Bioplásticos Nuevos materiales para un futuro más sostenible

Transcripción

1 Bioplásticos Nuevos materiales para un futuro más sostenible Dra. Belén Pascual, Jefa de I+D Domingo Font, Jefe de Ventas de Especialidades División de Plásticos de Ercros Septiembre de 214

2 Qué es un biopolímero? En el mundo de los polímeros, el prefijo «bio» se utiliza para definir a los materiales plásticos que tienen un origen biobased, también podrían considerarse los que por su final son biodegradables. Un polímero biobased es el que tiene su origen, total o parcialmente, en material biológico, que incluye árboles, cosechas, hierbas, algas, desechos vegetales y residuos de origen vegetal. El contenido biobased se determina por el método del carbono 14 (CEN/TS ASTM 6866) que muestra la proporción del C-14 respecto del C total. Un polímero biodegradable es aquel que en determinadas condiciones ambientales, con la ayuda de organismos vivos, se degrada transformándose completamente en elementos naturales (dióxido de carbono, agua y compost). 2

3 3 Biopolímeros

4 Polímeros biodegradables Polímeros biodegradables Biopolímeros de fuentes renovables Bioplásticos Polímeros de fuentes no renovables Polímeros extraídos de biomasa: almidón, celulosa, lignina, proteínas Sintetizados a partir de biomonómeros PLA Producidos a partir de microorganismos PHA Origen petroquímico PCL, PBSA, PBS PBS: Polisuccinato de butileno PBSA: Poli (succinato-co-adipato de butileno) PCL: Policaprolactona PHA: Polihidroxialcanoatos PLA: Ácido poliláctico 4

5 Otros biopolímeros no biodegradables Otros biopolímeros, total o parcialmente de origen biológico, pero no biodegradables: PET: 3% MEG (vía fermentación) + 7% PTA (origen petroquímico). PE: etileno (vía fermentación). PTT: 1,3 propanodiol (vía fermentación) + PTA (origen petroquímico). PBT: 1,4 butanodiol (vía fermentación) + PTA (origen petroquímico). PUR: polidiol (vía fermentación) + isocianato (origen petroquímico). PA6: caprolactama (vía fermentación). PA66: ácido adípico (vía fermentación) y hexametilendiamina (petroquímico). PA69: transformación química del ácido oleico. Otros. 5

6 Plásticos biodegradables vs bioplásticos Los plásticos biodegradables son polímeros que se degradan transformándose completamente en elementos naturales y pueden ser de origen biobased o producidos a partir de recursos fósiles. Los bioplásticos son polímeros biobased, fabricados a partir de materias primas naturales y pueden ser o no biodegradables. Botella color LL 65 Film PH 11 días 7 días días 7 días 2 días 4 días 5 días 6

7 Plásticos compostables vs biodegradables Los plásticos compostables se biodegradan (descomponen) en más del 9% en seis meses, bajo unas condiciones de compostaje según la norma europea UNE-EN ISO (US ASTM D64-4). El compostaje es un procedimiento manejado por el ser humano que adelanta los procesos naturales de descomposición biológica y da como productos dióxido de carbono, agua, minerales y abono (compost). Los plásticos compostables siempre son biodegradables pero los plásticos biodegradables pueden ser o no compostables. Botella blanca LL 65 días 7 días 2 días 4 días 5 días 57 días 7

8 Tipos de compostaje El compostaje doméstico es el que se realiza a temperatura ambiente con humedad y microorganismos. Se puede realizar en cada vivienda. El compostaje industrial es el que se lleva a cabo a temperatura elevada (5-7⁰C), humedad alta y microorganismos. Es el compostaje de la materia orgánica de los residuos orgánicos urbanos (contenedor marrón en Cataluña y el País Vasco). 8

9 Plásticos oxo-degradables Los plásticos oxo-degradables son plásticos convencionales (generalmente PE) a los que se añaden unos aditivos que actúan de catalizadores para que se descompongan con acción de la luz, calor o UV (fotodegradables). El material no se degrada, simplemente se rompe en fragmentos más pequeños, ni cumple las normas de compostaje. La UE ha recomendado a sus Estados Miembros su prohibición total antes de

10 1 Ciclo de vida de los bioplásticos biodegradables

11 Los nuevos materiales están basados en poliésteres alifáticos de origen natural (biobased) y al final de su vida útil son biodegradables y compostables. Se presentan bajo las siguientes familias: PH: basadas en el PHA. L y LM: basadas en el PLA. 11

12 12 PH

13 PH: características generales PH es la familia de poliésteres alifáticos producidos directamente por fermentación de azúcares y/o lípidos mediante bacterias Gram negativas (intracelularmente), basados en polihidroxialcanoatos (PHA). Estructura química: Hay unos 15 tipos de PHA distintos. Los más conocidos son (n=1): Homopolímeros: PHB (polihidroxibutirato): R= CH 3 - PHV (polihidroxivaleriato) R= CH 3 -CH 2 - PHH (polihidroxihexanoato) R= CH 3 -CH 2 -CH 2 - Copolímeros: PHBV ó P(3HB-co-3HV) (butirato-co-valeriato) PHBH ó P(3HB-co-3HH) (butirato-co-hexanoato) 13

