BIOPOLIMEROS. Procesabilidad y Procesabilidad y

BIOPOLIMEROS.
Procesabilidad y
Casos de estudio.
FEBRERO 2011
INDICE
DEFINICIONES
MATERIALES BIODEGRADABLES. Clasificación.
PROCESADO DE BIODEGRADABLES. Extrusión.
CASOS DE ESTUDIO. Desarrollo de biopolimeros para la obtención de envases.
CAPACIDAD PRODUCCIÓN MUNDIAL
Fuente: European Bioplastics
DEGRADACIÓN
 Degradación plásticos:
Proceso irreversible que conduce a un cambio significativo y permanente en la
estructura del material así como p
pérdida de propiedades
p p
y/o
y/ fragmentación.
g
 Mecanismos:
• Fotodegradación por luz natural
• Oxidación por aditivos químicos
• Degradación térmica
• Degradación mecánica
• Biodegradación por microorganismos
POLÍMEROS
BIODEGRADABLES
BIODEGRADABILIDAD
Capacidad intrínseca de un material para ser degradado por la acción natural de
microorganismos (bacterias, hongos, algas), para obtener progresivamente una
estructura más simple. El material se convierte en dióxido de carbono, agua y/o
metano y biomasa.
 Descomposición aeróbica (con oxígeno):
CO2 + H2O + Sales minerales + biomasa
 Descomposición anaeróbica (sin oxígeno):
CO2 + CH4 + Sales minerales + biomasa
PERIODO DE TIEMPO CORTO
BIODEGRADABILIDAD

