BR112020021530A2 - Adição de aditivos que conferem biodegradabilidade aos materiais plásticos - Google Patents
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- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
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Abstract
são descritos no presente documento métodos para tornar biodegradável um material plástico que não é, por si só, biodegradável, mesclando-se o material plástico com um material polimérico à base de carboidrato que é formado a partir de a) um ou mais amidos e um plastificante (por exemplo, glicerina), b) um aditivo conhecido na técnica como um material de oxo e/ou um aditivo que interage com micróbios que contribui na biodegradação do material não biodegradável. o material polimérico à base de carboidrato é menos cristalino do que os materiais não biodegradáveis, por exemplo, por ser substancialmente amorfo e por ter uma cristalinidade de não mais do que 20%. quando testado sob condições que causam a biodegradação, a mescla biodegrada-se em uma extensão maior do que o teor do polímero à base de carboidrato.
Description
Relatório Descritivo de Patente de Invenção para “ADIÇÃO DE ADITIVOS QUE CONFEREM BIODEGRADABILIDADE AOS MATERIAIS PLÁSTICOS”.
[0001] Os plásticos à base de petroquímicos tradicionais são formulados para que sejam fortes, leves e duráveis. Por essa razão, eles são usados em grandes quantidades em incontáveis produtos para consumo. Entretanto, esses plásticos são, geralmente, não biodegradáveis em uma extensão significativa, e, como resultado, centenas de milhões de toneladas de plástico encontram-se em aterros ou flutuam no oceano. Na tentativa de reduzir a quantidade de dejetos plásticos, alguns artigos tipicamente produzidos com o uso de plásticos à base de petroquímicos estão sendo produzidos com o uso de materiais biodegradáveis.
[0002] Materiais plásticos à base de petroquímicos, tais como grandes quantidades de polietileno e polipropileno, assim como vários outros plásticos (poliéster de polietileno de tereftalato, poliestireno, ABS, cloreto de polivinila, policarbonato, náilon e similares) não são, típica e prontamente, biodegradáveis. Tal como é, tipicamente, o caso até mesmo dos denominados plásticos “verdes” de tais materiais, os quais podem ser originados a partir de fontes renováveis ou sustentáveis, em vez de matérias-primas petroquímicas.
[0003] Recentemente, esforços foram feitos para tornar tais materiais plásticos gradualmente degradáveis por meio da adição de aditivos degradáveis de UV e/ou de OXO (por exemplo, tal como PDQ-M, PDQ-H, BDA, e OxoTerraTM Aditivo de Willow Ridge Plastics, Aditivo OX1014 de LifeLine, ou aditivos orgânicos (por exemplo, tal como Enso Restore® por Enso, EcoPure® Aditivo de Bio-Tec Environmental, aditivo de grânulos de batelada matriz ECM de ECM Biofilms ou BioSphere®). Aditivo de plástico biodegradáveis. Os aditivos degradáveis de OXO são conhecidos por romper as longas cadeias de carbono de materiais que fazem os materiais mais suscetíveis à biodegradação. A degradação dos materiais plásticos dessa maneira é através da ação de UV e/ou de oxigênio. A ação subsequente é, geralmente, instituída pelos microrganismos, bactérias ou fungos. O uso de tais aditivos é, frequentemente, reprovado por algumas associações de indústria de plástico (por exemplo, SPC, APR, FPA e/ou BPI), e órgãos governamentais, tais como a União Europeia e alguns estados, especificamente a Califórnia. Acredita-se que o grau de degradabilidade (particularmente, qualquer biodegradabilidade) e que a taxa de degradação causados são, frequentemente, muito lentos, e os aditivos de UV e/ou de OXO podem simplesmente iniciar a fragmentação estrutural ou a degradação que acelera a deterioração física de tais materiais plásticos em pequenos pedaços (“microplástico”) do material de plástico base estrutural, em vez de a conversão atual desejada do plástico em materiais naturais, tais como dióxido de carbono (CO2), água (H2O), e/ou metano (CH4). Algumas jurisdições, tal como a União Europeia e alguns estados, têm adotado políticas desencorajando ou, até mesmo, propondo o banimento do uso de tais aditivos ou pelo menos desconsiderando as alegações de biodegradabilidade de plásticos que contém os aditivos por tais alegações serem consideradas enganosas.
[0004] Tais agências governamentais acreditam que os aditivos de OXO podem, simplesmente, acelerar a ruptura da macroestrutura do artigo plástico por si só devido à exposição à luz UV (a partir da exposição ao sol) e/ou ao oxigênio. Tais plásticos especializados, na realidade, podem não biodegradar a qualquer grau desejável dentro de um determinado período (por exemplo, 5 anos, 3, anos ou 1 ano), mas simplesmente perdem resistência, se partem e rompem em pequenos pedaços. O resultado pode ser uma pilha de pequenos pedaços de polietileno ou outro material plástico base que resulta da garrafa, filme ou outro artigo que, fisicamente, se degrada ao longo do tempo devido à presença dos aditivos de UV e/ou de OXO. Entretanto, a fração de peso de polietileno ou outro material plástico base podem permanecer, substancialmente, a mesma, sem que nenhuma biodegradação significativa aos elementos de base realmente ocorra. A degradação pode ser, primariamente, física, visto que o artigo se torna quebradiço, se parte e se rompe em pequenos pedaços, deixando vários pequenos fragmentos de polietileno ou outro polímero de base. A aplicação do termo “biodegradável” a tais materiais plásticos pode ser considerada como errônea, visto que a biodegradação completa do material polimérico, por si só, pode realmente não ocorrer (por exemplo, em que frações substanciais do plástico seriam degradadas em CO2, CH4, H2O e similares).
[0005] Além disso, fabricantes de plásticos considerados biodegradáveis podem incorporar aditivos de degradação químicos, tais como os materiais orgânicos, que operam separadamente ou em combinação com os aditivos de OXO para alcançar certa biodegradação. Entretanto, esses aditivos também são considerados, por alguns, por serem de valor limitado, visto que qualquer biodegradação pode ser muito lenta. Além disso, a composição dos aditivos é, tipicamente, um segredo comercial, embora alguns concluam que os aditivos são similares ou idênticos àqueles dentre os aditivos de UV e/ou de OXO. Por causa de dúvidas em relação aos aditivos químicos causarem realmente biodegradação adequada aos elementos de base, algumas associações de indústria de plástico e reguladoras, similarmente, reprovam a inclusão dos denominados aditivos orgânicos em composições plásticas, especificamente com quaisquer alegações de que eles causem a biodegradação de verdade.
[0006] Os termos “aditivo de OXO” e “aditivo de UV” podem ser usados, no presente documento e de forma intercambiável, para se referir aos agentes químicos, que sob exposição ao oxigênio ou à radiação UV, causam a desintegração de cadeias de polímero plástico em fragmentos, com ou sem a biodegradação completa.
[0007] O termo “aditivo químico” é usado, no presente documento, para se referir aos materiais, frequentemente orgânicos, que podem ser misturados com produtos plásticos para causar a degradação e/ou a biodegradação de materiais plásticos através da interação com os micróbios em um ambiente de descarte. Os aditivos podem operar com as secreções dos microrganismos, tais como enzimas, ou podem fornecer a nutrição que estimula o cultivo e a colonização dos microrganismos. Tal função pode ser descrita como degradação ou biodegradação "mediada por célula".
[0008] O termo “aditivo de degradação” é usado, no presente documento, para se referir a um ou ambos os aditivos de OXO e/ou aditivos químicos que são misturados com plásticos, tais como poliolefinas; por exemplo, polietileno, polipropileno e similares, para estimular a degradação das cadeias de polímero através da oxidação e/ou do ataque químico e/ou da dissimilação microbiana.
[0009] O termo “biodegradação”, conforme usado no presente documento, se refere à conversão de um polímero total ou em parte em elementos de base, tais como dióxido de carbono, metano e/ou água.
[0010] O pedido copendente da Requerente nº 15/691.588 revela um método para conferir biodegradabilidade a artigos plásticos, que não são, tipicamente, biodegradáveis de outra forma, através da adição de uma fração de um material polimérico à base de carboidrato (conhecido comercialmente como NuPlastiQ® (disponibilizado pela Requerente) que, surpreendentemente, foi constatado que o mesmo confere a biodegradabilidade completa a tais materiais plásticos quando mesclado com os mesmos e exposto a condições nas quais os micróbios encontram-se em quantidade suficiente, tal como a encontrada em aterros, em condições de compostagem e/ou em ambientes marinhos.
[0011] O presente pedido refere-se a composições e a métodos para alcançar biodegradabilidade otimizada em mesclas de um plástico substancialmente não biodegradável convencional com um material polimérico à base de carboidrato, tal como NuPlastiQ®, disponibilizado pela Requerente, através da adição de um aditivo de degradação conforme descrito anteriormente a uma mescla do polímero à base de carboidrato e ao plástico não biodegradável. Embora as mesclas do polímero à base de carboidrato e do plástico não biodegradável alcancem níveis completos de biodegradabilidade e,
até mesmo, a biodegradabilidade completa, a presença do aditivo de degradação pode, significativamente, otimizar a biodegradabilidade (por exemplo, a taxa e/ou a extensão) de tais mesclas.
[0012] Consequentemente, a presente invenção alcança o benefício dos efeitos combinados dos aditivos de degradação da técnica anterior e do material de NuPlastiQ da Requerente em plásticos biodegradantes, tais como polietileno e outros polímeros de plástico. Portanto, embora se acredite que a presença de um aditivo de degradação (tal como um aditivo de OXO) em plásticos não biodegradáveis convencionais, tais como polietileno e polipropileno, pode causar a degradação de plásticos na presença de luz ultravioleta e/ou oxigênio, e que, aparentemente, resulta na fragmentação e, possivelmente, na biodegradação limitada (em vez de biodegradação substancialmente completa), a presença do aditivo de degradação em mesclas de plástico que incluem a composição à base de amido da Requerente, conhecida como NuPlastiQ® na presença de microrganismos juntamente com luz ultravioleta e/ou oxigênio, causa a biodegradação do plástico de forma mais rápida ou mais completa do que ocorre com mesclas que não incluem o aditivo. Resultados similares são alcançados quando um aditivo, frequentemente um aditivo orgânico, tal como aquele identificado anteriormente, é incluso por sua capacidade de interagir com microrganismos que contribuem para a biodegradação de verdade de materiais plásticos poliméricos. Tipicamente, o aditivo de degradação está presente na mescla em uma concentração de cerca de 0,3% em peso a cerca de 5% em peso da mescla final, dependendo da potência do aditivo, as proporções finais de tal podem ser, prontamente, determinadas pelo teste de rotina para eficácia. O aditivo (ou aditivos) pode ser incorporado com o NuPlastiQ antes de mesclar com o plástico não biodegradável, mesclado com o plástico não biodegradável antes de se mesclar com o NuPlastiQ ou o mesmo pode ser adicionado a uma mescla na qual o plástico não biodegradável e o NuPlastiQ estão sendo mesclados no momento no qual o produto plástico está sendo fabricado. O aditivo de degradação é introduzido por meio de qualquer operação de mesclagem ou de extrusão convencional conhecida a fim de mesclar os componentes de rotina, tais como os compatibilizadores, antioxidantes, etc. na indústria de plásticos.
[0013] As mesclas de NuPlastiQ/biodegradáveis que contém os aditivos mencionados anteriormente podem alcançar um nível de biodegradação (isto é, de quebra de dióxido de carbono e/ou metano e/ou água) em aterro, ambientes marinhos e/ou de compostagem ou, até mesmo, em ambientes para descarte com exposição à luz solar no caso de aditivos de OXO, o que é mais rápido e, às vezes, mais completo do que um plástico sem o aditivo de degradação. A extensão da biodegradação pode ser medida em diversos testes, por exemplo, incluindo ASTM D 5338 (condições anaeróbicas, tal como em aterros) e ASTM D 6400 (condições aeróbicas, tal como em compostagem).
[0014] As composições e métodos desta invenção demonstram a capacidade de conferir biodegradabilidade otimizada para vários materiais plásticos que, antes do desenvolvimento de NuPlastic® , se acreditava que os mesmos não eram, significativamente, biodegradáveis de outra forma, exemplos dos quais é possível incluir, porém sem limitações, polietileno, polipropileno e outras poliolefinas, tal como poliestireno. Esse fenômeno também se aplica a outros materiais, tais como poliésteres (polietileno de tereftalato), ABS, cloreto de polivinila, náilon, policarbonato e combinações do mesmo.
[0015] As mesclas de tais plásticos com o material polimérico à base de carboidrato, NuPlastiQ, e o aditivo de degradação podem ser misturados e aquecidos (por exemplo, fundidas) para o uso na formação de produtos plásticos extrudados, produtos plásticos moldados por injeção, produtos plásticos moldados por sopro, produtos de filme plástico soprados, extrudados ou chapas forjadas ou filmes, produtos plásticos termoformados e similares com o uso de equipamento padrão da indústria de plásticos a partir da mistura e da composição dos materiais poliméricos com ingredientes necessários.
[0016] Para que a maneira pela qual as outras vantagens e os objetivos da invenção que são citados anteriormente seja obtida, uma descrição mais particular da invenção brevemente descrita anteriormente será apresentada a título de referência em modalidades especificas da mesma, tal como ilustrado nos desenhos anexos. Entendendo-se que esses desenhos representam apenas modalidades típicas da invenção e não devem, portanto, ser considerados como limitadores de seu escopo, a invenção será descrita e explicada com especificidade adicional e detalhes por meio do uso dos desenhos anexos em que:
[0017] A Figura 1 ilustra um fluxograma de um processo exemplificativo para a formação de um artigo a partir das composições da presente invenção, incluindo um material polimérico à base de carboidrato (NuPlastiQ) e um ou mais aditivos de degradação. Conforme mostrado, o polímero à base de carboidrato e o aditivo de degradação são misturados com o plástico não biodegradável em 104; entretanto, o aditivo pode ser pré-misturado com um dos materiais antes de se preparar a mistura de todos os três ingredientes.