14 PH: tipos Hay dos tipos de PH: PH 7 y PH 11 Propiedad Método PH 7 PH 11 Unidad Temperatura de transición vítrea (Tg) DSC: ISO ºC Temperatura de cristalización (Tc) DSC: ISO ºC Temperatura de fusión (Tm) DSC: ISO / /125 ºC Termogramas de DSC Índice de fluidez 16º (g/1 min) 2,5 2, 1,5 1,,5 ErcrosBio PH 7 ErcrosBio PH 11 14

15 PH: propiedades mecánicas Ensayo de flexión Esfuerzo en flexión (MPa) Deformación en flexión (%) ErcrosBio PH 7 ErcrosBio PH Ensayo de tracción Esfuerzo en tracción (MPa) Deformación a rotura (%) ErcrosBio PH 7 ErcrosBio PH Resistencia al impacto (KJ/m 2 ) ErcrosBio PH 7 ErcrosBio PH 11 2 El tipo PH 11 es más flexible que el PH 7 y tiene una mayor resistencia al impacto. 15

16 PH: aplicaciones Los productos de la familia PH están indicados para las aplicaciones que demandan una degradabilidad rápida y fácil, tanto aeróbica como anaeróbica: Embalajes alimentarios y no alimentarios. Utensilios de catering y domésticos en general. Usos textiles: producción de fibra para no tejido, hilatura, textil hogar. Usos médicos y quirúrgicos. Otras aplicaciones: Plastificantes del PVC. Aditivos de efecto barrera, etc. 16

17 PH: ensayo de degradación Resultado del ensayo de degradación por compostaje según la norma europea EN de un film de PH

18 18 L

19 L: características generales La familia L está basada en el ácido poliláctico, PLA. Éste se obtiene por la polimerización de ácido láctico (CH 3 -CHOH-COOH) que previamente se ha obtenido por fermentación de la glucosa o sacarosa. Estructura química: Tiene dos enantiómeros (D y L) y la relación entre el contenido de ambos en el polímero determina sus propiedades. 19

20 L: obtención e hidrólisis del PLA La degradación por presencia de humedad es común a los polímeros obtenidos por condensación tales como el PET, las poliamidas, etc. y se evita secando los polímeros previamente a su procesado. 2

21 Humedad del PLA (ppm) L: condiciones de secado Recomendaciones de secado: dependiendo de la humedad de partida, secado entre 4 y 8 horas a 8-9⁰C con aire deshumificado con punto de rocío de -4 ⁰C. 25 Secado (85º C en deshumidificador) Humedad Requerida< 2 ppm Preferible < 1 ppm Tiempo de secado (horas) 21

22 Melt flow index 195ºC, 2.16Kg (g/1min) L: tipos Hay cuatro tipos de L: LL 55, LL 6, LL 65 y LL 7. Inyección 25 2 Extrusión LL 55 LL 6 LL 65 LL 7 22

23 Resistencia al impacto con entalla (KJ/m 2 ) Resistencia en tracción (MPa) Elongación a rotura (%) L: propiedades mecánicas LL 55 LL 6 LL 65 LL 7 Ensayo de tracción 5, 4,5 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5 LL 55 LL 6 LL 65 LL 7 4,5 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5 Resistencia al impacto LL 55 LL 6 LL 65 LL 7 23

24 L: ventajas Familia de productos sostenibles, producidos a partir de materiales renovables. Baja huella de carbono. Compostables e incinerables. Propiedades mecánicas parecidas al PET y al PS. Procesado similar a las poliolefinas convencionales (extrusión, inyección y termoformado). Imprimibles sin tratamiento superficial. Resistentes a los productos acuosos y a las grasas. Termosoldables a menor temperatura que las poliolefinas. Módulo de Young elevado, aptos para cargas elevadas. Transparencia. 24

25 L: aplicaciones Embalajes alimentarios y no alimentarios. Construcción y edificación: espumas aislantes, revestimientos y perfiles. Automoción: parachoques, tablero, mandos, tapacubos, etc. Aplicaciones eléctricas y electrónicas: carcasas de móviles, ordenadores, CD, etc. Usos textiles: material tejido y no tejido (pañales para bebé, toallitas, ropa, hogar, tapicerías, etc.). Utensilios de catering y domésticos. Usos médicos y quirúrgicos. 25

26 L: aplicaciones de extrusión Hilo para impresoras 3D Láminas de diferentes espesores Bandejas por termoconformado 26

27 L: aplicaciones de inyección Preformas y botellas Envases alimentarios Envases cosméticos 27

28 L: ensayos de degradación Resultado de los ensayos de degradación por compostaje según la norma europea EN Botella color LL 65 días 7 días 2 días 4 días 5 días Botella blanca LL 65 días 7 días 2 días 4 días 5 días 57 días 28

29 29 LM

30 LM: características generales Los productos de la familia ErcrosBio LM están basados en el PLA y, mediante la incorporación de aditivos, mejoran las propiedades de ErcrosBio L para determinadas aplicaciones. Propiedades a modificar: Permeabilidad al vapor de agua y gases. Resistencia térmica. Rigidez. Incorporación de aditivos Desarrollo de nuevos tipos 3

