Bioplásticos: protagonistas de la innovación en Interpack 2005

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Es inevitable pensar en expresiones como desarrollo sostenible, protección del clima y uso inteligente de los recursos naturales cuando se habla de biopolímeros. 
Estas y muchas más son las motivaciones que ha encontrado esta creciente industria para invertir esfuerzos en la investigación y el desarrollo de alternativas viables en aplicaciones que, hasta hace unos años, pertenecían de forma exclusiva a los polímeros convencionales, fabricados a partir de derivados del petróleo.

Los polímeros biodegradables —en adelante mencionados con la sigla PBDs— se han desarrollado como una iniciativa de las industrias química y plástica. Dada su similitud con los polímeros convencionales, los métodos estándar de transformación de polímeros pueden ser utilizados con los PBDs permitiendo una amplia gama de aplicaciones. Su diferencia principal, cuando se les compara con los polímeros convencionales, radica en su estructura física y química, la cual permite que sean destruidos por microorganismos como hongos y bacterias en ambientes biológicamente activos, tan rápida y completamente como materiales orgánicos, tales como hojas de lechuga. Adicionalmente, los recursos renovables que se utilizan como fuente predominante en su manufactura juegan un papel crucial.

Aunque las cifras no son oficiales, se estima que el mercado actual de biopolímeros produce alrededor de 250,000 toneladas al año, y el consumo de Europa solamente está estimado en alrededor de 50,000 toneladas. De mantenerse el crecimiento continuo que se ha presentado hasta ahora, la capacidad global de producción de PBDs alcanzaría la marca de 1 millón de toneladas alrededor del año 2010.

¿Cómo se obtienen los polímeros biodegradables?
Los PBDs pueden ser fabricados por medio de diferentes tecnologías, bien sea utilizando recursos renovables de origen animal o vegetal, o recursos fósiles. Actualmente se encuentran disponibles PBDs basados completamente en recursos renovables tales como los poliésteres PLA (Acido poliláctico) y PHA (Polihidroxialcaloides). Incluso residuos de la industria alimenticia pueden ser utilizados, como es el caso de Solanyl, un PBD obtenido a partir de los productos resultantes del procesamiento de la papa. Sin embargo existen PBDs que se degradan extremadamente bien aún cuando se han fabricado a partir de petróleo, por lo que cabe aclarar que no son las materias primas quienes determinan si un polímero es o no biodegradable, sino su estructura química.

NatureWorks LLC, el mayor productor mundial de PBDs, tiene capacidad para producir más de 140.000 toneladas de PLA al año con su planta en Blair (Nebraska), Estados Unidos. De acuerdo con el fabricante, la tecnología para producir NatureWorks® PLA permite que recursos abundantes renovables anualmente, como el maíz agrícola común, sustituyan a recursos limitados (petróleo) en el envasado de alimentos, artículos de menaje desechables y aplicaciones de envasado de artículos de consumo.

El proceso exclusivo para la fabricación de NatureWorks PLA se centra en la fermentación, destilación y polimerización de un azúcar vegetal sencillo, la dextrosa del maíz. La compañía extrae fundamentalmente el carbono almacenado en los azúcares para fabricar ácido poliláctico (PLA), un polímero con características similares a las de los termoplásticos tradicionales.

Por su parte Mater-Bi, el bioplástico innovador de Novamont, compañía italiana líder en el mercado europeo, se obtiene a partir de almidones de maíz, trigo y papa. Ecoflex, el producto de BASF derivado de materias primas renovables, se basa en almidón de maíz, almidón de papa y ácido poliláctico (PLA). 