[0018] A Figura 2 ilustra os componentes de um sistema de fabricação exemplificativo para produzir os artigos que incluem os materiais biodegradáveis desta invenção.
[0019] A Figura 3 mostra padrões de difração de raios X para um material polimérico à base de carboidrato exemplificativo, NuPlastiQ, comercialmente disponível por BioLogiQ em comparação àquele da mescla de amido de milho nativo e amido de batata nativo usado para formar o NuPlastiQ. Acredita-se que a única estrutura do NuPlastiQ, que inclui sua natureza amorfa, contribui para suas propriedades de mesclar profundamente com um polímero não biodegradável, tal como polietileno.
[0020] Todas as publicações, patentes e todos pedidos de patentes citados no presente documento, seja supra ou infra, são incorporados ao presente documento em sua totalidade a título de referência na mesma medida em que cada publicação, patente ou pedido de patente individual fosse específica e individualmente indicado para ser incorporado a título de referência.
[0021] O termo “compreender” que é sinônimo de “incluir”, “conter” ou “caracterizado(a) por”, é inclusivo ou aberto e não exclui elementos adicionais, não recitados ou etapas de método.
[0022] O termo “consistir essencialmente em” limita o escopo de uma reivindicação para as etapas ou os materiais específicos “e aqueles que não afetam materialmente a característica (ou características) básicas ou inovadoras” da invenção reivindicada.
[0023] O termo “consistir em”, conforme usado no presente documento, exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não específico na reivindicação.
[0024] Os termos "um," "uma," "a/o" e referentes similares usados no contexto da descrição dos recursos inovadores (especificamente, no contexto das reivindicações seguintes) devem ser interpretados por abranger tanto o singular quanto o plural, a menos que indicado o contrário no presente documento ou que seja contradito, evidentemente, pelo contexto. Portanto, por exemplo, a referência para um “amido” pode incluir um, dois ou mais amidos.
[0025] “Filme", conforme usado no presente documento, se refere a um artigo contínuo e fino que inclui um ou mais materiais poliméricos que podem ser usados para separar áreas ou volumes, para reter itens, para atuar como uma barreira e/ou como uma superfície imprimível.
[0026] "Bolsa", conforme usado no presente documento, se refere a um recipiente produzido a partir de um filme flexível e relativamente fino que pode ser usado para comportar e/ou transportar mercadorias.
[0027] “Garrafa", conforme usado no presente documento, se refere a um recipiente que pode ser produzido a partir dos plásticos revelados atualmente, tipicamente com uma espessura maior do que um filme, e que, tipicamente, incluem um gargalo relativamente estreito de modo adjacente a uma abertura. Tais garrafas podem ser usadas para reter uma ampla variedade de produtos (por exemplo, bebidas, produtos de higiene pessoal, tais como xampu, condicionador, creme, sabão, limpadores e similares).
[0028] A menos que declarado o contrário, todas as porcentagens, proporções, partes e quantidades usadas e descritas no presente documento são em peso.
[0029] Números, porcentagens, proporções ou outros valores declarados no presente documento podem incluir aquele valor, e também outros valores que estão cerca de ou aproximados do valor declarado, conforme seria observado por uma pessoa versada na técnica. Um valor declarado deve, portanto, ser interpretado de forma abrangente o suficiente para abranger os valores que são, pelo menos, próximos o suficiente do valor declarado a fim de desempenhar uma função desejada ou alcançar um resultado desejado, e/ou dos valores que estão entre o valor declarado. Os valores declarados incluem, pelo menos, a variação a ser prevista em um típico processo de fabricação, e podem incluir valores que estão dentro de 25%, 15%, 10%, dentro de 5%, dentro de 1%, etc. de um valor declarado. Além do mais, os termos “substancialmente”, “similarmente”, “cerca de” ou “aproximadamente”, conforme usado no presente documento, representam uma quantidade ou um estado próximo da quantidade ou do estado declarado que ainda desempenha uma função desejada ou que alcança um resultado desejado. Por exemplo, o termo “substancialmente” “cerca de” ou “aproximadamente” pode se referir a uma quantidade que está dentro de 25%, dentro de 15%, dentro de 10%, dentro de 5% ou dentro de 1% de uma quantidade ou um valor declarado.
[0030] Algumas faixas são reveladas no presente documento. Faixas adicionais podem ser definidas entre quaisquer valores revelados no presente documento como sendo exemplificativo de um parâmetro particular. Todas as tais faixas são contempladas e estão dentro do escopo da presente revelação. Além disso, a recitação de faixas de valores no presente documento destina-se para servir como um método abreviado de referência individual para cada valor separado que é abrangido pela faixa. A menos que indicado o contrário no presente documento, cada valor individual está incorporado no relatório descritivo como se o mesmo tivesse sido individualmente recitado no presente documento.
[0031] Todos os números que expressam quantidades de ingredientes, constituintes, condições e assim em diante usados no relatório descritivo e nas reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos os exemplos pelo termo “cerca de”. Apesar de que as faixas numéricas e os parâmetros estabelecidos posteriormente no abrangente escopo da invenção serem aproximações, os valores numéricos estabelecidos nos exemplos específicos são reportados o mais precisamente possível. Qualquer valor numérico, no entanto, contém inerentemente determinados erros que resultam necessariamente do desvio padrão constatado em suas respectivas medições de testagem.
[0032] A frase “isento(a) de” ou frases similares, conforme usado no presente documento, significa que a composição compreende 0% do componente declarado, ou seja, o componente não foi, intencionalmente, adicionado à composição. Entretanto, será observado que tais componentes que podem, incidentalmente, se formar sob circunstâncias apropriadas, podem estar, incidentalmente, presentes dentro de outro componente incluso, por exemplo, como um contaminante acidental ou similares.
[0033] A frase “substancialmente isento de” ou frases similares, conforme usado no presente documento, significa que a composição compreende preferencialmente 0% do componente declarado, embora será possível observar que concentrações bem pequenas podem, possivelmente, estar presentes, por exemplo, por meio da formação acidental, contaminação acidental ou até mesmo pela adição intencional. Tais componentes podem estar presentes, caso estejam, em quantidades inferiores a 1%, inferiores a 0,5%, inferiores a 0,25%, inferiores a 0,1%, inferiores a 0,05%, inferiores a 0,01%, inferiores a 0,005% ou inferiores a 0,001%.
[0034] O termo “não biodegradável”, conforme usado no presente documento e referente a um material, significa que o material (isento de aditivos adicionados para torná-lo biodegradável) não degrada (particularmente, biodegrada), por exemplo, em dióxido de carbono ou metano em uma extensão significativa em um período de tempo limitado (por exemplo, um ano, 3 anos ou 5 anos) quando exposto a diversas condições típicas de descarte, tal como a luz solar, no oceano, ou em um aterro. Entretanto, se entende que, devido ao tempo suficiente e à exposição a condições de luz solar, oxigênio e micróbios degradantes, os materiais mais poliméricos (por exemplo, até mesmo aqueles que são, tipicamente, considerados como “não biodegradável”) degradarão eventualmente ou, até mesmo, biodegradarão, geralmente até alguma extensão limitada, por um tempo estendido (por exemplo, décadas ou séculos).
[0035] O termo “biodegradável”, conforme usado no presente documento e referente a um material, significa que o material que contém NuPlastiQ na presença de aditivos de biodegradação, conforme descrito no presente documento, biodegrada elementos de base, tais como dióxido de carbono, metano e/ou água. II. INTRODUÇÃO
[0036] A presente revelação refere-se, dentre outras coisas, a métodos para conferir biodegradabilidade a um material plástico que, por si só, não é biodegradável de outra forma, mesclando-se tal material plástico com (a) um material polimérico à base de carboidrato (por exemplo, à base de amido), que é, especificamente, selecionado devido a sua capacidade de conferir biodegradabilidade ao material plástico que não é, por si só, biodegradável, e (b) um aditivo de degradação. O material polimérico à base de carboidrato é conhecido como “NuPlastiQ” e é disponibilizado pela Requerente. O método inclui o tratamento apropriado do aditivo, tal como a exposição ao oxigênio, à radiação por UV e a inclusão do aditivo de degradação sob condições nas quais o aditivo é ativado na presença de micróbios biodegradantes. O aditivo de degradação é um ou mais dentre: (i) um material conhecido na técnica como um aditivo de OXO (que tem como função facilitar a degradação por oxigênio e/ou por UV e/ou (ii) uma composição química conhecida por atrair, colonizar e/ou interagir com (tal como fornecendo-se a nutrição e/ou a reação com secreções, por exemplo, enzimas) de microrganismos, sendo que os microrganismos estimulam ou causam a degradação do plásticos mencionados em um ambiente propício para tal biodegradação, tal como o solo, um ambiente de compostagem e/ou um aterro. Tais métodos são, particularmente, benéficos pelo fato de que os mesmos permitem que vários itens plásticos sejam descartados a fim de serem biodegradados em um aterro, pilha de compostagem ou ambiente similar de descarte, em vez de continuarem a existir em seu estado polimérico e estável indeterminadamente.
[0037] Além do mais, a biodegradação de tais artigos não ocorre prontamente quando os artigos são armazenados em típicos ambientes de armazenamento e de uso (por exemplo, armazenados em uma casa, escritório, depósito ou similares), mas, na realidade, a biodegradação, geralmente, começa a ocorrer apenas quando o artigo é colocado em um ambiente que simula, ou é o ambiente de, um aterro ou de compostagem ou outros típicos ambientes de descarte nos quais os microrganismos que facilitam a degradação estão presentes. Por exemplo, tais condições podem incluir (i) uma temperatura que é, de certo modo, elevada acima das temperaturas ambiente normais de "uso" ou de "armazenamento", (ii) exposição a níveis de umidade elevados, (iii) exposição a classes específicas de micróbios indigente a aterros ou a compostagem e a ambientes de descarte similares ou ambientes de oceano/marinhos. A temperatura e a umidade elevadas não causarão a biodegradação de tais artigos a menos que os microrganismos necessários estejam presentes também. A combinação de tais condições faz com que os artigos formados a partir de tal mescla de materiais comece a biodegradar.
[0038] Embora os mecanismos pelos quais tal a biodegradação dos polímeros tipicamente não biodegradáveis torna-se possível mediante a mesclagem com o material polimérico à base de carboidrato, e um ou mais aditivos de degradação possam não ser entendidos, acredita-se que a mesclagem dos dois materiais plásticos, acoplados com, possivelmente, características específicas do material polimérico à base de carboidrato (NuPlastiQ) que, profundamente, se mistura com o material não biodegradável, causa a quebra das cadeias poliméricas do plástico por meio dos microrganismos que atacam as ligações do polímero. A presença de micróbios adequados, de certo modo, quebra a barreira higroscópica associada aos materiais plásticos não biodegradáveis, permitindo que os micróbios que degradariam o material de carboidrato não apenas biodegradem o material polimérico à base de carboidrato, mas também biodegradem as moléculas plásticas não biodegradáveis normalmente adjacentes. As ligações de carbono são quebradas, e a biodegradação pode ser confirmada baseada em testes que capturam e medem o dióxido de carbono e/ou metano que é escapado. Tais resultados são surpreendentes, inesperados e particularmente vantajosos. Os aditivos de degradação descritos no presente documento operam dentro desse ambiente a fim de otimizar a função dos microrganismos e/ou de tornar o material plástico sob uma forma na qual o mesmo possa ser mais adequadamente atacado pelos microrganismos.
[0039] Os artigos podem ser produzidos misturando-se o material polimérico à base de carboidrato e um ou mais aditivos de degradação com o material plástico não biodegradável de outra forma, em qualquer ordem, aquecendo-se a mistura e moldando-se (por exemplo, moldagem por injeção) a mistura, extrudando-se a mistura, moldando-se por sopro a mistura, formando- se por sopro a mistura (por exemplo, formação de um filme por sopro), através da termoformação da mistura ou similares. Também é contemplada a mistura do material de carboidrato e do material não biodegradável, sem o aditivo de degradação, a fim de formar uma mescla dos componentes sem o aditivo, e, subsequentemente, adicionar o aditivo de degradação em quantidades descritas no presente documento para a mesclagem do material de carboidrato e do plástico não biodegradável em um ponto prévio, possivelmente pouco antes, para fabricar um produto plástico, tal como um filme ou uma parte moldada por injeção. Diversos outros processos de fabricação de plástico serão aparentes às pessoas versadas na técnica da presente revelação.
[0040] Os artigos descritos no presente documento podem ser produzidos sob a forma de qualquer estrutura concebível, incluindo, porém sem limitações, garrafas, caixas, outros recipientes, chapas, filmes, bolsas e similares. Os filmes finos para as bolsas e os invólucros de filme (por exemplo, para envolver o redor ou a parte de cima de um produto) podem, facilmente, ser produzidos com o uso de equipamento de filme soprado.
[0041] Exemplos de materiais poliméricos à base de carboidrato ou à base de amido adequados que mostraram ser capazes de conferir biodegradabilidade aos materiais plásticos não biodegradáveis de outra forma para o uso na formação de tais artigos estão disponível em BioLogiQ, sob os marcas registradas de “NuPlastiQ,” e outrora “ESR” (“Eco Starch Resin”). Exemplos específicos de NuPlastiQ incluem, porém sem limitações, NuPlastiQ GP, NuPlastiQ XP, NuPlastiQ XD, NuPlastiQ BC, NuPlastiQ MB e NuPlastiQ BC. Sob a marca registrada ESR, tais materiais foram referidos previamente como GS-270, GS-300 e GS-330. Características específicas de tais materiais de NuPlastiQ serão descritas em mais detalhes no presente documento. Outros materiais poliméricos à base de carboidrato ou à base de amido também podem ser adequados para o uso desde que eles sejam capazes de, e especificamente selecionado para o fim, de conferir biodegradabilidade aos materiais plásticos que não são biodegradáveis de outra forma. NuPlastiQ é descrito adicionalmente nos pedidos dependentes da Requerente nºs 15/481.806 e 15/481.823, ambos depositados em 7 de abril de 2017 e que são incorporados ao presente documento em sua totalidade a título de referência.
