WO2020113302A1

WO2020113302A1 - Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável compreendendo lignina, uso da referida composição e produto que a compreende

Info

Publication number: WO2020113302A1
Application number: PCT/BR2019/050521
Authority: WO
Inventors: Talyta TORREZAN; José Augusto MARCONDES AGNELLI; Sílvia Helena PRADO BETTINI
Original assignee: Fundação Universidade Federal De São Carlos; Suzano S.A.
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-06-11
Also published as: KR20220055449A; BR102018075225B1; MX2021006556A; CN114096620A; EP3892689A4; AR123745A1; CA3121824A1; UY38495A; AU2019393838A1; CA3121824C; AU2019393838B2; US20220025183A1; BR102018075225A2; EP3892689A1; CL2021001456A1

Abstract

A presente invenção se refere a uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável compreendendo lignina, polímeros rígidos e polímeros flexíveis para produção de peças rígidas, bem como ao uso da referida composição. Também é revelado um produto compreendendo a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável.

Description

COMPOSIÇÃO TERMOPLÁSTICA BIODEGRADÁVEL E/OU COMPOSTÁVEL COMPREENDENDO LIGNINA, USO DA REFERIDA COMPOSIÇÃO E

PRODUTO QUE A COMPREENDE

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável compreendendo lignina, polímeros rígidos e polímeros flexíveis para produção de peças rígidas, bem como ao uso da referida composição.

[002] Também é revelado um produto compreendendo a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] A demanda por sustentabilidade ambiental e, consequentemente, por materiais de fontes renováveis e/ou biodegradáveis tem aumentado em um nível bastante significativo nos últimos anos.

[004] Dentro desse contexto, os biopolímeros oferecem uma resposta interessante para manter um desenvolvimento sustentável em termos ecológicos, uma vez que eles podem proporcionar a preservação de matérias- primas à base fóssil, a redução do volume de lixo com a compostabilidade no ciclo natural, bem como a proteção do clima através da redução do dióxido de carbono liberado. Entretanto, mesmo diante de tantos benefícios ambientais, os biopolímeros ainda sofrem para transpor algumas barreiras económicas e técnicas.

[005] Embora venham enfrentando tais desafios, a capacidade mundial da indústria de bioplásticos foi projetada pelo Institute for Bioplostics ond Biocomposites (If BB) para atingir cerca de 9,4 milhões de ton/ano em 2020 - conforme relatório de 2016 do If BB, intitulado "Biopoiymers: focts ond statistics", Hochschule Hannover, University of Applied Sciences ond Arts -, o que traduz uma expectativa de aumento muito significativo em 5 anos, haja vista a produção de 2015 que ficou em aproximadamente 2,0 milhões de toneladas. É válido ainda destacar que cerca de 64% desse montante era compreendido por materiais advindos de fontes renováveis, porém não biodegradáveis, e a tendência segue em aumento nesse percentual para 82% em 2020.

[006] Esse cenário retrata a ocorrência de caminhos mais abertos a biopolímeros que usam da mesma rede já pré-existente de infraestrutura dos convencionais, como é o caso do Bio-PET e do Bio-PE, por exemplo. Os biodegradáveis, por sua vez, enfrentam grandes desafios para transpassar entraves económicas, já que necessitam de equipamentos e estruturas diferenciadas, o que acaba por exigir investimentos extras dificultando o alcance de viabilidade financeira.

[007] Inserida na parcela já estruturada, tem-se como grande oportunidade de fornecimento de matérias-primas renováveis a taxas economicamente viáveis, a indústria de papel e celulose. Isto está alinhado às discussões, desenvolvimentos e lançamentos de biorrefinarias e à integração dos processos de conversão de biomassa para produzir energia, biocombustíveis, biomateriais e químicos de alto valor agregado. É perceptível a transformação que vem ocorrendo de indústrias de papel e celulose para companhias de base florestal, que vislumbram agregar o máximo de valor a suas florestas aproveitando oportunidades surgidas por pressões ambientais e necessidades de mudanças de mercados.

[008] Exemplo dessa transformação é o caso da lignina, a qual é um dos componentes da biomassa e, no passado, era essencialmente tratada como um subproduto obtido durante a extração da celulose, sendo queimada para geração de energia nas indústrias de papel e celulose. Atualmente, a lignina vem sendo valorizada, recuperada e convertida em produtos com grande potencial de substituição de matérias-primas advindas de fonte fóssil, ou até mesmo em produtos que adentram em novos cenários e aplicações.

