Estudo de novos compósitos termoplásticos para a produção de cápsulas

Abstract

O presente trabalho teve por objetivo o estudo e desenvolvimento de novos materiais, de base polimérica, para a concepção de cápsulas, produzidas por moldação por injeção na unidade industrial RARO da Amorim & Irmãos, que são coladas no topo das rolhas de cortiça. A estratégia utilizada incidiu no estudo de materiais, alternativos do poliestireno, de maior valor acrescentado procurando potenciar quer o valor decorativo das cápsulas, quer diminuir o impacto ambiental das mesmas, através do estudo e desenvolvimento de materiais de origem natural e biodegradáveis. Foi igualmente considerado o aproveitamento de sub-produtos provenientes da cortiça para a incorporação no seio destes materiais. Inicialmente, procedeu-se a uma análise ao estado da arte sobre: (i) os materiais plásticos utilizados em embalagens alimentares, (ii) o processo de moldação por injeção, (iii) os materiais naturais/biodegradáveis, (iv) o valor da cortiça e por fim (v) os novos materiais para cápsulas. Para a produção de cápsulas de elevado valor decorativo foram testados o poli(tereftalato de etileno glicol) e o poli(metacrilato de metilo) (PMMA) para imitação de cápsulas de vidro e um compósito de poliamida (PA) para imitação de cápsulas de metal. Deste estudo selecionou-se o PMMA com vista à imitação do vidro e o compósito de PA para imitação de cápsulas de metal. Para o desenvolvimento de cápsulas de origem natural e biodegradáveis, os materiais estudados foram os seguintes: poli(ácido láctico) (PLA); PLA/cortiça; PLA/poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) e PLA/PBAT/cortiça. As cápsulas produzidas com estes materiais foram caracterizadas através de testes de absorção ao álcool e à água bem como por análise dinâmica-mecânica (DMA). Seguidamente otimizou-se a formulação dos compósitos com cortiça e realizaram-se todos os ensaios incluídos no protocolo interno da A&I, i.e. testes de colagem, resistência térmica, resistência ao álcool, resistência mecânica, compatibilidade alimentar (testes de migração) e análise sensorial. Por fim foram ainda realizados ensaios de estampagem. O presente projeto permitiu: (i) a validação interna de um novo material compósito 100% natural, PLA/cortiça, pronto a ser lançado no mercado; (ii) o desenvolvimento de um material biodegradável PLA/PBAT como alternativa às cápsulas de poliestireno e (iii) o aumento do leque de materiais produzidos por moldação por injeção para a produção de novas cápsulas com elevado caracter decorativo.

The present work aimed the development of new polymer-based materials for the production of capsules by injection moulding in the RARO industrial unit of Amorim & Irmãos. These capsules are glued to the cork stopper. The strategy followed focused on the study of materials that could be alternatives to polystyrene i.e. of greater added value seeking to enhance the decorative value of capsules as well as to lessen their environmental impact using natural origin and biodegradable materials. The use of sub-products from the cork for incorporation in the matrix of these materials was also considered. Initially, an analysis was carried out to the state of the art on: (i) plastic materials used in food packaging, (ii) injection moulding, (iii) natural/biodegradable materials, (iv) value of the cork and finally (v) new materials for capsules. For the production of high value decorative capsules poly(terephthalate ethylene glycol) (PETG) and poly(methyl methacrylate) (PMMA) were tested for the production of glass like capsules and polyamide (PA) based composite was tested to produce metal like capsules. From this study PMMA and the PA composite were selected. For the development of capsules produced using natural or biodegradable polymers the materials studied were: poly(acid lactic) (PLA); PLA/cork; PLA/poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) and (PLA/PBAT)/cork. The capsules prepared were characterized through absorption tests in water, alcohol and dynamic mechanical analysis (DMA). Next, the formulation of composites with cork was optimized and all the tests included in A&I’s internal protocol of validation of new materials was carried out, i.e. gluing tests, heat resistance, alcohol resistance, mechanical resistance, compatibility feed (migration tests) and sensory analysis. Finally, printing tests were also conducted. This project had various important outputs namely (i) the internal validation of a new 100% natural composite material PLA/cork that is ready to be launched in the market, (ii) the development of a biodegradable material PLA/PBAT to produce capsules, alternative to polystyrene, (iii) widen to widen the range of materials to be processed by injection moulding for the production of new capsules of high decorative value.