrudora e avaliaram—se as diferentes caracterlstlcas representadas no quadro 1. 0s amidos com alto teor

de amilose, Isto é, Hylon V e VII apresentavam uma extrutura celular fechada eseencialmente uniforme com formação de bolhas muito pequenas bastante evidente. Os amidos de base que continham significativamente menos de 45% de teor de amilose, isto é, amido de milho, amido de milho ceroso (**vaxy malze starch”) e amido de batata proporcionaram todos um produto ejt pandido mas tendo cada um uma estrutura celular relativamente aberta, insatisfatória e eram quebradiços e facilmente esmaga veis tal como se exemplifica pelos resultados para o amido de milho indicados no Quadro 1.

Quadro 1

Material	Densidade a granel		Compreesabili-
da amostra	K»/m³	(lb/ft³)	Resiliência(%)	o dade(e/cm )
Amido de	5,248	(0,328)	0 (esmagado
milho			não recuperado)	1000
Hylon V	7,376	(0.461)	—	192
Hylon VII	1,66	(0.105)	68,3	128
Styrofoam	1,6	(0,10)	73,8	588
Exemplo II
	Utilizaram-se amostras adicionais	do amido de ml-

lho e de amidos de alto teor de amilose, Hylon V e Hylon VII cada um modificado por hldroxipropilaçao com oxido de propile. no (O.P.) para preparar produtos expandidos utilizando o mesmo procedimento do Exemplo I, a uma temperatura de cerca de 175° C, no tambor ou secção imediatamente antes da cabeça (die).

Recolheram—se os produtos expandidos que abandonam a extrudora e avaliaram—se as diferentes características indicadas no Quadro 2. 0 material de amido de milho modificado expandiu—se num produto que aparenta ser melhor que o produto constituído apenas por amido de amilho, apresentado no Exemplo I, mas tinha uma extrudora celular aberta, era quebra^ diço e facilmente esmagãvel e desintegrou—se quando comprimi— 4«. - 20 -

do. Os amidos com alto teor de amilose modificados, isto é, Hylon V e VII apresentavam a estrutura celular fechada unifor. j me pretendida que apresentava vantagens em relação aos produ- ί tos obtidos previamente a partir de amido não modificado e t£ nha uma densidade a granel e propriedade de resiliência e com ! pressabilidade satisfatórias bem como uma resiliência acresci, da e um maior diâmetro de expansão. Prepararam-se outros pro- i dutos expandidos a partir dos mesmos amidos de alto teor de amilose modificados com quantidades compreendidas entre 2 e 10Z em peso de óxido de propileno e estes produtos apresentaram também características satisfatórias e uma estrutura celj» lar fechada e uniforme.

Quadro 2

Material Densidade a granel Compresaabilldade

3 da amostra Ka/m	lib/fiô.	Reailiência (Z)	(g/ca²)
Hylon V, 5Z P.O. 7,808	(0,488)	66,4	703
Hylon VII, 5Z P.O. 5,136	(0.321)	73,2	508
Styrofoam 1,6	(0.1)	73,8	588

Exemplo III

Prepararam-se produtos expandidos tal como o Exemplo II utilizando o Hylon VII de alto teor de amilose (70Z de amilose) de amido modificado com óxido de pro. pileno (5%) com adição de álcool polivinllico (2-40Z em peso). Prepararam—se bons produtos expandidos tal como se ilustra com o produto que contém 8Z de álcool polivinllico, o qual apresentava uma densidade a granel de 5,616 Kg/m (0,351 lb/ ft^), uma reailiência de 70,0Z e uma compressabllidade de 421 o

g/cm . Todos os produtos apresentavam resistência e flexibili. dade melhoradas.

Exemplo VIII

Prepararam-se folhas de amido expandido de baixa densidade, maleáveis, utilizando as mesmas condições descritas no Exemplo I com a unica modificação de se substituir a cabeça (die) cilíndrica por uma cabeça de fen- j da de 1 am de espessura. 0 material da alimentação de amido ! era um amido de alto teor de amilose (Hylon VII) modificado ί por hldroxipropilação com óxido de proplleno (5Z) tal como no ί Exemplo II. Obteve-se um produto com a força de uma folha pia. na de aproximadamente 3 mm de espessura e 7,62 cm de largura.

X medida que a folha quente sala da extrudora, era imediatamente enrolada ou dobrada em várias formas, tais como cilindros, Ângulos rectos, etc. Ao fim de vários minutos, durante os quais se arrefeceu o material ã temperatura ambiente, a forma manteve-se. A folha de amido de baixa densidade conformada apresentava excelentes propriedades de compressabilidade e resiliência na sua forma fiaal.

Exemplo IX

A folha de amido de baixa densidade, plana, produzida no Exemplo VIII era extreaamente maleável ao sair da fenda da cabeça (slit die”) da extrudora. A folha quente pode ser facilmente alimentada a um dispositivo de ter. moformatação e moldada para se obter um produto modelado utilizando o vazio, a pressão de ar ou meios mecânicos e moldes com formas apropriadas. Oproduto de amido moldado sai facilmente do molde e conserva a sua forma depois de arrefecimento. 0 produto modelado apresenta excelentes propriedades de baixa densidade, compressabilidade e resiliência.