[009] A capacidade ao redor do mundo de produção de lignina é estimada em 50 milhões de toneladas/ano, embora ainda aproximadamente 98% desse montante seja queimado imediatamente para geração de calor e energia que alimentam as indústrias de papel e celulose. No entanto, conforme mencionado, esse cenário vem sofrendo mudanças. A quantidade de lignina isolada e comercializada foi de 1,1 milhão de tonelada em 2014. Já o mercado global de lignina atingiu um valor de aproximadamente US$ 775 milhões nesse mesmo ano e a expectativa é de chegar ao redor de US$ 900 milhões em 2020, com a evolução de mercado e com novos entrantes no mesmo, o que corresponde a um crescimento na casa de 2,5% em 5 anos (" Polymer/Lignin blends: Interoctions, properties, applications", Kun, Dávid & Pukánszky, Béla, Europeon Polymer Journal, 2017 e "Lignin Market (Lignosulfonates, Kraft Lignin and Others) for Concrete Additive, Animal Feed, Dye Stuff, and Other Applications: Global Industry Perspective, Comprehensive Analysis and Forecast 2014-2020", Zion Research, Market Research Store, Deerfield Beach, 2015).

[010] A lignina é a maior fonte de aromáticos presente na natureza e, portanto, uma enorme oportunidade de material renovável. Em relação a teores tem-se que as gramíneas contêm de 17 a 24%, em massa, de lignina, as madeiras denominadas moles ( softwood ) apresentam de 18 a 25%, em massa, de lignina e as madeiras duras ( hardwood ) de 27 a 33%, em massa, de lignina (" Polymer/Lignin blends: Interactions, properties, applications" , Kun, Dávid & Pukánszky, Béla, European Polymer Journal, 2017, e " Lignin and Lignans as Renewable Raw Materials: Chemistry, Technology and Applications" , F.G. Calvo- Flores et ai., Wiley, Floboken, 2015).

[011] Ademais, há uma necessidade atual pelo desenvolvimento de soluções sustentáveis não só ambientalmente, mas também em termos técnicos e económicos, para o cenário de produtos plásticos rígidos, usando para tal materiais biodegradáveis e, preferivelmente, de fontes renováveis.

[012] Atualmente, muitos dos plásticos verdes não são biodegradáveis, apesar de serem produzidos a partir de intermediários químicos provenientes de rotas bioquímicas e/ou advindos de fontes renováveis, de forma que o impacto do produto final, quando descartado, é o mesmo do que um material baseado em petróleo. O desafio atual é a busca por materiais que sejam biodegradáveis e ainda garantam boa trabalhabilidade ao produto final.

[013] Existe uma complexidade atrelada à biodegradação, uma vez que as estruturas químicas dos polímeros que apresentam essa característica são bem distintas das poliolefinas convencionais. Os polímeros biodegradáveis são mais susceptíveis a processos degradativos e mais difíceis de serem trabalhados.

[014] Além do desafio técnico, os polímeros biodegradáveis possuem um custo bastante elevado tendo, normalmente, cerca de pelo menos três vezes o preço dos polímeros convencionais. Assim sendo, para que se atinja uma viabilidade técnica e económica, faz-se necessária a incorporação de elevados teores de lignina, tendo em vista seu baixo custo. Entretanto, apesar da incorporação de elevados teores de lignina diminuir o custo da composição/mistura que se deseja obter, leva ao aumento da complexidade desta, principalmente quando se trata de aplicações em peças rígidas. Justificativa para tal é o fato da lignina ser rígida no estado sólido, porém não apresentar resistência no estado fundido suficiente para bons processamentos de transformações plásticas em peças finais, como injeção, por exemplo.

[015] Diante disso, faz-se necessária a inclusão de um componente que apresente resistência no estado fundido (componente rígido). No entanto, quando este componente rígido é adicionado, as propriedades finais da peça são de elevadíssima rigidez e fragilidade, não sendo amplamente aplicável e viável em termos técnicos, de modo que faz-se necessário incluir um outro componente que proporcione a devida ductilidade e resistência ao impacto no estado sólido (componente flexível). Todavia, este último componente flexível, por sua vez, traz ainda mais complexidade para o estado fundido, posto que são componentes de características antagónicas.

[016] Assim, há uma necessidade por composições com elevados teores de lignina compreendendo ambos componentes rígido e flexível, as quais superem os desafios técnicos mencionados, para que se obtenha produtos com boas características em processo e propriedades finais.

[017] Nesse contexto, existem documentos no estado da técnica que revelam composições contendo lignina e outros componentes, como polímeros. Todavia eles não superam os desafios técnicos, ambientais e económicos encontrados na atualidade.

