Bioplásticos – o futuro da indústria de plásticos

Sem os plásticos modernos, esse grande desenvolvimento nas indústrias automotiva, aeroespacial e médica não seria possível.

A maioria dos plásticos é produzida como resultado do processamento de matéria-prima básica não renovável – petróleo bruto – e não é biodegradável, o que é sua principal desvantagem. Olhando de uma perspectiva global, a exploração contínua do petróleo bruto leva diretamente ao esgotamento de seus recursos. Este é um problema significativo, embora não tão perceptível no momento quanto o problema da quantidade de resíduos gerados após o uso de plásticos . Você deve estar ciente de que seu tempo de decomposição no ambiente natural pode ser de até várias gerações.

Problema do desperdício – quais são as estatísticas?

Pesquisas indicam que 75 %dos plásticos que foram introduzidos no mercado desde o início de sua produção já se tornaram resíduos. São 6,3 bilhões de toneladas , das quais menos de 10%foram recicladas e 12 %submetidas à recuperação energética. Isso significa que cerca de 5 bilhões de toneladas de plásticos são coletadas em aterros sanitários , mas também descartadas em florestas, águas, praias e aterros ilegais espalhados pelo mundo. São os resíduos que ocorrem no ambiente marinho que têm o maior impacto no ambiente natural e no homem.

Atualmente, o maior problema são os resíduos urbanos, incluindo embalagens únicas . Embora constituam aproximadamente 8 %do peso total de todo o lixo, devido ao baixo peso específico ocupam um volume significativo, constituindo quase 30 %do volume de todos os resíduos. Este grupo inclui principalmente garrafas feitas de tereftalato de polietileno (PET) e sacolas de compras, sacolas de café da manhã ou embalagens de papel alumínio feitas de polietileno (PE) ou polipropileno (PP) . O maior destinatário das embalagens é a indústria alimentícia , que consome cerca de 60 %de todas as embalagens.

Uma alternativa ecológica – bioplásticos

Devido ao crescente problema com a gestão de resíduos plásticos, pesquisas estão sendo conduzidas para desenvolver novos materiais poliméricos biodegradáveis , coloquialmente chamados de bioplásticos . Esses materiais devem ter propriedades úteis comparáveis ​​às obtidas por métodos convencionais. Eles são obtidos em escala industrial a partir de matérias-primas renováveis ​​e petroquímicas.

Comparados aos plásticos tradicionais produzidos a partir de fontes fósseis, os bioplásticos têm uma série de vantagens valiosas. Em primeiro lugar, eles permitem que as matérias-primas sejam economizadas graças ao uso de biomassa de renovação cíclica. Além disso, sua produção e uso são neutros em carbono, o que significa que seu processamento não contribui para a produção de dióxido de carbono. Além disso, alguns tipos de bioplástico são biodegradáveis.

Quais são os tipos de bioplásticos?

Os bioplásticos podem ser divididos em três grupos dependendo da fonte de origem e biodegradabilidade:

• plásticos derivados de matérias-primas renováveis , mas não biodegradáveis ​​- por exemplo, poliamida (PA), tereftalato de polietileno (PET),

• plásticos biodegradáveis , mas não de matérias-primas renováveis ​​- por exemplo, 1,4-butileno 1,4-butileno 1,4-butadieno tereftalato (PBAT) ou policaprolactona (PCL),

• materiais de base biológica derivados de matérias-primas renováveis ​​(polímeros biodegradáveis), biodegradáveis ​​– por exemplo, polilactídeo, ou seja, material à base de ácido polilático (PLA), poliglicólido à base de ácido glicólico (PGA) ou amido modificado.

Entre os materiais acima mencionados, o papel dominante é desempenhado pelo PLA (polilactida), que quantitativamente representa aproximadamente 40 %de todos os polímeros biodegradáveis. É frequentemente chamado de "double green", pois é biodegradável e derivado de matérias-primas renováveis. O polilactida é um polímero com propriedades semelhantes ao poliestireno, pois é rígido e quebradiço. É caracterizado por uma temperatura de transição vítrea de aproximadamente 57 °C e um ponto de fusão na faixa de 170-180 °C. Também possui boas propriedades de resistência (módulo de resistência de 60 MPa).

