WO2022073086A1 - Estrutura de múltiplas camadas para embalagens laminadas ou revestidas de fácil reciclagem contendo um material permeável à água celulósico ou não - Google Patents

Estrutura de múltiplas camadas para embalagens laminadas ou revestidas de fácil reciclagem contendo um material permeável à água celulósico ou não Download PDF

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Definitions

  • the present invention is characterized by the application of one or more water-soluble layers at the lamination interfaces of water-permeable materials with impermeable materials, of a polymeric nature or not, in order to provide greater ease of recycling for laminated or coated packaging and structures. .
  • the present invention proposes that all these interaction surfaces are coated with a water-soluble layer that, under conditions that can be adjusted according to the application of the product, allows its solubilization and consequent reuse of all or almost all waste, minimizing the volume of material to be sent to landfills.
  • the present invention proposes the introduction of a water-soluble separation layer to be selectively chosen depending on the final application of the packaging, in order to allow easy separation of packaging structures only with the use of water with or without heating and eventually the addition of elements to acidify it or make it alkaline but with the use of low toxicity products.
  • the present invention proposes an economic alternative to equate the need for barriers or the characteristics of certain coated materials with the facilitated possibility of their recycling.
  • the present invention proposes the use of laminated structures for easy recycling that contain at least one layer of permeable material, generally consisting of a cellulosic film, such as paper or cardboard, and a polymer film, more usually consisting of polyethylene, polypropylene , polyester nylon or EVOH, metallized or not, or aluminum film or a polymeric coating or not whose purpose is to provide a specific property or barrier, and this coating may consist of layers of paraffins, silicones, acrylic resins, vindicated resins, resins polyurethanes, polyester and polyether resins, melamine resins, polyurea-based resins.
  • a cellulosic film such as paper or cardboard
  • a polymer film more usually consisting of polyethylene, polypropylene , polyester nylon or EVOH, metallized or not, or aluminum film or a polymeric coating or not whose purpose is to provide a specific property or barrier
  • this coating may consist of layers of paraffins, silicones, acrylic resins, vindicated resins
  • silicones for making self-adhesive label liner, paraffin application, acrylic, polyester, polyurethane or other chemical species based coatings in order to create, for example, barriers to oils and fats, barriers to water and water vapor, barrier to oxygen, among others.
  • a water-soluble layer between the water-permeable layers and the films or coating materials has as main purpose the ease of separating the cellulosic material layer from the polymer, aluminum or coating layer by dissolving the laminating adhesive used in an aqueous medium, as it is water-soluble, or an equally water-soluble layer of primer applied between the water-permeable layer and said films and coatings.
  • the water solubilization can be modulated and adjusted in several ways, highlighting among them the modulations regarding the temperature of the water that causes the solubilization or accelerates it, as well as the solubilization can be adjusted according to the pH of the medium.
  • water at room temperature will be considered any source of water that has not undergone any artificial process of modulating its temperature, in the same way, it will be considered heated water, all water from systems that allow a rise in temperature in relation to the temperature observed in the original water supply.
  • polyvinyl alcohols with a high degree of hydrolysis that have low or no ability to dissolve in cold water or at low temperatures, usually below 35°C .
  • soluble alkali resins and polymers stand out, more of an acrylic or methacrylic nature, but also found in polyurethane systems, polyesters, polyethers, melamines, as well as natural resins such as fumaric, maleic resins, among others.
  • the present invention also proposes that the construction of the final structure consists of a sequence of at least 3 layers as illustrated in Fig. 1
  • Figure 1 illustrates the application of an adhesive (B) with water soluble characteristics at the interface of the structure of a water permeable nature, cellulosic or not (A) and the polymeric film, aluminum (C) or polymeric coating or not.
  • the water-soluble film used performs two functions simultaneously: a) Promote lamination between these layers, performing as a lamination adhesive in itself and; b) Promote the separation of permeable layers of films or coating.
  • the compatibility between the material used and, mainly, the films, aluminum and coatings must be high enough to obtain the level of adhesion or lamination required by the application of the structure.
  • a polymeric layer deposit system by the process of coextrusion coating or even extrusion coating of a film or films mainly made of polyethylene or polypropylene.