[018] O documento intitulado "Biobased Ternory Blends of Lignin, Poly(Loctic Acid), ond Poly(Butylene Adipote-co-Terephtholote): The Effect of Lignin Heterogeneity on Blend Morphology ond Compatibility", Chen et ai, descreve misturas de ligninas com poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT) e poli(ácido láctico) (PLA). O documento trata do fracionamento da lignina e o efeito de diferentes frações da lignina na compatibilidade e dispersão em composições de PBAT e PLA. Contudo não revela como balancear as propriedades dos componentes individuais para obter peças com elevada rigidez.

[019] O documento intitulado "Thermo-mechonicol chorocterizotion of bioblends from polyloctide ond poly(butylene odipote-co-terephtholote) ond lignin", Abdelwahab et ai., descreve o efeito da incorporação de uma lignina Organosolv e um extensor de cadeia na compatibilidade entre poli(ácido láctico) (PLA) e poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT). Este documento avalia o uso da lignina em conjunto com um extensor de cadeia. Esse processo reacional altera a estrutura do produto, tornando-o bem diferente da composição da presente invenção, que compreende somente a incorporação da lignina, sem envolvimento de nenhum processo de reação.

[020] O documento intitulado " lonic liquids-lignin combinotion: on innovative woy to improve mechonicol behaviour ond woter vapour permeability of eco-designed biodegrodoble polymer blends" , Livi et al., apresenta um estudo de propriedades de misturas de polímeros biodegradáveis com o uso de lignina combinado com líquidos iônicos. Apesar do documento mencionar propriedades da mistura entre lignina, PBAT e PLA, o foco do estudo é analisar a influência dos líquidos iônicos, usados como agentes de compatibilização, em misturas de polímeros biodegradáveis reforçadas com um recurso renovável, como a lignina. Além disso, as amostras analisadas não apresentam altos teores de lignina. Por exemplo, foram preparados nanocompósitos com base em PBAT, PLA, lignina e líquidos iônicos, em que os percentuais em peso dos componentes utilizados foram: 64% de PBAT, 16,5% de PLA, 16,5% de lignina e 1% de líquidos iônicos.

[021] O documento WO 2009/043580 revela uma formulação para a produção de um recipiente biodegradável florestal, composta de poli(ácido lático), fibras de lignocelulose, aditivos lubrificantes, plastificantes, modificadores de cristalinidade, compatibilizadores e aditivos funcionais. Diferentemente dos documentos anteriormente citados, o documento WO 2009/043580 não revela uma composição compreendendo a lignina em si, mas uma composição contendo fibras lignocelulósicas. Ressalta-se que apesar da biomassa lignocelulósica de plantas ser composta principalmente por celulose, hemicelulose e lignina, os processos para isolar a lignina da biomassa lignocelulósica geram alterações estruturais e cisões da cadeia da lignina nativa. Portanto, a lignina extraída não apresenta as mesmas características e efeitos na aplicação da lignina contida na fibra lignocelulósica.

[022] Portanto, há no estado da técnica a necessidade por uma composição compreendendo altos teores de lignina, aplicável em peças rígidas, que superem os desafios técnicos, ambientais e económicos da atualidade.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[023] É descrita aqui uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável, compreendendo 30 a 70% em massa de lignina; 10 a 60% em massa de um polímero rígido; e 10 a 40% em massa de um polímero flexível.

[024] Em uma modalidade preferida, a composição compreende 40 a 50% em massa de lignina.

[025] Em uma modalidade preferida, a composição compreende 20 a 40% em massa de um polímero rígido.

[026] Em uma modalidade preferida, a composição compreende 20 a 30% em massa de um polímero flexível.

[027] Em uma modalidade da invenção, o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em tração de 1800 a 4600 MPa. Em uma modalidade preferida, o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em tração de 2700 a 4200 MPa.

[028] Em uma modalidade da invenção, o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em flexão de 2000 a 5000 MPa. Em uma modalidade preferida, o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em flexão de 3000 a 4500 MPa.

[029] Em uma modalidade da invenção, o polímero flexível apresenta módulo de elasticidade em tração de 50 a 1000 MPa. Em uma modalidade preferida, o polímero flexível apresenta módulo de elasticidade em tração de

100 a 500 MPa. [030] Em uma modalidade, o polímero rígido ou/e o polímero flexível é(são) selecionado(s) a partir do grupo consistindo em bioplásticos de fontes renováveis ou não, biodegradáveis e/ou compostáveis.

