Bioplásticos: el futuro de la industria del plástico

Sin los plásticos modernos, un desarrollo tan significativo en las industrias automotriz, aeroespacial y médica no sería posible. La mayoría de los plásticos se producen mediante el procesamiento de una materia prima básica no renovable (petróleo crudo) y no son biodegradables, lo cual constituye su principal desventaja. Desde una perspectiva global, la explotación continua del petróleo crudo conduce directamente al agotamiento de sus recursos. Este es un problema importante, aunque actualmente no tan evidente como el de la cantidad de residuos generados tras el uso de plásticos . Es importante tener en cuenta que su tiempo de descomposición en el medio natural puede durar varias generaciones.

Problema de los residuos: ¿cuáles son las estadísticas?

Las investigaciones indican que el 75 %de los plásticos que se han introducido en el mercado desde el inicio de su producción ya se han convertido en residuos. Esto supone 6300 millones de toneladas , de las cuales menos del 10 %se han reciclado y el 12 %se ha sometido a recuperación energética. Esto significa que alrededor de 5000 millones de toneladas de plásticos se recogen en vertederos , pero también se desechan en bosques, aguas, playas y vertederos ilegales repartidos por todo el mundo. Los residuos que se producen en el medio marino son los que tienen el mayor impacto en el entorno natural y en el ser humano. Actualmente, el mayor problema son los residuos urbanos, incluidos los envases de un solo uso . Si bien constituyen aproximadamente el 8 %del peso total de toda la basura, debido a su bajo peso específico ocupan un volumen significativo, constituyendo casi el 30 %del volumen de todos los residuos. Este grupo incluye principalmente botellas de tereftalato de polietileno (PET) y bolsas de la compra, bolsas de desayuno o envases de aluminio de polietileno (PE) o polipropileno (PP) . El mayor destinatario de envases es la industria alimentaria , que consume alrededor del 60 %de todos los envases.

Una alternativa ecológica: los bioplásticos

Debido al creciente problema de la gestión de residuos plásticos, se está investigando el desarrollo de nuevos materiales poliméricos biodegradables , conocidos coloquialmente como bioplásticos . Dichos materiales deberían tener propiedades útiles comparables a las obtenidas mediante métodos convencionales. Se obtienen a escala industrial a partir de materias primas renovables y petroquímicas. En comparación con los plásticos tradicionales producidos a partir de fuentes fósiles, los bioplásticos presentan diversas ventajas valiosas. En primer lugar, permiten ahorrar materias primas gracias al uso de biomasa que se renueva cíclicamente. Además, su producción y uso son neutros en carbono, lo que significa que su procesamiento no contribuye a la producción de dióxido de carbono. Además, algunos tipos de bioplásticos son biodegradables.

¿Cuáles son los tipos de bioplásticos?

Los bioplásticos se pueden dividir en tres grupos según su origen y biodegradabilidad:

• plásticos derivados de materias primas renovables , pero no biodegradables, por ejemplo, poliamida (PA), tereftalato de polietileno (PET),

• plásticos biodegradables , pero no de materias primas renovables, por ejemplo, tereftalato de 1,4-butileno 1,4-butileno 1,4-butadieno (PBAT) o policaprolactona (PCL),

• materiales de origen biológico derivados de materias primas renovables (polímeros biodegradables), biodegradables , por ejemplo, polilactida, es decir, material a base de ácido poliláctico (PLA), poliglicólido a base de ácido glicólico (PGA) o almidón modificado.

Entre los materiales mencionados, el PLA (polilactida) es el material predominante, que representa aproximadamente el 40 %de todos los polímeros biodegradables. Se le suele denominar "doblemente verde" por ser biodegradable y derivar de materias primas renovables. La polilactida es un polímero con propiedades similares al poliestireno, ya que es rígido y frágil. Se caracteriza por una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 57 °C y un punto de fusión de 170-180 °C. También posee buenas propiedades de resistencia (módulo de resistencia de 60 MPa).