[0042] Exemplos de aditivos de degradação adequados são os materiais conhecidos na técnica, que sob condições de exposição à luz ultravioleta e/ou ao oxigênio, degradam ou fragmentam até determina extensão os materiais poliméricos, tais como polietileno, polipropileno, outras poliolefinas,
polietileno de tereftalato, outros poliésteres, poliestireno, ABS, cloreto de polivinila, náilon e policarbonato.
Os aditivos representativos são os aditivos de OXO (por exemplo, tais como PDQ-M, PDQ-H, BDA e OxoTerraTM de Willow Ridge Plastics e OX1014 de Lifeline). Com tais aditivos, a foto-oxidação é, geralmente, a etapa desencadeadora no processo de oxidação.
A radiação UV leva à formação de radical ativo que, por sua vez, pode levar à clivagem de ligações C-C.
Em geral, os aditivos de OXO são sais de metais de transição, tais como cobalto, ferro, manganês, magnésio, níquel e/ou zinco, embora outro metais de transição possam ser usados.
Os aditivos de OXO não incluem metais pesados, tais como chumbo, mercúrio ou cádmio.
Os sais adequados incluem os sais de ácidos carboxílicos e ditiocarbamatos, embora outros sais, tais como haletos (por exemplo, cloretos), nitratos, sulfatos, acetatos, cloratos e similares sejam possíveis.
Alguns de tais aditivos de OXO são descritos em “Transition Metal Salts,” publicado pela Associação de Plástico Biodegradável com OXO e incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência, http://www.biodeg.org/Transition%20Metal%20Salts%201.pdf., e Noreen L.
Thomas, Andrew R.
McLauchlin, Jane Clarke, e Stuart G.
Patrick, ““Oxo- degradable plastics: degradation, environmental impact and recycling”, Institute of Civil Engineering, Waste and Resource Management, volume 165, Expedição WR3, https://dspace.lboro.ac.uk/dspace- jspui/bitstream/2134/13941/4/warm165-133.pdf, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.
Os aditivos de OXO são, tipicamente, usados em uma quantidade que varia de cerca de 0,3% a 5% em peso da mescla de plástico/polímero à base de carboidrato final, dependendo em sua potência, e o nível otimizado pode, prontamente, ser determinado pelo teste de rotina.
As quantidades representativos incluem não mais do que 0,3%, não mais do que 1%, não mais do que 1,5%, não mais do que 2%, não mais do que 2,5%, menos do que 5%, menos do que 3%, menos do que 2% ou menos do que 1% da mescla final do NuPlastiQ ou de outro material polimérico à base de carboidrato e plástico não biodegradável.
[0043] Outros aditivos de degradação do tipo OXO similarmente adequados que facilitam a degradação de plásticos na presença de luz ultravioleta, e, em alguns cases, luz visível, são dióxido de titânio, que incluem TiO2 com poli(metacrilato de metila) enxertado ao mesmo (PMMA) conforme descrito em Ying Luo, Xianming Dong e Chaoqun Zhang, “Accelerating the degradation of polyethylene composite mulches”, Plastics Research online, 19 de maio de 2017, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência; ftalocianina cobre (CuPc) sensibilizado com TiO2, fotocatalisador usado em polietileno conforme descrita em Jing Shang, Ming Chai e Yougfa Zhu, “Photocatalytic Degradation of Polystyrene Plastic under Fluorescent Light,” Environ. Sci. Technol. 2003, 37 (19), p. 4.494 a 4.499, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência; ceria (recozida a temperaturas elevadas), óxido de zinco recozido a temperaturas de cerca de 250 °C e fotocatalisadores de sulfeto de cobre, conforme descrito em Apeksha Gupta, Y.N. Lakshmi, R. Manivannan, S. Noyel Victoria, “Visible Range Photocatalysts for Solid Phase Photocatalytic Degradation of Polyethylene e Polyvinil Chloride, JCChems, vol. 62, nº 1 (2017) (incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência); e, por fim, acetilacetonato de vanádio(III) (VAc), serpentina e Cloisite 30B(CL) conforme descrito em Zehra Oluz e Teoman Tincer, “Additives for ultraviolet-induced oxidative degradation of low-density polyethylene”, Applied Polymer Science, Wiley Online Library, 18 de janeiro de 2016, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência. Esses materiais são, tipicamente, usados nas quantidades estabelecidas anteriormente.
[0044] Os aditivos de OXO são, tipicamente, eficazes sob condições de exposição à luz UV e ao oxigênio.
[0045] Outros aditivos de degradação adequados para serem usados em combinação com NuPlastic® da Requerente ou com outro material polimérico à base de carboidrato, conforme descrito no presente documento, são os materiais propícios para o cultivo e a atividade de microrganismos conhecido por produzir, por exemplo, secretar, substâncias, tais como enzimas, que ataquem os plásticos, tais como polietileno, e/ou outros polímeros, tal como cloreto de polivinila. Os exemplos são os aditivos químicos orgânicos, tal como Restore® de Enso, EcoPure® por Bio-Tec Environmental, Batelada Matriz Grânulos ECM 1M por ECM Biofilms, Biodegradáveis 201, Biodegradáveis 302 de BiosphereTM e TDPA™ disponível por EPI Environmental Technologies, Inc. Tipicamente, esses aditivos são composições, frequentemente orgânicos, e são conhecidos por cultivar e multiplicar organismos úteis em ambientes de biodegradabilidade. Tais materiais são conhecidos por estimular a ação microbiana, tal como através da reação com enzimas secretadas pelos microrganismos e/ou através do fornecimento de uma fonte alimentícia para os microrganismos para fazer com que eles colonizem e multipliquem. Esses materiais otimizam a biodegradação de polímeros, por exemplo, poliolefinas, por meio dos mecanismos, tais como hidrólise, metanogênese e acetogênese.
[0046] Alguns micróbios que se multiplicam nas presenças dos aditivos químicos, tipicamente de materiais orgânicos, secretam enzimas, tais como lacase, amilase ou lipase que atuam nas ligações de carbono-carbono dos polímeros, ou, de outra forma, facilitam a quebra das moléculas de plástico, as quais podem ser mais completamente biodegradadas quando mescladas com NuPlastiQ da Requerente. Um fungo representativo que contribui nas enzimas necessárias para esse fenômeno é o Cochliobolus sp. Exemplos de aditivos de degradação de carboidrato orgânicos que contribuem para a produção de uma enzima, lacase, a partir de tais fungos são os açúcares, tais como maltose, lactose, xilose, glicose e galactose. As fontes de nitrogênio, tais como peptona, ureia, nitrato de amônio, extrato de levedura e sulfato de amônio, podem também ser adicionadas às culturas que produzem lacase. A lacase é conhecida por facilitar a quebra de cloreto de polivinila. A função dos materiais mencionados anteriormente de promover o cultivo da enzima lacase pelos microrganismos Aspergillus niger e Lysinibacillus eylanilyticus SD B9 (T) a fim de degradar cloreto de polivinila pode ser encontrada em Tirupati Sumathi,
Buddolla Viswanath, Akula Sri Lakshmi e D.V.R. SaiGopal, “Production of Lacase by Cochliobolus sdp. Isolated from Plastic Dumped Soils and Their Ability to Degrade Low Molecular Weight PVC”, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência; e Biochemistry Research International, 2016; 9519527 incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência. A ação dos microrganismos, Aspergiillus niger e Lysinibacillus xilaanilyticus cultivados no meio de cultivo que contém nitrato de amônio, sulfato de magnésio, hipofosfato de potássio, cloreto de cálcio e cloreto de potássio, seguida pelo tratamento com glicose, extrato de malte, peptona, asparagina, sulfato de magnésio, hipofosfato de potássio, e cloridrato de tiamina para degradar polietileno, com e sem a radiação UV, é abordado por Atefeh Esmaeili, Ahmad Ali Pourbabaee, Hossein Ali Alikhani, Farzin Shabani Ensieh Esmaeili em “Biodegradation of low-Density Polyethylene (LDPE) by Mixed Culture of Lysinibacillus xilaanilyticus e Aspergillus niger in Soil,” Plos One, publicado em 23 de setembro de 2013, incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.
[0047] Um debate de outras bactérias e fungos que são conhecidos por serem ativos na biodegradação de polietileno e de polipropileno pode ser encontrado em Sudhakar, Arkatkar, Doble, Bhaduri e Uppara, Biodegradation of polyethylene and polyproylene, Indian journal of Biotechnology, Vol. 7, janeiro de 2008, p. 9 a 22.
[0048] Os aditivos químicos descritos anteriormente podem ser usados em uma quantidade eficaz dependendo de sua atividade individual, tipicamente cerca de 0,3% a 5% em peso do material plástico não biodegradável na mescla, ou da mescla como um todo, embora outras quantidades possam ser usadas dependendo de sua potência no alcance do resultado de biodegradação desejado. Os aditivos químicos podem ser eficazes nas condições anaeróbicas, tal como em aterros e em ambientes oceânicos.
[0049] As mesclas desta invenção também podem ser significativamente biodegradáveis em ambientes oceânicos nos quais os aditivos de degradação que são conhecidos por cultivar os micróbios necessários para a biodegradação nos oceanos estão inclusos nas mesclas.
[0050] Além disso, é contemplado, de acordo com esta invenção, a presença nas mesclas de ambos os tipos de aditivos, ou seja, tanto o OXO quanto o aditivo químico podem estar presentes nas mesclas de plástico não biodegradáveis/NuPlastiQ. Levanta-se a hipótese de que o mecanismo dos plásticos biodegradantes, de acordo com esta invenção, primeiramente quebra as longas cadeias de polímero do plástico e é seguido pela assimilação das menores moléculas do constituinte pelos micróbios. A ação combinada do material de NuPlastiQ com um aditivo de OXO seguida pela assimilação dos micróbios cultivados pelos aditivos de degradação de nutriente de micróbios, conforme descrito no presente documento, estimula esse mecanismo em uma ampla faixa de ambientes, aterros, compostagem e oceano. Tal processo é, às vezes, referido como “mediação por célula”.
[0051] Os aditivos podem ser adicionados por meio dos métodos padrões de mistura de aditivos na indústria de plásticos, tal como misturando- se com o polímero à base de carboidrato antes de fazer a mescla final, misturando-se no material plástico não biodegradável antes de mesclar ou podem ser misturados na mescla combinada do plástico não biodegradável/polimérico à base de carboidrato. Os aditivos também podem ser incorporados em uma batelada matriz, tal como com o polímero à base de carboidrato antes de mesclar com o polímero à base de plástico. A Requerente fornece as mesclas em batelada matriz de NuPlastiQ e materiais plásticos convencionais sob a marca registrada de BioBlend, por exemplo, que incluem, porém sem limitações, BioBlend XP, BioBlend XD e BioBlend BC.
[0052] Nas mesclas de plástico não biodegradável/NuPlastiQ que contêm um ou mais do aditivo de degradação (ou aditivos de degradação), uma porção completa ou todos dentre os átomos de carbono no produto mesclado podem ser convertidos pelos microrganismos em CO2 e ou CH4. A taxa de conversão depende de vários fatores, tais como da espessura da parte, número de microrganismos, tipo de microrganismos, proporção de C12 (material proveniente de combustível fóssil) e C14 (material proveniente de forma renovável) no produto, do tipo de plásticos na mescla, da resistência das ligações de carbono no plástico, etc.
[0053] Embora as mesclas de NuPlastiQ e de poliolefinas sejam biodegradáveis sem mais aditivos, no geral, a presença de um aditivo de degradação, conforme descrito no presente documento, pode otimizar a biodegradação dos produtos plásticos mesclados aumentando-se a taxa e a quantidade da desintegração ou da fragmentação da mescla. Acredita-se que os aditivos de OXO trabalham causando a desintegração da macroestrutura dos componentes plásticos na presença de oxigênio ou de luz ultravioleta. Acredita- se que, geralmente, aumentar a taxa e a extensão em que as ligações de carbono são quebradas em fragmentos menores permite que os microrganismos presentes dissimilem, mais prontamente, o plástico. Quando o peso molecular das cadeias de carbono é reduzido e a área de superfície é aumentada, os microrganismos podem, mais facilmente, acessar e consumir os materiais. Acredita-se que os aditivos químicos contribuem para a biodegradação através da atração de microrganismos que consumem ou geram enzimas que quebram os materiais plásticos, com a geração de gases de escape, tal como dióxido de carbono. Ambos os tipos de aditivos de degradação otimizam os efeitos de NuPlastiQ em cadeias de polímero degradantes.