Proceso de 2 etapas:
1.
Ruptura de cadenas
2.
Mineralización
RUPTURA DE CADENAS (1ª
(1 etapa)
HIDRÓLISIS
Agente: agua
POLÍMEROS
BIODEGRADABLES
OXIDACIÓN
Agente: calor, luz, etc
POLÍMEROS
OXO-BIODEGRADABLES
(polímeros
tradicionales+aditivos)
Menor tiempo
M
ti
de
d biodegradación
bi d
d ió
(hasta 6 meses)
Mayor tiempo biodegradación (> 1 año)
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA BIODEGRADACIÓN
 Tamaño molecular y estructura química
 Población microbiana y actividad enzimática
 Condiciones ambientales:
 Oscuridad
 Humedad
 Temperatura
 pH
 Cantidad de oxígeno disponible
 Nutrientes
¿ POR QUÉ BIODEGRADABLES?
Reducción de residuos plásticos tradicionales que necesitan ser incinerados para su
eliminación o reciclados p
para su p
posterior uso.
 Menor consumo energético en procesado debido a menores perfiles de temperatura
(en general).
 Procesables mediante técnicas tradicionales.
tradicionales
 Tendencia al descenso del precio (1.5-3 veces más que derivados del petróleo. Era 5
veces más caro hace 10 años).
 Reducción de emisión de gases invernaderos (CO2).
 Necesidad de guardar recursos fósiles para aplicaciones donde no pueden ser
sustituidos.
 Restructuración de la industria del plástico.
¿ POR QUÉ BIODEGRADABLES?
Día 0
Día 1
Día 2
Día 4
Ejemplo
degradación
de botella de
PLA
Día 6
Día 9
Día 15
Día 30
G. Kate, R. Auras, SP Singh, R. Narayan, Polymer Testing, 26, 1049
1049-1061
1061 (2007)
COMPOSTABILIDAD
 Compostabilidad:
Propiedad de un material que experimenta degradación
biológica durante la formación de compost para producir
dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa,
a una rapidez consistente con otros materiales compostables,
sin residuos distinguibles visualmente ni residuos tóxicos.
tóxicos
 Compost: materia orgánica (humus) relativamente estable
resultante de un proceso de descomposición en el que las
bacterias del suelo, mezcladas con la basura y con desperdicios
degradables,
deg
adab es, co
convierten
e te
dicha
d
c a mezcla
e ca e
en fertilizantes
e t a tes
orgánicos.
Un plástico compostable debe ser también
biodegradable pero un plástico biodegradable no
biodegradable,
necesita ser compostable.
COMPOSTABILIDAD
Características de materiales compostables según Norma EN 13432:
 Caracterización química. Material exento de sustancias tóxicas
y peligrosas
 Biodegradable en un 90%, en menos de 6 meses (EN 14855).
 Desintegración: fragmentación y pérdida de visibilidad en el
compost final. Tamizado del material después de los 3 meses: el
material >2mm deber ser menor del 10% de la masa inicial.
 Calidad del Compost
p
y Ecotoxicidad. Ausencia de efectos negativos
g
en p
proceso de
compostaje.
Bajos niveles de metales pesados y ausencia de efectos negativos en la calidad
p
del compost.
Realización de ensayo de crecimiento de planta (OECD test 208 modificado).
No debe haber diferencia con un compost de control tomado como referencia.
 Otros parámetros físico-químicos
físico químicos que no deben cambiar después de la
degradación: pH, salinidad, volátiles, N, P, Mg, K.
COMPOSTABILIDAD
Características de materiales
compostables según Norma EN 13432:
CICLO DE VIDA ÚTIL
Productos acabados
Intermedios
Producción
Recogida residuos
orgánicos
g
Fabricación.
Procesado
Compost
Materias
primas
renovables
Biodegradación
CO2, H2O
Biomasa
Extracción
Fotosíntesis
Productos
agrícolas
Ciclo de vida. Fuente: www.european-bioplastics.org
¿QUÉ SON LOS POLÍMEROS BIODEGRADABLES?
O
ORIGEN
NO
RENOVAB
R
BLE
ORIG
GEN
RENOV
VABLE
BIODEGRADABLE
NO BIODEGRADABLE
Ejemplos:
Ejemplos:
Almidón, PHAs, PLA, etc.
Ejemplos:
Alcohol
l h l polivinílico,
l
íl
poliésteres sintéticos
(PBS, PBAT, PTT,etc)
PA 11 Rilsan® (Arkema),
Polietileno ecológico a partir
de caña de azúcar
(Braskem), etc.
Ejemplos:
Polímeros convencionales
(PP, PE, PET, etc)
CLASIFICACIÓN
A) Fuentes Renovables
B) F
Fuentes
t no renovables
bl
MATERIALES BIODEGRADABLES
FUENTES RENOVABLES
NATURALES
(Biomasa)
POLISACÁRIDOS
SÍNTESIS CON
MONÓMEROS (Biomasa)
PLA
Ácido poliláctico
PROTEINAS
Almidón
A i l
Animales
Pl t
Plantas
Celulosa
Caseina
Zeina
Colágeno
Gluten
Quitina y
quitosano
Gelatina
Suero
Soja
MICROORGANISMOS
PHAs
Polihidroxialcanoatos
PHB
PGA
Ácido
poliglicólico
Polihidroxibutirato
PHBV
Polihidroxibutiratoco-valeriato
MATERIALES BIODEGRADABLES
FUENTES NO RENOVABLES
SINTÉTICOS
(Petróleo)
PVOH
Polivinilalcohol
POLIÉSTERES
ALIFÁTICOS
PBS, PBSA
Polibutilen succinato
P lib til succinato
Polibutilen
i t adipato
di t
PCL
Policaprolactona
POLIÉSTERES
AROMÁTICOS
PBAT
Polibutilen
adipato/tereftalato
MATERIALES BIODEGRADABLES
En base ALMIDÓN
 Origen: patata, trigo, maíz, arroz, guisante, etc

Termoplástico amorfo, polar (Tm~115ºC), compostable y biodegradable.

Diferentes grados para extrusión e inyección.

Baja resistencia térmica.

Barrera a gases y aromas. Resistente a grasas

Buena procesabilidad, sensible a la humedad

Buenas propiedades de sellado

Permitido para contacto alimentario

Descomposición: 30-60 días

Aplicaciones: film para envasado, bolsas de compra o basura, film agrícola

Grados comerciales: Mater Bi®, GraceBio®, BioStarch®, BioPlast®, Plantic®, Biotech® …

Con modificación química: mayor resistencia al agua, fuerza de fundido y versatilidad
MATERIALES BIODEGRADABLES
En base CELULOSA
 Origen: paredes celulares de plantas

Polisacárido lineal de alto peso molecular

Polímero natural más abundante que existe

Celulosa natural tiene mala procesabilidad. Requiere modificación
ó química.
í

Sin modificar es insoluble en agua, elevada permeabilidad al agua

Aplicaciones: pulpa de papel, fabricación de fibras, filmes y derivados

Derivados de celulosa: hidroximetil celulosa, butirato de celulosa, acetato de celulosa
 Buena resistencia a la tensión y al impacto
 Procesado: extrusión, moldeo por compresión, moldeo por inyección
 Fácil degradado durante su procesado