  • the water-soluble material will not perform properly as an adhesive, but as a primer to facilitate the reception of these polymers in melt, but the compatibility between them must exist to ensure the minimum adhesion values required by the application of the structure are achieved.
  • lamination adhesives which can be of various technologies such as water-based, solvent-based, solventless (bicomponent without solvent), curing by ultraviolet radiation or electron beam, among others.
  • Fig. 2 - Figure 2 illustrates the application of a water-soluble layer (B) normally applied on the surface of the water-permeable structure, cellulosic or not (A), while an adhesive film (C) of a water-based nature, solvent-based, solvent-free or otherwise is applied on the surface of the polymeric or aluminum film (D) or on the dry surface of the layer (B).
  • B water-soluble layer
  • C adhesive film
  • FIG. 3 - Figure 3 illustrates the application of a water-soluble layer (B) normally applied on the surface of the water-permeable structure, cellulosic or not (A), while a polymeric film (C) is applied by means of coextrusion on the dry surface of layer (B).
  • B water-soluble layer
  • C polymeric film
  • the advantage of adding a water-soluble layer is the ease with which the disaggregation between the various layers will occur constituents of the final structure when these structures are processed in the hydrapulpers of the recycling companies.

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Abstract

A presente invenção se refere a uma estrutura laminada de fácil reciclagem contendo ao menos uma camada de material celulósico para separar facilmente a camada de material celulósico da camada de polímero ou de alumínio por meio da dissolução em meio aquoso do adesivo de laminação ou de uma camada de primer pré aplicada entre a camada celulósica e o filme polimérico ou de alumínio, para posterior laminação desta camada com adesivos de laminação tradicionais à base de água, à base de solvente ou sem solventes com um filme polimérico ou filme de alumínio.

Description

ESTRUTURA DE MÚLTIPLAS CAMADAS PARA EMBALAGENS LAMINADAS OU REVESTIDAS DE FÁCIL RECICLAGEM CONTENDO UM MATERIAL PERMEÁVEL À ÁGUA CELULÓSICO OU NÃO
Sumário da invenção:
[001] A presente invenção caracteriza-se pela aplicação de uma ou mais camadas hidros solúveis nas interfaces de laminação de materiais permeáveis à água com materiais impermeáveis, de natureza polimérica ou não visando conferir uma maior facilidade de reciclagem para embalagens e estruturas laminadas ou revestidas.
Background da invenção:
[002] Com o aumento significativo do uso de materiais plásticos e materiais revestidos no mundo e o seu impacto na poluição ambiental, os estudos do uso de materiais mais facilmente recicláveis ou compostáveis têm assumido uma dimensão global.
[003] Analisando mais detalhadamente o problema da dificuldade de reciclagem dos materiais plásticos, nota-se que especialmente os laminados constituídos de dois ou mais materiais diferentes apresentam maior dificuldade na reciclagem. Uma das dificuldades adicionais que se apresenta neste caso é a própria falta de conhecimento do público em geral sobre a embalagem que está sendo utilizada e se a mesma deve ou não ser separada para a reciclagem ou para a disposição em aterros sanitários, uma vez que o usuário comum de embalagens não dispõe de informações claras ou esclarecimento que lhe permita tal tomada de decisão.
[004] Também é verdade que a disponibilidade de produtos químicos como vernizes especiais que possam agregar a uma estrutura celulósica as propriedades minimamente próximas de proteção ao alimento oferecidas pelos filmes poliméricos ou pelo filme de alumínio é bastante limitada e geralmente muito mais custosa economicamente falando.
[005] Mesmo quando se tratam de laminações ou estruturas contendo materiais permeáveis como os substratos celulósicos, em condições normais de disposição destes produtos quando laminados ou revestidos, tendem a dificultar ou mesmo inviabilizar completamente a reciclagem, seja por incrementar excessivamente o custo para tal reciclagem como pela indisponibilidade de meios técnicos de separar ou desagregar os materiais.
[006] Outro efeito deletério da laminação ou revestimento sobre os materiais permeáveis ou celulósicos é a maior geração de resíduos sem valor comercial, que pode ser exemplificado aqui pelos resíduos de filmes plásticos delaminados que mantém grandes quantidades de material celulósico (fibras) acopladas a este pelos adesivos de laminação e que tomam tais filmes praticamente sem valor comercial devendo ser muitas vezes destinados a aterros sanitários.