[0054] Produtos plásticos que contêm meramente os aditivos de degradação sem a presença do material à base de carboidrato, NuPlastiQ, pode começar a fragmentar ou desintegrar quando eles estiverem sujeitos a ambientes nos quais oxigênio e/ou luz e/ou micróbios úteis estejam presentes em concentração suficiente para causar a desintegração do plástico. Entretanto, é, geralmente, improvável que ocorra a biodegradação completa, e o aditivo de degradação, por si só, pode não ser capaz de ter o efeito desejado, o de causar a biodegradação suficiente em elementos de base, tais como dióxido de carbono e metano. Mas se o produto é feito usando-se NuPlastiQ®, então o plástico ainda seria capaz de biodegradar em condições anaeróbicas ou em condições sem luz, e acredita-se que a presença dos aditivos de degradação otimiza a taxa e a extensão da biodegradação de verdade. III. ARTIGOS EXEMPLIFICATIVOS E MÉTODOS
[0055] A Figura 1 ilustra um processo exemplificativo 100 que pode ser usado para conferir biodegradabilidade a um material plástico que, por si só, não é biodegradável de outra forma. Em 102, o processo 100 pode incluir o fornecimento de um ou mais materiais plásticos (por exemplo, polimérico) não biodegradáveis (por exemplo, incluindo, porém sem limitações, polietileno, polipropileno, outras poliolefinas, poliestireno, ABS, cloreto de polivinila, náilon ou policarbonato). Em 104, o processo 100 pode incluir o fornecimento de um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato, tal como NuPlastiQ, especificamente selecionados para a inclusão na mescla por sua capacidade reconhecida de conferir biodegradabilidade ao material plástico não biodegradável de outra forma fornecido em 102. Os materiais poliméricos à base de carboidrato e os materiais plásticos não biodegradáveis de outra forma podem ser fornecidos de uma forma desejada, tal como em grânulos, pós, coágulos, pasta fluida e/ou líquidos. Em modalidades especificas, os materiais podem estar sob a forma de grânulos. O método inclui adicionalmente mesclar o material plástico com o material polimérico à base de carboidrato antes de mesclar com o plástico não biodegradável. Em 106, o aditivo de degradação é misturado no polímero de carboidrato e no plástico não biodegradável, embora, conforme mencionado, o aditivo possa ser fornecido a um componente polimérico antes de mesclar ou à mescla final da mescla de polímero à base de carboidrato/plástico.
[0056] Tal mesclagem simples, surpreendentemente, proporciona o material mesclado plástico biodegradável, sendo que tal material, tipicamente, não apresentava anteriormente tal característica. Tais mesclas também são biodegradáveis em uma extensão maior do que a quantidade apenas do material à base de carboidrato, o que indica que o plástico normalmente não biodegradável também é biodegradante. Como resultado, a mescla de tais materiais é completamente biodegradável, e os artigos formados a partir de tal mescla é similarmente biodegradável. Para fins ilustrativos, embora o polietileno, por si só, não seja biodegradável, a Requerente descobriu que mesclar polietileno com os materiais poliméricos à base de carboidrato, NuPlastiQ, têm características conforme descritas no presente documento e que o aditivo de degradação confere biodegradabilidade ao polietileno, de modo que não apenas o material polimérico à base de carboidrato biodegrade, mas de modo que o polietileno mesclado com os mesmos também se torne biodegradável como resultado de sua mesclagem com o material polimérico à base de carboidrato e com o aditivo.
[0057] Tais mesclas podem ser formadas na fabricação de um artigo desejado por meio de qualquer processo concebível. Um exemplo de tal seria um processo de extrusão. Por exemplo, o material plástico não biodegradável e o material polimérico à base de carboidrato selecionados por suas capacidades de conferir biodegradabilidade mais o aditivo de degradação podem ser usados para alimentar uma extrusora (por exemplo, em um ou mais alimentadores do mesmo). Os diferentes materiais podem ser usados para alimentar a extrusora na mesma câmara, em diferentes câmaras, aproximadamente, ao mesmo momento (por exemplo, por meio do mesmo alimentador), ou em diferentes momentos (por exemplo, por meio de diferentes alimentadores, um sendo introduzido na extrusora antes, juntamente com a rosca do que o outro), etc. Será aparente que várias possibilidades de mesclagem são possíveis.
[0058] Em alguns casos, o material plástico não biodegradável pode incluir uma poliolefina. Por exemplo, tais materiais plásticos podem incluir, porém sem limitações, polietileno, polipropileno, outras poliolefinas, poliéster, poliestireno, ABS, cloreto de polivinila, náilon, policarbonatos e similares. Tal material plástico pode ser proveniente de fontes petroquímicas, ou a partir das denominadas fontes “verdes” ou sustentáveis (por exemplo, PE “verde”, bioPET e similares).
[0059] Os materiais poliméricos à base de carboidrato podem ser formados a partir de uma pluralidade de materiais (por exemplo, uma mistura) que inclui um ou mais amidos. Por exemplo, o um ou mais amidos podem ser produzidos a partir de uma ou mais plantas, tais como amido de milho, amido de tapioca, amido de mandioca, amido de trigo, amido de batata, amido de arroz, amido de sorgo e similares. Em algumas modalidades, uma mistura de diferentes tipos de amidos pode ser usada, a qual a Requerente descobriu que resulta em um aumento sinérgico na resistência. Um plastificante também pode estar presente dentro da mistura dos componentes, a partir da qual os materiais poliméricos à base de carboidrato são formados. Água também pode ser usada na formação do material polimérico à base de carboidrato, embora apenas uma pequena e insignificante quantidade de água esteja presente no material polímero à base de carboidrato finalizado.
[0060] O um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato podem ser formados a partir de, principalmente, amido. Por exemplo, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75% ou pelo menos 80% em peso do material polimérico à base de carboidrato podem ser atribuíveis a um ou mais amidos. Em uma modalidade, de 65% a 90% em peso do material polímero à base de carboidrato finalizado podem ser atribuídos a um ou mais amidos. Para além do teor insignificante de água, o saldo do material polímero à base de carboidrato finalizado pode ser atribuído a um plastificante (por exemplo, glicerina). As porcentagens anteriores podem representar a porcentagem de amido relativa aos materiais de partida, a partir dos quais o material polimérico à base de carboidrato é formado, ou que a fração do material polímero à base de carboidrato finalizado que é derivada do plastificante, ou atribuível ao mesmo, (por exemplo, pelo menos 65% do material polimérico à base de carboidrato pode ser atribuído a (formado a partir de) do amido (ou amidos) como um material de partida). Embora determinada quantidade de água possa ser usada na formação do material polimérico à base de carboidrato, substancialmente, o saldo do material polimérico à base de carboidrato pode ser atribuído à glicerina ou a outro plastificante. Bem pouca água residual (por exemplo, menos do que 2%, tipicamente não mais do que cerca de 1%) pode estar presente no material polímero à base de carboidrato finalizado.
[0061] Por exemplo, os materiais a partir dos quais o um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato são formado podem incluir pelo menos 12%, pelo menos 15%, pelo menos 18%, pelo menos 20%, pelo menos 22%, não mais do que 35%, não mais do que 32%, não mais do que 30%, não mais do que 28% ou não mais do que 25% em peso de um plastificante. Tais porcentagens podem representar que a fração do material polímero à base de carboidrato finalizado é derivada a partir do plastificante, ou atribuível ao mesmo, (por exemplo, pelo menos 12% do material polimérico à base de carboidrato pode ser atribuído ao (formado a partir do) plastificante como um material de partida).
[0062] Os plastificantes exemplificativos incluem, porém sem limitações, glicerina, polietileno glicol, sorbitol, plastificantes de álcool poli- hídrico, compostos orgânicos formados com ligações de hidrogênio que não têm um grupo hidroxila, anidridos de álcoois de açúcar, proteínas animais, proteínas vegetais, ácidos alifáticos, ésteres de ftalato, dimetil e dietilsuccinato e ésteres relacionados, triacetato de glicerol, mono e diacetatos de glicerol, monoglicerol, di, e tripropionatos, butanoatos, tearatos, ésteres de ácido lático, ésteres de ácido cítrico, ésteres de ácido adípico, ésteres de ácido esteárico, ésteres de ácido oleico, outros ésteres de ácido ou combinações dos mesmos. Glicerina pode ser preferida.
[0063] O material polímero à base de carboidrato finalizado pode incluir não mais do que 5%, não mais do que 4%, não mais do que 3%, não mais do que 2%, não mais do que 1,5%, não mais do que 1,4%, não mais do que 1,3%, não mais do que 1,2%, não mais do que 1,1% ou não mais do que 1% em peso de água. Os materiais de NuPlastiQ disponíveis por BioLogiQ são exemplos de tais materiais poliméricos à base de carboidrato finalizados, embora será observado que outros materiais disponíveis (por exemplo, em algum momento futuro) também possa ser adequada para o uso.
[0064] Em algumas modalidades, as misturas de diferentes amidos podem ser usadas na formação do material polimérico à base de carboidrato. Constatou-se que o uso de tal mistura de diferentes amidos (por exemplo, derivado de diferentes plantas) está, surpreendentemente, associado com um aumento sinérgico na resistência de artigos que incluem tais materiais poliméricos à base de carboidrato. Em tal mistura de amidos, um amido pode estar presente na mistura em uma quantidade de pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, não mais do que 95%, não mais do que 90%, não mais do que 85%, não mais do que 80%, não mais do que 75%, não mais do que 70%, não mais do que 65%, não mais do que 60%, não mais do que 55%, não mais do que 50% ou de 10% a 50% em peso relativo ao peso combinado da pluralidade de amidos. Algumas misturas exemplificativas não limitadoras podem incluir 90% de um primeiro amido e 10% de um segundo amido ou 30% de um primeiro amido, e 70% de um segundo amido ou 50% de um primeiro amido e 50% de um segundo amido. As misturas de mais do que dois amidos (por exemplo, com o uso de 3 ou 4 diferentes amidos) também podem ser usadas.
[0065] Exemplos de materiais poliméricos à base de carboidrato (por exemplo, à base de amido) adequados para o uso na formação de filmes e de outros artigos estão disponíveis em BioLogiQ, localizado em Idaho Falls, Idaho, sob a marca registrada de NuPlastiQ. Exemplos específicos incluem, porém sem limitações, NuPlastiQ GP, NuPlastiQ XP, NuPlastiQ XD e NuPlastiQ BC. Detalhes adicionais relativos a frações de amido e de glicerina ou outros plastificantes usados na formação de NuPlastiQ são descritos em outros pedidos de patente da Requerente, já incorporados ao presente documento a título de referência. NuPlastiQ pode ser fornecido sob a forma de grânulo. As características físicas para os dois exemplos de materiais de NuPlastiQ,
anteriormente referido como GS-270 e GS-300, são mostradas na Tabela 1 abaixo. TABELA 1
PROPRIEDADE MÉTODO DE GS-270 GS-300
NOMINAL NOMINAL Densidade ASTM D-792 1,40 g/cm3 1,42 g/cm3
PROPRIEDADES TÉRMICAS Índice de fluxo de ASTM D-1238 1,98 g/10 min 1,95 g/10 min fusão 200 °C / 5 kg Temp. de Fusão ASTM D-3418 166 a 180 °C 166 a 180 °C Faixa Temp. de transição ASTM D-3418 81 a 100 °C 81 a 100 °C de vidro
PROPRIEDADES MECÂNICAS Resistência à ASTM D-638 >30 MPa >14 MPa tensão ao rendimento Resistência à ASTM D-638 >30 MPa >14 MPa tensão a quebra Módulo de Young ASTM D-638 1,5 GPa 1,5 GPa Alongamento na ASTM D-638 <10% <10% quebra Resistibilidade ao ASTM D-5628 3,5 kg 4,5 kg impacto (Dart)
PROPRIEDADES ADICIONAIS Teor de água ASTM D-6980 ≤1,5% ou ≤1% ≤1,5% ou ≤1%
[0066] As características anteriormente mostradas para GS-270 e GS- 300 são exemplificativas de outros produtos de NuPlastiQ disponíveis por BioLogiQ, embora os valores possam variar de certo modo. Por exemplo, produtos de NuPlastiQ por BioLogiQ podem ter geralmente uma temperatura de transição de vidro que varia de cerca de 70 °C a cerca de 100 °C. Pessoas versadas na técnica irão observar que a temperatura de transição de vidro pode ser indicativa de grau de cristalinidade. Os valores para a faixa de temperatura de fusão, densidade, Módulo de Young e teor de água podem ser idênticos ou similares àqueles mostrados anteriormente na Tabela 1. Algumas características podem similarmente variar de certo modo (por exemplo, ±25% ou ±10%) a partir dos valores mostrados para GS-270 e GS-300. NuPlastiQ tem uma estrutura amorfa (por exemplo, mais amorfa do que o típico amido bruto). Por exemplo, o típico pó de amido bruto tem uma estrutura principalmente cristalina (por exemplo, maior do que 50%), embora NuPlastiQ tenha uma estrutura principalmente amorfa (por exemplo, menos do que 10% cristalino).
[0067] Os materiais de NuPlastiQ tem um baixo teor de água, conforme descrito. Visto que esse material absorve umidade, o mesmo apresenta comportamento de plástico e torna-se flexível. Quando removido de um ambiente úmido, o material seca e torna-se rígido novamente (por exemplo, apresenta novamente menos do que cerca de 1% de teor de água). A umidade presente no NuPlastiQ (por exemplo, em forma de grânulo) pode ser liberada sob a forma de vapor durante o processamento, tal como aquele mostrado na Figura 1. Como resultado, os filmes ou os outros artigos produzidos a partir de um material polimérico à base de amido mesclado com um material plástico não biodegradável podem apresentar até mesmo menor teor de água, visto que o material plástico não biodegradável, tipicamente, irá incluir nenhuma ou uma insignificante quantidade de água, e a água no NuPlastiQ pode, tipicamente, ser liberada durante a fabricação de um artigo desejado.
[0068] O baixo teor de água no material polimérico à base de carboidrato, NuPlastiQ, pode ser importante, visto que o teor de água significativo pode resultar na incompatibilidade com o material plástico não biodegradável, particularmente se o artigo exige a formação de um filme fino. Por exemplo, à medida que a água vaporiza, isso pode resultar em poros dentro do filme ou de outro artigo, assim como em outros problemas. Ao soprar um filme fino, o material polimérico à base de carboidrato usado pode, preferencialmente, incluir não mais do que cerca de 1% de água.
