BR112014029845B1 - composições à base de xantana para obtenção de bioplásticos biocompatíveis e biodegradáveis e bioplásticos biocompatíveis e biodegradáveis obtidos - Google Patents

Abstract

COMPOSIÇÕES À BASE DE XANTANA PARA OBTENÇÃO DE BIOPLÁSTICOS BIOCOMPATÍVEIS E BIODEGRADÁVEIS E BIOPLÁSTICOS BIOCOMPATÍVEIS E BIODEGRADÁVEIS OBTIDOS CAMPO DA INVENÇÃO São descritas composições à base de xantana para obtenção de bioplásticos biocompatíveis e biodegradáveis, as composições tendo a concentração entre 1 e 100% de xantana, entre 0 e 60% de cargas, entre 0 e 6% de nanocargas, entre 0 e 60% de fibras, entre 0 e 6% de nanofibras, entre 0 e 90% de polímeros naturais, entre 0 e 70% de outros polímeros naturais polissacarídicos hidrossolúveis, entre 0 e 30% de polímeros auxiliares e lubrificantes, entre 0 e 10% de sais e óxidos, entre 0 e 10% de compatibilizantes, entre 0 e 5% de estabilizantes térmicos, entre 0 e 5% de estabilizantes dimensionais, entre 0,1 e 75% de plastificantes e dispersantes, e entre 0 e 5% de emulgentes, e pigmentos e conservantes qsp. São descritos os processos de mistura dos componentes para formar a composição apta a ser processada e assim obter os bioplásticos da invenção. Os bioplásticos são descritos quanto a propriedades térmicas, mecânicas, biodegradabilidade e usos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO RELATÓRIO DESCRITIVO

[001] A presente invenção pertence ao campo das composições de bioplásticos, biocompatíveis e biodegradáveis, ambientalmente corretos, de degradação rápida quando comparado aos convencionais, comestíveis ou não, hidrossolúveis ou não, flexíveis, semi-flexíveis e rígidos, pela combinação de materiais.

[002] Mais especificamente, a presente invenção refere-se a composições de bioplásticos, biocompatíveis e biodegradáveis, que utilizam a xantana, polissacarídeo biodegradável complexo produzido por bactérias do gênero Xanthomonas, como único material ou compondo majoritariamente uma matriz biopolimérica biodegradável.

[003] A invenção refere-se também aos processos de obtenção de produtos biocompatíveis e biodegradáveis e aos produtos obtidos a partir das composições de xantana pura ou compondo uma matriz biodegradável, adicionada de plastificantes e aditivos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[004] Os plásticos derivados do petróleo, de natureza não biodegradável e não renovável, ainda são largamente usados, tendo grande aplicação devida, principalmente, à produção em larga escala, além de vantagens como baixo peso, fácil processamento, flexibilidade de design e flexibilidade de impressão. No entanto, este tipo de plástico carrega em si uma expressiva desvantagem, a poluição ambiental causada por sua alta resistência ou lenta biodegradação. Aliada ao descarte inadequado, a poluição torna-se praticamente impossível de ser controlada provocando inúmeros problemas ambientais amplamente conhecidos, tanto nas cidades, nos campos e até nos mares e oceanos.

[005] A obtenção de materiais poliméricos ou plásticos biodegradáveis a partir de fontes renováveis ou produzidos por micro-organismos é uma das principais metas mundiais de produção sustentável na atualidade, com o objetivo de minimizar este tipo de poluição. Nas últimas quatro décadas, pela importância e a potencialidade de uso dos plásticos biodegradáveis, muitas pesquisas com inúmeras depósitos de pedidos de patentes têm sido encontradas sobre o assunto.

[006] Os plásticos biodegradáveis ou bioplásticos produzidos a partir de diferentes amidos e amidos modificados têm sido os mais pesquisados, como exemplificam algumas das patentes internacionais: US 3493382; US 3949145; US 3968004; US 4.017.324; US 4.044.166; US 4089691; US 4121550; US 4133784; US 4204337; US 4210490; US 4249991; US 4303690; US US4328136; US 4329177; 4.377.440; US 4445970; US 4454268; US 4524682; US 4545854; US 6168857; US20017214414-2007; US7393590; WO1993/020525-2008; EP 0254603; WO2007144543; US 8173179; WO2012054; RU2425694 e também como os de algumas das publicações de pedidos brasileiros das últimas décadas sobre o assunto: BR0303687; BR0704589-1; BR0203385-2; BR0901408-0 A2; BR0905850-3; BR0506643-3; BR0113483-3 A2; BR0506454-6-; BR0200174-8; BR0115472-9; BR0910502-6; BR0914026-3; e os Modelos de Utilidade MU8901168-6; MU8903135-0; MU8901875-3U2; e MU8900811.

[007] Os biofilmes produzidos com amidos e amidos modificados ainda apresentam, na sua maioria, alguns problemas de ordem técnica, para os quais provavelmente serão encontradas soluções, devido aos grandes investimentos nesta área, em diversas partes do mundo, dentro de um curto período. Muitos dos biofilmes de amido continuam apresentando as desvantagens de limite e de uso devido às características como serem quebradiços, terem baixa resistência à ruptura e serem bastante hidrofílicos. Estes são os maiores inconvenientes da maioria dos bioplásticos baseados em amido, com alguns materiais dissolvendo-se rapidamente, ou tendo uma diminuição substancial na performance mecânica quando absorvem água, especialmente em ambientes úmidos.

[008] Outro problema, de ordem não técnica ou extra-processo, é a dependência de larga produção em campo da matéria-prima, a qual é influenciada por condições climáticas, dificultando o controle da qualidade da matéria-prima amido. Alguns grandes grupos de pesquisas foram criados com o objetivo de estudar e resolver esses problemas. Os maiores e mais relevantes projetos que buscam estas soluções são o SustainComp, sobre o desenvolvimento de novas nanoparticulas; o Agrobar, que tem seu objetivo concentrado em moléculas derivadas de fontes renováveis para uso como barreiras em coberturas ou coatings; e os projetos Enzycoat e Enzycoat II, cujo foco principal é o desenvolvimento de embalagens ativas usando removedores de oxigênio incorporados em matrizes compostas por biomateriais. No entanto, nem todas as desvantagens ou problemas foram corrigidos, embora muitas melhorias tenham sido feitas nas características desses plásticos. Mesmo se forem sanados todos os problemas técnicos, o problema da dependência climática persistirá, com o agravante das mudanças que já ocorrem hoje, causadas pela poluição e consequente desequilíbrio ambiental.

[009] Com o objetivo claro de tentar minimizar o problema da poluição, vão surgindo novos e importantes campos de pesquisa. Um campo bem atual desta área tem sido a busca da produção de bioplásticos ou polímeros biodegradáveis obtidos com o uso de bactérias por processos fermentativos. Muitas pesquisas já exploraram a grande família dos PHAs e destes, os mais estudados são os poli(butirato de hidroxila) ou poli(hidroxibutirato) - PHB, como os das patentes internacionais mais recentes como os pedidos publicados norte-americanos: US20090317879; US20110159555; US20120028321, além de algumas publicações brasileiras referentes a PHB: BR 9806581; BR9302312; BR 9805116; BR 9806581; BR 9806557; BR 9103116 e BR09001704-6 A2. Os bioplásticos obtidos com PHAs ou especificamente com PHBs têm mostrado muito bons resultados. Têm boas características, como cor, transparência e, em alguns casos, boa flexibilidade. Suas propriedades térmicas e mecânicas têm muita similaridade com as dos plásticos convencionais derivados de petróleo. Porém, estes polímeros são do tipo intracelular e para sua obtenção são necessárias as etapas de extração e recuperação, onde em sua maioria são utilizados solventes tóxicos. Sendo assim, sua tecnologia não pode ser considerada totalmente limpa. Seu maior problema tem sido o custo ainda elevado, comparado ao plástico convencional.

[010] Outra grande área de pesquisa com este objetivo tem sido a dos bioplásticos obtidos com uso do poli(ácido lático) - PLA, os quais são muito interessantes porque possuem excelente transparência, mas sua desvantagem é a de não resistirem a temperaturas altas, sendo este um fator limitante. Além destes, também os biopolímeros à base de celulose e celulose modificada, quitina e quitosana e os de proteínas são importantes na produção de plásticos biodegradáveis.

[011] Os biopolímeros polissacarídeos extracelulares, em especial os produzidos por bactérias como a xantana são uma classe especial que apresenta excelente biodegradabilidade na natureza por sua composição. Em sua produção não são utilizados solventes tóxicos e a produção, além de simples, é ambientalmente correta. Além da biodegradabilidade, muitos dos bioplásticos derivados dos biopolímeros microbianos podem ainda contribuir com o ambiente através de seus resíduos de degradação, servindo de fontes de carbono para muitos micro-organismos. Estes benefícios são uma excelente contribuição para a valorização do uso de biopolímeros para produção de bioplásticos, como por exemplo, os bioplásticos, ambientalmente corretos. Mas só muito recentemente visualizou-se que a xantana já é um bioplástico natural, biodegradável, biocompatível e que, portanto, sua natureza termoplástica poderia ser melhorada para obtenção de bioplásticos flexíveis e rígidos. A xantana é produzida por fermentações, utilizando bactérias do gênero Xanthomonas. As produzidas pelo grupo cujas pesquisas deram origem ao presente pedido utilizam Xanthomonas arboricola pv pruni.

[012] Outra vantagem destes bioplásticos, em relação aos bioplásticos derivados de amidos e celulose, modificados ou não, é ser independente das variações climáticas, utilizando uma tecnologia limpa, realizada em plantas industriais, em biorreatores (fermentadores), onde podem ser controlados vários parâmetros operacionais para a obtenção da xantana. Adicionalmente, a produção da xantana pode ser feita num prazo inferior a sete dias. Outra grande vantagem é que a xantana é uma molécula estudada no mundo inteiro há mais de cinquenta anos. Portanto, se conhece muito sobre suas características e propriedades. E sobre a produção de xantana produzida por Xanthomonas arboricola pv pruni, os autores do presente pedido geraram o pedido BR0406309-0, onde foram estabelecidos todos os parâmetros operacionais de produção em escala de 10 litros.

[013] A xantana, por ser uma macromolécula compatível e biocompatível com inúmeros materiais, é sem dúvida a mais indicada para a produção de bioplásticos flexíveis ou rígidos, podendo ser usada como único componente ou compondo a matriz polimérica das composições.