Grados comerciales: NatureFlex®, Clarifoil®, PortaBio®, Biograde®, …
MATERIALES BIODEGRADABLES
QUITOSAN
QUITINA
 Procede de exoesqueletos de crustáceos
 Biopolímero hidrofílico. Soluble en agua
Deacetilación
 Alto peso molecular. Estructura lineal no ramificada
QUITOSAN
 Barrera a gases. Resistente a grasas
 Aplicaciones:
COSMÉTICOS
hidratante,, emulsificante,, espesante,
p
, formación de p
películas. Salud: control del colesterol,,
liberación de drogas, prótesis dentales, suturas, biomateriales, vendas para los ojos.
AGRICULTURA
nematicida, alimentación animal, liberación continua, tratamiento de semillas.
ALIMENTOS
clarificación, fibra dietética, remoción de taninos, cromatografía, agentes gelatinizados y
espesante, reutilización de proteínas, procesos de desecho.
BIOTECNOLOGÍA
inmovilización de enzimas, encapsulamiento, filtro ayuda, inmovilización de células,
reutilización de proteínas.
TRATAMIENTO AGUAS
procesamiento de alimentos, agua potable, remoción de colorantes, remoción de
metales.
MATERIALES BIODEGRADABLES
PLA (Ácido Poliláctico)
 Polimerización ácido láctico (fermentación azúcar,
azúcar maíz)

Termoplástico polar (amorfos, semicristalinos), compostable y biodegradable.
 Requiere secado previo. Degradación por hidrólisis (por agua)
 Alta rigidez y fragilidad
 Baja temperatura de uso T~55ºC
 Buena barrera a gases y aromas
 Temperatura de fusión (~170ºC)
 Es transparente y presenta buen acabado superficial.
 Buena procesabilidad. Extrusión, inyección y termoconformado
MATERIALES BIODEGRADABLES
PLA (Ácido Poliláctico)
 Propiedades entre las de PS y PET

Se puede
plastificantes
fabricar
PLA
flexible
añadiendo
 A
Aplicaciones:
li i
fil
film
para envasado
d de
d alimentos,
li
t
envase termoconformado, artículos de menaje,
botellas, bandejas espumadas.
 Grados comerciales:
Revode®, …
NatureWorks®
NatureWorks®,
Hycail®
Hycail®,
R. Auras,, S.P. Singh,
g , J. Singh;
g ; J. Testing
g
Evaluation, 34 (6), (2006)
Inconveniente
Solución
Ejemplo
FRAGILIDAD
Plastificantes
DOA
(dioctiladipato)
BARRERA A O2 Y CO2
Nanocomposites
Filosilicatos
Laminares
MATERIALES BIODEGRADABLES
PGA (Ácido Poliglicólico)
 Polimerización de ácido glicólico (origen: caña de azúcar)
 Termoplástico biodegradable

No soluble en la mayoría de disolventes orgánicos, pero sensible a hidrólisis.

Problemas de procesado por su alta temperatura de fusión
ó (Tm=225ºC)

Poco tiempo de degradación.

Alta barrera al O2 y CO2

Excelente módulo y resistencia mecánica.

Aplicaciones: suturas biodegradables (mínima toxicidad)

Grados comerciales: Dexon® (suturas biodegradables),…
biodegradables)
MATERIALES BIODEGRADABLES
PHA´s

Fermentación de azúcar y lípidos por bacterias

Termoplásticos o elastómeros (Tm= 40-180ºC)

Barrera a la luz, gases, vapor agua, a la pérdida de aromas y sabores

Muy quebradizo
quebradizo. Sensible a degradación térmica

Extrusión complicada. Viscosidad muy baja

PHB: termoplástico cristalino, muy frágil

PHBV: más flexible,
flexible más fácil de procesar

Propiedades mecánicas similares a PP

Propiedades barrera similares a PET

Aplicaciones: contenedores de aceite,
aceite láminas,
láminas botellas,
botellas aplicaciones médicas

Grados comerciales: Enmat®, Biocycle®, Biomer®…
Gránulos de PHB en cepa de bacteria
MATERIALES BIODEGRADABLES
PVOH
 PVOH es un termoplástico semicristalino

Biodegradable (en gran variedad de microorganismos)

Es soluble en agua.

Difícil
í procesado (sin plastificantes se degrada). Moldeo por casting

Es un excelente barrera a gases

Sellable por calor

Aplicaciones en envasado, textil,
 bolsas, láminas multicapa, etc.