[031] Em uma modalidade opcional da invenção, a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável compreende adicionalmente um acelerador de taxa de biodegradação.

[032] O acelerador de taxa de biodegradação é selecionado a partir do grupo consistindo em polissacarídeos ou materiais lignocelulósicos.

[033] Em uma modalidade, o acelerador de taxa de biodegradação é o amido, o amido termoplástico e/ou a celulose.

[034] Em uma modalidade da invenção, a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável é utilizada na produção de peças rígidas.

[035] Em uma modalidade da invenção, as peças rígidas são para aplicação nos segmentos selecionados a partir do grupo consistindo em segmento florestal, agrícola, de embalagens e bens de consumo, automotivo ou de construção civil.

[036] Em uma modalidade da invenção, as peças rígidas estão na forma de tubetes. Em uma modalidade preferida, os tubetes são para aplicação no segmento florestal e/ou agrícola.

[037] Também é descrito aqui o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção para processos de transformação de plásticos.

[038] Também é descrito aqui o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção para fabricação de peças rígidas.

[039] Em uma modalidade, o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção pode ser em qualquer aplicação que use peça rígida biodegradável. Preferivelmente, a peça rígida é para aplicação nos segmentos selecionados a partir do grupo consistindo em segmento florestal, agrícola, de embalagens e bens de consumo, automotivo ou de construção civil.

[040] Em uma modalidade da invenção, o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção é para fabricação de peças rígidas em forma de tubetes.

[041] Em uma modalidade da invenção, o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção é para fabricação de peças rígidas em forma de tubetes para aplicação no segmento florestal e/ou agrícola.

[042] É revelado ainda um produto compreendendo a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção.

[043] Em uma modalidade da invenção, o produto está na forma de uma peça rígida.

[044] Em uma modalidade preferida, o produto está na forma de uma peça rígida, a qual apresenta a partir de cerca de 0,3 mm de espessura.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[045] A figura 01 representa a estrutura química genérica suposta para lignina.

[046] A figura 02 representa um gráfico Resistência à Tração (MPa) versus Alongamento na Ruptura (%), o qual demonstra as curvas representativas para as formulações 1 a 4 do exemplo da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[047] A composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da presente invenção combina polímeros rígidos, polímeros flexíveis, lignina e, opcionalmente, aceleradores de taxa de biodegradação, de maneira que o equilíbrio das proporções desses constituintes leva à obtenção de peças rígidas biodegradáveis e com boas propriedades mecânicas.

[048] A composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção é passível de ser transformada diretamente em peças rígidas por processos de transformação convencionalmente empregados em termoplásticos, como, por exemplo, extrusão, injeção, compressão, termoformagem, dentre outros.

[049] É descrita aqui uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável, compreendendo 30 a 70% em massa de lignina, preferencialmente 40 a 50% em massa de lignina; 10 a 60% em massa de um polímero rígido, preferencialmente 20 a 40% em massa de um polímero rígido; e 10 a 40% em massa de um polímero flexível, preferencialmente 20 a 30% em massa de um polímero flexível.

[050] A lignina pode ser definida, tecnicamente, como um material amorfo derivado de reações desidrogenativas de três tipos de fenil-propanóides: álcoois trans-coniferílico (tipo-G), trans-sinapílico (tipo-S) e trans-pcumarílico (tipo-H), os quais podem se conectar de distintas maneiras por ligações covalentes, não havendo uma unidade repetitiva (característica de polímeros), mas sim um arranjo complexo de tais unidades precursoras que geram macromoléculas.

[051] Como toda matéria natural, a lignina apresenta diferenças substanciais na sua composição, estrutura e pureza, que afetam suas propriedades e, por consequência, seus potenciais de aplicação. Tais variações dependem da origem botânica, uma vez que a relação das unidades geradoras (H/G/S) muda de acordo com o tipo de planta. Por exemplo, esta razão é 0-5 / 95-100 / 0 em madeira mole ( softwood ), 0-8 / 25-50 / 46-75 em madeira dura ( hardwood ) e 5-33 / 33-80 / 20-54 em gramíneas (Kun, Dávid & Pukánszky, Béla. Polymer/Lignin blends: Interoctions, properties, opplicotions. Europeon Polymer Journal, 2017, e S.M. Notley, M. Norgren, Lignin: functional biomaterial with potential in surface chemistry and nanoscience, in: L.A. Lucia, O.J. Rojas (Eds.), The Nanoscience and Technology of Renewable Biomaterials, Wiley-Blackwell, Hoboken, p. 173-205, 2009.).