¿Dónde se utilizan materiales de origen biológico biodegradables?

Un grupo de plásticos de origen biológico, basados ​​en polímeros biodegradables, se aplica en dos áreas. La primera es una rama altamente especializada de la medicina y la ingeniería de tejidos , donde este tipo de plástico se utiliza para producir elementos como hilos quirúrgicos bioabsorbibles, aparatos ortopédicos, clips, implantes, cápsulas para la dosificación controlada de medicamentos, etc. La segunda área se relaciona con la producción en masa de envases, láminas para productos alimenticios, láminas de termoformado, bolsas de basura, bandejas, vasos, botellas, cubiertos, láminas para jardín, productos desechables, elementos de diseño de interiores, materiales de recubrimiento de papel y para impresión. La sustitución de envases fabricados con plásticos convencionales por sustitutos biodegradables forma parte de la tendencia de la economía hacia el desarrollo sostenible y la reducción de residuos.

Desventajas de los bioplásticos

A pesar de sus numerosas ventajas, cabe recordar que los materiales poliméricos biodegradables también presentan inconvenientes que limitan su uso generalizado. Por ello, siguen perdiendo en muchos aspectos frente a sus homólogos no biodegradables. En primer lugar, los bioplásticos biodegradables son más caros que los que se encuentran actualmente en el mercado, aunque cabe destacar que su precio está en constante descenso . Se prevé que en los próximos años su precio podría igualarse al de los materiales poliméricos clásicos de origen petroquímico. Muchos de ellos también presentan propiedades mecánicas inferiores a las de los materiales convencionales, es decir, son demasiado frágiles, rígidos o tienen una resistencia a la tracción demasiado baja. Debido al uso frecuente de estos materiales para la producción de envases de alimentos , también se requieren propiedades de barrera adecuadas. Son importantes debido a su permeabilidad al oxígeno, al dióxido de carbono y al vapor de agua, lo cual puede afectar negativamente al producto envasado.

Además, debido a la sensibilidad de los polímeros biodegradables al calor, la humedad y las tensiones de cizallamiento, su proceso de fabricación es más exigente que el de sus homólogos no biodegradables. Por estas razones, los bioplásticos pueden degradarse parcialmente ya durante el procesamiento. Las desventajas mencionadas de los materiales poliméricos biodegradables son la base para la investigación en el campo de la mejora de sus propiedades o la limitación de las características funcionales desfavorables.

Aditivos que modifican las propiedades de los plásticos biodegradables

Los bioplásticos contienen, además de polímeros , otros materiales y aditivos que, en conjunto, determinan las posibilidades de procesamiento y las características del producto final. Estos pueden ser aditivos utilizados para estabilizar materiales, pigmentos, diversos rellenos o aditivos plastificantes ( plastificantes ). Aunque los aditivos plastificantes representan un pequeño porcentaje de todos los componentes del plástico, es extremadamente importante para los plásticos biodegradables que todos ellos también sean biodegradables. Los aditivos introducidos durante el procesamiento no cambian la estructura del biopolímero, sino que solo reaccionan con su estructura. Esto cambia las propiedades fisicoquímicas de los materiales, otorgando a los productos las propiedades de uso requeridas. Paralelamente al desarrollo dinámico de los bioplásticos dedicados a envases especializados, existe una creciente necesidad de aditivos plastificantes que sean compatibles con los polímeros biodegradables y que otorguen a los plásticos las propiedades deseadas.