[0069] O baixo teor de água não é alcançado no material de NuPlastiQ por meio da esterificação, visto que é comum em alguns materiais de TPS convencionais que podem incluir relativamente baixo teor de água. Tal esterificação pode ser dispendiosa e complexa para desempenhar. Além do mais, os materiais de NuPlastiQ que são exemplificativos dos materiais poliméricos à base de carboidrato empregáveis no presente documento tipicamente também não incluem, na realidade, eles mesmos qualquer amido identificável ou glicerina identificável, como tais, visto que os materiais de partida do material polimérico à base de carboidrato reagiram e/ou alteraram mecanicamente, fisicamente ou quimicamente. Os padrões de difração de raios X de materiais poliméricos à base de carboidrato exemplificativos conforme descrito abaixo (por exemplo, e mostrados na Figura 3) evidenciam tal alteração química ou física, mostrando que o material polimérico finalizado pode ser substancialmente livre de amido em tal forma identificável e nativa. Ou seja, o material polimérico à base de carboidrato não é sempre reconhecido como uma mistura que inclui amido e glicerina. Acredita-se que o baixo teor de água alcançável no material polimérico à base de carboidrato é devido, pelo menos em parte, à alteração física ou química dos materiais de amido e de plastificante em um polímero termoplástico, que não retém água como reteria um amido nativo ou amidos termoplásticos convencionais.
[0070] Retornando à Figura 1, processar a temperaturas relativamente altas pode resultar em algumas liberações de glicerina volatilizada (por exemplo, visível em fumo). Se necessário (por exemplo, quando os grânulos armazenados podem ter absorvido água adicional), a secagem dos grânulos pode ser desempenhada introduzindo-se simplesmente ar seco quente, por exemplo, a 60 °C por 1 a 4 horas, o que é suficiente para repelir qualquer água absorvida. Os grânulos devem ser secados a menos de cerca de 1% teor de umidade antes de processar, particularmente se formar um filme. Grânulos de NuPlastiQ podem, simplesmente, ser armazenados em um recipiente vedado com ou sem um dessecante em um local seco, longe do calor para minimizar a absorção de água e para prevenir a degradação indesejada.
[0071] Além do NuPlastiQ ser termoplástico, o NuPlastiQ também pode ser tixotrópico, o que significa que o material é sólido a temperatura ambiente,
mas flui como um líquido quando calor, pressão e/ou movimentos friccionais são aplicados. Vantajosamente, os grânulos de NuPlastiQ podem ser usados da mesma forma que os grânulos à base de petroquímicos (quaisquer típicos grânulos de resina de plástico não biodegradável) nos processos de produção de plástico padrão. Os materiais e produtos de NuPlastiQ produzidos a partir dos mesmos podem apresentar características de barreira de gás. Os produtos (por exemplo, filmes) produzidos com o uso de tais grânulos apresentam características de barreira de gás oxigênio (por exemplo, consultar Exemplos dos depósitos anteriores da Requerente, já incorporados a título de referência). Os materiais de NuPlastiQ podem ser não tóxicos e comestíveis, produzidos com o uso de materiais brutos que são todos comestíveis. NuPlastiQ e produtos produzidos a partir dos mesmos podem ser resistentes à água, mas solúveis em água. Por exemplo, NuPlastiQ pode resistir ao inchaço sob condições aquecidas e úmidas ao ponto de que os grânulos (por exemplo com um tamanho de 3 a 4 mm) do mesmo podem não dissolver completamente em água em ebulição dentro de 5 minutos, mas um grânulo irá dissolver na boca dentro de cerca de 10 minutos. NuPlastiQ pode ser estável, pelo fato de o mesmo pode não apresentar qualquer retrogradação significativa, até mesmo se deixado a condições de umidade relativamente altas, sendo que a característica difere de vários outros materiais de amido termoplástico. Certamente, os produtos produzidos com NuPlastiQ também podem apresentar tais características. Se NuPlastiQ é armazenado sob condições úmidas, a água absorvida em excesso pode simplesmente ser evaporada, e uma vez que o teor de água não é mais do que cerca de 1%, o mesmo pode ser usado na formação de um filme ou de outro artigo.
[0072] O material de NuPlastiQ tipicamente também não sofre biodegradação sob típicas condições de armazenamento, até mesmo em condições relativamente úmidas, visto que as outras condições típicas de um aterro, de compostagem ou de ambiente similar de descarte que contém os microrganismos necessários específicos não estão presentes. Certamente,
quando tais condições estão presentes, não apenas o NuPlastiQ biodegrada, como também os materiais plásticos não biodegradáveis de outra forma mesclados com o mesmo, surpreendentemente, biodegradam.
[0073] NuPlastiQ pode ser competitivo em custo, sendo fabricado a um custo que é competitivo com as resinas de plástico de polietileno tradicionais. NuPlastiQ pode ser misturado com outros polímeros, que incluem, porém sem limitações, PE, PP, PET, poliéster, poliestireno, acrilonitrila butadieno estireno (ABS), cloreto de polivinila, náilon e outros. Embora os polímeros não biodegradáveis anteriores possam ser transformados em biodegradáveis mesclando-se com NuPlastiQ, será observado que NuPlastiQ também pode ser mesclado com polímeros que já são biodegradáveis e/ou compostáveis, tal como ácido poliláctico (PLA), poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT), succinato de polibutileno (PBS), policaprolactona (PCL), poli-hidroxialcanoatos (PHA), outros denominados amidos termoplásticos, assim como diversos outros. PBS, PCL e PHA são poliésteres. Plástico EcoFLEXTM , PBAT, é um exemplo de um material plástico com o qual o material polimérico à base de carboidrato, NuPlastiQ, pode ser mesclado. Por exemplo, os presentes métodos não são limitados a mesclar o material polimérico à base de carboidrato (por exemplo, NuPlastiQ) com apenas um material plástico não biodegradável, conforme será observado que os plásticos biodegradáveis (além do NuPlastiQ) também podem ser incorporados na mescla, caso desejado.
[0074] A título de explicação adicional, PLA é compostável, o que significa que o mesmo pode degradar sob condições elevadas de temperatura (isto é, condições de compostagem), mas não é, tecnicamente, “biodegradável”. Alguns dentre os materiais anteriormente listados, tais como PBS, PCL e PHA, podem ser tanto biodegradáveis quanto compostáveis. EcoFLEXTM (PBAT) é certificado como compostável. As orientações de FTC Verde determinam que um plástico não pode fazer uma alegação não qualificada sobre ser “degradável” a menos que o mesmo vá se degradar dentro de um “período razoavelmente curto tempo” (mais recentemente, definido como sendo dentro de 5 anos) “após descarte habitual”.
[0075] Em algumas modalidades, o NuPlastiQ poderia ser fornecido em uma formulação em batelada matriz que pode incluir o material polimérico à base de carboidrato e um ou mais dos aditivos de degradação conforme descrito anteriormente, e uma quantidade de um ou mais compatibilizadores. A batelada matriz também pode incluir um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis. Tais grânulos por formulação em batelada matriz podem ser misturados com os grânulos do material plástico não biodegradável no momento do processamento. Quaisquer proporções concebíveis podem ser usadas na mistura de tais diferentes grânulos, dependendo da porcentagem desejada de NuPlastiQ e/ou de compatibilizador e/ou de material plástico não biodegradável convencional no artigo finalizado. Ou uma batelada matriz que compreende o plástico não biodegradável e um ou mais dos aditivos de degradação pode ser fornecida.
[0076] NuPlastiQ inclui um teor de água muito baixo. Por exemplo, embora o amido bruto (por exemplo, usado na formação de NuPlastiQ) possa, tipicamente, incluir cerca de 13% de água em peso, os grânulos finalizados de NuPlastiQ disponíveis por BioLogiQ incluem menos do que cerca de 1% de água. Os materiais de NuPlastiQ são biodegradáveis e, conforme descrito no presente documento, não apenas são o material degradável à base de amido, NuPlastiQ, como também, quando mesclados com outros polímeros, tais como PE não biodegradável, PP, PET, poliéster, poliestireno, ABS, cloreto de polivinila, náilon e outros materiais plásticos não biodegradáveis, o material mesclado que inclui NuPlastiQ e o um ou mais aditivos de degradação tornam- se, substancial e completamente, biodegradáveis, particularmente quando os aditivos de degradação, conforme descrito no presente documento, estão presentes. Tais resultados são muito surpreendentes e particularmente vantajosos. Os materiais de amido termoplástico típicos não apresentam tais características quando mesclados com outros materiais plásticos.
[0077] Os materiais de NuPlastiQ descritos, conforme adequados para o uso no presente documento e como o material polimérico à base de carboidrato (por exemplo, à base de amido) são substancialmente amorfos. Por exemplo, o pó de amido bruto (por exemplo, tal como é usado na produção de NuPlastiQ e de diversos outros materiais de amido termoplástico) têm, aproximadamente, 50% de estrutura cristalina. Os materiais de NuPlastiQ disponíveis por BioLogiQ diferem de vários outros materiais de amido termoplástico comercialmente disponíveis (TPS) em características de cristalinidade versus de amorfia. Por exemplo, na p. 62 a 63 de “Thermoplastic Starch Composites and Blends” uma tese de PhD por Kris Frost (setembro de 2010) estados “de particular interesse em TPS são a completitude de gelatinização durante o processamento, e qualquer tendência subsequente em relação à retrogradação para formar cristais de amilose de tipo em V”. Frost ainda continua “a gelatinização envolve a perda de estruturas granular e cristalina aquecendo-se com água e incluindo, geralmente, outros plastificantes ou polímeros modificantes. A retrogradação é devido ao rebobinamento de bobinas helicoidais de amilose. As moléculas de amido afetadas durante a gelatinização, lentamente, rebobinam em suas disposições helicoidais nativas ou novas conformações helicoidais únicas conhecidas como de tipo em V, que fazem com que os filmes TPS tornem-se rapidamente quebradiços e percam a evidência óptica”. Portanto, TPS convencional tende a reformar uma estrutura cristalina após o processo de gelatinização usado para produzir o TPS a partir do amido bruto. Em oposição, o material de NuPlastiQ disponível por BioLogiQ não reverte de volta a uma estrutura principalmente cristalina. Além disso, o mesmo pode manter um grau relativamente alto e estável de evidência óptica, de modo a ser útil na formação de relativamente filmes opticamente evidentes (por exemplo, particularmente ensanduichando-se NuPlastiQ que contém camadas entre o polietileno ou outras camadas de poliolefina).
[0078] Em oposição aos típicos materiais de TPS, os materiais de NuPlastiQ que são exemplos adequados de materiais poliméricos à base de amido para o uso na formação de artigos descrita no presente pedido têm uma microestrutura amorfa e características físicas. A diferença na estrutura molecular entre TPS convencional e os materiais de NuPlastiQ é evidenciada pelos materiais de NuPlastiQ, conforme descrito no presente documento, visto que os mesmos são muito menos cristalinos do que os materiais à base de amido termoplástico convencionais conforme mostrado pela difração de raios X, mostrada na Figura 3, que compara resultados do padrão de difração para o material de NuPlastiQ disponível por BioLogiQ em comparação a uma mescla de amido de milho bruto nativo e amido de batata bruto nativo a partir do qual o NuPlastiQ na Figura 3 foi formado. O padrão de difração do NuPlastiQ, conforme visto na Figura 3, é muito menos cristalino (por exemplo, cristalinidade de menos do que cerca de 10%) do que aquela da mescla de amido nativo (cristalinidade de cerca de 50%). A diferença no padrão de difração evidencia que uma mudança química completa ocorreu no material, devido ao processamento dos amidos nativos no NuPlastiQ. Por exemplo, embora haja um pico de difração proeminente entre 20 a 25° com o amido nativo, nenhum de tal pico é apresentado no NuPlastiQ. O amido nativo mostra adicionalmente um forte pico em cerca de 45° (em uma intensidade de 0,5 a 0,6), cujo pico é consideravelmente reduzido no NuPlastiQ (apenas em cerca de 0,25 a 0,3). Em quase todo o espectro, as intensidades de difração são maiores para os amidos nativos do que para o NuPlastiQ, com a exceção de cerca de 18° a cerca de 22°, conforme mostrado. A intensidade de difração elevada vista em um amplo espectro é indicativa de maior cristalinidade dos amidos nativos em comparação ao NuPlastiQ. Várias outras diferenças também existem, conforme mostrado.
[0079] Para fins ilustrativos, o material polimérico à base de carboidrato (por exemplo, à base de amido) usado na produção de filmes, de acordo com a presente revelação, pode ter uma cristalinidade de menos do que cerca de 40%, menos do que cerca de 35%, menos do que cerca de 30%, menos do que cerca de 25%, menos do que cerca de 20%, menos do que cerca de 15%, menos do que cerca de 10%, menos do que cerca de 8%, menos do que cerca de 6%, menos do que cerca de 5% ou menos do que cerca de 3%. Qualquer mecanismo de teste adequado para determinar a cristalinidade pode ser usado, por exemplo, incluindo, porém sem limitações, análise de FTIR, métodos de difração de raios X, reflexão simétrica e técnicas de transmissão. Vários métodos de teste adequados serão aparentes para as pessoas versadas na técnica.
[0080] Além das diferenças na microestrutura do NuPlastiQ finalizado em comparação aos materiais de partida, filmes, garrafas, chapas, utensílios descartáveis, pratos, copos ou outros artigos produzidos a partir de uma mescla que inclui o material polimérico à base de carboidrato, NuPlastiQ e os aditivos de degradação descritos no presente documento são diferentes dos artigos que são, de outra forma, similar, mas formados com o uso de TPS convencional e de pó de amido ou de somente materiais plásticos não biodegradáveis. Por exemplo, os artigos formados mesclando-se os materiais poliméricos à base de carboidrato, tal como NuPlastiQ conforme descrito no presente documento, com um material plástico não biodegradável e com o aditivo de degradação não têm recursos de "mar-ilha" que são comuns quando se mescla materiais de TPS convencionais com materiais poliméricos, tal como polietileno. As propriedades dos diferentes filmes podem ser vistas comparando-se as propriedades físicas de filmes, conforme mostrado na Tabela 11 do Exemplo 5 do pedido de patente da Requerente nº U.S. 15/481.806, já incorporado a título de referência. Particularmente, essa tabela compara as propriedades físicas de filmes feitos a partir da mescla de materiais poliméricos à base de carboidrato, conforme contemplado no presente documento, com polietileno não biodegradável versus um TPS convencional mesclado com PE (Cardia BL-F). Além das diferenças nas propriedades vista na Tabela 11 do Exemplo 5 do pedido de patente da Requerente nº U.S. 15/481.806, o filme baseado nos materiais de TPS convencionais, tal como Cardia BL-F, mesclado com PE não é biodegradável e não compostável. A presença dos aditivos de degradação não tem um efeito desejável na microestrutura dos materiais finalizados que contêm NuPlastiQ e que adicionam a biodegradabilidade da mescla.