[052] Além disso, existe uma outra variável que é o processo de extração da lignina, visto que é impossível isolá-la sem realizar modificações químicas em sua estrutura. Um dos principais pontos afetados pelo processo de extração é a massa molar da lignina isolada (também chamada de lignina técnica), a qual pode ficar numa faixa bastante larga de 260 a 50.000.000 g/mol (Ornar Faruk, Mohini Sain. Lignin in Polymer Composites. Elsevier Inc. 2015.). Os principais processos para extração da lignina dos materiais lignocelulósicos são: soda, kraft, sulfito e organosolv (Ornar Faruk, Mohini Sain. Lignin in Polymer Composites. Elsevier Inc. 2015; Duval, Antoine & Lawoko, Martin. A review on lignin-based polymeric, micro- and nano-structured materiais. Reactive and Functional Polymers, 85, 2014.; Abdelaziz, Ornar & Brink, Daniel & Prothmann, Jens & Ravi, Krithika & Sun, Mingzhe & García-Flidalgo, Javier & Sandahl, Margareta & Flulteberg, Christian & Turner, Charlotta & Lidén, Gunnar & Gorwa-Grauslund, Marie. Biological valorization of low molecular weight lignin. Biotechnology advances, 34, 2016.; Mohamed Naceur Belgacem, Alessandro Gandini. Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. Elsevier Inc. 2008; e P. Wool, Richard. Lignin Polymers and Composites. p. 551-598, 2005).

[053] Por fim, ressalta-se que a lignina possui uma estrutura química bastante complexa e que existem modelos que buscam descrevê-la, não havendo uma definição plena. A Figura 01 apresenta uma fórmula suposta para tal.

[054] A presença da lignina na composição da invenção facilita o processamento da composição ao reduzir sua viscosidade, possibilitando vantagens operacionais, como reduções de temperaturas e pressões. Além disso, a lignina apresenta baixo custo e a produção de composições usando altos teores de lignina possibilita a obtenção de produtos economicamente competitivos, produtos esses que podem adentrar em aplicações hoje não factíveis para, por exemplo, bioplásticos, devido ao preço elevado. Dessa forma, a composição da invenção pode, inclusive, competir com alternativas convencionais (fonte fóssil e não biodegradável).

[055] Assim, os elevados teores de lignina na composição da invenção resultam em melhorias de custo, melhorias de propriedades finais e de processo de polímeros biodegradáveis e manutenção do caráter ambiental.

[056] O polímero rígido utilizado na composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da presente invenção quando no estado sólido deve apresentar as características de faixa de módulo de elasticidade em tração de 1800 a 4600 MPa, preferencialmente 2700 a 4200 MPa, de acordo com a norma ASTM D638, e de módulo de elasticidade em flexão de 2000 a 5000 MPa, preferencialmente 3000 a 4500 MPa, de acordo com a norma ASTM D790.

[057] O polímero rígido é selecionado a partir do grupo consistindo em bioplásticos de fontes renováveis ou não, biodegradáveis e/ou compostáveis. Exemplos não limitativos de polímeros rígidos de acordo com a presente invenção são selecionados a partir de poli(hidroxialcanoato) (PHA) e poli(ácido lático) (PLA).

[058] As vantagens proporcionadas pela presença do polímero rígido na composição termoplástica biodegradável e/ou compostável são que o referido polímero está associado à boa processabilidade em injeção e apresenta resistência no estado fundido.

[059] O polímero flexível utilizado na composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da presente invenção deve apresentar as características de faixa de módulo de elasticidade em tração de 50 a 1000 MPa, preferivelmente de 100 a 500 MPa, de acordo com a norma ISO 527.

[060] O polímero flexível é selecionado a partir do grupo consistindo em bioplásticos de fontes renováveis ou não, biodegradáveis e/ou compostáveis. Exemplos não limitativos de polímeros flexíveis de acordo com a presente invenção são selecionados a partir de poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT), policaprolactona (PCL) e poli(succinato-co-adipato de butileno) (PBSA).

[061] As vantagens proporcionadas pela presença do polímero flexível na composição termoplástica biodegradável e/ou compostável são que o referido polímero promove resistência ao impacto e ductilidade no estado sólido, bem como está associado à boa processabilidade em extrusão.

[062] O termo "bioplástico", como aqui utilizado, se refere a um material plástico de fonte renovável e/ou biodegradável.