[014] A afirmação de que este é o material mais indicado para obtenção de excelentes bioplásticos flexíveis ou rígidos é possível porque se pode obter xantanas com diferentes características, as quais são moduladas no processo de obtenção. Nas fermentações realizadas em biorreatores ou fermentadores, com controle de pH, aeração, agitação, temperatura e tempo de fermentação, além da utilização de cepas microbianas e meios de produção adequados, cada uma destas condições é capaz de promover modificações na molécula da xantana conferindo à mesma, diferentes características. Sabe-se hoje que muitas destas características podem ser alcançadas com pequenas alterações no processo, que geram mudanças significativas, como por exemplo, no ponto de fusão da xantana, e que estas mudanças no ponto de fusão podem influenciar de forma expressiva nas propriedades térmicas e mecânicas dos bioplásticos flexíveis ou rígidos resultantes.

[015] A vantagem de as características das xantanas poderem ser facilmente moduladas no processo produtivo se sobrepõe àquelas da maioria dos outros materiais, como por exemplo, os amidos produzidos por uma mesma variedade de plantas, que apenas podem ser modificados posteriormente à sua obtenção, mas não durante sua produção.

[016] Ainda existe a vantagem de que a xantana, quando produzida, recuperada e armazenada adequadamente, é estável por períodos de cinco anos ou mais. Além de todas as já citadas, outra vantagem muito importante é a biodegradabilidade rápida da xantana sem deixar resíduos tóxicos no meio ambiente.

[017] Os bioplásticos flexíveis ou rígidos obtidos pelas composições propostas são facilmente degradáveis em períodos curtos, que podem ser de alguns dias até cinco anos, comparados aos materiais plásticos convencionais. Em sua maioria se degradam formando CO2 e água.

[018] Os bioplásticos, flexíveis ou rígidos, derivados da xantana e das combinações ou composições com os materiais relacionados, são ecologicamente corretos, além de tecnologicamente viáveis, visto que têm propriedades térmicas iguais e até mesmo superiores e plasticidade, cor e resistência à ruptura semelhante aos plásticos convencionais.

[019] Pela similaridade, pode-se fazer uso de parte dos equipamentos dos processos utilizados na produção dos plásticos convencionais, apenas com alguns ajustes básicos, mas importantes. Um destes ajustes, senão o principal, é a solubilização inicial da xantana, principalmente para os métodos casting e expansão. Portanto, para estes métodos é necessária a inclusão de equipamentos que permitam a execução desta etapa. Muitos biopolímeros não apresentam resistência às altas temperaturas de processamento utilizadas, mas os bioplásticos, flexíveis ou rígidos, objeto da invenção, podem ser obtidos a temperaturas inferiores quando comparadas às utilizadas nos processamentos de muitos plásticos convencionais.

[020] Adicionalmente, xantanas com novas características, resultantes de modificações químicas, têm demonstrado maior temperatura de fusão, mantendo as mesmas características de processamento. Também a inclusão de cargas, nanocargas, sais e estabilizantes térmicos, entre outros, é capaz de promover diversas transformações, de tal forma que hoje muitos destes bioplásticos, flexíveis ou rígidos, são capazes de suportar maiores temperaturas no processamento, sendo estas temperaturas majoritariamente inferiores àquelas dos plásticos convencionais.

[021] Na última década, relevantes pesquisas têm sido realizadas na concepção e fabricação de compósitos e nano compósitos.

[022] Compósitos poliméricos, materiais multicomponentes, consistem de fases múltiplas, sendo no mínimo, uma delas uma fase contínua. Nanocompósitos, por sua vez, são compósitos nos quais uma das fases possui pelo menos uma dimensão na ordem de nanômetros (1 a 100 nm). Com a diminuição da(s) dimensão(ões) da carga até uma escala nanométrica ocorrem modificações na contribuição da região interfacial para as propriedades do produto final, o que resulta em propriedades significativamente diferentes quando são comparados compósitos e nanocompósitos obtidos com o uso de polímeros como a xantana. A exploração do uso de cargas, em especial as nanocargas, tem como objetivo principal melhorar o desempenho da matriz polimérica e, consequentemente, do material biopolimérico. Pela adição ou inserção de nanocargas modificam-se as propriedades térmicas e mecânicas.

[023] O uso de nanocargas possibilita a utilização dos biopolímeros heteropolissacarídeos, de origem microbiana como a xantana, ou vegetal, na produção de bioplásticos com propriedades similares aos plásticos convencionais e com as mesmas possibilidades de uso. As propriedades térmicas do biopolímero original ou puro são modificadas, dando a este novo material, características únicas, que o tornam similares aos plásticos convencionais pelas novas propriedades térmicas e mecânicas.

[024] Modificações nas propriedades podem ser proporcionadas pela física da nanoescala da nanocarga que é incorporada na matriz biopolimérica, que é de macroescala. Além das nanocargas, para obtenção dos bioplásticos podem ser utilizados diversos tipos de aditivos, além de polímeros auxiliares e todos os demais citados anteriormente.

[025] Vantajosamente, o material biopolimérico ou bioplástico tem a vantagem de ser rapidamente biodegradável.

[026] A grande maioria de documentos de patente sobre bioplásticos tem sido focada na utilização dos biopolímeros amido, amido modificado, celulose e celulose modificada, e mais recentemente nos PLAs. Em especial, nas duas últimas décadas, nos biopolímeros da família dos PHAs (poliidroxialcanoatos) e desta, mais especificamente os PHBs (poliidroxibutiratos).

[027] Nenhum documento foi encontrado sobre o uso da xantana como matriz polimérica na produção ou na obtenção de bioplásticos flexíveis ou rígidos, incluindo os bioplásticos. A xantana pura já é um plástico com excelentes propriedades reológicas e boas propriedades termoplásticas e sua ampla compatibilidade possibilita diversas combinações com outros materiais que aumentam suas propriedades plásticas. A combinação com alguns materiais melhora e amplia as propriedades termoplásticas da xantana, possibilitando a obtenção de bioplásticos de alta qualidade. São melhoradas principalmente as propriedades térmicas e mecânicas e também as de barreira.

[028] Os bioplásticos objeto desta invenção, por sua ampla compatibilidade com materiais diversos e biocompatibilidade, podem ser usados em diversos segmentos industriais, como de alimentos, fármacos, têxteis, insumos agrícolas, materiais de uso médico, biomédico, odontológico, veterinário e embalagens diversas. Neste texto, as xantanas produzidas por Xanthomonas arboricola pv pruni serão denominadas a seguir apenas como xantana pruni.

[029] A funcionalidade apresentada pela xantana é uma consequência direta de sua composição química e estrutura única. É um polissacarídeo aniônico extracelular de alta massa molar, entre 2.106 a 12.10 6 g.mol-1, em alguns casos, raros, chega a 4.0 10 7 g.mol-1; formado por unidades pentassacarídicas que podem ser repetidas de 2000 a 6000 vezes. É produzida por bactérias do gênero Xanthomonas através da fermentação de carboidratos por culturas puras. Esta macromolécula é comprovadamente capaz de funcionar como matriz para liberação controlada para diversos compostos. Como todas Xanthomonas são capazes de produzir xantana, mais ou menos eficazmente, pesquisas sobre produção deste biopolímero têm sido desenvolvidas utilizando outros patovares, como phaseoli, malvacearum, carotae, citrumelo e jugladis. Os pesquisadores do laboratório de biopolímeros da Universidade Federal de Pelotas desde 1995 vêm estudando intensamente a produção, caracterização e uso de xantana pela Xanthomonas arboricola patovar pruni.

[030] A xantana, quimicamente, é considerada um polieletrólito aniônico com uma cadeia principal do tipo celulósica formada por duas unidades de 1 ^ 4 β- D glicose, que empresta rigidez à molécula e à qual muitas de suas propriedades estão relacionadas. Ligadas à cadeia principal encontram-se as cadeias laterais trissacarídicas, compostas de duas unidades de D-manose alternadas pelo ácido D-glicurônico que conferem solubilidade em meio aquoso à xantana.

[031] A unidade de manose interna é variavelmente acetilada e aproximadamente metade da D-manose terminal (externa) contém resíduos de ácido pirúvico; a proporção destes substituintes é dependente da cepa bacteriana e condições de fermentação. A presença do ácido glicurônico e dos substituintes acetil e piruvato, além de aumentar a solubilidade, também está relacionada à conformação molecular.

[032] A estes substituintes estão ligados, em diferentes proporções, os contraíons catiônicos como Na+, K+, Ca2+ e Mg2+. A presença dos grupos aniônicos, neutralizados em maior ou menor grau, possibilita a interação da xantana com cargas/nanocargas inorgânicas e sais diversos.

[033] A xantana obtida por este grupo de pesquisa, produzida segundo o processo objeto do pedido BR0406309-0, que utiliza Xanthomonas arboricoloa pv pruni, diferencia-se das comerciais, produzidas por Xanthomonas campestris, por apresentar ramnose em sua constituição. A estrutura da xantana produzida pelo patovar pruni ainda não foi elucidada, mas os relatos sobre polímeros de composição semelhante, como o produzido por Alcaligenes ATCC 31853, induzem a inferir-se que, muito provavelmente, na xantana pruni, a ramnose deve estar substituindo algumas moléculas de manose.

[034] Como a substituição de H por radicais ácidos acetil e pirúvico ocorre em moléculas de manose, é provável que a substituição de manose por ramnose afete os níveis de acetil e piruvato e, consequentemente, os de cátions como sódio, potássio. A presença de ramnose na cadeia principal pode conferir capacidade gelificante ao polímero o que não ocorre normalmente nas xantanas. A capacidade gelificante depende, principalmente, de interações intermoleculares cooperativas, controladas pela estrutura química e condições termodinâmicas. As xantanas do patovar pruni, as quais possuem ramnose, conforme resultados obtidos por este grupo mostraram-se capazes de formar géis verdadeiros.

[035] As xantanas são uma excelente matriz para produção de bioplásticos porque se obtêm xantanas com características e propriedades diferentes as quais vão gerar bioplásticos diferentes, utilizando os mesmos equipamentos e a mesma bactéria.

[036] Cada tipo de alteração no processo proporciona diferentes características térmicas às xantanas obtidas; o que pode propiciar a obtenção de bioplásticos com diferentes propriedades. Desta forma torna-se fácil adequar-se as necessidades das propriedades térmicas que se deseja na xantana para a construção do plástico biodegradável, basta conhecer as condições operacionais que influenciam cada parâmetro e as propriedades que se deseja em cada xantana e o respectivo efeito de sua aplicação.

[037] Além disso, o comportamento hidrofílico da xantana, como a maioria dos polímeros naturais e não modificados, oferece uma vantagem significativa, pois ela fornece uma interface compatível com a nanoargila (nanocargas).