Onde materiais biodegradáveis ​​de base biológica são usados?

Um grupo de plásticos de base biológica com base em polímeros biodegradáveis ​​encontrou aplicação em duas áreas. A primeira delas é um ramo altamente especializado da medicina e engenharia de tecidos , onde esse tipo de plástico é usado para produzir elementos como fios cirúrgicos bioreabsorvíveis, suspensórios, clipes, implantes, cápsulas para dosagem controlada de medicamentos, etc. A segunda área está relacionada à produção em massa de embalagens, folhas dedicadas a produtos alimentícios, folhas termoformadas, sacos de lixo, bandejas, copos, garrafas, talheres, folhas de jardim, produtos descartáveis, elementos de design de interiores, materiais de revestimento de papel e para impressão. A substituição de embalagens produzidas a partir de plásticos convencionais por substitutos biodegradáveis ​​faz parte da tendência da economia de desenvolvimento sustentável e redução de resíduos.

Desvantagens dos bioplásticos

Apesar de muitas vantagens, deve-se lembrar que os materiais poliméricos biodegradáveis ​​também têm desvantagens que limitam seu uso generalizado. Por esse motivo, eles ainda perdem em muitas áreas para seus equivalentes não biodegradáveis. Em primeiro lugar, os bioplásticos biodegradáveis ​​são mais caros do que os atualmente no mercado, embora valha a pena notar que seu preço está diminuindo constantemente . Prevê-se que nos próximos anos ele pode ser igual ao preço dos materiais poliméricos clássicos de origem petroquímica. Muitos deles são inferiores aos materiais convencionais também em termos de propriedades mecânicas, ou seja, são muito frágeis ou rígidos ou têm resistência à tração muito baixa.

Devido ao uso frequente desses materiais para a produção de embalagens de alimentos , propriedades de barreira adequadas também são necessárias. Eles são importantes por causa da permeabilidade de oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água, que podem afetar adversamente o produto embalado.

Além disso, devido à sensibilidade dos polímeros biodegradáveis ​​ao calor, umidade e tensões de cisalhamento, eles são mais exigentes no processo de fabricação do que suas contrapartes não biodegradáveis. Por essas razões, os bioplásticos podem ser parcialmente degradados já no estágio do processamento. As desvantagens mencionadas dos materiais poliméricos biodegradáveis ​​são a base para a condução de pesquisas no campo de melhoria de suas propriedades ou limitação de características funcionais desfavoráveis.

Aditivos modificadores de propriedades de plásticos biodegradáveis

Os bioplásticos contêm, além dos polímeros , outros materiais e aditivos que juntos determinam as possibilidades de processamento e as características do produto final. Podem ser aditivos usados ​​para estabilizar materiais, pigmentos, vários enchimentos ou aditivos plastificantes ( plastificantes ). Embora os aditivos plastificantes representem uma pequena porcentagem de todos os componentes do plástico, é extremamente importante para os plásticos biodegradáveis ​​que todos eles também sejam biodegradáveis. Os aditivos introduzidos durante o processamento não alteram a estrutura do biopolímero, mas apenas reagem com sua estrutura. Isso altera as propriedades físico-químicas dos materiais, dando aos produtos as propriedades utilizáveis ​​necessárias.

Paralelamente ao desenvolvimento dinâmico de bioplásticos dedicados a embalagens especializadas, há uma necessidade crescente de aditivos plastificantes que sejam compatíveis com polímeros biodegradáveis ​​e darão aos plásticos as propriedades desejadas.