[0081] Conforme descrito no presente documento, a mescla dos materiais poliméricos à base de carboidrato e do aditivo de degradação com um material plástico não biodegradável resulta não apenas no material à base de carboidrato sendo biodegradável, como também no material plástico não biodegradável tornando-se realmente biodegradável (até mesmo quando o material plástico não biodegradável sozinho não é, significativamente, biodegradável de outra forma). Tal resultado não ocorre quando se mescla com típicos materiais de TPS. Tais diferenças em biodegradabilidade, evidentemente, ilustram que há diferenças estruturais e/ou química significativas nos filmes resultantes e em outros artigos, visto que a estrutura compósita inteira (isto é, o filme ou outra estrutura) é, agora, capaz de ser biodegradada.
[0082] Sem ser ligada a qualquer teoria específica, acredita-se que a resina polimérica à base carboidrato, NuPlastiQ, pode reduzir a cristalinidade dos produtos mesclados, interrompendo as características de barreira de cristalinidade e/ou higoscópicas do polietileno ou de outro material plástico não biodegradável de uma maneira que permita que a água e as bactérias degradem as disposições e os vínculos das moléculas não biodegradáveis de outra forma da mescla, juntamente com o material de resina polimérica à base carboidrato. Ou seja, as longas cadeias de polímero de polietileno ou de outro material plástico não biodegradável são, mais facilmente, quebradas por forças químicas e mecânicas que existem nos ambientes que são ricos em bactérias e microrganismos, quando mesclados com os materiais poliméricos à base de carboidrato, conforme contemplado no presente documento. Subsequentemente, os microrganismos que existem naturalmente em um ambiente de descarte (por exemplo, em um aterro) podem consumir as moléculas menores remanescentes, de modo que eles sejam convertidos de volta para os componentes naturais (tal como CO2, CH4, e H2O). Acredita-se que esse efeito de degradação é otimizado quando o componente plástico (PE, PP, etc.) é fragmentado pela ação do aditivo de OXO, visto que os fragmentos são mais acessíveis aos micróbios no solo, aterro, etc., do que eles seriam de outra forma. Quando um aditivo de degradação, conforme descrito no presente documento, tal como um aditivo orgânico que atrai os microrganismos também está presente, a biodegradação do material plástico é mais permitida pela ação dos microrganismos. Os aditivos de OXO aumentam a área de superfície do polímero não biodegradável sujeito ao ataque dos microrganismos.
[0083] Por exemplo, os plásticos verdadeiramente biodegradáveis se decompõem em elementos ou compostos naturais, tais como dióxido de carbono, metano, água, compostos inorgânicos ou biomassa através da assimilação microbiana (por exemplo, a ação enzimática de microrganismos nas moléculas de plástico). A biodegradação de plásticos pode ser permitida quebrando-se primeiramente as cadeias de polímero por meio da ação química ou mecânica, mas pode apenas ser completamente realizada por meio da decomposição das moléculas por meio da assimilação microbiana.
[0084] Os plásticos feitos a partir de matérias-primas petroquímicas ou derivados de fontes de plantas iniciam a vida como monômeros (por exemplo, pequenas moléculas únicas que podem reagir quimicamente com outras pequenas moléculas). Quando os monômeros são unidos entre si, eles tornam- se polímeros ("várias partes"), e podem ser conhecidos como plásticos. Antes de serem unidos entre si, vários monômeros são, prontamente, biodegradáveis, embora após serem vinculados entre si por meio da polimerização, as moléculas tornam-se tão grandes e unidas em tais disposições e vínculos que a assimilação microbiana pelos microrganismos não é prática dentro de qualquer período razoável em muitos exemplos. Entretanto, as composições de NuPlastiQ com o aditivo de degradação desta invenção conferem a biodegradabilidade aumentada.
[0085] Os polímeros são formados tanto com as estruturas cristalinas (regularmente embaladas) quanto com as estruturas amorfas (aleatoriamente dispostas). Muitos polímeros contêm um alto grau de cristalinidade com algumas regiões amorfas aleatoriamente dispostas e envolvidas completamente com a estrutura polimérica.
[0086] Os materiais de NuPlastiQ disponíveis por BioLogiQ são formados a partir de materiais de partida de amido que são altamente cristalinos, mas nos quais o material de resina plástico finalizado, NuPlastiQ, apresenta baixa cristalinidade (substancialmente amorfo). Tais materiais de polímero à base de amido são usados como um material de partida na produção de artigos conforme descrito no presente documento. NuPlastiQ é, portanto, plástico que é feito de amido. Por causa de sua origem natural e à base de amido e por seus tipos de vínculos cuidadosamente controlados, as moléculas (tamanhos e conexões) de plástico produzidas com NuPlastiQ são altamente suscetíveis à biodegradação através das reações enzimáticas causadas pela introdução de umidade (água) e de bactérias ou de outros microrganismos. A presença dos aditivos de degradação que é descrita no presente documento otimiza, otimiza adicionalmente, essa biodegradação.
[0087] As poliolefinas, tais como formas rígidas de polietileno e de polipropileno, têm um alto grau de cristalinidade e são feitas convertendo-se as moléculas monoméricas (sejam de derivadas de petróleo ou derivadas de etanol ou de outras pequenas moléculas de bloco construtivo derivadas de fontes de plantas) em longas cadeias de polímeros. As ligações criadas quando se conecta os monômeros para formar longas cadeias de polímero são fortes e difíceis de se quebrar. Os filmes e outros artigos formados a partir de tais materiais poliméricos não são biodegradáveis. Mesmo se um determinado artigo fosse formado a partir de uma mescla de material plástico não biodegradável convencional e TPS convencional, o mesmo normalmente não adquiriria subitamente as características de biodegradabilidade (além da porção de amido da mescla que pode, às vezes, se biodegradar).
[0088] Conforme descrito no pedido copendente nº 15/691.566, depositado em 30 de agosto de 2017, a Requerente desenvolveu um processo para conferir biodegradabilidade a um material plástico não biodegradável de outra forma mesclando-se tal material plástico com os materiais poliméricos à base de carboidrato com baixa cristalinidade, por exemplo, NuPlastiQ. A invenção deste pedido facilita adicionalmente a biodegradação por meio da adição de um aditivo de degradação aos materiais mesclados, tais como um aditivo de OXO ou material químico, conforme descrito no presente documento. Tipicamente, o material plástico não biodegradável tem maior cristalinidade (por exemplo, particularmente, no caso de PE ou PP).
[0089] Além da biodegradabilidade, a mescla resultante pode, frequentemente, ter um maior módulo elástico (dureza ou resistência) do que o polietileno ou outro material plástico não biodegradável, e pode ser usada para fazer filmes de plástico ou outros artigos que são mais fortes do que os mesmos artigos produzidos com polietileno puro ou outro material plástico puro não biodegradável. Tais características de resistência aumentadas são descritas nos Pedidos de Patente nºs U.S. 14/853.725 e 15/481.806, já incorporados ao presente documento a título de referência.
[0090] Retornando à Figura 1, em 106, o processo 100 inclui a mistura de um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis, o um ou mais aditivos de degradação e o um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato (NuPlastiQ) para produzir uma mistura de materiais. Em alguns casos, a mistura do um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis e o um ou mais materiais à base de carboidrato e o um ou mais aditivos de degradação pode ser desempenhada com o uso de um ou mais dispositivos de mistura. Em uma implementação específica, um dispositivo de mistura mecânico pode ser usado para misturar o um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis, o um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato e o aditivo (ou aditivos). Em uma implementação, pelo menos uma porção dos componentes da mistura dos materiais pode ser combinada em um aparelho, tais como uma extrusora, uma máquina de moldagem por injeção ou similares. Em outras implementações, pelo menos uma porção dos componentes da mistura dos materiais pode ser combinada antes ser usada para alimentar o aparelho.
[0091] O um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato e aditivos de degradação podem estar presentes na mistura de materiais em uma quantidade suficiente para conferir biodegradabilidade ao material plástico não biodegradável específico com o qual o material polimérico à base de carboidrato é mesclado. Tal nível limite do material polimérico à base de carboidrato pode depender do material com o qual eles estão sendo mesclados. Para fins ilustrativos, o material polimérico à base de carboidrato pode ser incluso em uma quantidade de pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, não mais do que 99%, não mais do que 95%, não mais do que 90%, não mais do que 80%, não mais do que 70%, não mais do que 60%, não mais do que 50%, de 2% a 98%, de 20% a 40%, de 10% a 40%, de 20% a 30%, de 50% a 80% ou de 40% a 60% em peso da mistura de materiais. Mais do que um material polimérico à base de carboidrato e/ou mais do que um outro material plástico pode ser incluso na mescla, caso desejado.
[0092] O material plástico não biodegradável pode estar presente na mistura de materiais em uma quantidade de pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, não mais do que 99%, não mais do que 95%, não mais do que 90%, não mais do que 85%, não mais do que 80%, não mais do que 75%, não mais do que 70%, não mais do que 65%, ou não mais do que 60%, de 2% a 98%, de 50% a 90%, de 65% a 75%, de 20% a 50% ou de 40% a 60% em peso da mistura de materiais.
[0093] Os aditivos de degradação podem ser adicionados, por exemplo, em uma quantidade de pelo menos 0,1%, 0,3%, pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 1,5%, pelo menos 2%, pelo menos 4% pelo menos 5%, não mais do que 10%, de 0,5% a 2%, de 1,5% a 2,5% em peso da mistura de materiais.
[0094] Um compatibilizador pode estar presente na mistura de materiais. O compatibilizador pode ser misturado com o material plástico não biodegradável, o material polimérico à base de carboidrato, misturado com ambos, ou fornecido separadamente. Geralmente, o compatibilizador pode ser dotado de pelo menos um dos materiais poliméricos, por exemplo, incluso em uma formulação em batelada matriz. O compatibilizador pode ser uma poliolefina modificada ou outro plástico modificado, tais como um prolipropileno enxertado com anidrido maleico, um polietileno enxertado com anidrido maleico, um polibutano enxertado com anidrido maleico ou uma combinação dos mesmos. O compatibilizador também pode incluir um copolímero à base de acrilato. Por exemplo, o compatibilizador pode incluir um copolímero de metilacrilato de etileno, um copolímero de butilacrilato de etileno ou um copolímero de etilacrilato de etileno. Além disso, o compatibilizador pode incluir um compatibilizado à base de poli(vinilacetato). Em uma modalidade, o compatibilizador pode ser uma versão enxertada do material plástico não biodegradável (por exemplo, polietileno enxertado com anidrido maleico em que o material plástico não biodegradável é polietileno) ou um copolímero (por exemplo, um copolímero em bloco) em que um dos blocos é do mesmo monômero que o do material plástico não biodegradável (por exemplo, um copolímero de estireno em que o material plástico não biodegradável é poliestireno ou ABS).
[0095] A mistura de materiais pode incluir pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, não mais do que 50%, não mais do que 45%, não mais do que 40%, não mais do que 35%, não mais do que 30%, não mais do que 25%, não mais do que 20%, não mais do que 15%, não mais do que 10%, não mais do que 9%, não mais do que 8%, não mais do que 7%, não mais do que 6%, de 0,5% em peso a 12%, de 2% a 7% ou de 4% a 6% em peso de um compatibilizador.
[0096] Um ou mais aditivos adicionais, conforme conhecidos por serem úteis na indústria de plásticos, podem ser inclusos na mistura de materiais em uma quantidade de pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 1,5%, pelo menos 2%, pelo menos 2,5%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, de não mais do que 10%, não mais do que 9%, não mais do que 8%, não mais do que 7%, não mais do que 6%, não mais do que 5%, de 0,2% a 12%, de 1% a 10%, de 0,5% a 4% ou de 2% em peso a 6% em peso da mistura.
[0097] Embora principalmente descrita no contexto de uma mistura de materiais termoplásticos que pode ser fundida entre si, para formar uma mescla desejada, em algumas modalidades, pode ser possível mesclar o material polimérico à base de carboidrato capaz de conferir biodegradabilidade e o um ou mais aditivos de degradação com um material plástico que não é termoplástico (por exemplo, que é termoendurecível, por exemplo, tal como para silicone). Por exemplo, os componentes de resina que são precursores de tal material plástico não biodegradável e não termoplástico podem ser mesclados com o material polimérico à base de carboidrato, em que a polimerização ou outra formação do material não termoplástico podem ocorrer na presença do material polimérico à base de carboidrato e do aditivo de degradação (ou aditivos de degradação), que resultam em um artigo finalizado que é uma mescla do material polimérico à base de carboidrato, o aditivo de degradação (ou aditivos de degradação) e um termoendurecível ou outro material plástico não termoplástico, em que o material polimérico à base de carboidrato e o aditivo (ou aditivos) podem conferir biodegradabilidade ao material não termoplástico plástico mediante a mescla dos dois.