[038] Estas xantanas pela sua composição são compatíveis com diferentes concentrações de metais, inclusive metais pesados, ácidos e com bases, sais mono e di e trivalentes, agentes redutores, solventes diversos, enzimas, conservantes, corantes; diferentes polímeros naturais como os amidos: de milho, batata, mandioca, arroz, pinhão, entre outros e ainda outros polímeros naturais e seus derivados modificados quimicamente ou não, como celulose e nitrato de celulose, quitina e quitosana; além dos polímeros produzidos por bactérias como os PHBs, e dos polímeros sintéticos obtidos de recursos naturais como o poli(ácido láctico) e também os sintéticos como as poliolefinas do tipo PP, EVA entre outras. São ainda compatíveis com diferentes proteínas.

[039] E especialmente quando se quer assegurar as modificações das propriedades térmicas, estas xantanas podem ser combinadas com diversos tipos de cargas e nanocargas com as quais são compatíveis, dentre elas os diversos filosilicatos micro ou nanoparticulados. São compatíveis com diversos plastificantes, lubrificantes, bactericidas, anestésicos, antibióticos e outros fármacos.

[040] Nas xantanas o ponto de fusão, que varia entre 90 °C e 250°C, é muito inferior à temperatura de decomposição, indicando boa estabilidade e fácil processabilidade, o que amplia seu uso para diversos setores da indústria.

[041] Seria portanto interessante dispor de produtos obtidos a partir de composições à base de xantana por diversos processos, tais produtos estando sob forma de filmes, fios ou outras formas, sendo flexíveis ou rígidos, biocompatíveis e altamente biodegradáveis, portanto ambientalmente corretos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[042] De um modo amplo, as composições da invenção para obtenção de bioplásticos biocompatíveis e biodegradáveis compreendem xantana pura ou compondo a matriz polimérica nas concentrações de 1,0% a 100%, preferencialmente 5,0% a 70,0% e mais preferencialmente 15,0 a 60%; a xantana sendo combinada com uma porção seca selecionada dentre cargas, combinadas ou não, de 0,0% a 60%, preferencialmente de 5,0% a 50%, mais preferencialmente de 15,0% a 40%; nanocargas, combinadas ou não, de 0,0% a 6,0 %, preferencialmente 0,01% a 5,0%; fibras, combinadas ou não, de 0,0% a 60,0%, preferencialmente de 5,0% a 50,0%, mais preferencialmente de 15% a 40,0%; nanofibras, combinadas ou não, de 0,0% a 6,0%, preferencialmente de 0,001% a 5,0%, mais preferencialmente de 0,01% a 5,0%; polímeros naturais, amidos combinados ou não, de 0,0% a 90,0%, preferencialmente 0,0% a 70,0% e mais preferencialmente 0,0% a 50,0%; outros polímeros naturais polissacarídicos hidrossolúveis, combinados ou não, de 0,0% a 70,0% preferencialmente 0,0 a 60,0% e mais preferencialmente 0,0 a 50,0%; polímeros auxiliares, combinados ou não, de 0,0% a 30,0%; preferencialmente 0,0% a 20,0%, mais preferencialmente 0,0% a 10,0%; sais e óxidos inorgânicos, mono, di ou trivalentes, combinados ou não, de 0,0% a 10,0% preferencialmente 0,0% a 5,0%, mais preferencialmente 0,0% a 3,0%; pigmentos combinados ou não, em quantidades suficientes para se obter o efeito desejado (qsp), respeitando regulamentações específicas para o fim a que o material biopolimérico se destina; compatibilizantes, combinados ou não, de 0,0% a 10%, preferencialmente de 0,01% a 5,0%, mais preferencialmente de 0,1% a 3,0%; estabilizantes térmicos, combinados ou não, de 0,0% a 5,0%, preferencialmente de 0,01% a 3,0%, mais preferencialmente de 0,1% a 2,0%; estabilizantes dimensionais, combinados ou não de 0,0% a 5,0%, preferencialmente de 0,01% a 3,0%, mais preferencialmente de 0,1% a 2,0%; e uma porção úmida: plastificantes e/ou dispersantes, combinados ou não, de 0,1% a 75,0%, preferencialmente de 0,5% a 65,0%, mais preferencialmente de 2,0% a 60,0%; polímeros auxiliares e lubrificantes, combinados ou não, de 0,0% a 30,0%; preferencialmente 0,0% a 20,0%, mais preferencialmente 0,0% a 10,0%; aditivos diversos, mais especialmente emulgentes e conservantes, em quantidades suficientes para se obter o efeito desejado (qsp), respeitando regulamentações específicas para o fim a que o material biopolimérico se destina; substâncias farmacologicamente ativas ou fármacos, em quantidades terapêuticas, segundo a ação pretendida.

[043] Portanto, a invenção provê composições à base de xantana para obtenção de bioplásticos flexíveis, semiflexíveis ou rígidos, biocompatíveis e biodegradáveis.

[044] A invenção provê ainda bioplásticos sob forma de filmes, chapas, fios ou outras formas, com diferentes graus de transparência.

[045] A invenção provê também bioplásticos não comestíveis do tipo embalagens, embalagens de alimentos, embalagens de transporte, embalagens de plantio, de utensílios domésticos, de fármacos, cosméticos, vestuário, higiene pessoal, limpeza, decoração, mobiliário, brinquedos, materiais para publicidade, produtos para a construção, materiais protetores, películas e filmes para revestimento de produtos eletro-eletrônicos, eletrodomésticos, automotivos e aeronaves.

[046] A invenção provê ainda bioplásticos comestíveis para produtos comestíveis, adicionados ou não de corantes, conservantes, aromatizantes e edulcorantes, na forma de embalagens, coberturas, filmes para impressão gráfica para serem utilizados em alimentos e produtos decorativos para alimentos.

[047] A invenção provê também bioplásticos para invólucros e membranas comestíveis para uso interno ou externo, os invólucros sendo destinados à liberação controlada de fármacos.

[048] A invenção provê ainda bioplásticos para recobrimento de tubos flexíveis de metais comuns, acessórios de ferro ou de aço utilizados na exploração submarina de petróleo ou gás, ditos tubos sendo constituídos por camadas flexíveis de aço e camadas dos bioplásticos.

[049] A invenção provê ainda bioplásticos preparados por processos como casting, extrusão, sopro, termoformagem, rotomoldagem, injeção tipo carrossel, sprint-up, espalmagem e fusão.

[050] NA invenção provê também bioplásticos para laminados compostos por diferentes camadas de filmes dos ditos bioplásticos e/ou com filmes de polímeros convencionais com ou sem agentes de adesão para melhorias das propriedades mecânicas, de soldabilidade e principalmente de permeabilidade a vapor de água e gases para conservação do produto embalado/envolto.

[051] A invenção provê ainda bioplásticos para obtenção de tecidos impregnados, revestidos, recobertos ou estratificados; artigos para usos técnicos de matérias têxteis impregnados, revestidos, recobertos ou impregnados e embainhados em plástico.

[052] A invenção provê também bioplásticos para produtos e artefatos de uso agrícola: tubetes biodegradáveis e/ou descartáveis para transposição de mudas, e embalagem biodegradável para semeadura.

[053] A invenção provê ainda bioplásticos para produtos de sacaria.

[054] A invenção provê também bioplásticos para uso na área médica incluindo biofilmes totalmente biodegradáveis e compatíveis com as células humanas, adicionados de substâncias tópicas, como anti-inflamatórios e anestésicos para serem usados como adesivos curativos para queimaduras ou necessidades de regeneração de tecido.

[055] A invenção provê ainda bioplásticos para cápsulas de medicamento, fios de sutura, seringas, cateteres, luvas, cânulas, dispositivos descartáveis, bandagens, dispositivos de fixação borboleta, tubo plástico com conector e obturador.

[056] A invenção provê também bioplásticos de comportamento físico- mecânico de plástico, elastômero ou fibra obtidos a partir das composições da presente invenção para substituir os plásticos convencionais de fonte renovável e/ou não renovável nas áreas de alimentos, vestuário, utensílios domésticos, fármacos e cosméticos, higiene pessoal, conservação e limpeza, decoração e de brinquedos, médico-hospitalar, odontológico, proteção individual e artigos esportivos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[057] A FIGURA 1A a 1H anexa ilustra alguns filmes flexíveis e transparentes obtidos por casting de composições de acordo com a invenção.

[058] A FIGURA 2A a 2H anexa ilustra outra série de filmes flexíveis e transparentes obtidos por casting de composições de acordo com a invenção.

[059] A FIGURA 3A a 3H anexa ilustra ainda outra série de filmes flexíveis e transparentes obtidos por casting de composições de acordo com a invenção. Na Figura 3B o papel escrito com EX 0 foi colocado sob o filme a fim de demonstrar a grande transparência dessa amostra.

[060] A FIGURA 4A a 4H anexa ilustra filmes flexíveis e transparentes com baixa aderência obtidos por casting de composições de acordo com a invenção.

[061] A FIGURA 5A a 5H anexa ilustra ainda outra série de filmes flexíveis e transparentes obtidos por casting de composições de acordo com a invenção.

[062] A FIGURA 6A a 6H anexa ilustra ainda outra série de filmes flexíveis e transparentes obtidos por casting de composições de acordo com a invenção.

[063] A FIGURA 7A a 7H anexa ilustra outra série de filmes flexíveis e transparentes obtidos por casting de composições de acordo com a invenção.

[064] A FIGURA 8A a 8G anexa ilustra um filme flexível e transparente em que o material foi expandido aproximadamente quatro vezes quando submetido à ação de ar comprimido, à temperatura ambiente, com pressão aproximada de 2Kgf.cm-2; o referido filme foi obtido por casting de composição de acordo com a invenção.

[065] A FIGURA 9 anexa ilustra três termogramas de DSC, 1, 2 e 3, para respectivamente a temperatura de fusão da xantana pura, a xantana com plastificante (menor temperatura de fusão), e inclusão de plastificante e nanocargas com aumento do ponto de fusão da mistura.

[066] A FIGURA 10 anexa ilustra três termogramas, respectivamente para os experimentos 19 A03, 25 A01 e 33 A02.

[067] A FIGURA 11 anexa ilustra três termogramas, respectivamente para os experimentos 33 A03, 33 A04 e 33 A06.

[068] A FIGURA 12 anexa ilustra três termogramas, respectivamente para os experimentos 36 A01, 37A01 e 38 A02.

[069] A FIGURA 13 anexa ilustra dois termogramas, respectivamente para os experimentos 39 A01 e 39 A02.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[070] Conforme a invenção, o termo “bioplástico” inclui os materiais que apresentam comportamento físico-mecânico de plástico, elastômero ou fibra que possam ser obtidos a partir das composições à base de xantana objeto da presente invenção.

