Desenvolvimento de uma embalagem natural para contacto alimentar pelo processo de termoformação

Abstract

Os termoplásticos derivados de recursos não renováveis desempenham um papel relevante na transformação de embalagens alimentares. A boa performance química e mecânica aliada ao baixo custo de produção, faz com que este material seja eleito para várias aplicações. No entanto, os termoplásticos enfrentam desafios significativos relativamente ao descarte final. Desta forma, existe a necessidade da procura por materiais com menor impacto ambiental desde a origem até ao descarte no fim de vida, a fim de contribuir para um uso mais responsável dos recursos. Os biopolímeros biodegradáveis são uma boa alternativa pois oferecem vantagens no fim de vida para produtos descartáveis ou de consumo rápido. Neste estudo foram analisados três materiais da família dos polihidroxialcanoatos nomeadamente o copolímero PHBV e dois PHBH distintos. As três matérias-primas foram submetidas a uma caracterização física, térmica, reológica e química„ comparando as suas propriedades com as do poliestireno, a fim de avaliar a viabilidade no processo de extrusão Termoformação. Posteriormente, os materiais foram extrudidos com uma espessura de 1250 µm. O PHBH_2 apresentou dificuldades na calandragem, não conseguindo atingir o valor pretendido de espessura nem uniformidade ao longo da folha. De modo a avaliar as folhas extrudidas, foram conduzidos estudos dimensionais, térmicos, mecânicos e óticos. Em relação às propriedades mecânica, o PHBH_1 foi o material que apresentou maior tensão de rotura no sentido longitudinal à extrusão (24,4 MPa) e maior módulo de elasticidade acima de 1280 MPa. O PHBV demonstrou maior deformação quando submetido ao ensaio de tração. Por fim, foi avaliada a janela operatória do processo de termoformação, dos diferentes materiais. O PHBV e o PHBH_2 possuem uma janela operatória bastante restrita, não existindo um intervalo de temperaturas na termoformação adequado para a produção de peças sem defeitos. Por outro lado, o PHBV com urna espessura de 1050 µm e o PHBH_ 1 apresentam um intervalo de temperaturas, de aproximadamente 10ºC, em que é possível termoformar peças sem a ocorrência de defeitos significativos. Esta janela operatória é bastante reduzida quando comparada com o poliestireno. Por fim, com base no material que exibiu o desempenho mais promissor, no caso PHBH_1, procedeu-se ao desenvolvimento de um molde protótipo para esta matéria-prima. O objetivo foi a conceção de uma embalagem de origem natural destinada ao contato alimentar, utilizando processo de termoformação, resultando num produto final que promove a sustentabilidade, a inovação e a responsabilidade social da empresa.

Thermoplastics derived from non-renewable resources play a significant role in the transformation of food packaging. Their strong chemical and mechanical performance, coupled with low production costs, make them the material of choice for various applications. However, thermoplastics face significant challenges when it comes to final disposal. Consequently, there is a need to search for materials with a lower environmental impact from their origin to the end of life, in order to contribute to a more responsible use of resources. Biodegradable biopolymers offer a promising alternative, as they provide end-of-life advantages for disposable or fast-consumption products. In this study, three materials from the polyhydroxyalkanoate family were analysed, specifically the copolymer PHBV and two distinct PHBHs. These three raw materials underwent physical, thermal rheological, and chemical characterization, with their properties compared to those of polystyrene to assess their feasibility to the extrusion and thermoforming processes. Subsequently, the materials were extruded to a thickness of 1250 µm. PHBH_2 encountered difficulties during calendaring, failing to achieve the desired thickness and uniformity along the sheet. To evaluate the extruded sheets, dimensional, thermal, mechanical, and optical studies were conducted. Regarding mechanical properties, PHBH_l exhibited the highest tensile strength in the direction of extrusion (24.4 MPa} and a higher elastic modulus of over 1280 MPa. PHBV showed greater deformation when subjected to the tensile test. Finally, the process window for the thermoforming of different materials was assessed. PHBV and PHBH_2 had a very limited process window, with no suitable temperature range for defect-free part production. In contrast, PHBV with a thickness of 1050 µm and PHBH_1 had a temperature range of approximately 10°C. where thermoforming parts without significant defects was possible. This process window is significantly narrower compared to polystyrene. Finally, based on the material that exhibited the most promising, performance, in this case, PHBH_1, a prototype mold was developed. The objective was to design a natural food-contact packaging using the thermoforming process, resulting in a final product that promotes sustainability, innovation and the company's social responsibility.