[0098] Em referência à Figura 1, em 108, particularmente quando os materiais são termoplásticos, o processo 100 pode incluir o aquecimento da mistura de materiais. Em uma implementação, a mistura de materiais pode ser aquecida a uma temperatura de pelo menos 100 °C, pelo menos 110 °C, pelo menos 115 °C, pelo menos 120 °C, pelo menos 125 °C, pelo menos 130 °C, pelo menos 135 °C, pelo menos 140 °C, não mais do que 250 °C, não mais do que 190 °C, não mais do que 180 °C, não mais do que 175 °C, não mais do que 170 °C, não mais do que 165 °C, não mais do que 160 °C, não mais do que 155 °C, não mais do que 150 °C, de 95 °C a 250 °C, de 120 °C a 180 °C ou de 125
°C a 165 °C.
[0099] A mistura de materiais que inclui o material plástico normalmente não biodegradável e o material polimérico à base de carboidrato e o aditivo de degradação (ou aditivos de degradação) pode ser aquecida em uma ou mais câmaras de uma extrusora. Em alguns casos, uma ou mais câmaras da extrusora podem ser aquecidas a diferentes temperaturas. A velocidade de uma ou mais roscas da extrusora pode ser de qualquer taxa desejada.
[0100] Em 110, um artigo é produzido com o uso da mistura de materiais que incluem NuPlastiQ e do aditivo de degradação. Em alguns casos, o artigo pode incluir um filme. Em outros casos, o artigo pode ser formado a partir de um filme. Em outras modalidades, o artigo pode ter um formato baseado em um projeto, tal como um molde (por exemplo, moldado por injeção). Qualquer artigo concebível formado de plástico pode ser formado a partir da mistura, por exemplo, incluindo, porém sem limitações, filmes, bolsas, garrafas, tampões, tampas, chapas, caixas, pratos, copos, utensílios e similares. Quando o artigo é um filme, o filme pode ser formado com o uso de uma matriz injetando- se um gás na mistura aquecida do material para formar o filme (isto é, soprar o filme). Os filmes podem ser vedados e/ou, de outra forma, modificados para estarem sob a forma de uma bolsa ou de outro artigo.
[0101] Quando o artigo é um filme, o filme pode ser compreendido de uma única camada ou de múltiplas camadas. O filme ou quaisquer camadas individuais podem ter uma espessura de pelo menos 0,001 mm, pelo menos 0,002 mm, pelo menos 0,004 mm, pelo menos 0,01 mm, pelo menos 0,02 mm, pelo menos 0,03 mm, pelo menos 0,05 mm, pelo menos 0,07 mm, pelo menos 0,10 mm, não mais do que 2 mm, não mais do que 1 mm, não mais do que 0,5 mm, não mais do que 0,1 mm, de cerca de 0,05 mm a cerca de 0,5 mm, ou de 0,02 mm a 0,05 mm. Embora possa haver alguma sobreposição nos valores de espessura para os artigos de filme e de chapas, será possível observar que os materiais de chapas de espessura maior do que tais valores de filme podem, certamente, ser fornecidos, produzidos por qualquer processo de fabricação de plástico desejado.
[0102] Os filmes ou outros artigos podem ter características de resistência que são definidas por meio da testagem, tal como um teste de impacto de queda de cânula (ASTM D-1709), teste de resistência à tensão na quebra (ASTM D-882), teste de alongamento de tensão na quebra (ASTM D- 882), um teste de módulo de secante (ASTM D-882) e/ou um teste de rasgamento de Elmendorf (ASTM D-1922). Os filmes podem ter um valor de teste de impacto de queda de cânula de pelo menos 150 g, pelo menos 175 g, pelo menos 200 g, pelo menos 225 g, pelo menos 250 g, pelo menos 275 g, pelo menos 300 g, não mais do que 400 g, não mais do que 375 g, não mais do que 350 g, ou não mais do que 325 g, de 140 g a 425 g, de 200 g a 400 g, de 250 g a 350 g, de 265 g a 330 g. Em uma implementação, tais valores podem ser para qualquer espessura do filme. Em outra implementação, tais valores podem ser para um filme de espessura de 0,0254 mm formado a partir da mistura de materiais.
[0103] O artigo pode ter um valor de teste de resistência à tensão na quebra na direção de máquina de pelo menos 24,13 MPa (3,5 kpsi), pelo menos 25,51 MPa (3,7 kpsi), pelo menos 26,89 MPa (3,9 kpsi), pelo menos 28,27 MPa (4,1 kpsi), pelo menos 29,65 MPa (4,3 kpsi), ou pelo menos 29,65 MPa (4,5 kpsi), não mais do que 37,92 MPa 5,5 kpsi), não mais do que 36,54 MPa (5,3 kpsi), não mais do que 35,16 MPa (5,1 kpsi), não mais do que 33,78 MPa (4,9 kpsi), ou não mais do que 32,41 MPa (4,7 kpsi), de 24,13 MPa a 37,92 MPa (3,5 kpsi a 5,5 kpsi), ou de 28,27 MPa a 33,78 MPa (4,1 kpsi a 4,9 kpsi).
[0104] O artigo pode ter um valor de teste de resistência à tensão na quebra na direção transversal de pelo menos 22,06 MPa (3,2 kpsi), pelo menos 23,44 MPa (3,4 kpsi), pelo menos 24,82 MPa (3,6 kpsi), pelo menos 26,20 MPa (3,8 kpsi), pelo menos 27,58 MPa (4,0 kpsi), pelo menos 28,96 MPa (4,2 kpsi), não mais do que 39,30 MPa (5,7 kpsi), não mais do que 37,92 MPa (5,5 kpsi), não mais do que 36,54 MPa (5,3 kpsi), não mais do que 35,16 MPa (5,1 kpsi), não mais do que 33,78 MPa (4,9 kpsi), não mais do que 32,41 MPa (4,7 kpsi),
não mais do que 29,65 MPa (4,5 kpsi), de 22,06 MPa a 39,30 MPa (3,2 kpsi a 5,7 kpsi) ou de 24,82 MPa a 34,47 MPa (3,6 kpsi a 5,0 kpsi).
[0105] O artigo pode ter um valor de teste de alongamento de tensão na quebra na direção de máquina de pelo menos 550%, pelo menos 560%, pelo menos 570%, pelo menos 580%, pelo menos 590%, pelo menos 600%, pelo menos 610%, pelo menos 620%, não mais do que 725%, não mais do que 710%, não mais do que 700%, não mais do que 680%, não mais do que 665%, não mais do que 650%, não mais do que 635%, de 550% a 750% ou de 600% a 660%.
[0106] O artigo pode ter um valor de teste de alongamento de tensão na quebra na direção transversal de pelo menos 575%, pelo menos 590%, pelo menos 600%, pelo menos 615%, pelo menos 630% ou pelo menos 645%, não mais do que 770%, não mais do que 755%, não mais do que 740%, não mais do que 725%, não mais do que 710%, não mais do que 695%, não mais do que 680%, de 575% a 775% ou de 625% a 700%.
[0107] Quando aplicável, o artigo pode ter um valor de teste de força de rasgamento de Elmendorf na direção de máquina de pelo menos 280 g/mil, pelo menos 300 g/mil, pelo menos 320 g/mil, pelo menos 340 g/mil, ou pelo menos 360 g/mil, não mais do que 450 g/mil, não mais do que 430 g/mil, não mais do que 410 g/mil, não mais do que 390 g/mil, ou não mais do que 370 g/mil, de 275 g/mil a 475 g/mil ou de 325 g/mil a 410 g/mil.
[0108] Quando aplicável, o artigo pode ter um valor de teste de força de rasgamento de Elmendorf na direção transversal de pelo menos 475 g/mil, pelo menos 490 g/mil, pelo menos 500 g/mil, pelo menos 525 g/mil, pelo menos 540 g/mil, ou pelo menos 550 g/mil, não mais do que 700 g/mil, não mais do que 680 g/mil, não mais do que 650 g/mil, não mais do que 625 g/mil, não mais do que 600 g/mil, não mais do que 580 g/mil, ou não mais do que 570 g/mil, de 475 g/mil a 725 g/mil ou de 490 g/mil a 640 g/mil.
[0109] Quando aplicável, o artigo pode ter um módulo secante de valor de teste de elasticidade na direção de máquina de pelo menos 137,89 MPa (20 kpsi), pelo menos 151,68 MPa (22 kpsi), pelo menos 165,47 MPa (24 kpsi), pelo menos 179,26 MPa (26 kpsi), pelo menos 193,05 MPa (28 kpsi), ou pelo menos 206,84 MPa (30 kpsi), não mais do que 275,79 MPa (40 kpsi), não mais do que 262,00 MPa (38 kpsi), não mais do que 248,21 MPa (36 kpsi), não mais do que 234,42 MPa (34 kpsi), ou não mais do que 220,63 MPa (32 kpsi), de 137,89 MPa a 275,79 MPa (20 kpsi a 40 kpsi) ou de 172,37 MPa a 241,31 MPa (25 kpsi a 35 kpsi).
[0110] Quando aplicável, o artigo pode ter um módulo secante de valor de teste de elasticidade na direção transversal de pelo menos 137,89 MPa, pelo menos 137,89 MPa (20 kpsi), pelo menos 151,68 MPa (22 kpsi), pelo menos 165,47 MPa (24 kpsi), pelo menos 179,26 MPa (26 kpsi), pelo menos 193,05 MPa (28 kpsi), ou pelo menos 206,84 MPa (30 kpsi), não mais do que 275,79 MPa (40 kpsi), não mais do que 262,00 MPa (38 kpsi), não mais do que 248,21 MPa (36 kpsi), não mais do que 234,42 MPa (34 kpsi), ou não mais do que 220,63 MPa (32 kpsi), de 137,89 MPa a 275,79 MPa (20 kpsi a 40 kpsi) ou de 172,37 MPa a 241,31 MPa (25 kpsi a 35 kpsi).
[0111] Em alguns casos, os artigos que incluem um material polimérico à base de carboidratos formados a partir de uma mistura de dois ou mais amidos têm valores de propriedades de resistência que são maiores do que os dos artigos que incluem um material polimérico à base de carboidratos formados a partir de um único amido. Por exemplo, um artigo que inclui um material polimérico à base de carboidratos formado a partir de uma mistura de dois ou mais amidos pode ter um valor de teste de impacto de queda de cânula (em gramas ou g/mil de espessura) que é de pelo menos cerca de 10% maior do que um artigo, em que o material polimérico à base de carboidrato é formado a partir de um único amido, pelo menos cerca de 25% superior, pelo menos cerca de 50% superior, pelo menos cerca de 75% superior, de 10% superior a 150% superior ou de 60% superior a 120% superior ao mesmo artigo, mas que inclui um material polimérico à base de carboidratos formado a partir de um único amido. Detalhes de tal resistência aumentada são encontrados nos Pedidos de
Patente nºs U.S. 14/853.725 e 15/481.806, já incorporados a título de referência. Na ausência de exposição à luz solar significativa ou dos microrganismos degradantes, a presença do aditivo de degradação (ou aditivos de degradação) não é prevista para se ter um efeito prejudicial nas propriedades físicas da mescla.
[0112] Quando sujeitos à testagem de biodegradação (por exemplo, seja testagem de potencial de biometano ou qualquer ASTM padrão aplicável, tal como ASTM D-5511, ASTM D-5526, ASTM D-5338 ou ASTM D-6691, os artigos desta invenção, que incluem NuPlastiQ e os aditivos de degradação, significativamente, biodegradam. Sob tal testagem, e dentro de um determinado período de tempo (por exemplo, 30 dias, 60 dias, 90 dias, 180 dias, 365 dias (1 ano), 2 anos, 3 anos, 4 anos ou 5 anos, os artigos podem mostrar biodegradação completa do teor polimérico total e/ou do teor de plástico não biodegradável (para além do teor polimérico à base de carboidrato). A testagem de potencial de biometano é, tipicamente, conduzida durante 30 ou 60 dias, embora, às vezes, durante 90 dias. Os testes com maiores períodos de tempo são, mais tipicamente, desempenhados sob qualquer um dentre os padrões ASTM anteriormente mencionados. Os artigos feitos a partir das composições desta invenção podem mostrar biodegradação que é maior do que o teor do material polimérico à base de carboidrato do mesmo, o que indica que o outro material plástico (ou outros materiais plásticos) também são biodegradantes (ou apresentam o potencial para biodegradar sob um teste de potencial de biometano).
[0113] Particularmente, quando se sujeita os artigos à testagem que simula a biodegradação sob aterro ou sob outras condições de degradação (por exemplo, condições de compostagem ou condições marítimas) por 180 dias, 200 dias, 365 dias (1 ano), 2 anos, 3 anos ou 5 anos, a biodegradação pode ser maior do que o percentual de peso dos materiais poliméricos à base de carboidrato (NuPlastiQ) dentro do artigo. Ou seja, a inclusão dos materiais poliméricos à base de carboidrato e do aditivo de degradação descritos (ou aditivos de degradação) pode resultar em pelo menos determinada biodegradação do material plástico não biodegradável (cujos materiais sozinhos não são, significativamente, biodegradáveis).
[0114] Por exemplo, um artigo, tal como um filme que é formado a partir de uma mescla dos materiais poliméricos à base de carboidrato, o aditivo de degradação (ou aditivos de degradação) e PE, pode apresentar biodegradação após tais períodos de tempo que são maiores do que a fração de peso dos materiais poliméricos à base de carboidrato no filme, o que indica que o PE (normalmente não se pensa como sendo biodegradável) é, na realidade, biodegradado, com o material polimérico à base de carboidrato. Tais resultados são surpreendentes e particularmente vantajosos.