Grados comerciales: Mowiol®,
Mowiol®
PVAXX®, Elvanol®,
NICHIGO G-POLYMER
Incremento solubilidad
Incremento flexibilidad
Incremento sensibilidad agua
Incremento facilidad solvatación
Disminuyendo
Incremento viscosidad
Incremento resistencia tracción
Incremento resistencia al agua
Incremento resistencia solvatación
Incremento resistencia adhesivo
PESO MOLECULAR
Aumentando
% HIDRÓLISIS
Incremento resistencia agua
Incremento solubilidad
Incremento resistencia tracción
Incremento flexibilidad
Incremento resistencia disolventes
Incremento sensibilidad agua
Incremento adhesión a superficies Incremento adhesión a superficies hidrofílicas
hidrofóbicos
MATERIALES BIODEGRADABLES
PCL
 Polímero biodegradable y compostable procedente del petróleo

Termoplástico semicristalino de baja viscosidad (poliéster alifático) Tm=59-64ºC

Flexible, similar LDPE. Baja resistencia térmica

Baja procesabilidad debido a baja viscosidad (Tª extrusión
ó 70-80 ºC)

Alta permeabilidad al agua, oxígeno y CO2

Velocidad biodegradación baja (2 años)


Aplicaciones en films y recubrimientos. Mezclas con otros biodegradables para mejorar
propiedades.
Grados comerciales: Tone®, CAPA®, …
MATERIALES BIODEGRADABLES
Otros poliésteres alifáticos (PBS y PBSA)

Termoplástico semicristalino

Diferentes grados, entre LDPE - HDPE.

Resistencia térmica entre 70 - 95 ºC.

Compostable y biodegradable.

Temperatura de extrusión 110 - 140 ºC

Alta flexibilidad y resistencia al impacto

Aplicaciones en lámina, film soplado, monofilamento, soplado de cuerpo hueco…

Gran potencial de sustitución frente al PET, PE, PP y PS

Grados comerciales: Bionolle®, SkyGreen BDP®
MATERIALES BIODEGRADABLES
Poliésteres aromáticos (PBAT)

Termoplástico amorfo,
amorfo compostable y biodegradable.
biodegradable

Muy flexible, similar LDPE – LLDPE

Buena estabilidad térmica, hasta 230ºC

Bajas propiedades barrera al agua.

Buena procesabilidad en extrusión de film por soplado.

Aplicaciones en films para envase de alimentos y agricultura.