[007] Outro exemplo são os papéis siliconados ou parafinados que apresentam grande dificuldade e custo para serem reciclados, também sendo, em sua grande maioria, destinados a aterro.
[008] A presente invenção propõe que todas estas superfícies de interação sejam revestidas de uma camada hidrossolúvel que, em condições que podem ser ajustadas de acordo com a aplicação do produto, permita a sua solubilização e consequente reaproveitamento de todos ou quase todos os resíduos, minimizando o volume de material a ser enviado para aterros.
[009] No afã de substituir os filmes plásticos das estruturas de embalagens, muitos estudos e desenvolvimentos têm sido feitos no sentido de encontrar revestimentos que, aplicados sobre substratos permeáveis como papéis e cartões, minimizam o conteúdo de materiais poliméricos nas embalagens, mas para além da limitação de dificilmente atingirem os mesmos valores de barreira, notadamente à água e ao vapor de água e ao oxigênio, muitas vezes acabam aumentando significativamente o custo destas estruturas, desta forma, a viabilidade técnica e econômica do uso de produtos químicos que agreguem tais propriedades ao papel é bastante restrita. [0010] Adicionalmente, por vezes a camada destes químicos necessária a ser aplicada sobre os substratos celulósicos para que os valores das barreiras mínimas sejam atingidos é tão elevada que o conteúdo polimérico sintético das embalagens acaba ficando ainda muito elevado, quase igualando a massa dos filmes poliméricos que podem ser laminados ao papel e conferir barreira normalmente superiores.
[0011] Tais produtos químicos são em sua maioria derivados de fontes não renováveis, o que faz com que o balanço ambiental final não seja tão favorável quanto o desejável para aquilo que pretende ser uma solução sustentável.
[0012] Outros autores têm proposto soluções para o referido problema. Exemplos destas soluções podem ser encontrados na US 5.506.036 de C. Bergerioux que é direcionada para a solução do problema de reciclagem de papel cartão laminado com material polimérico em ambos os lados com uma camada de separação baseada especificamente em álcool polivinílico.
[0013] A despeito da solução ser bastante eficiente, o álcool polivinílico é extremamente sensível à umidade. Embalagens de cartão duplamente revestido no lado interno e externo são majoritariamente direcionadas à embalagens de produtos líquidos, cujo topo do cartão visível nas áreas de corte da embalagem acabam não apresentando nenhuma proteção contra a penetração de água a não ser o COBB do próprio cartão. Neste cenário, o uso de uma camada de separação muito sensível à umidade e com a sensibilidade de alimentos líquidos à contaminação, podem comprometer a qualidade final de proteção da embalagem. Por este motivo, a presente invenção propõe ouso mais seletivo de camadas de separação hidrossolúveis de acordo com a aplicação final da embalagem.
[0014] Desta forma, produtos embalados naturalmente ácidos como a maioria dos sucos, poderiam ser preferencialmente produzidos com camadas de separação de características álcali solúveis, pois caso haja alguma contaminação no envase, transporte ou armazenagem do produto, a preservação da integridade da estrutura da embalagem teria maior garantia. Da mesma forma, caso o produto seja de natureza alcalina, o uso de sistemas ácido solúveis garantiria maior segurança.
[0015] Outra diferença significativa entre a US 5.506.036 e a presente invenção está no fato de que esta última pode ser direcionada para a solução de embalagens com aplicação de barreiras por laminação de polímeros ou alumínio em apenas um dos lados ou mesmo pela substituição destes filmes poliméricos extrusados ou laminados por revestimentos tipo “coating”, sistemas típicos usados para embalagens de alimentos sólidos.
[0016] Já A. C. Massura e colaboradores propõem através do pedido WO 03/104315 Al que em estruturas convencionais, sem a introdução de uma camada de separação propositalmente adicionada estas embalagens sejam submetidas a ataques químicos com ou sem auxílio de pressão e temperatura para promover a separação das várias estruturas componentes da estrutura final.
