Bioplásticos: el futuro de la industria del plástico

Sin los plásticos modernos, un desarrollo tan importante en las industrias automotriz, aeroespacial y médica no sería posible. La mayoría de los plásticos se producen como resultado del procesamiento de materias primas no renovables, el petróleo crudo, y no son biodegradables, lo que es 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 no es tan notable en este momento como el problema de la cantidad de desechos generados después de usar plásticos . Debe tener en cuenta que su tiempo de descomposición en el entorno natural puede ser de varias generaciones.

Problema de desperdicio: ¿estadísticas son las estadísticas?

La investigación indica que el 75 %de los plásticos que se han modificado en el mercado desde el inicio de su producción ya se han convertido en residuos. Esto es 6.3 billones de toneladas , de las cuales menos del 10%ha sido reciclado y el 12%ha sido recuperado de energía. Esto significa que alrededor de 5 millones de toneladas de plásticos se recogen en vertederos , pero también se desechan en bosques, aguas, playas y vertederos ilegales dispersos por todo el mundo. Es el desecho que ocurre en el medio marino el que tiene el mayor impacto en el medio ambiente y el hombre. Actualmente, el mayor problema son los residuos municipales, incluidos los envases únicos . Aunque constituye aproximadamente el 8 %del peso total de toda la basura, debido al bajo peso específico de la ocupación de 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 compras, bolsas de desayuno o envases de aluminio hechos de polietileno (PE) o polipropileno (PP). El mayor receptor de envases es la industria alimentaria , que consume alrededor del 60 %de todos los envases.

Una alternativa ecológica – bioplásticos

Debido al creciente problema con el manejo de los residuos plásticos, se están realizando investigaciones para desarrollar nuevos materiales polímeros biodegradables , coloquialmente conocidos como bioplásticos . Dichos materiales tienen propiedades útiles comparables a las obtenidas por métodos específicos. Se consideran una escala industrial a partir de materias primas renovables y petroquímicas. En comparación con los plásticos tradicionales producidos a partir de fuentes fósiles, los bioplásticos tienen una serie de ventajas valiosas. En primer lugar, permitir guardar las materias primas gracias al uso de biomasa renovadora 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 la fuente de origen y la biodegradabilidad:

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

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

• materiales de origen biológicos 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 antes mencionados, el papel dominante lo realizado el PLA (polilactida), que representa cuantitativamente aproximadamente el 40 %de todos los polímeros biodegradables. A menudo se le llama ‘doble verde’, ya que es biodegradable y derivado de materias primas renovables. La polilactida es un polímero con propiedades similares al poliestireno, ya que es rígido y quebradizo. Se caracteriza por una temperatura de transición vítrea de aprox. 57 ° C y un punto de fusión en el rango de 170-180 ° C. También posee buenas propiedades de resistencia (módulo de resistencia de 60 MPa).

¿Dónde se utilizan los materiales biodegradables de base biológica?

Un grupo de plásticos de base biológica incluidos en polímeros biodegradables encontrados aplicación en dos áreas. El primero de ellos es una rama altamente especializada de la medicina y la ingeniería de tejidos , donde este tipo de plástico se utiliza para producir elementos tales como hilos quirúrgicos bioabsorbibles, aparatos ortopédicos, clips, implantes, cápsulas para la dosificación controlada de medicamentos, etc. La segunda área está relacionada con la producción en masa de envases, láminas dedicadas a productos alimenticios, láminas de termoformado, bolsas de desechos, bandejas, tazas, botellas, cubiertos, láminas de jardín, productos desechables, elementos de diseño de interiores, materiales de revestimiento de papel y para impresión. La sustitución de envases producidos a partir de plásticos electrónicos con sustitutos biodegradables es parte de la tendencia de la economía del desarrollo sostenible y la reducción de residuos.

Desventajas de los bioplásticos.