[0115] A testagem de potencial de biometano determina o potencial para a biodegradação anaeróbica baseada em metanogênese como um percentual do potencial de metanogênese total. A testagem de potencial de biometano pode ser usada para prever a biodegradabilidade das amostras testadas de acordo com um padrão ASTM D-5511 e a testagem de potencial de biometano pode ser conduzida com o uso de um ou mais condições provenientes do padrão ASTM D-5511. Por exemplo, uma testagem de potencial de biometano pode ser realizada a uma temperatura de cerca de 52 °C. Além disso, a testagem de potencial de biometano pode ter algumas condições que são diferentes daquelas de ASTM D-5511, por exemplo, para acelerar o teste de modo a estar completo dentro dos típicos 30, 60 ou, às vezes, durante os 90 dias. A testagem de potencial de biometano pode empregar um inóculo que tem de 50% a 60% em peso de água e de 40% a 50% em peso de sólidos orgânicos. Por exemplo, um inóculo usado na testagem de potencial de biometano pode ter 55% em peso de água e 45% em peso de sólidos orgânicos. A testagem de potencial de biometano pode também ser realizada a outras temperaturas, tais como de 35 °C a 55 °C ou de 40 °C a 50 °C.
[0116] Quando sujeito à testagem de biodegradação, um artigo feito a partir das composições desta invenção que tem uma quantidade de material polimérico à base de carboidrato, aditivo de degradação e material plástico não biodegradável, conforme descrito no presente documento, pode apresentar biodegradação otimizada, como resultado da introdução do aditivo e do material polimérico à base de carboidrato, NuPlastiQ, no artigo. Por exemplo, pelo menos 5%, pelo menos 10%, pelo menos 15%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65%, pelo menos 70%, pelo menos 75%, pelo menos 80%, pelo menos 85%, pelo menos 90% ou, até mesmo, pelo menos 95% do material polimérico à base de não carboidrato (por exemplo, o material plástico não biodegradável) podem biodegradar por um período de pelo menos cerca de 1 ano, pelo menos cerca de 2 anos, pelo menos cerca de 3 anos ou pelo menos cerca de 5 anos quando sujeitos ao aterro, à compostagem e/ou às condições marítimas (ou condições que simulam as mesmas). Tal biodegradação é, particularmente, notável e vantajosa. Portanto, não apenas o material polimérico à base de carboidrato biodegrada, como também o material plástico não biodegradável.
[0117] Com o tempo aumentado, a quantidade de biodegradação pode ser muito alta, tal que, em pelo menos algumas implementações, substancialmente, o artigo inteiro biodegrada (por exemplo, biodegradação de pelo menos cerca de 85%, pelo menos cerca de 90% ou pelo menos cerca de 95% dentro de 180 dias, ou 200 dias, ou 365 dias (1 ano), dentro de 2 anos, dentro de 3 anos, dentro de 5 anos ou outro período).
[0118] A Figura 2 ilustra os componentes de um sistema de fabricação exemplificativo 200 para produzir os artigos de acordo com a presente revelação. Em alguns casos, o sistema de fabricação 200 pode ser usado no processo 100 da Figura 1. Em um exemplo ilustrativo, o sistema de fabricação 200 é uma extrusora, tal como uma extrusora com uma única rosca ou uma extrusora com rosca dupla.
[0119] Em uma implementação, um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis, um ou mais aditivos de degradação e um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato são fornecidos através de um primeiro alimentador 202 e um segundo alimentador 204. Um compatibilizador pode estar incluso com um ou ambos os materiais (por exemplo, em uma batelada matriz do mesmo).
[0120] O um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato, o um ou mais aditivos de degradação e o um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis podem ser misturados em uma primeira câmara 206 para produzir uma mistura de materiais. Em alguns casos, a mistura de materiais pode incluir de 5% em peso a 40% em peso do um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato, de 60% em peso a 94% em peso do um ou mais materiais plásticos não biodegradáveis, de 0,1 a 5% em peso do aditivo degradante e de 1% em peso a 9% em peso do um ou mais compatibilizadores. As faixas, certamente, podem ser variadas fora das faixas anteriores, dependendo das características desejadas.
[0121] Na implementação exemplificativa mostrada na Figura 2, a mistura de materiais pode passar por meio de várias câmaras, tais como a primeira câmara 206, uma segunda câmara 208, uma terceira câmara 210, uma quarta câmara 212, uma quinta câmara 214 e uma sexta câmara opcional 216. A mistura de materiais pode ser aquecida nas câmaras 206, 208, 210, 212, 214,
216. Em alguns casos, uma temperatura de uma das câmaras pode ser diferente de uma temperatura de uma outra das câmaras. Em um exemplo ilustrativo, a primeira câmara 206 é aquecida a uma temperatura de 120 °C a 140 °C; a segunda câmara 208 é aquecida a uma temperatura de 130 °C a 160 °C; a terceira câmara 210 é aquecida a uma temperatura de 135 °C a 165 °C; a quarta câmara 212 é aquecida a uma temperatura de 140 °C a 170 °C; a quinta câmara 214 é aquecida a uma temperatura de 145 °C a 180 °C; e a sexta câmara opcional 216 é aquecida a uma temperatura de 145 °C a 180 °C.
[0122] A mistura aquecida pode, então, ser extrudada com o uso de uma matriz 218 para formar um objeto extrudado, tais como um filme, chapas ou similares. Moldagem por injeção, termoformação ou outros processos de produção de plástico podem ser usados para a fabricação de diversos artigos, tais como utensílios, pratos, copos, garrafas, tampões ou tampas, portanto, ou similares. No sopro do filme, um gás pode ser injetado no objeto extrudado para expandi-lo com uma pressão de 105 bar a 140 bar. O tubo resultante 220 pode ser elaborado através de laminadores 222 para criar um filme 224 com uma espessura, tipicamente, de 0,02 mm (cerca de 0,8 mil) a 0,05 mm (cerca de 2 mil). Até mesmo os filmes mais finos podem ser produzidos com o uso das mesclas conforme descrito no presente documento, por exemplo, com uma espessura tão pequena quanto 0,1 mil (0,004 mm). Certamente, as espessuras maiores do que 0,0508 mm também podem ser alcançadas. Em alguns casos, o filme 224 pode ser compreendido de uma única camada. Em outros casos, o filme 224 pode ser compreendido de múltiplas camadas. Quando as múltiplas camadas estão presentes, pelo menos uma das camadas pode incluir o material polimérico à base de carboidrato e o aditivo de degradação. Em algumas modalidades, o material polimérico à base de carboidrato e o aditivo de degradação podem estar presentes em uma ou mais camadas externas. Em outra modalidade, o material polimérico à base de carboidrato e o aditivo podem estar presentes em uma camada interna. Quando nenhum material polimérico à base de carboidrato está incluso na camada externa (ou camadas externas), a biodegradação da camada externa (ou camadas externas) pode não ocorrer.
[0123] Os conceitos descritos no presente documento serão mais bem descritos nos exemplos a seguir. EXEMPLO 1
[0124] As amostras com as composições mostradas na Tabela 2 são testadas por cerca de 180 dias para determinar as características de biodegradabilidade com o uso de potencial de biometano para a biodegradação anaeróbica baseada em metanogênese como um percentual de potencial de metanogênese total. O teste de potencial de biometano tem como objetivo determinar se os materiais testados apresentam qualquer potencial significativo para a biodegradação. Tal teste pode ser conduzido a uma temperatura de cerca de 52 °C com o uso de um inóculo com cerca de 55% em peso de água e cerca de 45% em peso de sólidos orgânicos. O teste é realizado em conformidade com ASTM D-5511 por 180 dias. Um controle positivo de celulose e um controle negativo de 100% de polietileno são usados para comparação. Os resultados indicam que a amostra formada a partir de uma mistura de um polímero à base de carboidrato (NuPlastiQ® GP), de polietileno de baixa densidade e do aditivo de degradação, Enso Restore™ ou OXO-Terra™, (mostrados em % em peso) biodegrada até uma extensão que é maior do que a quantidade de NuPlastiQ® na amostra, o que indica que algum do polietileno não biodegradável de outra forma é biodegradante em adição à biodegradação do material polimérico à base de carboidrato. A amostra positiva, substancialmente, se degrada e a amostra de controle negativo mostra pouca ou nenhuma degradação. TABELA 2
PEBDL Nº da NuPlastiQ Polietilen modificado com Aditivo de Forma amostra (%) o (%) anidrido maleico degradação (%) Destacá 1 0 100 nenhuma⁻ veis 1% de OXO 2 20 74 5% Terra™ Filme Willow Ridge 1% de Enso 3 20 74 5% Filme Restore™ IV. CONCLUSÃO
[0125] Para encerrar, embora as diversas implementações tenham sido descritas em linguagens específicas em relação aos recursos estruturais e/ou aos atos metodológicos, deve-se entender que a matéria definida nas representações anexas não é, necessariamente, limitada aos recursos ou aos atos específicos descritos. Em oposição, os recursos e atos específicos são revelados como formas exemplificativas para a implementação da matéria reivindicada.
[0126] Para encerrar, deve-se entender que as modalidades dos recursos inovadores revelados no presente documento são ilustrativas em relação aos princípios dos recursos inovadores.
Outras modificações podem ser empregadas, as quais estejam dentro do escopo dos recursos inovadores.
Portanto, para fins ilustrativos, mas não de limitação, configurações alternativas dos recursos inovadores podem ser utilizadas em conformidade com os ensinamentos do presente documento.
Consequentemente, os recursos inovadores não estão limitados, precisamente, àquilo conforme mostrado e descrito.
Claims (20)
1. Método para conferir biodegradabilidade a um material plástico que, por si só, não é biodegradável de outra forma, sendo que o método é caracterizado por compreender: fornecer um material plástico que não é biodegradável por si só; fornecer um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato formado a partir de um carboidrato e um plastificante; fornecer pelo menos um aditivo de degradação que, em combinação com pelo menos um dentre oxigênio, luz ultravioleta ou ação microbiana, permite a biodegradação do material plástico que não é, por si só, biodegradável; mesclar o material polimérico à base de carboidrato, o material plástico e o aditivo de degradação; em que pelo menos 25% dos átomos de carbono do material plástico tornam-se átomos de carbono de pelo menos um dentre dióxido de carbono ou metano dentro de cerca de 180 dias em condições de aterro simuladas, condições de compostagem simuladas ou condições marinhas simuladas.
2. Método, de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o aditivo de degradação compreender um material que otimiza a biodegradação do material polimérico por meio da ação de luz ultravioleta e/ou de oxigênio.
3. Método, de acordo com reivindicação 2, caracterizado por o aditivo de degradação compreender um sal de um metal de transição.
4. Método, de acordo com reivindicação 3, caracterizado por o sal ser um sal de ferro, magnésio, manganês ou cobalto.
5. Método, de acordo com reivindicação 3, caracterizado por o aditivo de degradação compreender um sal de cobalto.
6. Método, de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o aditivo de degradação compreender uma composição que cultiva um ou mais microrganismos que otimizam a biodegradação do material plástico que não é,
por si só, biodegradável.
7. Método, de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o aditivo de degradação compreender pelo menos um dentre um açúcar ou um material que contém nitrogênio.
8. Método, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por o aditivo compreender um ou mais dentre extrato de malte, maltose, lactose, xilose, glicose, galactose, peptona, extrato de levedura ou asparagina.
9. Método, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por o aditivo compreender xilose.
10. Método, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por pelo menos um microrganismo secretar a enzima lacase.
11. Método, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por o microrganismo compreender um ou mais fungos.
12. Método, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por o microrganismo compreender uma ou mais bactérias.
13. Método, de acordo com reivindicação 2, caracterizado por o aditivo compreender pelo menos um dentre poli(metacrilato de metila) dióxido de titânio enxertado, dióxido de titânio sensibilizado com ftalocianina de cobre, ceria, óxido de zinco, sulfeto de cobre, ou acetilacetonato de vanádio(III).
14. Método, de acordo com reivindicação 6, caracterizado por o aditivo interagir com as enzimas secretadas pelo microrganismo para causar a hidrólise do polímero não biodegradável.
15. Método para conferir biodegradabilidade a um material plástico que, por si só, não é biodegradável de outra forma, sendo que o método é caracterizado por compreender: fornecer um material plástico que não é biodegradável por si só; fornecer um ou mais materiais poliméricos à base de carboidrato formado a partir de um carboidrato e um plastificante; fornecer pelo menos um aditivo de degradação que, em combinação com pelo menos um dentre oxigênio, luz ultravioleta ou ação microbiana, permite a biodegradação do material plástico que não é, por si só, biodegradável; mesclar o material polimérico à base de carboidrato, o material plástico e o aditivo de degradação; em que pelo menos 25% dos átomos de carbono do material plástico tornam-se átomos de carbono de pelo menos um dentre dióxido de carbono e metano dentro de cerca de três anos em condições de aterro simuladas, condições de compostagem simuladas ou condições marinhas simuladas.
16. Composição biodegradável caracterizada por compreender: um polímero normalmente não biodegradável; um material polimérico à base de carboidrato formado a partir de um carboidrato e de um plastificante; e um aditivo de degradação que compreende pelo menos um dentre (i) um aditivo de OXO, (ii) um açúcar ou outro material orgânico que fornece nutrição e/ou um ambiente cultivado para os microrganismos que biodegradam o polímero normalmente não biodegradável, ou (iii) um sal inorgânico que fornece nutrição e/ou um ambiente cultivado para os microrganismos que biodegradam o polímero normalmente não biodegradável.
17. Composição, de acordo com reivindicação 16, caracterizada por o aditivo de degradação compreender um degradante de OXO que é um sal de um metal de transição.
18. Composição, de acordo com reivindicação 16, caracterizada por o sal ser um sal de cobalto, níquel, magnésio, manganês, ferro ou zinco.
19. Composição, de acordo com reivindicação 16, caracterizada por o aditivo de degradação compreender um material orgânico que fornece nutrição para os microrganismos presentes em um ambiente no qual a composição é descartada.
20. Composição, de acordo com reivindicação 16, caracterizada por o aditivo de degradação interagir como um catalisador com enzimas produzidas pelos microrganismos para estimular a hidrólise do polímero não biodegradável.
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