25.10.2021 - Universität Paderborn

Chucrut, ligero y cristalino

Los investigadores quieren desarrollar un nuevo bioplástico para su uso en tecnologías ópticas

Científicos de la Universidad de Paderborn, la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamm-Lippstadt y el Instituto de Materiales de Base Biológica de Aquisgrán-Maastricht (AMIBM) están investigando nuevos productos plásticos ecológicos basados en el ácido láctico. El objetivo es desarrollar materiales sostenibles para aplicaciones ópticas como faros, lentes, reflectores o guías de luz. Hasta ahora, estos productos se han fabricado con plásticos derivados del petróleo, como el policarbonato o el polimetilmetacrilato, por lo que representan una carga para la naturaleza y el medio ambiente. El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura (BMEL) con un total de unos 885.000 euros y forma parte del programa de financiación "Recursos renovables". El coordinador es la AMIBM. El proyecto fue iniciado por la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamm-Lippstadt, donde recientemente se completó con éxito el proyecto predecesor "Polylactide como material de alta tecnología para componentes ópticos de una luminaria - RenewOpt".

La producción desenfrenada de productos plásticos derivados del petróleo sigue siendo la norma a pesar de todos los esfuerzos. Los llamamientos a las alternativas basadas en materias primas renovables no sólo son cada vez más fuertes en la ciencia y la política, sino que también se escuchan desde la sociedad. "En la actualidad, la atención se centra en aplicaciones con una demanda bastante baja de los materiales y en mercados con altas cifras de ventas. En el campo de los materiales ópticos se han producido pequeños avances. Por ejemplo, en forma de los llamados policarbonatos modificados, en los que la isosorbida -una materia prima renovable- se incorpora al plástico como segundo componente monomérico. Estos materiales se utilizan en pantallas y películas ópticas, pero hasta ahora sólo en contadas ocasiones", afirma el profesor Dr. Klaus Huber, del Departamento de Química de la Universidad de Paderborn, que dirige el proyecto por parte de la universidad. El Prof. Dr. Gunnar Seide, de la Universidad de Maastricht, explica: "Desgraciadamente, la sostenibilidad no es todavía un argumento de compra para los consumidores. Por supuesto, se espera, pero no se paga. Por lo tanto, necesitamos polímeros sostenibles de alto rendimiento cuyas propiedades técnicas se paguen. Aquí es donde entramos nosotros con el proyecto PLANOM".

El objetivo de los científicos es utilizar una materia prima específica de la familia de los bioplásticos como material óptico en luces y faros. La polilactida ha surgido como un candidato adecuado. "La polilactida o ácido poliláctico se obtiene a partir de materias primas renovables y se produce durante la fermentación de los hidratos de carbono mediante la llamada fermentación del ácido láctico. Lo sabemos, por ejemplo, por el chucrut. Con nuestro enfoque, abordamos varias áreas problemáticas de los materiales poliméricos convencionales. El paso hacia los recursos renovables a corto plazo ayuda a establecer una economía material independiente del petróleo. Al mismo tiempo, se consigue una reducción significativa de las emisiones de CO2 y se contribuye así a los objetivos del Acuerdo de París. Un tercer aspecto se refiere a la consideración de todo el ciclo de vida del material. Esto implica principalmente evitar los microplásticos debido a los conceptos de reciclaje y la evaluación de la biodegradabilidad. Al ser un polímero exclusivamente de origen biológico, la polilactida es completamente degradable en determinadas condiciones. Así, se excluyen los tiempos de residencia elevados en la naturaleza. Además de las propiedades específicas de la aplicación requeridas, estos son los principales incentivos para que la industria cambie a estos materiales alternativos". Pero la polilactida no sólo ofrece ventajas en términos de sostenibilidad: "También tiene muy buenas propiedades ópticas para su uso en el rango visible del espectro electromagnético. Al mismo tiempo, existen grandes capacidades de producción de polilactida. Esto hace que su precio sea relativamente competitivo en comparación con los polímeros convencionales", afirma Huber.

En un principio, se está investigando su uso junto con los LED, conocidos por ser una fuente de luz eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Huber explica: "En particular, la vida útil enormemente larga y la radiación emitida en el extremo de onda corta del espectro visible, es decir, el alto componente azul de la luz LED, plantean las mayores exigencias a los materiales ópticos". Por lo tanto, deben utilizarse materiales extremadamente duraderos. El problema: la polilactida ya se ablanda a unos 60 grados centígrados. Sin embargo, las luminarias basadas en LED pueden alcanzar temperaturas de hasta 80 grados durante su funcionamiento. Otro reto es el comportamiento de la cristalización. A partir de unos 60 grados, se forman cristalitos que enturbian el material. Los científicos trabajan para evitar su formación por completo o sustituir el proceso por una cristalización controlada. En este proceso, sólo se forman cristalitos con dimensiones que no interfieren con la luz. "El proyecto debería permitir introducir por primera vez el polilactide en las exigentes aplicaciones de iluminación técnica. En concreto, el objetivo es utilizarlo como material para las lentes de los faros de las bicicletas. Para ello, colaboramos estrechamente con la empresa Busch und Müller de Meinerzhagen, pero otras empresas de tecnología de la iluminación, como HELLA de Lippstadt, también se interesan por nuestros avances y ven una necesidad creciente de utilizar soluciones sostenibles en sus productos. En Lippstadt, estamos utilizando un equipo especialmente desarrollado para investigar la resistencia de los poliláctidos desarrollados en el proyecto a la radiación visible de onda corta", dice el Prof. Dr. Jörg Meyer, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamm-Lippstadt.

En el centro de Paderborn, la atención se centra en determinar la naturaleza molecular de los poliláctidos que se utilizarán con vistas a su posterior aplicación material. En particular, los científicos están investigando el comportamiento de fusión y cristalización de los materiales desarrollados. Huber está investigando hasta qué punto los aditivos o la irradiación de las muestras mejoran el comportamiento con respecto a las propiedades ópticas deseadas. "El trabajo se lleva a cabo con un sistema de dispersión de luz de ángulo pequeño construido especialmente para este fin y permite investigar el crecimiento de los cristales o el proceso de fusión de los mismos, es decir, precisamente los procesos que desempeñan un papel importante en la determinación de las funcionalidades ópticas", dice Huber.

Además de los resultados científicos y técnicos, se espera que el proyecto genere importantes impulsos económicos. Un bioplástico óptico sostenible con propiedades competitivas mejorará la situación competitiva de los fabricantes de luminarias y los proveedores de automóviles. El proyecto también formará a jóvenes científicos para la industria y las instituciones de investigación. El equipo espera obtener los primeros resultados a finales de 2022.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.

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