Grados comerciales: Ecoflex®, Ecovio®, Biopar®, …
PROCESADO DE BIODEGRADABLES
INYECCIÓN
EXTRUSIÓN
SOPLADO
EXTRUSIÓN
LÁMINA
Almidón
X
X
X
X
Celulosa
X
X
X
X
PHB
X
X
X
PLA
X
PBS/PBSA
X
X
PCL
X
X
HILADO
FIBRAS
X
X
TERMOCONFO
RMADO
X
X
X
X
X
X
PBAT
PVOH
SOPLADO
X
X
X
X
PROPIEDADES FISICAS MATERIALES BIODEGRADABLES
Polímero
Tª fundido
(ºC)
MFR
(g/10min)
Densidad
(g/cm3)
Resistencia
rotura
(MPa)
Alarg.
Rotura (%)
Tg
(ºC)
LDPE
110
2
0.92
35
400
-120
HDPE
130
2
0.95
39
650
-120
PP
164
4
0.90
44
800
5
Almidón
110 – 115
3–6
1.27 – 1.61
26 – 35
300 – 900
----
PHB
155 – 175
5 – 25
1.17 – 1.22
2.5 – 20
10 – 17
0-5
PLA
150 – 195
2 – 10
1.25
59 – 60
3–6
40-70
PCL
58 – 60
4 – 30
1.15
26 – 41
600 – 900
-60
PVOH
213 – 216
4 5 – 10.5
4.5
10 5
1 25 – 1.28
1.25
1 28
11 – 46
19
58 85
58-85
PBAT
110 – 120
2.7 – 4.9
1.25 – 1.27
36 – 45
560 – 710
-30
PBS
114 – 115
1.5 – 4.5
1.26
35 – 57
50 – 700
-32
93 – 95
1.4 – 1.5
1.23
34 – 47
400 – 900
-45
PBSA
POTENCIAL SUSTITUCIÓN
PVC
HDPE
LDPE
PP
PS
PMMA
PA
PET
PBT
PC
POM
PUR
ABS
Almidón
-
-
+
+
-
-
-
-
-
-
-
+
-
PLA
-
+
+
+
+
-/+
+
+
-
-
-
-/+
-
PHBV
+
++
++
++
-
-
-
+
-
-
-
+
-
PHB
-
+
-
++
+
-
-
-
-
-
-
-
+
Fuente: Techno economic feasibility of large scale production of bio-based polymers in Europe (Pro-BIP), 2005
La sustitución vendrá dada en función de la propiedades,
propiedades precio y densidad
++: sustitución completa
+: sustitución parcial
-: sustitución no posible
MEJORA DE PROPIEDADES
 Modificación química del plástico (p.e. funcionalización con grupos anhídrido
maleico para mezclas de polímeros).
 Mezcla con otros polímeros (reducir costos, mejorar propiedades, aumentar
velocidad biodegradación).
 Estructuras multicapa
l
(encapsular
(
l o proteger materiales).
l )
 Adición de cargas inorgánicas: talco, CaCO3, filosilicatos laminares, fibras, etc
(incremento propiedades barrera,
barrera incremento propiedades mecánicas).
mecánicas)
COMPOSITES
NANOCOMPOSITES
MEJORA DE PROPIEDADES
 Ejemplos:
PCL+almidón
PCL+
l idó
PCL+butirato de celulosa
PLA+almidón
…
Almidón
+
PBS
…
PLA+PCL
PLA+PBSA
PLA+PEG
PLA+PBAT
…
Mejorar propiedades mecánicas y barrera a agua y
gases de envases de alimentos
Fibras naturales o cargas
minerales
Mejorar propiedades mecánicas
Para aumentar flexibilidad y resistencia al impacto del PLA
BIODEGRADABLES COMERCIALES
BASADOS EN PRODUCTOS NATURALES
POLÍMERO
PRODUCTO
FABRICANTE
Almidón
ó
MATER-BI®
Novamont (Italia)
GRACEBIO®
Grace Biotech Europe (España)
BIOPLAST®
Biotec GmbH & Co.KG.
(Alemania)
PLANTIC®
Plantic Technologies Ltd.
(Australia)
PSM®
PSM North
N th A
America
i (USA)
BIOSTARCH®
Biostarch Technology Pte Ltd.
(Australia)
NATUREFLEX®
Innovia Films
CLARIFOIL®
Clarifoil (Reino Unido)
PORTABIO®
API Laminates Limited
BIOGRADE®
Fkur Kunststoff GmbH
(Alemania)
Celulosa
BIODEGRADABLES COMERCIALES
PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS
POLÍMERO
PRODUCTO
FABRICANTE
Polihidroxialcanoatos
PHA
PHB
ENMAT®
Tianan Biologic (China)
BIOCYCLE®
PHB Industrial
I d t i l SA (Brasil)
(B il)
MIREL®
Metabolix (USA)
BIOPOL®
Monsanto-Metabolix (USA)
NODAX®
Meredian-Procter&Gamble (USA)
®
BIOMER L®
Biomer ((Alemania))
BIODEGRADABLES COMERCIALES
DE NATURALEZA SINTÉTICA
POLÍMERO
PRODUCTO
FABRICANTE
Ácido Poliláctico
NATUREWORKS®
INGEO®
Natureworks LLC (USA)
Cargill-Dow LLC (USA)
CEREPLAST®
Cereplast, Inc. (USA)
HYCAIL®
Hycail
REVODE®
Hysun Biomaterials Co. Ltd
PLA
Galactic-Futerro
Galactic
Futerro (Bélgica)
LACTY®
Shimadzu (Japón)
LACEA®
Mitsui Chemicals (Japón)
HEPLON®
Chronopol (USA)
ECO PLASTIC®
Toyota (Japón)
ECOLOJU®
Mitsubishi (Japón)
( p )
BIODEGRADABLES COMERCIALES
DE NATURALEZA SINTÉTICA
É
POLÍMERO
PRODUCTO
FABRICANTE
Policaprolactona
TONE®
Union Carbide Corporation
(USA)
CAPA®
Solvay (Bélgica)
CELGREEN®
Daicel (Japón)
PVAXX®
Reliance Industries
NICHIGO G-POLYMER
Nippon Goshei
ELVANOL®
DuPont
Polibutilen
succinato
/succinato
adipato
BIONOLLE®
Showa Highpolymer
Co (Japón)
Co.(Japón)
SKY GREEN BDP®
SK Polymers (Korea)
Polibutilen
adipato
di
teleftalato
(PBAT)
ECOFLEX®
BASF (Alemania)
ECOVIO®
BASF (Alemania)
BIOPAR
Biopolymer Technologies AG
Polivinil Alcohol
BIODEGRADABLES COMERCIALES
DE NATURALEZA SINTÉTICA
POLÍMERO
PRODUCTO
FABRICANTE
Mezclas PLA /
PBAT
ECOVIO®
BASF
BIOFLEX ®
FKUR
ECOPOND ® ¿?
KINGFA
APINAT
API (apiplastic)
Bioelastomeros
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
DEFINICIÓN:
Mediante el p
proceso de extrusión se obtiene una sección transversal constante
de longitud ilimitada, para lo que se obliga a pasar el material plástico fundido a
través de una boquilla con la forma de la sección que se desee obtener y bajo
unas condiciones controladas de presión y temperatura.
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
HUSILLO:
 Parte mas importante del proceso de extrusión junto con la boquilla y consta
de las siguientes partes:
Anchura del filete
Profundidad
del canal
Diámetro
exterior
Paso de
rosca
Angulo de
hélice
Diámetro interior
Alimentación
A l j
Anclaje
Compresión
Dosificación
L
Longitud
it d d
dell h
husillo
ill
El husillo se divide en tres zonas:
- De alimentación: donde compacta el material y su función principal es el
transporte.
- De compresión: donde se garantiza la homogeneización del fundido y su
plastificación.
- De dosificación: donde se garantiza la alimentación uniforme de la boquilla.
boquilla
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
HUSILLO:
El husillo se divide en tres zonas:
Zona d
Z
de alimentación
li
t ió
- Transportar del material sólido desde la tolva a la zona de transición.
- Calentamiento del material por calefactores externos.
- Compactar el material y permitir al aire atrapado salir por la tolva
tolva.
 Zona de transición
- Fundido del material (mezcla de material sólido y fundido).
- Calentamiento tanto p
por calor externo como por
p fricción.
- Compresión del material.
- Mezclado y homogeneización del material.
 Zona de dosificación
- Dosificación
ó del material a presión,
ó velocidad y temperatura constantes.
- Calentamiento por fricción.
- Mezclado y homogeneizado.

