Nuevos materiales sostenibles

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Centro Tecnológico ITENE
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En los últimos años, la preocupación de la sociedad por el deterioro del medio ambiente ha aumentado considerablemente, centrándose especialmente en los plásticos de origen petroquímico y no degradables debido a los efectos negativos que conlleva su acumulación en tierra y mares. Por ello, en el ámbito legislativo se están llevando a cabo acciones para mitigar este problema, como la nueva normativa relativa a los envases y residuos de envases, la Directiva 2018/852, que fija unos objetivos de reciclado del 50 % de envases plásticos en 2025 y del 55 % en 2030.

Otro ejemplo es el documento “Una estrategia europea para el plástico en una economía circular“, publicada por la Unión Europea en 2018 y que incluye entre sus objetivos que el 65 % de todos los envases se reciclen para 2025, mientras que para 2030 define que el 100 % de los envases de plástico sean reciclables, compostables o reutilizables según las normas UNE-EN 13430, UNE-EN 13432 y UNE-EN 13429, respectivamente.

La respuesta a estas acciones no se ha hecho esperar. Prueba de ello es el notable interés que se ha despertado tanto en la gran distribución como en los sectores productores de materias primas y materiales auxiliares de envases y en los transformadores finales. Todos ellos buscan soluciones alternativas a los materiales convencionales, que tengan un origen y/o fin de vida más sostenible, como los materiales llamados comúnmente bioplásticos. Tanto es así que se espera un incremento de más del 20 % de su capacidad de producción en los próximos años, pasando de las 2.060 toneladas métricas que se produjeron en 2018, a 2.616 toneladas métricas que se prevén para 2023.

Dentro de estos bioplásticos, se puede encontrar una gran variedad de materiales, pudiéndose clasificar en los siguientes grupos principales:
• Biobasados–no biodegradables: polímeros obtenidos, total o parcialmente, a partir de materias primas de origen no fósil (como azúcar de caña o remolacha) pero que, una vez acabada su vida útil, no pueden ser biodegradados/compostados. Algunos ejemplos son el polietileno furanoato (PEF), el bio-polietileno tereftalato (bioPET) y el bio-polietileno (bioPE).
• No biobasados–biodegradables: materiales de origen fósil que pueden ser biodegradados o compostados. Los ejemplos más conocidos son la policaprolactona (PCL) y el poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT).
• Biobasados–biodegradables: se obtienen a partir de fuentes renovables. Existen distintas rutas para su obtención, ya que pueden producirse a partir de la polimerización de monómeros derivados de biomasa, como el ácido poliláctico (PLA); por biosíntesis a partir de microorganismos, como los polihidroxialcanoatos (PHA); o bien ser polímeros naturales, como el almidón o la celulosa.


“En la búsqueda de nuevas alternativas destaca la familia de los polihidroixialcanoatos, que presentan ventajas competitivas frente a los más comunes, como su fácil biodegradabilidad y su buena barrera a gases y aceptables propiedades mecánicas”


De forma general, los últimos son los que mayor relevancia están adquiriendo, por ser considerados como los más sostenibles desde su origen hasta su fin de vida. Hasta ahora, uno de los más comunes ha sido el PLA, por tener un proceso productivo más consolidado y contar con unas propiedades mecánicas y térmicas aceptables. En 2019 la producción de este bioplástico se espera que alcance unas de 440.000 toneladas métricas, lo que lo convierte en el de mayor capacidad de producción. Sin embargo, hay ciertas aplicaciones, especialmente en el sector del envase, en que su uso se dificulta debido a su fragilidad y a su permeabilidad a gases relativamente alta.

En la búsqueda de nuevas alternativas, destaca la familia de los polihidroixialcanoatos, que presentan ventajas competitivas frente a los más comunes, como su fácil biodegradabilidad y su buena barrera a gases y aceptables propiedades mecánicas. Otro factor positivo es su origen, ya que son producidos naturalmente por bacterias a partir de fermentación de diversas fuentes de carbono como especies vegetales o, incluso, residuos, contribuyendo a la reducción de su acumulación en vertederos. Tanto es así que se prevé un gran incremento de su producción entre 2018 y 2023, mucho mayor que el de otros bioplásticos como el PBS o el almidón. Esta tendencia viene dada, entre otras razones, por la versatilidad de los PHA, ya que existe gran variedad de tipos y posibles combinaciones, lo que da lugar a diferentes propiedades.

Si bien muchos tipos de PHA tienen propiedades excelentes para ser usados como material de envase, cada uno de ellos tiene que ser aprobado individualmente para poder usarse en envase alimentario. Actualmente solo dos de ellos han superado el proceso de certificación, el poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) o PHBV y el poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato) o PHBH. No obstante, esta situación puede cambiar en los próximos años, ampliando aún más el abanico de aplicaciones de estos materiales.

Por otra parte, hay que tener en cuenta que estos materiales tienen algunas debilidades, como su sensibilidad a la degradación térmica, su fragilidad o su baja viscosidad en fundido, que restringen algunos usos en que podrían ser de interés. Por ello, se están llevando a cabo numerosas investigaciones para mejorar sus propiedades y así consolidarlos como materiales de envase.
Una de las técnicas más usadas es la aditivación, usando materiales típicos como plastificantes o agentes nucleantes y también lubricantes. Los primeros modifican las propiedades físicas de los PHA, disminuyendo su temperatura de procesado y retrasando el proceso de cristalización, lo que permite optimizar su flexibilidad y capacidad de elongación. Por su parte, los lubricantes se utilizan principalmente para prevenir la degradación térmica de las cadenas poliméricas durante el procesado.

Otra opción para el refuerzo de los PHA es la introducción de materiales más experimentales, como cargas de origen tanto orgánico como inorgánico, de distinta morfología y tamaño, cuyo uso se está extendiendo progresivamente dentro del sector de los materiales poliméricos debido a las excelentes propiedades que confieren. Dentro de estas, se encuentran los nanocristales y las fibras de celulosa (CNC, MFC), los refuerzos inorgánicos laminares, las nanopartículas de óxido de zinc (ZnO), etc. En cualquier caso, es muy importante tener en cuenta que la efectividad de estos refuerzos depende directamente de su adecuada dispersión en la matriz a mejorar, por lo que su optimización, mediante técnicas de procesado o modificación superficial, es clave.

Se puede concluir, por tanto, que los PHA son una alternativa prometedora dentro de los materiales nuevos “sostenibles” para el desarrollo de envases. Su versatilidad es muy relevante en el sector del envase, ya que, según la aplicación final, las propiedades a satisfacer y las condiciones según tipo de procesado (extrusión, inyección, inyección-soplado) son muy diversas. Combinando esta capacidad con la posibilidad de optimizar sus características mediante la introducción de distintos aditivos, se pueden obtener soluciones a medida para cada tipo de envase, reduciendo el impacto negativo que tienen los materiales actuales.

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