[071] Ainda conforme a invenção, nas Figuras EXP e Ex em maiúsculo ou minúsculo, querem dizer ambos, experimento desenvolvido para obtenção do bioplástico e A02 ou A2 significa o mesmo número da formulação da composição.

[072] Conforme a invenção, as composições à base de xantana para obtenção de bioplásticos, flexíveis ou rígidos, comestíveis ou não, biocompatíveis e parcial ou totalmente biodegradáveis, compreendem xantana pura ou compondo a matriz polimérica nas concentrações de 1,0% a 100%, preferencialmente 5,0% a 70,0% e mais preferencialmente 15 a 60%; combinada com cargas, combinadas ou não, de 0,0% a 60%, preferencialmente de 5,0% a 50%, mais preferencialmente de 15% a 40%; nanocargas, combinadas ou não, de 0,0% a 6,0 %, preferencialmente 0,01% a 5,0%; fibras, combinadas ou não, de 0,0% a 60,0%, preferencialmente de 5,0% a 50,0%, mais preferencialmente de 15,0% a 40,0%; nanofibras, combinadas ou não, de 0,0% a 6,0%, preferencialmente de 0,1% a 5,0%, mais preferencialmente de 0,01% a 5,0%; polímeros naturais, amidos combinados ou não, de 0,0% a 90,0%, preferencialmente 0,0% a 70,0% e mais preferencialmente 0,0% a 50,0%; outros polímeros naturais polissacarídicos hidrossolúveis, combinados ou não, de 0,0% a 70,0% preferencialmente 0,0 a 60,0% e mais preferencialmente 0,0 a 50,0%; polímeros auxiliares e lubrificantes, combinados ou não, de 0,0% a 30,0%; preferencialmente 0,0% a 20,0%, mais preferencialmente 0,0% a 10,0%; sais e óxidos inorgânicos, mono, di ou trivalentes, combinados ou não, de 0,0% a 10,0% preferencialmente 0,0% a 5,0%, mais preferencialmente 0,0% a 3,0%; pigmentos combinados ou não, em quantidades suficientes para se obter o efeito desejado (qsp), respeitando regulamentações específicas para o fim a que o bioplástico se destina; compatibilizantes, combinados ou não, de 0,0% a 10%, preferencialmente de 0,01% a 5,0%, mais preferencialmente de 0,1% a 3,0%; estabilizantes térmicos, combinados ou não, de 0,0% a 5,0%, preferencialmente de 0,01% a 3,0%, mais preferencialmente de 0,1% a 2,0%; estabilizantes dimensionais, combinados ou não de 0,0% a 5,0%, preferencialmente de 0,01% a 3,0%, mais preferencialmente de 0,1% a 2,0%; aditivos diversos, mais especialmente conservantes, em quantidade qsp, respeitando regulamentações específicas para o fim a que o material biopolimérico se destina; substâncias farmacologicamente ativas ou fármacos, em quantidades terapêuticas, segundo a ação pretendida.

[072] Os materiais citados acima são os constituintes da porção seca (ps), e o percentual destes constituintes é calculado sobre o peso total (pt) dos componentes da composição (ps/pt), excetuando-se a água e/ou soluções salinas e/ou água do mar.

[074] Os materiais constituintes líquidos, hidrofílicos ou lipofílicos, considerados porção úmida (pu), são calculados sobre o peso total dos componentes da composição (pu/pt), excetuando-se a água e/ou soluções salinas e ou água do mar.

[075] Estes constituintes são: plastificantes e/ou dispersantes, combinados ou não, na proporção de 0,1% a 75,0%, preferencialmente de 0,5% a 65,0%, mais preferencialmente de 2,0% a 60,0%; antiespumantes e emulgentes combinados ou não, de 0,0% a 5,0%, preferencialmente de 0,05% a 3,0%, mais preferencialmente de 0,5% a 2,0%; e polímeros auxiliares e lubrificantes, combinados ou não, de 0,0% a 30,0%; preferencialmente 0,0% a 20,0%, mais preferencialmente 0,0% a 10,0%.

[076] Os plastificantes e dispersantes úteis para as composições da invenção são selecionados dentre os óleos vegetais de arroz, soja, girassol, canola, amendoim, milho, semente de uva, coco, copaíba e pinho; e mais preferencialmente os óleos de silicone; e ainda mais preferencialmente glicerina, glicerol, sorbitol, polidextrose e outros polióis de mesmo efeito, puros ou combinados com os anteriores.

[077] O uso de dispersantes é fundamental para a homogeneidade dos bioplásticos. Ao se utilizarem nas formulações componentes insolúveis, como as cargas e nanocargas orgânicas ou inorgânicas, são comuns as formações de aglomerados destes componentes, devido principalmente às forças eletrostáticas atrativas. A presença desses aglomerados prejudica a qualidade do material, pois constituem pontos de fragilidade e também de aderência indesejável à superfície durante a formação de filmes em especial os obtidos pelo processo casting. A formação dos aglomerados deve ser prevenida pela utilização de líquidos dispersantes, que não irão, tecnicamente, possibilitar a formação de misturas homogêneas. Entretanto, estando os componentes insolúveis eficientemente dispersos no sistema, o material formado terá aparência homogênea e melhor qualidade. Conforme o tamanho das partículas insolúves dispersas, originar-se-ão dispersões coloidais, sendo as partículas de 1 (um) a 100 nm, ou suspensões, com partículas maiores.

[078] As composições da invenção têm como componente único ou majoritário da matriz polimérica o biopolímero xantana.

[079] A xantana útil para a matriz biopolimérica das composições compreende as xantanas produzidas por todas as espécies e patovares de Xanthomonas, produzidas comercialmente ou não, preferencialmente as Xanthomonas campestris patovares campestris e maninhotis, puras ou combinadas entre si e, mais preferencialmente, as xantanas produzidas por Xanthomonas arboricola pv pruni, puras ou em combinações com as demais xantanas, que têm características compatíveis com os materiais necessários para produção destes bioplásticos flexíveis ou rígidos, comestíveis ou não, parcial ou totalmente biodegradáveis.

[080] Igualmente úteis para as finalidades da invenção são as xantanas modificadas quimicamente para o uso na matriz biodegradável das composições, produzidas comercialmente ou não por todas as espécies e patovares de Xanthomonas, preferencialmente as Xanthomonas campestris patovares campestris e maninhotis, puras ou combinadas entre si e, mais preferencialmente, as xantanas produzidas por Xanthomonas arboricola pv pruni, puras ou em combinações com as demais xantanas, que têm características compatíveis com os materiais necessários para produção destes bioplásticos flexíveis ou rígidos, comestíveis ou não, parcial ou totalmente biodegradáveis.

[081] Estas xantanas possuem as seguintes características e propriedades: estabilidade em relação ao tempo e a temperatura, são altamente solúveis em água e em soluções salinas, a frio e a quente; suas soluções apresentam estabilidade na faixa de pH de 3 a 12. Em solução, resistem à temperatura de 100°C e em alguns casos até 130°C mantendo a viscosidade ou até mesmo aumentando a viscosidade; apresentam comportamento pseudoplástico sendo este comportamento especial, pois suas soluções são mais pseudoplásticas do que a maioria dos espessantes conhecidos. Ainda em reologia, apresentam ação de sinergia significativa com as galactomananas.

[082] A cor normalmente varia do branco ou creme, podendo ter cores que vão do ocre ao marrom, determinadas por alguns meios alternativos utilizados na produção.

[083] Como cargas nas composições, são selecionadas preferencialmente aquelas precursoras para nanocompósitos, que podem ter uma, duas ou três dimensões em escala nanométrica, e ainda mais preferencialmente as nanocargas do tipo silicatos em camada ou filossilicatos, naturais ou modificados por íons orgânicos ou não, e as sílicas (incluindo sílica pirogênica hidrofóbica), para produção destes bioplásticos flexíveis ou rígidos, comestíveis ou não, parcial ou totalmente biodegradáveis. Cargas igualmente úteis são sílica pirogênica hidrofóbica ou aerosil e caolim, que também atuam como estabilizantes dimensionais, argilas, talco, cálcio de ostra e carbonato de cálcio.

[084] Cargas preferencialmente usadas para melhorar as propriedades mecânicas dos bioplásticos são as nanoceluloses ou nanofillers. As nanoceluloses atuam promovendo um aumento nas propriedades mecânicas, em particular na resistência. Além disso, podem ser combinadas com inúmeras matrizes poliméricas, especialmente com biopolímeros hidrofílicos de origem vegetal ou microbiana. Mas também têm boa compatibilidade com as cargas de enchimento hidrofóbicas e matrizes hidrofílicas ou vice versa. Além das nanoceluloses, a quitosana e preferencialmente a quitina podem ser usadas na composição contribuindo com as propriedades mecânicas, neste caso reduzindo a flexibilidade ou diminuindo o alongamento quando assim desejado.

[085] Úteis como polímeros naturais nas composições de acordo com a invenção são polímeros naturais ou modificados, como amidos naturais ou modificados, a quitina e a quitosana e as celuloses naturais ou modificadas.

[086] Também são úteis nas composições, quando necessário, pigmentos inorgânicos, como o dióxido de titânio, carbonato de cálcio, pó de alumínio, prata ou ouro, óxidos de ferro e carvão de grau alimentício. E mais preferencialmente os corantes orgânicos naturais, como clorofilas, carotenóides, betalaínas e antocianinas, ou os artificiais, mais preferencialmente os de grau alimentício, por sua biodegradabilidade.

[087] Os polímeros auxiliares e lubrificantes úteis nas composições de acordo com a invenção para produção dos bioplásticos flexíveis ou rígidos de acordo com a invenção têm a função de reduzir a viscosidade da massa polimérica durante o processamento por redução da fricção interna e externa, em especial nos processos de extrusão. Diminuem a aderência do material fundido às paredes do equipamento e à rosca. Com isso pode-se aumentar a produtividade do equipamento com menor cisalhamento, menor desgaste e menor consumo de energia. Em geral compreendem compostos orgânicos com Tm inferior a 150°C. Preferencialmente são usados nas concentrações de 0,0% a 30,0%. Um exemplo são os éteres celulósicos.

[088] Úteis ainda para os propósitos das composições da invenção são os sais e óxidos mono, di ou trivalentes, por serem solúveis em água; preferencialmente os cloretos, sulfatos, fosfatos e bicarbonatos de cátions monovalentes, como cloretos e sulfatos de sódio, de potássio e de lítio; mais preferencialmente os óxidos e cloretos, sulfatos, fosfatos e bicarbonatos de cátions divalentes, como óxido ferroso, cloretos e sulfatos de cálcio e magnésio; e mais preferencialmente os óxidos e cloretos, sulfatos, fosfatos de cátions trivalentes, como óxido férrico, fosfato tricálcico e fosfato férrico.