[0017] O grande problema aqui verificado é o uso de produtos químicos, principalmente os solventes orgânicos que apresentam alto custo no processo, adicionam muita complexidade e, em muitos casos são considerados produtos com toxicidade elevada, como os hidrocarbonetos aromáticos xileno e tolueno, os solventes dorados como o tetracloreto de carbono, clorofórmio dentre outros.
[0018] A submissão destes elementos a altas temperaturas ainda apresenta diversas desvantagens, sendo as mais destacadas, o aumento da taxa de evaporação em sistemas abertos ou o aumento significativo da pressão interna em vasos de pressão no caso de sistemas fechados.
[0019] A presente invenção, para evitar tais transtornos, propõe a introdução de uma camada de separação hidrossolúvel a ser escolhida seletivamente em função da aplicação final da embalagem, de modo a permitir a fácil separação das estruturas de embalagens apenas com o uso de água com ou sem aquecimento e eventualmente a adição de elementos para acidificá-la ou tomá-la alcalina mas com o uso de produtos de baixa toxicidade.
[0020] Outra alternativa de solução para facilitar a reciclagem, mais especificamente direcionada para laminações contendo uma camada metálica pode ser encontrada na US 10.682.788 B2 de F. Lovis e colaboradores que propõe, na mesma linha da WO 03/104315 a geração de um ataque químico para provocar um intumescimento do polímero, fragilizando a sua adesão à camada de metal.
[0021] Da mesma forma que a WO 03/104315, o uso de produtos químicos mais agressivos ou complexos passa a ser necessária pela ausência de uma camada de separação propositadamente adicionada para provocar a separação de uma maneira facilitada proposta pela presente invenção.
[0022] Para poder superar estas restrições, tanto de caráter técnico como econômico, a presente invenção propõe uma alternativa econômica para equacionar a necessidade de barreiras ou das características de certos materiais revestidos com a possibilidade facilitada de sua reciclagem.
[0023] Exemplos bastante contundentes destes tipos de embalagens em que a presente invenção pode promover a redução significativa do uso de materiais plásticos mas preservando as barreiras pelo uso de apenas do material polimérico com a propriedade de barreira desejada e substituindo os filmes poliméricos normalmente usados apenas para proteção do filme de barreira por material celulósico por exemplo são as embalagens de “snacks” (salgadinhos) ou, no caso específico dos materiais revestidos de difícil reciclagem, o quase onipresente papel siliconado das etiquetas adesivas ou papéis parafinados se beneficiariam do uso da presente invenção pelo fato de que tais revestimentos quando aplicados sobre a camada de separação hidrossolúvel permitiria a completa separação destes elementos contaminantes do papel a baixíssimo custo e complexidade.
[0024] Como já abordado, uma ótima alternativa é a continuidade do uso dos filmes poliméricos ou de alumínio para a obtenção das barreiras necessárias à preservação da qualidade e sanidade dos alimentos mas com uma funcionalidade adicional de tomar estas embalagens mais sustentáveis pelo uso combinado destes filmes com uma película constituída de material celulósico que passa a ser o constituinte estruturante da embalagem ainda associado a camadas hidros solúveis nas interfaces permeáveis com os filmes e materiais de revestimento que proporcionarão a separação destes materiais dos materiais permeáveis com maior facilidade após o seu uso.
Descrição detalhada da invenção:
[0025] A presente invenção propõe o uso de estruturas laminadas de fácil reciclagem que contém ao menos uma camada de material permeável, geralmente constituído por um filme celulósico, como papel ou cartão, e um filme de polímero, mais usualmente constituído de polietileno, polipropileno, poliéster nylon ou EVOH, metalizados ou não, ou filme de alumínio ou um revestimento polimérico ou não cuja finalidade seja conferir uma propriedade ou uma barreira específica, podendo ser este revestimento constituído de camadas de parafinas, silicones, resinas acrílicas, resinas vindicas, resinas poliuretânicas, resinas poliésteres e poliéters, resinas melamínicas, resinas à base de poliuréias.
[0026] São exemplos de tais revestimentos os silicones para confecção de liner de etiquetas auto adesivas, aplicação de parafinas, revestimentos à base de acrílico, poliéster, poliuretanos ou outras espécies químicas com finalidade de criar, por exemplo, barreiras à óleos e gorduras, barreiras à água e vapor de água, barreira a oxigênio dentre outras.