¿En qué aplicaciones se están utilizando los biopolímeros?
En el caso de NatureWorks PLA, aplicaciones como termoformado rígido, películas y bolsas, y botellas se encuentran ya disponibles en el mercado, con características propias que las hacen atractivas para el consumidor.
En el caso de los termoformados rígidos, el fabricante asegura que la relativa facilidad de proceso que presenta NatureWorks PLA en aplicaciones de extrusión y termoformado permite su utilización tanto en aplicaciones convencionales como de formado – llenado – sellado. Además, gracias a su rigidez, permite una reducción más efectiva de los espesores frente a los materiales equivalentes, como el aPET. Adicionalmente la empresa afirma que sus características ecológicas hacen que NatureWorks PLA sea la alternativa de envasado preferida cuando el atractivo para el consumidor y/o los requisitos de eliminación son cuestiones significativas.

NatureWorks PLA resulta también idóneo para una amplia gama de aplicaciones en el mercado de películas, como capas de sellado térmico, películas de ventana, películas flow-wrap, de envasado por rotación, etiquetas y bolsas de transporte. El fabricante afirma que NatureWorks PLA es una alternativa clara a las películas plásticas tradicionales, como el celofán, el acetato de celulosa y el papel glassine, y se utiliza también como capa de sellado térmico a baja temperatura y/o barrera de sabor y aroma en estructuras coextruidas, en las que su combinación de propiedades permite la simplificación de capas o la sustitución de capas específicas. También puede formularse para aplicaciones de películas flexibles, como bolsas de transporte y de basura, en sustitución de las bolsas de LDPE y HDPE cuando se desea una solución compostable. Dadas sus características de alto rendimiento, puede ser utilizado para mejorar las propiedades estéticas y funcionales de las etiquetas cut-and-stack, mangas termocontraibles y etiquetas de películas sensibles a la presión.

Las propiedades de NatureWorks PLA le hacen idóneo para el proceso de moldeo por inyectado soplado (ISBM) que se utiliza para la fabricación de botellas y jarras, fundamentalmente en aplicaciones de vida reducida en estante que utilizan técnicas de llenado en frío, como agua mineral, zumos, bebidas basadas en productos lácteos, aceites alimentarios, entre otras. Es eficaz como producto para la fabricación de botellas debido a su transparencia y a su adecuación a todas las opciones de eliminación.

Adicionalmente, los estudios sensoriales realizados con varios alimentos almacenados en botellas fabricadas con NatureWorks PLA muestran que este material basado en el maíz ofrece propiedades organolépticas comparables a las del vidrio y el PET, confirmando la viabilidad de NatureWorks PLA para una amplia variedad de aplicaciones de embotellado de alimentos y bebidas.

En el caso de Novamont, su producto Mater-Bi también está siendo utilizado en procesos de moldeo por inyección, extrusión y termoformado. Se han desarrollado aplicaciones específicas en el área de espumas, productos de higiene, empaques para alimentos y bolsas para transportar bienes o para desechos. Incluso en la industria de las llantas, Goodyear está utilizando bio-llenadores (bio-fillers) con baja resistencia al rodado que permiten un ahorro en el consumo de combustible, dentro de la tecnología Biotred.

Otra aplicación interesante en la agricultura son las materas biodegradables que no necesitan separarse de la planta antes de sembrarla, dado que la matera se descompone lentamente en el suelo, permitiendo el libre crecimiento de las raíces.

Otras aplicaciones innovadoras Dentro de la amplia gama de aplicaciones finales innovadoras se encuentran, entre otras, las cintas adhesivas biodegradables hechas con celulosa, artículos de cuidado sanitario y productos para panadería.
Mitsubishi y Sony lanzaron en Japón una carcasa para walkman hecha con polímeros biodegradables.

Los principales fabricantes de teléfonos celulares están trabajando en el desarrollo de cubiertas para los teléfonos hechas de materiales bio-basados. Motorola anunció recientemente que está desarrollando una cubierta que puede ser compostada. La cubierta incluye una semilla de girasol, que florece una vez se ha realizado el compostaje. De acuerdo con los expertos, 10% de los plásticos dedicados a la industria eléctrica podrán ser reemplazados por bioplásticos. Los pronósticos fueron expresados en Septiembre de 2004 en Berlín, durante el congreso "Electronics Goes Green".