[089] TiO2, CaO e MgO atuam como branqueador e carga antiabrasão e repulsão à água. O NaHCO3 pode ser utilizado como agente expansor, produzindo células abertas as quais favorecem a absorção de água, quando a natureza do material produzido assim o requerer. Os bioplásticos que tenham estes sais na sua composição podem ser usados nas áreas médica, farmacêutica e odontológica e alimentos. Nesta última, estes bioplásticos, como por exemplo, os bioplásticos, podem ser usados como embalagens, comestíveis ou não, ou ainda coberturas quando forem comestíveis.

[090] A mistura de componentes hidrofílicos e lipofílicos líquidos nas composições também constituirá dispersões, mas que são, de modo geral, muito instáveis. A estabilidade do sistema pode ser alcançada mediante o uso de emulgentes e de estabilizantes, sendo que nas composições objeto da presente invenção, a xantana exerce a função de estabilizante das emulsões formadas.

[091] A xantana, para ser usada como matriz na produção de bioplásticos flexíveis ou rígidos pelos métodos casting e expansão requer solubilização total ou dispersão estável. Mesmo quando se faz uso de plastificantes, quando se utiliza o processo de preparo da composição que envolve agitação em pressão atmosférica, ocorre a indesejável formação de bolhas, que é a dispersão do ar na fase contínua. Se este inconveniente não for solucionado por processos físicos, como solubilização com agitação sob alto vácuo, obrigatoriamente deverá ser feito uso de formas químicas, como o uso de antiespumantes, que modificam a tensão superficial impedindo a formação de bolhas.

[092] Alternativamente o preparo é efetuado sob pressão negativa (vácuo) e baixa agitação.

[093] Úteis como antiespumantes nas composições de acordo com a invenção, são os tensoativos como os óleos vegetais de arroz, soja, milho e preferencialmente os óleos de silicone 200, silicone 500 e o emulgente multifuncional MYRJ 52® (monoestearato de polioxietileno) e mais preferencialmente o antispumante 204 Sigma® (dispersão de poliéteres 100 % orgânicos não siliconados) e os emulgentes alimentícios mono e diglicerídeos esterificados, ésteres de sorbitana, como spans 60 e 80, os ésteres de polioxietileno sorbitana, como os tweens 60 e 80, e lecitinas mais especificamente.

[094] Os estabilizantes térmicos nas composições de acordo com a invenção compreendem fosfato preferencialmente os fosfatos de cálcio tribásico, ou fosfato de cálcio dibásico.

[095] Os estabilizantes dimensionais nas composições de acordo com a invenção compreendem talco, caulim, filosilicatos e sílicas pirogênicas (aerosil).

[096] Os compatibilizantes nas composições de acordo com a invenção compreendem anidrido maleico, glicidil maleico GMA.

[097] Os pigmentos (comestíveis ou não) nas composições de acordo com a invenção compreendem os pigmentos orgânicos incluindo os naturais e artificiais, preferencialmente os orgânicos naturais, clorofilas, carotenóides, betalaínas e antocianinas, ou os artificiais, mais preferencialmente os de grau alimentício, por sua biodegradabilidade. E os pigmentos inorgânicos, dióxido de titânio, carbonato de cálcio, óxidos de ferro e carvão de grau alimentício. E pó de alumínio, prata ou ouro somente como cobertura. Nas concentrações suficientes para obter o efeito desejado (qsp) e respeitando os regulamentos específicos quando houver, para obtenção dos materiais de acordo com a invenção.

[098] Os conservantes nas composições de acordo com a invenção compreendem aqueles que não são significativa e negativamente afetados pelo pH das composições e pela temperatura durante a preparação dos produtos, acabados ou semiacabados, a partir das composições nas concentrações suficientes para obter o efeito de conservação desejado (qsp) e respeitando os regulamentos específicos quando houverem, para obtenção dos materiais de acordo com a invenção.

[099] As composições dos bioplásticos de acordo com a invenção são preparadas por métodos baseados na solução da xantana ou matriz polimérica em fase aquosa.

[100] Alternativamente, as composições são preparadas por dispersão, em fase líquida, da xantana ou matriz polimérica em estado sólido.

[101] Ainda alternativamente, as composições são preparadas por dispersão, em fase sólida, da xantana ou matriz polimérica em estado sólido, com posterior fusão.

[102] Quanto à formulação das composições, para facilitar a compreensão, os diferentes materiais foram subdivididos em secos e úmidos, de acordo com sua apresentação; neste contexto, por exemplo, os plastificantes e antiespumantes são considerados úmidos.

[103] E as formulações são baseadas considerando duas porções, porção seca e porção úmida (exceto a água e/ou soluções salinas e/ou água do mar). A porção seca inclui tipicamente a xantana e opcionalmente as cargas e/ou nanocargas, fibras e/ou nanofibras, amidos e/ou polímeros auxiliares, sais e óxidos minerais, e aditivos como conservantes, corantes e antiumectante.

[104] A porção úmida inclui tipicamente os plastificantes, dispersantes, antiespumantes, emulgentes e, quando necessário, lubrificantes.

[105] A porção seca pode ser dispersa na porção úmida e posteriormente adicionada de água ou solução salina, podendo inclusive fazer-se uso da água do mar.

[106] Ainda a porção seca pode ser solubilizada em água ou solução salina ou água do mar e posteriormente adicionada dos componentes da porção úmida.

[107] Todos os percentuais das combinações ou formulações são referentes aos componentes da porção seca e da porção úmida, exceto a água ou soluções salinas.

[108] As formas de preparo das composições de acordo com a invenção para obtenção de bioplásticos envolvem a dissolução da xantana, pura ou em combinação com outros polissacarídeos hidrossolúveis, até completa solubilização em água e/ou soluções salinas e/ou água do mar, frias ou, preferencialmente, aquecidas a temperaturas inferiores a 90°C, mediante agitação mecânica não excessiva, em condições de pressão atmosférica ou, preferencialmente, negativa, a fim de evitar a formação de bolhas.

[109] E após se adicionam os demais constituintes da formulação, separados ou não em fase hidrofílica ou lipofílica, conforme a composição a constituição da composição.

[110] Quando utilizados compostos plastificantes lipofílicos (diferentes tipos de óleos), estes devem ser, preferencialmente, misturados previamente com emulgentes ou com plastificantes hidrofílicos do tipo poliálcool.

[111] Os constituintes sólidos insolúveis, como fibras, nanofibras, cargas e nanocargas, antiumectantes e outros são dispersos nos plastificantes hidrofílicos.

[112] Os constituintes hidrossolúveis, sais, ácidos orgânicos e outros, puros ou combinados, são adicionados diretamente na solução da xantana ou previamente na água que será utilizada na solubilização desta, passando a constituir, dependendo das substâncias adicionadas, o que se denomina solução salina.

[113] Outra forma de preparo é mediante dispersão da xantana, pura ou em combinação com outros polissacarídeos hidrossolúveis, em dispersantes lipofílicos ou hidrofílicos, como os plastificantes, e os emulgentes e antiespumantes, puros ou combinados, respeitando-se as incompatibilidades; os constituintes sólidos insolúveis, como fibras, nanofibras, cargas e nanocargas, antiumectantes e aditivos podem ser dispersos juntamente com a xantana.

[114] E após, segue-se a solubilização em água e/ou soluções salinas e/ou água do mar, frias ou, preferencialmente, aquecidas a temperaturas inferiores a 90°C, mediante agitação mecânica suave, em condições de pressão atmosférica ou, preferencialmente, negativa, a fim de evitar a formação de bolhas.

[115] Nesta invenção, os bioplásticos semiacabados ou acabados podem ser obtidos utilizando diferentes métodos: casting (método de evaporação do solvente), extrusão ou estiramento por sopro, originando produtos semiacabados flexíveis ou rígidos, comestíveis ou não, parcial ou totalmente biodegradáveis, hidrossolúveis ou não, na forma de filmes, fios, chapas ou placas, com os quais podem ser produzidos inúmeros produtos acabados de diversos tipos, tanto flexíveis como rígidos, para diferentes usos.

[116] A obtenção das composições biopoliméricas e a preparação dos produtos, acabados ou semiacabados, pode ser realizada em uma única etapa ou em duas ou mais etapas, dependendo do método utilizado para obtenção dos produtos.

[117] A obtenção pelo método casting aqui é realizada em duas etapas, sendo a etapa de preparação da composição seguida da preparação do produto, baseada na evaporação do solvente.

[118] Na preparação da composição por solubilização, a xantana, bem como os demais polímeros hidrossolúveis que irão compor a matriz polimérica, devem ser completamente solubilizados em água e/ou solução salina e/ou água do mar. Posteriormente, adiciona-se a essa solução os demais constituintes, se houverem, como plastificantes, emulgentes, antiespumantes, lubrificantes, aditivos antiumectantes, estabilizantes UV e outros filtros solares, corantes e pigmentos, antioxidantes, edulcorantes, sais e óxidos diversos, fármacos, cargas e/ou nanocargas, fibras e/ou nano fibras vegetais de reforço, todos os anteriormente relacionados ou alguns, dependendo do produto final que se deseja, respeitando e contornando possíveis incompatibilidades e fazendo uso de emulgentes quando necessário.

[119] No método de extrusão para o processamento das combinações para obter os bioplásticos flexíveis, semi-flexíveis ou rígidos parcialmente ou totalmente biodegradáveis, para produção de filmes, chapas ou folhas, fios (rígidos - moldáveis) são utilizadas temperaturas entre ambiente até 250°C, mais preferencialmente inferiores a 110 °C. Para composições que utilizem xantanas especiais com ponto de fusão entre 150° e 210°C, adicionadas ou não de nanocargas e/ou estabilizantes térmicos, ou outros constituintes que favoreçam a resistência térmica, a temperatura utilizada, conforme o ponto de fusão da mistura ou combinação é entre 90°C e 270°C e mais preferencialmente entre 100°C a 150°C.

[120] São obtidos produtos flexíveis, transparentes, translúcidos ou opacos, com ou sem brilho, que são parcial ou totalmente biodegradáveis com diferentes composições, onde a xantana e os plastificantes compõem a porção majoritária da composição, excetuando-se os solventes, preferencialmente adicionadas dos aditivos anteriormente relacionados, com ou sem estabilizantes térmicos, estabilizantes dimensionais e cargas de reforço ou cargas de enchimento.

[121] É também possível produzir bioplásticos do tipo rígido, com características diferenciadas quanto às suas propriedades físicas, químicas e fisico-químicas, e que servem para construção de diferentes produtos para diversos usos quando a proporção de constituintes na composição for modificada. Especialmente, alterações no que diz respeito às cargas, nanocargas de reforço e cargas de enchimento, modificadas quimicamente ou não, e se forem adicionados ou não outros polímeros naturais, mantendo a vantagem de serem parcial ou totalmente biodegradáveis, com degradação também rápida quando comparada a dos materiais convencionais.