A pesar de muchas ventajas, debe recordar que los materiales poliméricos biodegradables también tienen inconvenientes que limitan su uso generalizado. Por esta razón, todavía está perforado en muchas áreas a sus contrapartes no biodegradables. En primer lugar, los bioplásticos biodegradables son más caros que están actualmente en el mercado, aunque vale la pena señalar que su precio está en constante disminución . Se predice que en los próximos años puede ser igual al precio de los materiales clásicos clásicos de origen petroquímico. Muchos de ellos son inferiores a los materiales estándar también en términos de propiedades mecánicas, es decir, son demasiado frágiles o 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 tienen propiedades de barrera necesarias. Son importantes debido a la permeabilidad del oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua, que pueden afectar negativamente al producto envasado. Además, debido a la sensibilidad de los polímeros biodegradables al calor, la humedad y los esfuerzos de corte, son más exigentes en el proceso de fabricación que sus contrapartes no biodegradables. Por estas razones, los bioplásticos pueden estar parcialmente degradados ya en la etapa del procesamiento. Las desventajas específicas de los materiales poliméricos biodegradables son la base para realizar investigaciones en el campo de mejorar sus propiedades o limitar las características funcionales desfavorables.

Aditivos que modifican las propiedades de los plásticos biodegradables.

Los bioplásticos contenidos, además de polímeros, otros materiales y aditivos que juntos 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 en el plástico, es extremadamente importante para los plásticos biodegradables que todos ellos también son 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, dando a los productos las propiedades utilizables requeridas. Paralelamente al desarrollo dinámico de los bioplásticos dedicados a los envases específicos, 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 encuentra un nuevo grupo de productos como parte del proyecto CITREX. Estos son productos plastificantes dedicados a empaques especializados, películas, laminados para alimentos , pero también de uso potencial en la producción de juguetes. El desarrollo de productos que cumplan con los requisitos del mercado y, al mismo tiempo, mar una innovación de productos es un gran desafío de investigación. Tanto la síntesis de cuentos como su aplicación requerida un reconocimiento exhaustivo en muchas áreas, incluidas las rutas de síntesis, los métodos de análisis, las posibles aplicaciones y la información sobre consumidores y competidores en el mercado objetivo. Por lo tanto, el objetivo básico del proyecto no es solo desarrollar aditivos plastificantes, sino sobre todo obtener conocimiento de las propiedades y aplicaciones de estos productos.

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 bioplásticos bajo la influencia de altas temperaturas y tiempo de almacenamiento

Reducir la migración de aditivos plásticos es un aspecto clave en el desarrollo de sus estructuras. El fenómeno de la migración puede definirse 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 daño de su estética, una decoloración del producto o una distorsión de su forma.

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

• biodegradabilidad

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

Los criterios descritos anteriormente se consideran tanto a la modificación de la estructura química como a la selección de las materias primas utilizadas, mientras se mantiene el peso molecular apropiado del compuesto que se sintetiza. Su cumplimiento es un gran desafío de investigación desde el punto de vista del diseño de aditivos plastificantes desafíos y la realización de su síntesis. Por lo tanto, la implementación del proyecto requiere muchas pruebas de laboratorio para obtener compuestos de calidad y estructura repetitiva.

Innovación de los productos que se desarrollan.

El atractivo del nuevo producto en el mercado también resulta de su innovación . Los aditivos plastificantes desarrollados dentro del proyecto CITREX se caracterizan por una combinación innovadora de bio ácidos carboxílicos naturales ( polioles producidos por PCC Rokita y alcohol laurílico utilizados en productos cosméticos y, por lo tanto, no tóxicos. Al mismo tiempo, los productos fabricados tienen un peso molecular estrictamente definido, que pretende limitar la migración de aditivos del producto final. El objetivo principal en el diseño de nuevas estructuras moleculares era crear una molécula de este tipo que interactuaría con el biopolímero contenido en bioplásticos (en el principio "lo similar atrae lo similar"), que también tiene un impacto en la reducción del proceso de migración y contribuir a cumplir los requisitos para plastificar aditivos. La obtención de una muestra de laboratorio del producto es la primera etapa preliminar de investigación llevada a cabo como parte del proyecto CITREX. Al mismo tiempo, es el comienzo de la siguiente etapa, que es probar las propiedades de la aplicación de los productos dados. Un examen exhaustivo de las propiedades de estos productos es la base en la selección de las aplicaciones específicas.

El futuro del mercado de bioplásticos.

El mercado de bioplásticos y bioaditivos es sin duda un mercado prometedor y de rápido crecimiento, que es especialmente notable en los últimos tiempos. Esto se debe, entre otras cosas, el aumento de la conciencia del consumidor sobre el impacto negativo de los plásticos en el medio ambiente . Los consumidores repetidos cada vez más a los sustitutos ecológicos de los envases y productos desechables hechos de plásticos electrónicos. Como resultado, hay un aumento continuo en la demanda de varios elementos hechos de bioplásticos, como envases o cubiertos de PLA.