[0027] A adição de uma camada hidros solúvel entre as camadas permeáveis à água e os filmes ou materiais de revestimento tem como principal finalidade a facilidade de separar a camada de material celulósico da camada de polímero, alumínio ou revestimento por meio da dissolução em meio aquoso do adesivo de laminação utilizado por ser este hidrossolúvel ou de uma camada igualmente hidrossolúvel de primer aplicada entre a camada permeável à água e os ditos filmes e revestimentos.
[0028] Uma vez que tais camadas de separação precisam ser hidrossolúveis e que tais estruturas poderão, em casos específicos, ser empregadas em produtos que podem estar sujeitos a ambientes de alta umidade ou mesmo ao contato direto com água, como o caso de esterilização de embalagens cartonadas para líquidos por imersão em peróxido de hidrogênio, é também objetivo da presente invenção apresentar alternativa para os casos em que as estruturas expostas a tais ambiente excessivamente úmidos, possa continuar tendo aplicação e efetividade.
[0029] A hidrossolubilização pode ser modulada e ajustada de diversas formas, destacando-se entre elas as modulações quanto à temperatura da água que causa a solubilização ou a acelera como também pode-se ajustar a solubilização de acordo com o pH do meio.
[0030] Como o espectro de temperatura do meio é bastante amplo, será na presente descrição considerada água a temperatura ambiente toda fonte de água que não tenha passado por nenhum processo artificial de modulação de sua temperatura, da mesma forma, será considerada água aquecida, toda água proveniente de sistemas que permitam a elevação da temperatura em relação a temperatura observada no suprimento de água original.
[0031] Exemplo deste tipo de aplicação onde a combinação de água e temperatura passam a ser efetivos são os álcoois polivinílicos de alto grau de hidrólise que apresentam baixa ou nula capacidade de dissolução em água fria ou a temperaturas baixas, usualmente inferiores a 35°C.
[0032] Outros exemplos de ativação da solubilidade por variação de pH do meio são através do uso de sistemas álcali solúveis ou ácido solúveis, onde as resinas ou polímeros são solúveis apenas quando a acidez do meio é ajustada para o pH desejado.
[0033] Destacam-se nesta categoria as resinas e polímeros álcali solúveis, mais de natureza acrílica ou metacrílica, mas também encontrados em sistemas poliuretânicos, poliésteres, poliéteres, melamínicos além de resinas naturais como as resinas fumáricas, maleicas dentre outras.
[0034] Muito mais raro são as resinas e polímeros ácido solúveis em que se encontram alguns componentes naturais como ligninas e seus derivados e determinados derivados de aminoácidos como os colágenos.
[0035] Desta forma, poderão ser escolhidos os materiais que constituirão a ou as camadas hidrossolúveis de acordo com a aplicação final da estrutura.
[0036] A presente invenção propõe ainda que a construção da estrutura final seja constituída por uma sequência de ao menos 3 camadas conforme ilustrada na Fig. 1
[0037] A figura 1 ilustra a aplicação de um adesivo (B) de característica hidros solúvel na interface da estrutura de natureza permeável à água, celulósica ou não (A) e do filme polimérico, alumínio (C) ou revestimento polimérico ou não.
[0038] No caso da figura acima, nota-se que o filme hidrossolúvel empregado performa duas funções simultaneamente: a) Promover a laminação entre estas camadas, performando como adesivo de laminação em si e; b) Promover a separação das camadas permeáveis de filmes ou do revestimento.
[0039] Para que isto seja possível, a compatibilidade entre o material utilizado e, principalmente os filmes, alumínio e revestimentos devem ser elevadas o suficiente para obtenção do nível de adesão ou laminação requeridas pela aplicação da estrutura. [0040] Em muitas aplicações, especialmente algumas mais simples, para as quais as barreiras desejadas não são tão elevadas, ou mesmo em algumas empresas, regiões ou países, existe uma preferência do uso de um sistema de depósito de uma camada polimérica pelo processo de revestimento por coextrusão ou até revestimento por uma coextrusão (extrusion coating) de um filme ou mais filmes principalmente de polietileno ou polipropileno. Nestes casos, o material hidrossolúvel não performará propriamente como um adesivo, mas sim como um primer para facilitar a recepção destes polímeros em fusão, mas a compatibilidade entre estes deverá existir para garantir os valores mínimos de adesão requeridas pela aplicação da estrutura sejam alcançados.