[122] Na produção dos bioplásticos, flexíveis ou rígidos, dependendo da aplicação do material ou uso a que se destinam, outros componentes adicionais, como aditivos corantes, conservantes, aromatizantes, antioxidantes, alimentares ou não e substâncias farmacologicamente ativas são admitidos na formulação, já que a matriz biopolimérica é normalmente compatível com estes materiais.

[123] A incorporação desses materiais de modo direto, ou previamente dispersos ou solubilizados ou emulsificados ou misturados, conforme suas características, sem perda da homogeneidade da composição, é possível porque a xantana em solução possui alta capacidade estabilizante de suspensões e emulsões.

[124] Na obtenção das composições por dispersão em fase líquida, a xantana ou matriz polimérica, adicionada ou não de outros constituintes sólidos, deve ser dispersa numa fase líquida, hidrofílica ou lipofílica, que pode ser simples ou formada pela mistura de mais de um componente; todas as misturas e adições devem ser feitas respeitando e contornando possíveis incompatibilidades entre os componentes, fazendo-se uso de emulgentes quando necessário.

[125] Para os métodos de extrusão e de estiramento por sopro o preparo das composições pode ser feito também por dispersão em fase sólida e posterior fusão.

[126] A mistura dos componentes, incluindo a xantana ou demais componentes da matriz polimérica, deve iniciar pelos componentes de menor volume, respeitando e contornando possíveis incompatibilidades entre os mesmos.

[127] Após a mistura dos constituintes da composição, para o processamento do material biopolimérico pelo método casting, ainda são necessárias condições específicas para evaporação do solvente, preferencialmente calor. Outras formas para retirada parcial do solvente podem ser utilizadas até completar a remoção necessária do solvente e demais componentes volatilizáveis, para ocorrer a formação do filme.

[128] No método de extrusão, não a convencional de plástico e sim a convencional de alimentos, as composições obtidas por solubilização devem ser seguidas de pré-concentração ou dispersão em fase líquida e submetidas a temperaturas inferiores ao ponto de fusão da xantana ou das combinações.

[129] Nesse processo, a obtenção das combinações dos materiais segue inicialmente a mesma técnica, porém a adição dos constituintes é redefinida e/ou o conteúdo de solvente utilizado não é suficiente para solubilizar totalmente a xantana; ou a quantidade de solvente adicionada para esse fim deverá ser removida parcialmente antes da extrusão, em etapa denominada pré-concentração.

[130] Para esse processo pode-se também usar apenas a forma de dispersão dos constituintes nos plastificantes. No método de obtenção de materiais semiacabados e acabados por estiramento por sopro, composições específicas preparadas por solubilização seguida de pré-concentração, que promovem a remoção parcial da água, são expandidas por sopramento de ar comprimido, aquecido ou à temperatura ambiente.

[131] Um exemplo da capacidade de expansão e da resistência dos bioplásticos obtidos por sopramento de ar comprimido pode ser visto de forma ilustrativa na figura 8, onde pode ser visualizado que o material foi expandido aproximadamente quatro vezes quando submetido à ação de ar comprimido, à temperatura ambiente, com pressão aproximada de 2Kgf.cm-2. Este material biopolimérico apresentado na Figura 8, A,B,C,D,F,G é 97,5% biodegradável.

[132] Determinadas combinações destes bioplásticos, sob certas condições, podem ser submetidas ao inchamento, principalmente em temperaturas inferiores ao ponto de fusão da xantana ou das composições.

[133] No método de obtenção da composição por fusão, os produtos semiacabados ou acabados são obtidos na mesma etapa, quando a fusão é seguida da moldagem, de resfriamento e de extração, como nos processos de termoformagem, rotomoldagem, injeção tipo carrossel, sprint-up ou espalmagem.

[134] Com a adequada combinação das diferentes possibilidades de obtenção das composições e métodos de processamento podem ser obtidos diferentes produtos semiacabados ou acabados, comestíveis ou não, parcial ou totalmente biodegradáveis como filmes, fios, e filamentos, chapas e placas, flexíveis ou rígidos, transparentes, translúcidos ou opacos, com inúmeras aplicações, com a vantagem de serem biodegradáveis e ambientalmente corretos ou amigáveis.

[135] Filmes produzidos com algumas das diferentes combinações anteriormente descritas e obtidas pelo método casting foram avaliados por análise térmica e ensaios mecânicos. As amostras foram ensaiadas via análises calorimétricas diferenciais (DSC) nas seguintes condições: isoterma na temperatura de 30°C, aquecimento na faixa de temperatura de 30°C até 220°C a uma taxa de 10°C.min-1, isoterma na temperatura de 220°C e resfriamento de 220°C até 30°C na taxa de 10°C.min-1.

[136] Os bioplásticos obtidos pelo processamento das composições da invenção foram testados quanto à biodegradabilidade.

[137] Todos os bioplásticos comestíveis e biodegradáveis objeto da invenção foram desenvolvidos de acordo com as normas European directive bioplastics 2010 e USA Regulations bioplastics 2010.

[138] Os bioplásticos comestíveis se enquadraram em três faixas de biodegradação: A primeira, 100% biodegradáveis, a segunda de 85% a 99% e a terceira faixa 75% a 84% biodegradáveis. A maioria dos bioplásticos desenvolvidos ficou na faixa de 85% a 99%, e ainda dentro desta faixa a maioria está entre 95% e 99,7% biodegradável.

[139] Os resultados obtidos estão listados na Tabela 1 a seguir.

[140] Todos os valores de biodegradabilidade estão correlacionados à Figura correspondente, anexa ao presente relatório. TABELA 1

[141] Os valores de biodegradabilidade expressam médias entre os resultados dos testes realizados em meio liquido segundo as normas ISSO 14851-1999, ISSO 14852-1999; ASTM D6691-01 e D6692-01 e dos testes em meio sólido, em condições de temperatura e umidade controladas, em presença de fungos e bactérias que utilizam os biopolímeros como nutrientes.

EXEMPLOS

[142] Como será visto nos Exemplos a seguir, corroborados pelas Figuras anexas, uma característica dos filmes obtidos por casting de composições da invenção à base de xantana e vários componentes de acordo com as Tabelas abaixo, é a transparência.

[143] A propriedade de transparência é demonstrada colocando um papel escrito EX 0 posicionado embaixo dos filmes. Verifica-se que todos os bioplásticos de acordo com a invenção permitiram, em maior ou menor grau, a visualização da palavra EX 0, possível pela característica de transparência alcançada.

[144] Os muitos graus de transparência e também de brilho são, em parte, resultados das diferentes características das xantanas utilizadas como base da composição biopolimérica da invenção, sendo as mais expressivas as propriedades reológicas e/ou propriedades térmicas que influenciam nas características finais dos filmes. A cor da xantana, e por consequência a cor do filme, é dependente basicamente do meio de produção utilizado para obtenção da xantana. Filmes mais amarelados ou mais incolores são também resultantes da coloração inicial da xantana, entre o amarelo e o branco.

[145] Outras características da xantana, além da cor, também podem ser moduladas pelas condições operacionais da produção da xantana, expressas no pedido publicado BR0406309-0, muitas das quais estão correlacionadas às características dos produtos obtidos na presente invenção. No entanto, o grau de transparência e brilho pode ser afetado pela combinação de alguns constituintes das formulações, mesmo quando se utiliza uma xantana que produz soluções de alta transparência. EXEMPLO 1

[146] O Exemplo 1 mostra na Tabela 2 a seguir a composição dos experimentos Exp 19 A03, Exp 25 A01 e Exp 33 A02, cujos termogramas estão ilustrados na Figura 10. TABELA 2

[147] A modificação entre as composições dos experimentos Ex 25 A01 e Ex 33 A02 foi o tipo da nanocarga. (As nano cargas foram Cloisite® 30B e Cloisite® Na). É importante salientar que o tipo de nano carga proporciona modificações significativas no ponto de fusão da composição, isto pode ser observado na Figura 10 onde está registrado nos termogramas 2 e 3 que o ponto de fusão foi modificado de 150°C para 195°C. Essa possibilidade de modificação do ponto de fusão é importante para a processabilidade do material bioplástico. Sobre estes dois bioplásticos, pode- se também observar ainda e de forma visual na Figura 1, letras G (Ex 25 A01) e H (Ex 33 A02) as modificações promovidas pelas nanocargas na Flexibilidade, Brilho e Transparência.

[148] No Ex 19 A03 da Figura 10 foi utilizada uma mistura do plastificante glicerol e óleo de copaíba como segundo plastificante, o que proporcionou uma melhor transparência e flexibilidade, Isto pode ser observado de forma visual na Figura 1, letra C (ex 19 A03).

[149] As propriedades mecânicas de filmes bioplásticos obtidos por casting das composições da Tabela 2 foram avaliadas.

[150] As propriedades mecânicas compreendem a totalidade das propriedades que determinam a resposta dos materiais poliméricos às influências mecânicas externas. Estas influências externas geralmente são avaliadas através de ensaios onde se obtém um perfil de tensão-deformação. As propriedades mecânicas estão diretamente relacionadas com a natureza do material filmogênico utilizado e com a coesão da estrutura da matriz polimérica, que está relacionada com a distribuição e concentração de ligações inter e intramoleculares das cadeias do polímero.

[151] Para os testes de propriedades mecânicas, o corpo de prova dos bioplásticos ensaiados é de geometria retangular, 2 x 13 cm, e as condições para o ensaio de tração seguiram as normas técnicas NBR 6152/2002 e ASTM D6693. Os ensaios foram efetuados à T de 25°C.

[152] O ensaio de espessura foi conduzido de acordo com a NBR 12569/1992 e ASTM D 5199.

[153] Note-se que os valores do módulo de elasticidade para Polímeros estão entre 0,007 e 4 GPa. Não são reportados valores de módulo de elasticidade para biopolímeros, mas com certeza são inferiores a estes tendo em vista a composição dos biopolímeros. Mesmo assim comparando os resultados dos bioplásticos da invenção com a faixa para polímeros convencionais, apenas dois bioplásticos têm valores abaixo do limite mínimo, a saber, EXP 33 A03 (4,78 MPa) e EXP36 A01(6,0 MPa). Além disso, como pode ser visto na Tabela 3 abaixo é possível obter valores muito aumentados através de modificações da composição, pois a xantana é uma matriz extremamente versátil pela sua elevada compatibilidade com sais, ácidos e bases diluídos, solventes, enzimas, agentes redutores, metais, conservantes, outros polímeros naturais ou modificados, plastificantes e cargas.

