Productos bioderivados y biodegradables de bajo coste basados en almidón. Aplicación a las bandejas para alimentación

Transcripción

1 Foro Regional de Sostenibilidad e I+D+i Junta de Castilla y León 18 de Febrero de 2011 Productos bioderivados y biodegradables de bajo coste basados en almidón. Aplicación a las bandejas para alimentación Prof. Miguel Angel Rodriguez Perez, Prof. Jose Antonio de Saja Sáez, Alberto Lopez Gil Laboratorio CellMat. Departamento de Física de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Valladolid

2 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN 2- OBJETIVOS 3- PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA 5- DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO 6- CONCLUSIONES

3 1- INTRODUCCIÓN PROBLEMÁTICA MEDIOAMBIENTAL ASOCIADO AL USO DE PLÁSTICOS 1- Acumulación de residuos plásticos en la superficie terrestre ( LANDFILL ) y en las corrientes marinas (Séptimo continente) 2- Emisiones de CO 2 : CALENTAMIENTO GLOBAL 3- Uso de recursos fósiles como el PETRÓLEO

4 1- INTRODUCCIÓN CONTEXTO Camino de la prohibición 1- Francia: Ley de 2005 preveía que en 2010 todas las bolsas de plástico debían ser biodegradables 2- Italia: Novamont y Coldiretti acuerdan implantar un sistema de fabricación de plásticos biodegradables; Ley de 2007 prohíbe las bolsas de plástico no biodegradables a partir de Instituto Tecnológico del Plástico (AIMPLAS) 3- España: Ministerio de Medio Ambiente pretende para 2015 que 70% de las bolsas sean biodegradables.

5 1- INTRODUCCIÓN UNA DE LAS SOLUCIONES: UTILIZACIÓN DE BIOPLÁSTICOS Definición ISO: Aquellos plásticos que se degradan por la acción de la luz, calor y microorganismos (bacterias, hongos, etc.) y no generan residuos perjudiciales. Entrada en el mercado progresiva

6 1- INTRODUCCIÓN BANDEJAS DE ALMIDÓN TERMOPLÁSTICO Ventajas: - Bajo coste (0,3 /kg). - Abundante producción mundial. - Conservación de recursos fósiles. - Biodegradación microbiana rápida y total. Desventajas: - Bajas propiedades mecánicas - Fuerte carácter hidrofílico. - Elevada densidad 1400 kg/m3 (Poliestireno espumado 55 kg/m3).

7 1- INTRODUCCIÓN CellMat Laboratorio de Materiales Celulares Creado en OBJETIVOS GENERALES DEL LABORATORIO: Desarrollo de nuevos materiales celulares y nuevos procesos de fabricación de interés para sectores fundamentales de la economía y entre ellos el sector de de los envases y embalajes. Desarrollo de una investigación científica de excelencia internacional en el campo de los materiales celulares. Transferencia tecnológica y conocimientos al sector industrial Formación científicos especializados reparados par incorporarse al sector académico e industrial. Formación de técnicos de la industria Equipo Investigador - Profesores: 2 - Técnicos de laboratorio: 2 - Estudiantes de Pos-Doc: 1 - Estudiantes de Doctorado: 11 - Becarios de colaboración: 6

8 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN 2- OBJETIVOS 3- PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA 5- DIAGRAMA DE FLUJO 6- CONCLUSIONES.

9 2- OBJETIVOS El objetivo principal de la investigación es la obtención de bioplásticos en base almidón con carácter biodegradable para su aplicación en la fabricación de bandejas de productos alimenticios. POLIESTIRENO (EPS Y XPS) ALMIDÓN TERMOPLASTICO (TPS)

10 2- OBJETIVOS Retos a superar para desarrollar el producto 1- Plastificación de almidón. 2- Mejora de las características mecánicas mediante la mezcla con agentes de refuerzo. 3- Impedir la absorción de agua mediante la adición de capas hidrofóbicas. 4- Realizar un proceso de espumado que reduzca los costes

11 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN 2- OBJETIVOS 3- PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA 5- DIAGRAMA DE FLUJO 6- CONCLUSIONES

12 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES MATERIAS PRIMAS MATRIZ POLIMÉRICA: ALMIDÓN. AGENTE PLASTIFICANTE 1: AGUA ( 10%). AGENTE PLASTIFICANTE 2: GLICEROL (30%). AGENTES DE REFUERZO: FIBRAS AYUDANTE DE PROCESO: ÁCIDO ESTEÁRICO

13 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RUTA DE FABRICACIÓN EN LABORATORIO 4- Moldeo 3- Granzeado 2- Extrusión 1- Mezcla

14 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES CARACTERIZACIÓN Microscopía Electrónica de Barrido Ensayos mecánicos de tracción Absorción de humedad Plastificación del almidón. Homogeneidad en el aporte de materiales de refuerzo. Unión íntima de los materiales de refuerzo a la matriz polimérica. Características mecánicas del material Módulo de Young, Resistencia a la tracción Deformación de rotura Cantidad de agua adsorbida

15 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Efecto de diferentes tipos de fibras: FIBRAS DE PAJA DE TRIGO y FIBRAS DE ORUJO DE UVA

16 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES TPS-Fibras de paja de trigo TPS-Fibras de orujo de uva E (MPa) P PT1 PT2 PT3 PT4 E (MPa) P PU1 PU2 PU3 PU XPS 10 0 XPS % fibras % fibras

17 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Preparación capas Latex 1- Aplicación de la capa de látex 2- Curado en horno a 65 ºC durante 1 día TPS TPS TPS TPS 0 TPS 1 TPS 3

18 3. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Proceso de espumación: Microondas o extrusión Espumación por Microondas Tiempo: ~ 1 min Consumo Energético: Homogeneidad de la espuma: Empleo de Agentes Espumantes químicos: no Control mas preciso del proceso de espumado Reducción de la densidad: Estructura celular típicat

19 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN 2- OBJETIVOS 3- PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA 5- DIAGRAMA DE FLUJO 6- CONCLUSIONES.

20 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA COMPARATIVA BANDEJA XPS-BANDEJA ALMIDÓN XPS TPS + Fibras de Paja de Trigo Materias primas Porcentaje Costes ( /kg) Materias primas Porcentaje Costes ( /kg) XPS 93,6% 1,5 Isobutano 6% 1,2 Talco 0,4% 1,68 TPS 59,5% 0,30 Glicerol 25,5% 1,20 Fibras 15% 0,04 Coste - Bandeja (4g): 0,0144 Coste - Material Prima: 0,006 Costes Fijos: 0,008 Coste - Bandeja (16g): 0,0156 Coste - Material Prima: 0,076 Costes Fijos: 0,008 Coste TPS/XPS = 1,08

21 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN 2- OBJETIVOS 3- PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA 5- DIAGRAMA DE FLUJO 6- CONCLUSIONES.

22 5- DIAGRAMA DE FLUJO

23 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN 2- OBJETIVOS 3- PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 4- EVALUACIÓN ECONÓMICA 5- DIAGRAMA DE FLUJO 6- CONCLUSIONES.

24 7- CONCLUSIONES ES VIABLE LA FABRICACIÓN DE BANDEJAS PARA ENVASADO DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE ALMIDÓN COMO MATRIZ POLIMÉRICA. Bandeja bioderivada, biodegradable y de bajo coste 1) Utilización de agentes para mejorar las características mecánicas 2) Reducción de la absorción de humedad 3) Realizar un proceso de espumación

25 Gracias por su atención