Incluso el grupo japonés Pioneer desarrolló un medio óptico hecho a partir de almidón de maíz, de acuerdo con el periódico japonés Nihon Keizai Shimbun, en noviembre de 2004. Este asegura que es apropiado para la próxima generación de discos "blu-ray". El "bio-disco" tiene un espesor de 1.2 mm, una capacidad máxima de 25 GB, y es biodegradable. Sanyo, por su parte, lanzó en 2003 un CD de muestra basado en ácido poliláctico (PLA).

¿Qué ventajas presentan los biopolímeros en comparación con los polímeros tradicionales?
Además de la flexibilidad para su eliminación, la principal ventaja asociada a los biopolímeros es el modelo de ciclo cerrado de CO2, porque su producción y posterior descomposición no incrementan los problemas ambientales actuales.

Incluso, el impacto ambiental es reducido dado que su producción disminuye el consumo de petróleo y reduce la emisión de los gases causantes del efecto invernadero, cuando su proceso productivo es comparado con la obtención de los polímeros tradicionales. Desde el punto de vista de desempeño, se pueden analizar los datos suministrados por los fabricantes, una vez implementadas diferentes aplicaciones.

De acuerdo a la información suministrada por NatureWorks LLC, su producto estrella NatureWorks PLA presenta diversas características de rendimiento que hacen del producto un polímero atractivo y versátil para los envasadores y propietarios de marca en la industria del empaque, tales como:

  • Adherencia superficial – Acepta sin otros tratamientos revestimientos, tintas y adhesivos
  • Transpirabilidad – La humedad puede atravesar las películas y los elementos rígidos, minimizando la condensación
  • Transparencia y brillo – Presenta una distorsión óptica inferior a 5%
  • Barrera al sabor y al aroma – Propiedades organolépticas similares a las del vidrio y el PET
  • Resistencia a las grasas – Proporciona excelente resistencia a la mayor parte de los aceites y grasas utilizados en los productos alimentarios
  • Imprimibilidad– Energía superficial natural aceptable de modo inmediato para numerosas formulaciones de tinta
  • Rigidez – Permite la reducción de los espesores frente a materiales como el aPET, sin pérdida de resistencia de la pieza
  • Sellado en caliente – Las temperaturas de inicio son de sólo 80oC, con resistencias del sellado térmico superiores a 2 libras/pulg. El uso de temperaturas inferiores permite un sellado más rápido y una mayor producción.
  • Resistencia al doblado – 25% mejor que el celofán, lo que supone que los productos permanecen envasados y se reduce el desaprovechamiento y la pérdida de producto debido a la apertura de envase

¿Qué crecimiento podemos esperar en bioempaques en la próxima década?
A pesar de que los costos de producción aún son altos, el beneficio económico de los bioplásticos se ha incrementando constantemente con respecto a los polímeros convencionales en los últimos años. El mercadeo de los PBDs aumenta su éxito a medida que las ventajas específicas del material se explotan en su totalidad. Los cálculos económicos no deben considerar únicamente el costo del material, sino también todos los costos asociados, tales como los relacionados con el manejo y desecho. De manera que los bioplásticos no seguirán siendo vistos como una especialidad, y podrán conquistar mercados masivos.

EL desarrollo del mercado dependerá en gran medida de las condiciones marco de trabajo. Un marco de trabajo positivo cataliza el crecimiento y acelera las inversiones adicionales en pro de los materiales y el crecimiento a escala. Tal como con las energías renovables, existen muchos argumentos para apoyar el ingreso de los biopolímeros al mercado. Las ganancias relacionadas con los PBDs se compara con alta favorabilidad al sector de las energías renovables (eólica, solar, fotovoltaica e hidrógeno). El mercado de los PBDs está creciendo sin el tipo de apoyo que se le dio a las energías renovables, y los productores de PBDs están respondiendo a este crecimiento incrementando sus capacidades de producción.

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