[154] Na Tabela 3 abaixo, a expressão “Máxima em CP” - significa o valor de tensão onde o corpo de prova (CP) do bioplástico rompeu. Por ser uma medida única não admite o desvio padrão (DP).

[155] Os resultados de propriedades mecânicas para vários bioplásticos da invenção estão listados na Tabela 3 a seguir. TABELA 3

[156] Ao avaliar na Tabela 3 os resultados das propriedades mecânicas dos bioplásticos EXP 19 A03 e EXP 25 A01 observa-se que os valores de Tensão de Ruptura que é a tensão máxima da curva de tensão nominal (MPa) - extensão nominal (mm) foram próximos pois a variação foi de 0,83MPa a 0,69MPa respectivamente, para estes dois bioplásticos.

[157] O Alongamento foi de 31% (EXP 19 A03) e 21% (EXP 25 A01) podendo ser considerado um bom alongamento quando comparado aos Alongamentos de outros bioplásticos da mesma Tabela, como 11% (EXP 37 A01) ou 7% (EXP 39 A02).

[158] O módulo de elasticidade Módulo (MPa) dos bioplásticos EXP 19 A03 e EXP 25 A01 variou de 6,58 MPa a 5,71 MPa, podendo ser considerada uma variação pequena quando comparada aos valores de módulos de elasticidade de outros bioplásticos da mesma Tabela, como 195,33 MPa (EXP 37 A01 ) e 260,58 MPa (Ex 39 A01) ou ainda 320 MPa para (EXP 39 A02) que são aproximadamente 30 vezes superiores aos dos (EXP 19 A03 e EXP 25 A01).

[159] Já a espessura variou entre 0,133 e 0,154mm (EXP 19 A03 e EXP 25 A01), respectivamente.

[160] Estes dados também confirmam que a matriz xantana, por sua compatibilidade comprovada com metais, ácidos, sais, agentes redutores, solventes, enzimas, conservantes, outros polímeros naturais ou modificados, plastificantes e cargas, permite uma quase infinita possibilidade de obtenção de bioplásticos com diferentes propriedades térmicas, mecânicas além das diferentes propriedades físicas como transparência, cor e brilho.

[161] Todos os bioplásticos da Figura 10 apresentaram propriedades térmicas e mecânicas iguais ou semelhantes aos plásticos convencionais, bem como as características de flexibilidade, brilho, transparência cor exigidos para plásticos. EXEMPLO 2

[162] A composição dos experimentos da Figura 11 é como expresso na Tabela 2 acima no presente relatório. Nestes experimentos a xantana utilizada foi produzida no Laboratório de Biopolímeros da Universidade Federal de Pelotas, utilizando Xantomonas arboricola pv pruni, cepa F41.

[163] Todos os bioplásticos foram obtidos por casting.

[164] As modificações entre as composições dos três experimentos Ex33 A03, Ex 33 A04 e Ex 33 A06 foram o tipo de nanocarga.

[165] As nano cargas foram Cloisite 30B®, Cloisite® Na e Aerosil 200® (sílica ou dióxido de silício com tamanho médio de partícula de 12nm), respectivamente.

[166] Para a xantana pv pruni F41, o tipo de nano carga proporcionou pequenas modificações no ponto de fusão da composição, o que pode ser observado na Figura 11 onde estão registrados os termogramas dos experimentos Ex33 A03, Ex 33 A04 e Ex 33 A06, nos quais pode ser observado que o ponto de fusão variou aproximadamente de 195°C para 205 °C.

[167] Comparativamente às modificações ocorridas na Figura 10, as da Figura 11 são menores. Ao avaliar os resultados das propriedades mecânicas da Tabela 2 com resultados para os bioplásticos EX 33 A03 e EX 33 A04 observa- se que os valores de Tensão de Ruptura que é a tensão máxima da curva de tensão nominal (MPa) - extensão nominal (mm) foram próximos pois a variação foi de 0,31MPa a 0,35MPa respectivamente, para estes dois bioplásticos.

[168] O Alongamento foi de 27% (EX33 A03) e 23% (EX 33A04) podendo ser considerado um bom Alongamento quando comparados aos Alongamentos de outros bioplásticos da Tabela 3, como 11% (EX 37 A01) ou 7% (EX 39 A02).

[169] O módulo de elasticidade Módulo (MPa) dos bioplásticos (EX 33 A03) e (EX 33 A04) variou de 3,49MPa a 8,77MPa podendo ser considerada uma variação pequena quando comparada aos valores de módulo de elasticidade de outros bioplásticos da Tabela 3, como 195,33MPa (EXP 37 A01) e 260,58MPa (Ex 39 A01) ou ainda 320MPa para (EXP 39 A02) que são aproximadamente 30 vezes superiores aos dos (EXP 33 A03 e EXP 33 A04).

[170] A espessura variou entre 0,125mm e 0,155mm (EXP 33 A03 e EXP 33 A04). Dependendo do tipo de bioplástico que se deseja também essa possibilidade de modificação do ponto de fusão é importante para sua processabilidade.

[171] Pode- se também observar de forma visual na Figura 2A (ex 33 A03), e Figura 6G (ex 33 A04), que a maior modificação promovida foi na característica brilho. No entanto visualmente pode-se observar que os bioplásticos também apresentam uma razoável transparência e flexibilidade. E que para essa xantana as diferentes nanocargas não apresentaram modificações altamente significativas nas características visuais.

[172] No entanto, todos os bioplásticos resultantes das diferentes variações de nanocargas e desenvolvidas nestes experimentos pelo método casting apresentaram propriedades térmicas e mecânicas iguais ou semelhantes às dos plásticos convencionais, bem como as características de flexibilidade, brilho, transparência e cor. EXEMPLO 3

[173] Este Exemplo se refere aos experimentos ilustrados nos termogramas da Figura 12.

[174] A composição dos experimentos da Figura 12 está expressa na Tabela 2 acima no presente relatório.

[175] Nos experimentos EXP 37- A 01 e EXP 38 A02 a diferença na composição foi o uso de duas xantanas comerciais JUNGBUNZ LAUER e KELGUN, respectivamente e a nanocarga foi o Aerosil® 200.

[176] Pode ser observado nos termogramas EXP 37- A 01 e EXP 38 A02 que ocorreu uma mudança significativa no ponto de fusão que variou de 170°C a 210 °C. Isso mostra que o tipo de xantana pode influenciar de forma expressiva no ponto de fusão, pois a diferença foi de 40°C.

[177] O termograma do bioplástico EX 36- A 01 foi obtido com a xantana produzida no Laboratório de Biopolímeros da Universidade Federal de Pelotas, utilizando Xantomonas arboricola pv pruni, cepa 101, e uma mistura de dois plastificantes (glicerol e óleo de silicone 200 além de dois tipos de nano carga (Cloisite® 30B, Cloisite® Na+). Esta composição levou à obtenção de um bioplástico com um ponto de fusão bem baixo, aproximadamente 150°C.

[178] Na Figura 1, embora as composições dos bioplásticos sejam totalmente diferentes EXP 38 -A02 (KELGUN) e EXP 36 A01 (xantana puni 101), pode-se observar que praticamente não há diferença visual entre eles, o que mostra que pode-se obter inúmeros tipos de bioplásticos usando como matriz a xantana.

[179] No entanto ao avaliar os resultados das propriedades mecânicas da Tabela 3 observa-se que os valores de Tensão de Ruptura que é a tensão máxima da curva de tensão nominal (MPa) - extensão nominal (mm) são expressivamente diferentes para os três bioplásticos obtidos. A tensão máxima variou de 0,99 MPa (EXP36 A01) a 5,51 MPa (EXP 37 A01).

[180] Já o Alongamento foi igual para EXP36 A01 e EXP 38 A02 (21%) e estes dois diferiram do alongamento do EXP 37 A01 que foi 11%.

[181] O módulo de elasticidade Módulo (MPa) dos bioplásticos EXP36 A01 e EXP38 A02 variou de 5,46 MPa a 8,37 MPa, respectivamente o que pode ser considerada uma variação pequena quando comparado ao Módulo (MPa) do EXP 37 A01 que foi aproximadamente 20 vezes maior que foi 195,33 MPa.

[182] As espessuras variaram entre 0,163mm para EXP36 A01 e 0,238mm para EXP38 A02, como pode ser visto na Tabela 3 acima no presente relatório.

[183] Estes dados também confirmam que a matriz xantana permite uma quase infinita possibilidade de obtenção de bioplásticos com diferentes propriedades térmicas, mecânicas além das diferentes propriedades físicas como transparência, cor e brilho. EXEMPLO 4

[184] Este Exemplo se refere aos experimentos ilustrados nos termogramas da Figura 13.

[185] A composição dos experimentos da Figura 13 está expressa na Tabela 2. Os filmes de bioplástico foram obtidos pelo método casting.

[186] Nos experimentos EXP 39A 01 e EXP 39 A02 a diferença na composição foi somente na quantidade da nanocarga utilizada. O EXP 39A 01 foi obtido com o dobro de nanocarga que o EX 39 A02.

[187] Nos termogramas correspondentes aos experimentos EXP 39A 01 e EXP 39 A02 verifica-se que o dobro de nanocarga praticamente não mudou o ponto de fusão, sendo de aproximadamente 210°C para ambos, mas mostra que essa quantidade de nanocarga proporciona um bioplástico com elevado ponto de fusão. Também essa quantidade de nanocarga promoveu um aumento de rigidez dos bioplásticos, o que pode ser observado pelos resultados das propriedades mecânicas da Tabela 3.

[188] Avaliando os resultados das propriedades mecânicas expressas na Tabela 3 acima se observa que os valores de Tensão de Ruptura que é a tensão máxima da curva de tensão nominal (MPa) - extensão nominal (mm) são expressivamente diferentes para os três bioplásticos obtidos. A tensão máxima variou de 5,68MPa (EXP39 A01) a 8,43 MPa (EXP 39 A02).

[189] Já o Alongamento foi de 9% para o (EXP39 A01) e de 7% para o ( EXP 39 A02).

[190] O módulo de elasticidade em (MPa) dos bioplásticos EXP39 A01 e EXP39 A02 variou de 260,58 MPa a 391,23 MPa, respectivamente. Estes foram os maiores resultados para o módulo de elasticidade. Esse aumento mostra que essas nanocargas, nessas quantidades, promoveram um aumento expressivo na rigidez deste material, obtendo-se um bioplástico diferente com rigidez bem maior que a dos demais bioplásticos obtidos.

[191] O Valor do Módulo (MPa) desses bioplásticos dos EXP39 A01 e EXP39 A02 foi aproximadamente 30 vezes maior que foi o Módulo (MPa) da maioria dos bioplásticos da Tabela 3.