[0041] Outra possível configuração de aplicação se dá quando o material será submetido a um processo convencional de laminação com o uso de adesivos de laminação, podendo este ser de diversas tecnologias como base água, base solvente, solventless (bi componente sem solvente), de cura por radiação ultravioleta ou feixe de elétrons dentre outras.
[0042] Fig. 2 - A figura 2 ilustra a aplicação de uma camada (B) de característica hidrossolúvel normalmente aplicada sobre a superfície da estrutura de natureza permeável à água, celulósica ou não (A), enquanto um filme de adesivo (C) de natureza base água, base solvente, sem solvente ou outra natureza é aplicado na superfície do filme polimérico ou de alumínio (D) ou ainda na superfície seca da camada (B).
[0043] Fig. 3 - A figura 3 ilustra a aplicação de uma camada (B) de característica hidrossolúvel normalmente aplicada sobre a superfície da estrutura de natureza permeável à água, celulósica ou não (A), enquanto um filme polimérico (C) é aplicado por meio de coextrusão sobre a superfície seca da camada (B).
[0044] A vantagem da adição de uma camada hidrossolúvel é a facilidade com que ocorrerá a desagregação entre as várias camadas constituintes da estrutura final quando estas estruturas são processadas nos hidrapulpers das empresas recicladoras.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem, caracterizada por ser constituída por ao menos três camadas sobrepostas sendo uma desta permeável à água, outra não permeável à água em oposição entre si entremeadas por uma camada de adesivo solúvel em água.
2. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem, caracterizada por ser constituída por ao menos quatro camadas sobrepostas sendo uma desta permeável à água, outra não permeável à água em oposição entre si entremeadas por uma camada de material solúvel em água este aplicado à camada permeável e laminados com a camada impermeável através de um adesivo de laminação.
3. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem, caracterizada por ser constituída por ao menos três camadas sendo uma destas permeável à água outra camada sendo constituída por um revestimento não solúvel em água entremeados por uma camada de material solúvel em água.
4. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem, caracterizada por possuir um adesivo ou uma camada de característica solúvel em água de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3 onde a camada tal camada solúvel em água pode ser constituída de produtos de origem naturais ou sintéticos, tendo como exemplos, mas não se limitando aos produtos de origem natural de amidos e seus derivados, outros produtos à base de proteínas vegetais ou animais, derivados celulósicos como Carboximetilcelulose, resinas de origem vegetal como fumáricas e maleicas ou ainda derivados de lignina ou aminoácidos, compostos hidrossolúveis sintéticos à base de álcool polivinílico ou derivados de de acetato de polivinila, compostos sintéticos hidrossolúveis baseados em acrilatos e metacrilatos, compostos sintéticos hidrossolúveis à base de poliéster ou poliéteres, compostos sintéticos hidrossolúveis à base de poliuretanos.
5. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem de acordo com as reivindicações 1,2,3, caracterizada por a camada não permeável ser constituída por polímeros de polietileno, polipropileno, poliéster, nylon, EVOH ou por aplicações de camadas de parafinas, silicones, resinas acrílicas, resinas vinílicas, resinas poliuretânicas, resinas poliésteres e poliéters, resinas melamínicas, resinas à base de poliuréias.
6. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem, caracterizada pelos adesivos de laminação não hidrossolúveis de acordo com a reivindicação 2 serem de natureza base água, base solvente, sem solvente, ultravioleta ou feixe de elétrons.
7. Estrutura de múltiplas camadas para embalagem de fácil reciclagem, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizada pela camada hidrossolúvel ser ajustada, de acordo com a necessidade do produto final a ser embalado para ser solúvel em: a) Água à temperatura ambiente, caracterizada tal temperatura pela não utilização de equipamentos específicos para seu aquecimento; b) Água aquecida por meios externos; c) Água alcalinizada; d) Água acidificada.
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