Novo bioprojeto no Grupo PCC

Como resultado do trabalho conjunto dos departamentos de pesquisa do PCC MCAA e do PCC Exol, um novo grupo de produtos está sendo desenvolvido como parte do projeto CITREX. Estes são produtos plastificantes dedicados a embalagens especializadas, filmes, laminados alimentícios , mas também de uso potencial na produção de brinquedos. O desenvolvimento de produtos que atendem às exigências do mercado e ao mesmo tempo são uma inovação de produto é um grande desafio de pesquisa. Tanto a síntese de tais produtos quanto sua aplicação requerem reconhecimento completo em muitas áreas, incluindo aquelas relativas ao caminho da síntese, métodos de análise, possíveis aplicações e informações sobre consumidores e concorrentes no mercado-alvo. Portanto, o objetivo básico do projeto não é apenas desenvolver aditivos plastificantes, mas acima de tudo obter conhecimento das propriedades e aplicações desses produtos.

Leia mais sobre aditivos de polímeros.

Requisitos para plastificantes para bioplásticos

Os principais critérios a serem atendidos pelos aditivos plastificantes dedicados aos polímeros biodegradáveis ​​são:

• nenhuma migração de plastificantes de bioplásticos sob a influência de alta temperatura e tempo de armazenamento

Reduzir a migração de aditivos plásticos é um aspecto fundamental no desenvolvimento de suas estruturas. O fenômeno da migração pode ser coloquialmente definido como o "vazamento" de plastificante plástico. No caso de um produto acabado, pode resultar na perda das propriedades do material e na deterioração de sua estética – uma descoloração do produto ou distorção de sua forma.

Na prática, a migração pode ser limitada ajustando o peso molecular apropriado do plastificante (sua massa) e modificando sua estrutura química para uma mais ramificada ou linear.

• biodegradabilidade

O aditivo plastificante adicionado ao bioplástico deve atender ao critério de biodegradabilidade. Isso significa que ele deve passar facilmente por um processo de decomposição natural, por exemplo, por compostagem, que não resulta na formação de substâncias nocivas. Uma das maneiras de aumentar a biodegradabilidade dos produtos é o uso de matérias-primas de origem natural, como ácidos carboxílicos e outras matérias-primas biodegradáveis ​​em síntese química.

Os critérios descritos acima referem-se tanto à modificação da estrutura química quanto à seleção das matérias-primas utilizadas, mantendo o peso molecular apropriado do composto que está sendo sintetizado. Seu cumprimento é um enorme desafio de pesquisa do ponto de vista do design de aditivos plastificantes apropriados e da condução de sua síntese. Portanto, a implementação do projeto requer muitos testes de laboratório para obter compostos de qualidade e estrutura repetíveis.

Inovação dos produtos desenvolvidos

A atratividade do novo produto no mercado também resulta de sua inovação . Os aditivos plastificantes desenvolvidos no projeto CITREX são caracterizados por uma combinação inovadora de bioácidos carboxílicos naturais (âmbar e cítrico), polióis produzidos pela PCC Rokita e álcool laurílico usado em produtos cosméticos e, portanto, não tóxicos. Ao mesmo tempo, os produtos fabricados têm um peso molecular estritamente definido, que visa limitar a migração de aditivos do produto final. O principal objetivo no design de novas estruturas moleculares era criar uma molécula que interagisse com o biopolímero contido nos bioplásticos (no princípio "semelhante atrai semelhante"), o que também tem impacto na redução do processo de migração e contribuirá para atender aos requisitos para aditivos plastificantes.

A obtenção de uma amostra de laboratório do produto é o primeiro estágio preliminar da pesquisa realizada como parte do projeto CITREX. Ao mesmo tempo, é o início do próximo estágio, que é testar as propriedades de aplicação dos produtos fornecidos. Um exame completo das propriedades desses produtos é a base na seleção das aplicações alvo.

O futuro do mercado de bioplásticos

O mercado de bioplásticos e bioaditivos é certamente um mercado promissor e em rápido crescimento, o que é particularmente perceptível nos últimos tempos. Isso se deve, entre outros, à crescente conscientização do consumidor sobre o impacto negativo dos plásticos no meio ambiente . Consumidores conscientes estão cada vez mais se voltando para substitutos ecológicos para embalagens e produtos descartáveis ​​feitos de plásticos convencionais. Como resultado, há um aumento contínuo na demanda por vários elementos feitos de bioplásticos, como recipientes ou talheres feitos de PLA.