[192] A espessura foi 0,165mm para EXP39 A01 e 0,125mm para EXP39 A02, como pode ser visto na Tabela 3.

[193] Na Figura 6B, pode ser visualizado que essa quantidade de carga proporcionou redução de transparência e de flexibilidade.

[194] Sob o aspecto de características físicas como flexibilidade, brilho e transparência em relação à composição, é apresentada a Tabela 4 a seguir, com a avaliação visual dos bioplásticos sob forma de filme, ilustrados nas Figuras 1 a 7.

[195] Os filmes das Figuras 1 a 7 foram preparados à base de composições conforme a Tabela 2. TABELA 4

[196] De um modo geral, todos os bioplásticos obtidos a partir das composições da invenção apresentaram propriedades térmicas e mecânicas iguais ou semelhantes às dos plásticos convencionais, bem como as características de flexibilidade, brilho, transparência e cor.

[197] Estes dados também confirmam que a matriz xantana permite uma quase infinita possibilidade de obtenção de bioplásticos com diferentes propriedades térmicas, mecânicas além das diferentes propriedades físicas como transparência, cor e brilho. COMPOSIÇÕES À BASE DE XANTANA PARA OBTENÇÃO DE BIOPLÁSTICOS BIOCOMPATÍVEIS E BIODEGRADÁVEIS E BIOPLÁSTICOS BIOCOMPATÍVEIS E BIODEGRADÁVEIS OBTIDOS CAMPO DA INVENÇÃO

Claims (20)

1. Composições à base de xantana para obtenção de bioplásticos biocompatíveis e biodegradáveis, ditas composições sendo caracterizadas por compreender xantana pura ou compondo a matriz polimérica nas concentrações de 1,0% a 100%, a dita xantana sendo combinada com os seguintes constituintes de uma porção seca: a) cargas, selecionadas dentre sílica pirogênica hidrofóbica e caulim, argilas, talco, cálcio de ostra e carbonato de cálcio, na proporção de 0,0% a 60%; b) nanocargas, selecionadas dentre filossilicatos, naturais ou modificados por íons orgânicos ou não, sílicas combinadas ou não, e nanoceluloses, combinadas ou não, na proporção de 0,0% a 6,0 %; c) fibras, combinadas ou não, na proporção de 0,0% a 60,0%; d) nanofibras, combinadas ou não, na proporção de 0,0% a 6,0%; e) polímeros naturais, selecionados dentre amidos, combinados ou não, quitina e quitosana, celuloses naturais ou modificadas, na proporção de 0,0% a 90,0%; f) outros polímeros naturais polissacarídicos hidrossolúveis, combinados ou não, na proporção de 0,0% a 70,0%; g) polímeros auxiliares e lubrificantes, combinados ou não, selecionados dentre éteres celulósicos, na proporção de 0,0% a 30,0%; h) sais e óxidos inorgânicos, mono, di ou trivalentes, combinados ou não, selecionados dentre óxidos e cloretos, sulfatos, fosfatos e bicarbonatos de cátions monovalentes, incluindo Na, K e Li, bivalentes incluindo Fe2+, Ca e Mg e trivalentes, incluindo Fe3+ na proporção de 0,0% a 10,0%; i) pigmentos, selecionados dentre os pigmentos orgânicos naturais, clorofilas, carotenóides, betalaínas e antocianinas, ou os artificiais, e pigmentos inorgânicos, selecionados dentre dióxido de titânio, carbonato de cálcio, óxidos de ferro e carvão de grau alimentício e ainda pó de alumínio, prata ou ouro somente como cobertura, na proporção qsp; j) compatibilizantes, combinados ou não, selecionados dentre anidrido maleico e anidrido glicidil maleico GMA na proporção de 0,0% a 10%; k) estabilizantes térmicos, combinados ou não, selecionados dentre fosfatos de cálcio tribásico e fosfato de cálcio dibásico na proporção de 0,0% a 5,0%; l) estabilizantes dimensionais, selecionados dentre talco, caulim, filossilicatos e sílica (Aerosil® 200), combinados ou não, na proporção de 0,0% a 5,0%; e com os seguintes constituintes de uma porção úmida, onde a dita porção úmida compreende: m) plastificantes e/ou dispersantes, selecionados dentre óleos vegetais de arroz, soja, girassol, canola, amendoim, milho, semente de uva, coco, copaíba e pinho; óleos de silicone; glicerina, glicerol, sorbitol, polidextrose e outros polióis puros ou combinados, na proporção de 0,1% a 75,0%; n) antiespumantes e emulgentes, selecionados dentre os óleos vegetais de arroz, soja, milho, óleos de silicones 200, silicone 500 e os emulgentes alimentícios mono e diglicerídeos esterificados, ésteres de sorbitol e sorbitana, selecionados dentre os tweens 60 e 80 e spans 60, lecitinas e o antispumante 204 Sigma®, combinados ou não, na proporção de 0,0% a 5,0%; e o) conservantes, qsp.

2. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a proporção de xantana estar entre 5,0% e 70,0%; a proporção de cargas estar entre 5,0% e 50%; a proporção de nanocargas estar entre 0,01% e 5,0%; a proporção de fibras estar entre 5,0% e 50,0%; a proporção de nanofibras, 0,1% a 5,0%; polímeros naturais, de 0,0% a 70,0%; outros polímeros naturais polissacarídicos hidrossolúveis, de 0,0% a 60,0%; polímeros auxiliares, 0,0% a 20,0%; sais e óxidos inorgânicos, mono, di ou trivalentes, 0,0% a 5,0%; compatibilizantes, combinados ou não, 0,1% a 5,0%; estabilizantes térmicos, combinados ou não, 0,01% a 3,0%; estabilizantes dimensionais, combinados ou não, de 0,01% a 3,0%; plastificantes e/ou dispersantes, combinados ou não, na proporção de 0,5% a 65,0%; e emulgentes e antiespumantes, combinados ou não, 0,05% a 3,0%.

3. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a proporção de xantana estar entre 15,0% e 60,0%; a proporção de cargas estar entre 15,0% e 40%; a proporção de nanocargas estar entre 0,01% e 5,0%; a proporção de fibras estar entre 1,5% e 40,0%; a proporção de nanofibras, 0,01% a 5,0%; polímeros naturais, de 0,0% a 50,0%; outros polímeros naturais polissacarídicos hidrossolúveis, 0,0 a 50%; polímeros auxiliares, 0,0% a 10,0%; sais e óxidos inorgânicos, mono, di ou trivalentes, 0,0% a 3,0%; compatibilizantes, combinados ou não, 0,1% a 3,0%, estabilizantes térmicos, combinados ou não, 0,01% a 2,0%; e estabilizantes dimensionais, combinados ou não, de 0,01% a 2,0%; plastificantes e/ou dispersantes, combinados ou não, 2,0% a 60,0%; e emulgentes e antiespumantes, combinados ou não, 0,5% a 2,0%.

4. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a xantana que compõe a matriz polimérica biodegradável compreender as xantanas produzidas por todas as espécies e patovares de Xanthomonas, produzidas comercialmente ou não, selecionadas dentre as Xanthomonas campestris patovares campestris e maninhotis, puras ou combinadas entre si.

5. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por a xantana que compõe a matriz polimérica biodegradável compreender as xantanas produzidas por Xanthomonas arboricola pv pruni, puras ou em combinações com as demais xantanas.

6. Composições de acordo com as reivindicações 4 e 5, caracterizadas por a xantana que compõe a matriz polimérica biodegradável compreender as ditas xantanas modificadas quimicamente.

7. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por os ingredientes serem combinados por dissolução da xantana, pura ou em combinação com outros polissacarídeos hidrossolúveis, até completa solubilização em água e/ou soluções salinas e/ou água do mar, frias ou alternativamente aquecidas a temperaturas inferiores a 90°C, mediante agitação mecânica suave, em condições de pressão atmosférica ou negativa, sendo então adicionados os demais constituintes da formulação, separados ou não em fase hidrofílica ou lipofílica.

8. Composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por serem processadas por casting, extrusão ou estiramento por sopro.

9. Bioplásticos biocompatíveis e biodegradáveis obtidos a partir do processamento das composições de acordo com a reivindicação 1, caracterizados por compreenderem filmes, fios, chapas ou placas.

10. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por apresentarem biodegradabilidade entre 75 e 100% conforme as normas ISSO 14851-1999, ISSO 14852-1999; ASTM D6691-01 e D6692-01 e testes em meio sólido sob condições controladas.

11. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por apresentarem valores de Módulo de elasticidade entre-391,23±55,41 MPa e 3,49±1,27MPa.

12. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por apresentarem valores de alongamento entre 7% e 31%.

13. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por apresentarem valores de Tensão de Ruptura entre 0,31±0,23MPa e 8,43±0,34MPa.

14. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem artigos não comestíveis do tipo embalagens, embalagens de alimentos, embalagens de transporte, embalagens de plantio utensílios domésticos, fármacos, cosméticos, vestuário, higiene pessoal, limpeza, decoração, mobiliário, brinquedos, materiais para publicidade, produtos para a construção, materiais protetores, películas e filmes para revestimento de produtos eletro-eletrônicos, eletro-domésticos, automotivos e aeronaves.

15. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem artigos comestíveis do tipo embalagens, coberturas, filmes para impressão gráfica a serem utilizados em alimentos, produtos decorativos para alimentos e invólucros e membranas comestíveis para uso interno ou externo.

16. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem produtos laminados compostos por diferentes camadas de filmes dos ditos bioplásticos e/ou com filmes de polímeros convencionais com ou sem agentes de adesão para melhorias das propriedades mecânicas, de soldabilidade e de permeabilidade a vapor d’água e gases para conservação do produto embalado/ envolto.

17. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem tecidos impregnados, revestidos, recobertos ou estratificados, e artigos para usos técnicos de matérias têxteis impregnados, revestidos, recobertos ou impregnados e embainhados em plástico.

18. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem produtos e artefatos de uso agrícola: tubetes biodegradáveis e/ou descartáveis para transposição de mudas, embalagem biodegradável para semeadura e sacaria.

19. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem produtos para uso na área médica como biofilmes totalmente biodegradáveis e compatíveis com as células humanas, adicionados de substâncias tópicas como anti-inflamatórios, anestésicos para serem usados como adesivos curativos para queimaduras ou necessidades de regeneração de tecido.

20. Bioplásticos de acordo com a reivindicação 9, caracterizados por compreenderem materiais para produção de cápsulas de medicamento, fios de sutura, seringas, cateteres, luvas, cânulas, dispositivos descartáveis, bandagens, dispositivos de fixação borboleta, tubo plástico com conector e obturador.

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