Nuevo bioproyecto en el Grupo PCC

Como resultado del trabajo conjunto de los departamentos de investigación de PCC MCAA y PCC Exol, se está desarrollando un nuevo grupo de productos en el marco del proyecto CITREX. Se trata de productos plastificantes diseñados para envases especializados, películas y laminados alimentarios , pero también con potencial para la producción de juguetes. El desarrollo de productos que satisfagan las necesidades del mercado y que, al mismo tiempo, sean innovadores es un importante reto de investigación. Tanto la síntesis de estos productos como su aplicación requieren un conocimiento exhaustivo en diversas áreas, incluyendo las relativas a la síntesis, los métodos de análisis, las posibles aplicaciones y la información sobre consumidores y competidores en el mercado objetivo. Por lo tanto, el objetivo principal del proyecto no es solo desarrollar aditivos plastificantes, sino, sobre todo, comprender las propiedades y aplicaciones de estos productos. Lea más sobre aditivos para polímeros .

Requisitos para plastificantes para bioplásticos

Los criterios clave que deben cumplir los aditivos plastificantes dedicados a polímeros biodegradables son:

• No hay migración de plastificantes de los bioplásticos bajo la influencia de altas temperaturas y tiempos de almacenamiento.

Reducir la migración de aditivos plásticos es clave para el desarrollo de sus estructuras. El fenómeno de la migración se define coloquialmente como la "fuga" de plastificante plástico. En el caso de un producto terminado, puede provocar la pérdida de las propiedades del material y el deterioro de su estética, es decir, la decoloración del producto o la distorsión de su forma.

En la práctica, la migración se puede limitar ajustando el peso molecular apropiado del plastificante (su masa) y modificando su estructura química hacia una más ramificada o lineal.

• biodegradabilidad

El aditivo plastificante añadido al bioplástico debe cumplir con el criterio de biodegradabilidad. Esto significa que debe someterse fácilmente a un proceso de descomposición natural, por ejemplo, mediante compostaje, que no genere sustancias nocivas. Una forma de aumentar la biodegradabilidad de los productos es el uso de materias primas de origen natural, como ácidos carboxílicos y otras materias primas biodegradables, en la síntesis química.

Los criterios descritos anteriormente se refieren tanto a la modificación de la estructura química como a la selección de las materias primas utilizadas, manteniendo el peso molecular adecuado del compuesto sintetizado. Su cumplimiento supone un gran reto de investigación desde el punto de vista del diseño de aditivos plastificantes adecuados y su síntesis. Por lo tanto, la implementación del proyecto requiere numerosas pruebas de laboratorio para obtener compuestos con una calidad y estructura repetibles.

Innovación de los productos en desarrollo

El atractivo del nuevo producto en el mercado también se debe a su carácter innovador . Los aditivos plastificantes desarrollados en el marco del proyecto CITREX se caracterizan por una innovadora combinación de bioácidos carboxílicos naturales (ámbar y cítrico), polioles producidos por PCC Rokita y alcohol laurílico, utilizado en productos cosméticos, y por lo tanto no son tóxicos. Además, los productos fabricados tienen un peso molecular estrictamente definido, lo que limita la migración de aditivos del producto final. El objetivo principal del diseño de nuevas estructuras moleculares fue crear una molécula que interactuara con el biopolímero presente en los bioplásticos (según el principio de "lo similar atrae a lo similar"), lo que también contribuye a reducir el proceso de migración y a cumplir los requisitos de los aditivos plastificantes. La obtención de una muestra de laboratorio del producto es la primera etapa preliminar de la investigación realizada en el marco del proyecto CITREX. Simultáneamente, marca el inicio de la siguiente etapa: probar las propiedades de aplicación de los productos. Un examen exhaustivo de las propiedades de estos productos es la base para la selección de las aplicaciones específicas.

El futuro del mercado de los bioplásticos

El mercado de bioplásticos y bioaditivos es sin duda prometedor y de rápido crecimiento, especialmente en los últimos tiempos. Esto se debe, entre otras cosas, a la creciente concienciación de los consumidores sobre el impacto negativo de los plásticos en el medio ambiente . Los consumidores conscientes recurren cada vez más a sustitutos ecológicos de los envases y productos desechables fabricados con plásticos convencionales. Como resultado, la demanda de diversos artículos fabricados con bioplásticos, como recipientes o cubiertos de PLA, aumenta continuamente.