Las ceras de origen biológico, clave para unas redes de envases sostenibles
Ya con un 1,5 % de aditivo de cera de origen biológico se modifican de forma apreciable el comportamiento de fluidez, así como la rigidez y la resistencia del PBS.
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Las ceras de origen biológico procedentes de materias primas renovables podrían sustituir en el futuro a los modificadores de propiedades petroquímicos en las aplicaciones de los plásticos. En el marco de la alianza WIR!BioZ, que forma parte de la red nacional TransBIB, el Fraunhofer IMWS y DEUREX AG desarrollaron aditivos de cera biodegradables para bioplásticos y demostraron su exitosa escalabilidad desde el laboratorio hasta aplicaciones industriales de embalaje.
Microestructura de una mezcla de un biomero y el bioplástico PBS.
En el marco de la alianza WIR! «BioZ – Innovaciones de origen biológico de Zeitz y Alemania Central» , investigadores del Instituto Fraunhofer de Microestructura de Materiales y Sistemas (IMWS) colaboraron con DEUREX AG en el desarrollo de nuevos bioplásticos que son totalmente biodegradables y pueden utilizarse como soluciones «drop-in» para aplicaciones de plástico ya existentes. BioZ forma parte de la red nacional TransBIB como centro de competencia. TransBIB conecta a empresas, centros de investigación y espacios de innovación de la bioeconomía industrial con el objetivo de acelerar de forma específica la transferencia de tecnologías de base biológica a aplicaciones industriales.
El proyecto se centró en el desarrollo de modificadores de propiedades de origen biológico a base de cera («biomeros») como alternativa sostenible a los modificadores petroquímicos utilizados hasta ahora. Las ceras desarrolladas son biodegradables y pueden fabricarse a gran escala a partir de materias primas renovables. El objetivo del proyecto era demostrar la sustitución parcial o total de los modificadores de propiedades petroquímicos en materiales poliméricos y, al mismo tiempo, desarrollar nuevas fórmulas para aplicaciones de envasado de base biológica.
Otro aspecto central fue el desarrollo de compuestos plásticos para redes de embalaje en el sector de las frutas y hortalizas. El objetivo era sustituir, total o parcialmente, los materiales poliméricos convencionales por biopolímeros técnicos, sin tener que aceptar mermas en la procesabilidad ni en las propiedades del producto.
La particularidad del enfoque desarrollado radica en su elevada variabilidad. Mediante el uso de biomeros, es posible ajustar de forma específica las propiedades de procesamiento de biopolímeros como el polibutilensuccinato (PBS), tanto hacia viscosidades más altas como más bajas. Al mismo tiempo, mejora la dispersión de materiales de relleno adicionales, como los pigmentos de color, sin que se vea afectada la biodegradabilidad del sistema en su conjunto. Hasta la fecha no se conoce ninguna tecnología de plataforma comparable basada en materias primas renovables.
Mientras que muchos de los modificadores que se utilizan hoy en día se basan en ceras petroquímicas o copolímeros injertados y solo son aptos de forma limitada para aplicaciones biodegradables, el enfoque desarrollado persigue una integración directa en los procesos industriales existentes. Los biómeros pueden procesarse en las instalaciones existentes, lo que abre una vía relativamente sencilla para la transformación sostenible de las aplicaciones actuales de los plásticos.
La base del desarrollo fue el ajuste específico del peso molecular de los biómeros mediante la degradación oxidativa de materias primas de origen biológico a partir de bagazo de caña de azúcar. A continuación, se llevó a cabo una modificación química con grupos reactivos para influir de forma selectiva en las interacciones con el material de matriz utilizado, el polibutilensuccinato (PBS). Las ceras desarrolladas se incorporaron al biopolímero tanto en un proceso de mezcla por fusión discontinuo como en uno continuo. Partiendo de ahí, los socios del proyecto analizaron la microestructura resultante y las propiedades de los materiales obtenidas.
Los conocimientos obtenidos sentaron las bases para el desarrollo de una fórmula para la fabricación de redes de embalaje. Se demostró la posibilidad de escalar la producción mediante la mezcla por fusión continua en una extrusora de doble husillo, pasando de la escala de laboratorio (aproximadamente 1 kg/h) a la escala piloto (aproximadamente 10 kg/h). Posteriormente, la fórmula desarrollada se procesó con éxito a escala industrial para obtener una lámina soplada y las cintas fabricadas a partir de ella para redes de embalaje.
Es precisamente en la intersección entre el desarrollo de materiales, el escalado de procesos y la aplicación industrial donde se pone de manifiesto la importancia de redes de transferencia eficaces como TransBIB:
Proyectos como BioZ Wachse demuestran que la transferencia exitosa de innovaciones de base biológica va mucho más allá del mero desarrollo de materiales. Para la implementación industrial son decisivos contar con socios de aplicación adecuados, infraestructuras de escalado y conocimientos técnicos a lo largo de toda la cadena de valor. Aquí es precisamente donde entra en juego TransBIB, ya que la red conecta entre sí los espacios de innovación existentes y facilita el intercambio entre la investigación y la industria. Así, por ejemplo, TransBIB ofrece diversas herramientas digitales que, tras una escalabilidad satisfactoria, ayudan a que la aplicación industrial se produzca más rápidamente.
Como resultado, se ha podido demostrar que las propiedades reológicas y mecánicas del PBS pueden verse influidas de manera significativa por la incorporación de ceras de origen biológico. Ya con proporciones tan reducidas como el 1,5 % se observaron cambios notables en el comportamiento de flujo, así como en la rigidez y la resistencia del material.
Además, se ha demostrado con éxito la escalabilidad de la fabricación. Los biomeros desarrollados pudieron trasladarse de la escala de laboratorio al proceso industrial y utilizarse para la fabricación de productos de embalaje relevantes para el mercado. De este modo, el proyecto supone una importante contribución al desarrollo de soluciones plásticas sostenibles basadas en materias primas renovables y, al mismo tiempo, muestra cómo las innovaciones en materiales de origen biológico pueden abrirse camino en las aplicaciones industriales.
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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