31 LM: tipos En función de su aplicación, se presentan varios tipos de ErcrosBio LM : Para usos generales (embalaje): Obtención de piezas por inyección e inyección- soplado (ErcrosBio LM 6): Transparentes: ErcrosBio LM 62. Opacas: ErcrosBio LM 63. Obtención de láminas y film por extrusión y piezas por termoformado (ErcrosBio LM 7): Transparentes: ErcrosBio LM 72. Opacas: ErcrosBio LM 73. Para aplicaciones duraderas: Mejora propiedades del ABS y el ASA: ErcrosBio LM 8. Con diferentes acabados estéticos por inyección y extrusión: ErcrosBio LM 9. 31

32 LM 6: obtención Aditivos Extrusora Granza de PLA ErcrosBio LM secado PLA seco Inyección secado PLA Piezas finales 32

33 LM 63: propiedades en tracción Resistencia en tracción (MPa) LL 65 LM 6311 LM 6312 LM 6313 LM ,5 4, 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5 LL 65 Módulo de Young (GPa) LM 6311 LM 6312 LM 6313 LM Elongación a rotura (%) LL 65 LM 6311 LM 6312 LM 6313 LM 6314 LM 6313 y LM 6314 son más tenaces, con una deformación a rotura >14%, módulos similares al PLA de partida y menor resistencia en tracción. 33

34 LM 63: transmisión Transmisión de vapor de agua WTR 38ºC 9% de humedad (cc/m 2 d) LL 65 LM % 3% 14% 3% LM 6312 LM 6313 LM LL 65 Transmisión de O 2 OTR 23ºC % de humedad (cc/m 2 d) LM % 27% 53% LM 6312 LM 6313 LM Índice de fluidez 19º C 2,16 Kg (g/1 min.) mejora las propiedades de barrera al oxígeno y al vapor de agua. LL 65 LM 6311 LM 6312 LM 6313 LM

35 LM: ensayo de degradación Resultado del ensayo de degradación por compostaje doméstico de una cinta de extrusión de LM semanas 6 semanas 1 semanas 13 semanas 16 semanas 35

36 LM 7: obtención Aditivos Extrusora Granza de PLA ErcrosBio LM secado PLA seco Extrusora secado PLA Lámina y film Piezas por termoconformado 36

37 LM 73: propiedades en tracción Resistencia en tracción (MPa) LL 7 LM 7311 LM , 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5 Módulo de Young (GPa) LL 7 LM 7311 LM Elongación a rotura (%) LM 7351 es más tenaz, con una deformación a rotura >1%. LL 7 LM 7311 LM

38 LM 73: transmisión 25 Transmisión de vapor de agua WTR 38ºC 9% de humedad (cc/m 2 d) 4 Transmisión de O 2 OTR 23ºC % de humedad (cc/m 2 d) % % 32% LL 7 LM 7311 LM 7351 LL 7 LM 7311 LM 7351 Índice de fluidez 19º C 2,16 Kg (g/1 min.) 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, LM 73 mejora las propiedades de barrera al oxígeno y al vapor de agua. LL 7 LM 7311 LM

39 LM 8: PLA vs ASA y ABS LM 8 modifica las propiedades de LL65 para igualar las propiedades mecánicas y térmicas del ABS y el ASA. 39

40 LM 8: propiedades en tracción 7 Resistencia en tracción (MPa) Elongación a rotura (%) ASA ABS LM 81 LM 82 LM 83 LM 84 LL 65 ASA ABS LM 81 LM 82 LM 83 LM 84 LL Resistencia al impacto (KJ/m 2 ) 2 ) LM 8 es más flexible que LL 65 y tiene valores de resistencia al impacto similares o superiores a los del ASA y el ABS. 5 ASA ABS LM 81 LM 82 LM 83 LM 84 LL 65 4

41 LM 8: resistencia térmica LM 8 incrementa de forma muy significativa el HDT-A (a 1,8 MPa) de LL 65 y alcanza valores incluso superiores a los del ABS y el ASA. 12 Temperatura HDT-A (ºC) ASA ABS LL 65 LM 85 LM 86 LM 87 LM 88 LM 89 LM 81 41

42 LM 9: con pigmentos Acabado metálico Acabado nacarado 42

43 LM 9: con cargas naturales LM 9 obtiene estéticas naturales con cargas naturales de diferentes orígenes (fibras, maderas, cortezas, etc.) y diferentes tamaños de partícula. Cargas naturales 43

44 Conclusiones dispone de una amplia gama de bioplásticos basados en PLA y PHA. Su variedad de propiedades permite cumplir con los requerimientos de procesado y de propiedades finales. Se aplica tanto en extrusión como en extrusión-termoconformado, inyección e inyección-soplado. Se usa para la obtención de una amplia variedad de productos finales. 44

45 Para más información: Dra. Belén Pascual, Jefa de I+D de la División de Plásticos Domingo Font, Jefe de Ventas de Especialidades de la División de Plásticos 45