[063] A expressão "de fonte renovável" significa que um material ou produto é derivado de biomassa. Biomassa usada para bioplásticos deriva, por exemplo, de milho, cana-de-açúcar ou celulose.

[064] Os "biopolímeros" são polímeros ou copolímeros produzidos a partir de matérias-primas de fontes renováveis e/ou biodegradáveis, como milho, cana-de-açúcar, celulose, quitina, entre outros.

[065] O termo "biodegradação" é definido como um processo químico no qual materiais são metabolizados em água, dióxido de carbono e biomassa com o auxílio de microorganismos. O processo de biodegradação depende das condições ambientais, como por exemplo temperatura, inoculo e umidade, e do material ou de sua aplicação. Para declarar a biodegradabilidade de um produto, as condições ambientais têm que estar especificadas e um cronograma para biodegradação deve ser estabelecido a fim de tornar as alegações mensuráveis e comparáveis. Alguns exemplos de normas são EN 13432, ASTM D6400, ASTM D5338, IS014855, ASTM 5988, ASTM D6003, ASTM G160, ABNT NBR 15448-1 e ABNT NBR 15448-2.

[066] 0 termo "compostagem" é definido como sendo um processo que controla a decomposição biológica e transformação de materiais biodegradáveis em uma substância semelhante ao húmus chamado de composto. A decomposição do material biodegradável resulta na produção de dióxido de carbono, água, minerais e matéria orgânica estabilizada (adubo ou húmus). Desta forma, polímeros compostáveis são aqueles que sofrem biodegradação durante a compostagem para ceder CO2, água, compostos inorgânicos e biomassa a uma taxa consistente com outros materiais compostáveis conhecidos e não deixam resíduos visíveis, distinguíveis ou tóxicos.

[067] Os polímeros compostáveis, os quais são designados a serem eliminados após suas vidas úteis por meio de reciclagem orgânica, isto é, compostagem, representam uma das opões estratégicas disponíveis para a gestão de resíduos de plásticos. A compostagem é uma alternativa atrativa para a redução de resíduos sólidos e é especialmente adequada para os segmentos de plásticos convencionais, nos quais a reciclagem é dificultada ou não viável economicamente.

[068] As composições da presente invenção podem ser biodegradáveis e/ou compostáveis.

[069] Conforme aqui utilizado, o termo "termoplástico" significa um plástico com a capacidade de amolecer e fluir quando sujeito a um aumento de temperatura e pressão, tornando-se uma peça com formas definidas após resfriamento e solidificação. Novas aplicações de temperatura e pressão promovem o mesmo efeito de amolecimento e fluxo e novos resfriamentos solidificam o plástico em formas definidas. Desta maneira, os termoplásticos têm a capacidade de sofrer transformações físicas de forma reversível. [070] Em uma modalidade opcional da invenção, a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável compreende adicionalmente um acelerador de taxa de biodegradação.

[071] O acelerador de taxa de biodegradação é selecionado a partir do grupo consistindo em polissacarídeos ou materiais lignocelulósicos. Como exemplos não limitativos de polissacarídeos pode-se citar o amido, amido termoplástico e celulose. Como exemplo não limitativos de materiais lignocelulósicos pode-se citar fibras, finos e pós.

[072] Em uma modalidade, o acelerador de taxa de biodegradação é o amido, o amido termoplástico e/ou a celulose.

[073] A quantidade do acelerador de taxa de biodegradação na composição termoplástica biodegradável e/ou compostável, quando presente, depende da taxa de biodegradação desejada.

[074] O acelerador de taxa de biodegradação tem a função de aumentar a taxa de biodegradação da composição e possui preço competitivo, resultando em viabilidade económica.

[075] Os constituintes da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável podem se apresentar isolados ou em misturas/blendas poliméricas.

[076] Além disso, os constituintes da composição da invenção podem apresentar dupla função, compreendendo duas classes ao mesmo tempo, desde que se enquadrem nas características / limitações descritas na composição. Por exemplo, o amido termoplástico pode agir como polímero flexível e acelerador de taxa de biodegradação.

[077] A composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção é aplicável e apresenta vantagens para qualquer processo de transformação de plásticos.

[078] Em uma modalidade da invenção, a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável é utilizada na produção de peças rígidas.

[079] As peças rígidas são para aplicação em todos os segmentos em que se utilizam polímeros convencionais ou biodegradáveis. Exemplos não- limitativos desses segmentos são selecionados a partir do grupo consistindo em segmento florestal, agrícola, de embalagens e bens de consumo, automotivo ou de construção civil.