Tipicamente a folha de amido á molda^ da er artigos úteis tais como: contentores para comida, cartões para ovos, tabuleiros pratos e copos.

Exemplo X

Utilizaram-se várias amostras de ami. ! do com alto teor de amilose (Eylon VII, 70Z de amilose) modificado por hidroxipropilação com óxido de propileno (O.P.) ou por acetilação com anidrido acético e contendo várias quantidades de sal (NazSO^), para preparar os produtos expandidos seguindo o procedimento descrito no Exemplo II. Em algumas das amostras, o teor de sal era o sal residual, medido pelo teor de cinzas após lavagem, enquanto em outras o sal foi adicionado ao amido modificado preparado. Nas amostras, o teor de cinzas e a condutividade foram determinadas utilizando pro. cedimentos convencionais. !

Os produtos expandidos que sairam do extrusor foram recolhidos e ensaiados para determinar as dife. rentes caracteristicas, como se mostram no Quadro 4. Embora 08 produtos preparados com maior teor salino, particularmente quando acima de 2Z, apresentassem melhor reaili£ncia e compres, sibllidade, era a qualidade da estrutura celular a caracterís^ tica em que era mais evidente a melhoria eignlficativa. Os produtos preparados por expansão de amidos com maior teor salino tinham uma estrutura celular uniforme, mais fechada, evi. denclada pela formação de bolhas multo pequenas.

Material de Sal (X) Condutividade Resiliência Compresaabilidade

Amostra (Residual/Adlcionado) (Mlcromhoa/cm) (X) . , , (ft/ç·²)...........

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Anidrido Acético 5 - 71.3

Claims

REIVINDICAÇÕES

- 1*Processo para a preparação de um produto conformado de amido expandido biodegradável possuindo uma densidade aparente compreendida entre 1,6 e 80 kg/m³, uma resiliência de pelo menos 20%, uma compressibilidade de 100 a 800 g/cm² e uma estrutura uniforme de células fechadas e possuindo um tamanho de células de 100 a 600 micrómetros, compreendendo extrudir-se um amido biodegradável na presença de um teor de humidade total de 21% ou inferior em peso e a uma temperatura de 150 a 250°C, em que o amido biodegradável tem pelo menos 45% em peso de amilose, e é modificado por eterificação, esterificação, oxidação, hidrólise ácida, recticulação e conversão de enzimas e incluírem-se opcionalmente compostos aditivos escolhidos de entre álcool polivinílico, monoglicéridos, poli(acetato de etileno e vinilo), resinas de acrilato de estireno, vinilo, poliuretano, agentes retardadores poliacetato de poliestireno, polivinilpirrolidona e da chama que estão presentes numa proporção de até cerca de 10% em peso, sendo a densidade aparente, a resiliência e a compressibiliade determinadas da forma seguinte:

a) a densidade aparente pelo método de substituição de volume descrito em Journal of Food Science, Vol. 45, 1980, págs. 1400-1407,

b) a resiliência determinada utilizando um Analisador de Texturas Stevens LFRA empregando uma sonda cilíndrica (TA-6, diâmetro de 6,4 mm) operada a uma velocidade da sonda de 0,5 mm/s e com uma distância de sonda de 0,1 mm e

c) a compressibilidade determinada utilizando um Analisador de Texturas Stevens LFRA empregando as condições acima referidas para a medida da resiliência.

-2‘Processo de acordo com a reivindicação 1 em que o referido amido contém pelo menos 65% em peso de amilose.

-3‘Processo de acordo com a reivindicação 1 em que o amido é esterificado com até 15% em peso de óxido de alquileno contendo 2 a 6 átomos de carbono.

-4*Processo de acordo com a reivindicação 1 em que o amido eterifiçado contém 2% ou mais em peso de um sal de metal alcalino ou alcalino-terroso inorgânico e solúvel em água.

-5‘Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores em que o teor de humidade total é de 13 a 19% em peso e a temperatura é de 160 a 210°C.

-6*Processo de acordo com a reivindicação 3 em que o amido é eterificado com até 10% em peso de óxido de propileno e é adicionado ao amido até 10% em peso de álcool ! polivinílico.

Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores em que a extrusora é uma extrusora de duplo parafuso.

-8*Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores em que o produto extrudido é conformado por meio de uma operação de conformação.

-9*i Processo de acordo com a reivindicação 8 em que a operação de conformação é do tipo conformação térmica.

-10*Processo de acordo com a reivindicação 9 em que o produto extrudido é conformado termicamente para se obter um produto de embalagem escolhido de entre o grupo consistindo num recipiente, cartão, folha, tabuleiro, prato ou taça.

A requerente reivindica a prioridade dos pedidos norte-americanos apresentados em 30 de Dezembro de

1988 e e 353, em 17 de aio de 1989, sob os números de série 292, 089

352 respectivamente.