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Converter um bio polímero em embalagem alimentar: exemplo do filme plástico
Loic Hilliou, Mara Cunha, Paulo Teixeira and José A. CovasDept. Polymer Engineering/ Institute for Polymers and Composites
University of Minho, Guimarães, [email protected]
• A embalagem alimentar: do polímero ao filme
• Características do plástico para filmes
• Bio polímeros e limitações
• Exemplos de sucesso: filme “compostável” em casa
• perspetivas
Índice:
Um sonho: da alga…….
……ao filme alimentar
Alga
Bio polímero extraído
(E407)Formulação com aditivos e agua
revestimento
secar
• E407 aditivo alimentar/farmacêutico = 10-50 € (polietileno ~ 1 €/kg)
• 17.2 kton algas produzidas para E407 em 2015 (Porse & Rudolph 2017) 9 kton de embalagem possível….
• Em 2019, foram produzidos 2 Mton de bioplástico para embalagem (148 Mton embalagem plástico)
• O filme de algas (E407) não aguenta isto……
Só que….
Do polímero ao filme - Características - Bio polímeros - Exemplos - Perspetivas
Polietileno de Baixa Densidade (PEBD)
Fontes:https://www.tudosobreplasticos.com/materiais/polietileno.asphttps://www.encimat.cefetmg.br/2017/12/12/polietileno/
Do polímero ao filme - Características - Bio polímeros - Exemplos - Perspetivas
Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) Plástico de PEBD
MICRO-NANO ESTRUTURA
PEBD ADITIVOS
corAnti UV, T, etc. ViscosidadeElasticidadepermeabilidade
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Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) Plástico de PEBD Filme (processo extrusão-balão)
• Extrusão do plástico em tubo
-granulo de PEBD é fundido
-fundido forçado dentro de uma
fieira tubular
• Insuflação do tubo + arrefecimento
balão
• Bobinagem do balão filme (mangueira)
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1. Viscosidade + Elasticidade do fundido de plástico: REOLOGIA
• Medir a viscoelasticidade: escoamento
•Velocidades de extrusão:
• 1 m de filme / s 100-500
kgs PEBD/h
•Viscosidade do PEBD:
10 000X até 1MX H2O
• Medir a viscoelasticidade:
extensão
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2. Cristalização sobre fluxo e tensões
Implicações para o filme:
• % de cristal propriedades mecânicas
•Fluxo/tensão orientações
0% 50% (PEBD)
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3. Avaliar a processabilidade em extrusão
• Mini extrusão + (reologia/amostragem) em linha: 100 g/horas
Polípropileno + nanotubos de carbono não alimentar…..
Extrusora
Fita extrudida+esticada
Reometro
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• Micro extrusão : 1 - 10 g/horas
3. Avaliar a processabilidade em extrusão
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bio polímero bio degradável
• Bio polímero não vem do petróleo
• Bio degradável: “compost orgânico”
Luz, água,
microrganismos (enzimas)microrganismos (enzimas)
S. Billiet & S.R. Trenor, 2020
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bio polímero: poli (hidroxibutirato -co- hidroxivalerato) (PHBV) experimental (grupo A.M. Reis, UNOVA)
• Micro extrusão (1-10 g/h): projetos EcoBioCap e PACK4COMPOST)
Temperatura + tempo de processamento degradação, falta de elasticidade
140 ºC
120 ºC
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• Teste de extrusão balão
PHBV comercial: poli (hidroxibutirato -co- hidroxivalerato)+aditivos
Processo instável impossível produzir a grande escala (kms/h) filmes com espessura e largura constante
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Políhidroxialcanoatos (PHBV, PHB, etc): PRECISA MELHORAR A ESTABILIDADE DO PROCESSO
: PRECISA MELHORAR AS PROPRIEDADES FINAIS DOS FILMES
MISTURAR COM OUTROS POLÍMEROS
MODIFICAR O BIO POLÍMERO
AJUDAR O PROCESSO (co-extrusão)
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Solução 1: Misturar PHBV com um bio polímero que presta
PHBVMater-Bi PBAT
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PHB comercial (PHB+???) PHB + agente de ramificação
Solução 2: modificar PHB (poli hidroxibutirato)projeto YPACK
+
=
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Solução 3: co-extrusão (projeto EcoBioCap)filmes com 2 camadas
Extrusora A: camada exterior para ajudar o processoExtrusora B: camada interior com PHB ou PHBV
A
B
PHB/PBAT
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Melhorar as propriedades mecânicas dos filmes com PHB ou PHBV
YPACK
A) Modified PHB C) Blend PHB+PBAT B) Bilayer PHB/PBAT
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Solução 3: co-extrusão (projeto YPACK)
otimização do % de PHB : > 50%
otimização da adesão entre as camadas
otimização espessura : 40 microns
validação escala industrial
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Baixar o custo de extração do PHB da biomassa + modificar
E2B2-PHACAR: extrusora como maquina de extração e modificação
Resultados preliminares……2016
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Baixar o custo de extração do PHB da biomassa + modificar
E2B2-PHACAR: extrusora como maquina de extração e modificação
PHA a PHA b etc…
Martin et al., 2012 DOI: 10.5772/48737
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This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 773872
www.ypack.eu
UID/CTM/50025/2013, UID/CTM/50025/2019, POCI-01-0145-FEDER-007688.
Programa IF, IF/00606/2014Pack4compost PTDC/AGR-ALI/122741/2010E2B2-PHACAR PTDC/BII-BIO/5626/2020
UNIVERSIDADE DO MINHOAntónio A. VicenteDiogo Machado
UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOAAna R. GouveiaAnouk F. DuqueCatarina S.S. OliveiraMaria A.M. Reis
FEUPAlberto S. SerenoFabio D.S. LarotondaMaria P. Gonçalves