[080] Em uma modalidade da invenção, as peças rígidas estão na forma de tubetes. Em uma modalidade preferida, os tubetes são para aplicação no segmento florestal e/ou agrícola.

[081] Também é descrito aqui o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção para processos de transformação de plásticos.

[082] Também é descrito aqui o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção para fabricação de peças rígidas.

[083] Em uma modalidade, o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção pode ser em qualquer aplicação que use peça rígida biodegradável. Preferivelmente, a peça rígida é para aplicação nos segmentos selecionados a partir do grupo consistindo em segmento florestal, agrícola, de embalagens e bens de consumo, automotivo ou de construção civil.

[084] Em uma modalidade da invenção, o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção é para fabricação de peças rígidas em forma de tubetes.

[085] Em uma modalidade da invenção, o uso da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção é para fabricação de peças rígidas em forma de tubetes para aplicação no segmento florestal e/ou agrícola. [086] É revelado ainda um produto compreendendo a composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção.

[087] Em uma modalidade da invenção, o produto está na forma de uma peça rígida.

[088] A composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da presente invenção promove fluidez e possibilita a obtenção de peças rígidas muito finas, sendo possível gerar peças a partir de cerca de 0,3 mm de espessura - o que é considerado bem fino para peças rígidas.

[089] O avanço técnico da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção, quando comparada aos termoplásticos convencionais, é apresentar solução para o problema da biodegradabilidade e, quando comparada com os bioplásticos já utilizados, é apresentar melhorias técnicas em processo e propriedades finais, além de melhorias nos custos.

[090] Os bioplásticos normalmente possuem uma estreita janela de processamento, ou seja, condições restritas de processamento, sendo muito susceptíveis a processos degradativos. A lignina age como estabilizante (termo- oxidativo, termomecânico, radiação UV, etc.), além de modificador reológico (redução da viscosidade), o que acarreta em temperaturas e taxas de cisalhamento mais brandas.

[091] Outro fator relevante é que, combinado ao efeito de lubrificação durante o processamento, a lignina promove melhorias de propriedades mecânicas, como rigidez e resistência à tração.

[092] Combinada às vantagens técnicas, tem-se a questão económica, uma vez que a lignina apresenta baixo custo.

[093] Destaca-se ainda que a lignina é de fonte renovável e biodegradável e/ou compostável, esta combinação não é fácil de ser atingida junto de boas propriedades técnicas e preços competitivos. [094] A composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da presente invenção compreendendo altos teores de lignina, um polímero rígido, um polímero flexível e, opcionalmente, um acelerador de taxa de biodegradação, nas quantidades reveladas, é aplicável em peças rígidas, apresenta boas propriedade mecânicas e supera os desafios técnicos, ambientais e económicos existentes na atualidade.

EXEMPLO

[095] É aqui apresentado um exemplo de concretização com o intuito de demonstrar as vantagens da composição termoplástica biodegradável e/ou compostável da invenção.

[096] O estudo apresentado no exemplo demonstra as propriedades mecânicas melhoradas com a combinação de polímero rígido, polímero flexível e lignina, ou seja, exemplifica a importância dos três componentes estarem presentes na composição.

[097] Este estudo avalia as propriedades mecânicas de combinações distintas entre um polímero rígido, um polímero flexível, lignina e acelerador de taxa de biodegradação. Os polímeros investigados nesta etapa foram poli(hidroxibutirato) (PHB) e poli(adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT).

[098] Foram realizados ensaios de tração para a verificação da resistência mecânica das formulações testadas com diferentes dosagens dos polímeros, lignina e amido, de modo que os dados da Tabela 1 foram obtidos. Os testes de tração foram realizados de acordo com a norma ASTM D638.

Tabela 1: Resultados dos ensaios de tração

Formulação Porcentagens em massa Resistência à Alongamento Módulo de de Tração na Ruptura Elasticidade

PHB/PBAT/Lignina/Amido (MPa) (%) em Tração

(MPa)

1 60/0/40/0 18,5 0,5 4.127 Formulação Porcentagens em massa Resistência à Alongamento Módulo de de Tração na Ruptura Elasticidade

PHB/PBAT/Lignina/Amido (MPa) (%) em Tração

(MPa)

2 30/30/40/0 16,2 1,3 1.603

3 30/30/30/10 20,5 2,7 1.599

4 30/30/30/10^c 19,6 4,0 1.487

5 0/45/40/15 NP - -

Observação: O índice C indica que o amido utilizado foi o amido ceroso. NP significa não processável.

[099] A figura 02 corresponde a um gráfico de Resistência à Tração (MPa) versus Alongamento na Ruptura (%), o qual demonstra as curvas representativas para as formulações 1 a 4.

[100] As formulações 5 e 6 foram consideradas não processáveis, posto que não apresentavam resistência no fundido suficiente para o processamento da peça.

[101] Conforme observado nos gráficos, o PHB confere elevada rigidez, porém torna o produto pouco resistente ao impacto. Isso é entendido pelo baixo valor de Alongamento na Ruptura - quanto menor o Alongamento na Ruptura, mais quebradiça a peça - portanto, quanto menor o valor, pior o resultado (a formulação 1 é a mais quebradiça).

[102] O PBAT, além de ser biodegradável, traz flexibilidade à peça e aumenta a resistência ao impacto.

[103] Ao avaliar a extrusão, injeção e propriedades de tração, verificou-se que maiores teores de PBAT dificultaram o corte do extrudado e a obtenção de corpos de prova, por injeção, devido à sua elevada flexibilidade e baixa temperatura de transição vítrea, respectivamente. [104] Os dados apresentados no presente estudo demonstram a importância da combinação, nas dosagens corretas, dos constituintes da composição da presente invenção: polímero flexível, polímero rígido e lignina, para obtenção de boas propriedades mecânicas. A sinergia dos componentes é clara, posto que, quando usados isoladamente, não apresentam bons resultados.

[105] A composição das formulações testadas e a quantidade incorporada de cada componente foi definida com o objetivo de obter um balanço entre resistência no estado fundido, rigidez, resistência ao impacto e biodegradabilidade.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável, caracterizada pelo fato de que compreende:

a. 30 a 70% em massa de lignina;

b. 10 a 60% em massa de um polímero rígido; e

c. 10 a 40% em massa de um polímero flexível.

2. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 40 a 50% em massa de lignina.

3. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 20 a 40% em massa de um polímero rígido.

4. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende 20 a 30% em massa de um polímero flexível.

5. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 1 ou 3, caracterizada pelo fato de que o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em tração de 1800 a 4600 MPa.

6. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em tração de 2700 a 4200 MPa.

7. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 1 ou 3, caracterizada pelo fato de que o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em flexão de 2000 a 5000 MPa.

8. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o polímero rígido apresenta módulo de elasticidade em flexão de 3000 a 4500 MPa.

9. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 3 ou 5 a 8, caracterizada pelo fato de que o polímero rígido é selecionado a partir do grupo consistindo em bioplásticos de fontes renováveis ou não, biodegradáveis e/ou compostáveis.

10. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 1 ou 4, caracterizada pelo fato de que o polímero flexível apresenta módulo de elasticidade em tração de 50 a 1000 MPa.

11. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o polímero flexível apresenta módulo de elasticidade em tração de 100 a 500 MPa.

12. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo a reivindicação 1, 4, 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que o polímero flexível é selecionado a partir do grupo consistindo em bioplásticos de fontes renováveis ou não, biodegradáveis e/ou compostáveis.

13. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um acelerador de taxa de biodegradação.

14. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o acelerador de taxa de biodegradação é selecionado a partir do grupo consistindo em polissacarídeos ou materiais lignocelulósicos.

15. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que o acelerador de taxa de biodegradação pode ser selecionado a partir de amido, amido termoplástico ou celulose.

16. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de ser para uso na produção de peças rígidas.

17. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a peça rígida é para aplicação nos segmentos selecionados a partir do grupo consistindo em segmento florestal, agrícola, de embalagens e bens de consumo, automotivo ou de construção civil.

18. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que as peças rígidas estão na forma de tubetes.

19. Composição termoplástica biodegradável e/ou compostável de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que os tubetes são para aplicação no segmento florestal e/ou agrícola.

20. Uso de uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de ser para processos de transformação de plásticos.

21. Uso de uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de ser para fabricação de peças rígidas.

22. Uso de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a peça rígida é para aplicação nos segmentos selecionados a partir do grupo consistindo em segmento florestal, agrícola, de embalagens e bens de consumo, automotivo ou de construção civil.

23. Uso de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que as peças rígidas estão na forma de tubetes.

24. Uso de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que os tubetes são para aplicação no segmento florestal e/ou agrícola.

25. Produto, caracterizado por compreender uma composição termoplástica biodegradável e/ou compostável definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15.

26. Produto de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de estar na forma de uma peça rígida.

27. Invenção de produto, processo, sistema ou uso, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais elementos descritos no presente pedido de patente.