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
SELECCIÓN DE HUSILLO:
 Husillo p
para p
poliamida o materiales con estas características:
Zona de
alimentación
Zona de
dosificación
- Altos puntos de fusión.
- Puntos de fusión agudos.
agudos
- Un gran cambio de volumen al pasar del estado sólido al fundido.
- Viscosidad del fluido baja (el material fluye rápidamente).
Por estas razones el husillo para estos materiales deberá tener:
-
Una zona de alimentación muy larga.
Una zona de transición muy corta debido a la fundición instantánea.
Una relación de compresión de 6 : 1.
1
La profundidad de los filetes será pequeña en la zona de dosificación.
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
SELECCIÓN DE HUSILLO:
 Husillo p
para p
poliestireno o materiales con estas características:
Zona de
alimentación
Zona de
transición
Zona de
dosificación
- Bajos puntos de fusión.
- Ancho rango de temperatura de fusión
fusión.
- Un cambio de volumen considerable al pasar del estado sólido al fundido.
- Viscosidad del fluido media
Por estas razones el husillo para estos materiales deberá tener:
-
Una zona de alimentación muy corta.
Una zona de transición larga debido al amplio rango de fundido.
Una relación de compresión media
media.
La profundidad de los filetes media en la zona de dosificación.
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
SELECCIÓN DE HUSILLO:
 Relación de compresión,
p
, este p
parámetro se rige
g p
por el cambio volumétrico
que sufre el material al pasar del estado sólido al estado fundido.
1: 2,75
La relación de compresión se consigue de 2 formas, paso de rosca
constante
co
sta te y paso de rosca
osca variable.
a ab e
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
CONTROL DE PROCESO:
 Control de temperatura
p
Temperatura
p
Boquilla
Zona
alimentación
Zona
Transición
Zona
dosificació
n
Longitud de la extrusora
 Velocidad de procesado.
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
CONTROL DE PROCESO:
 Producción: El flujo total Qs = Qd - Qp – Ql;
Qs = A * N - (B * Ps ) / 
La constante A = (  / 2) * D * W * H * cos 
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
CONTROL DE PROCESO:
Los parámetros que interesa tener muy controlados, ya que cualquier variación
provocará
á cambios
bi significativos
i ifi ti
en ell proceso productivo,
d ti
son :
 velocidad del husillo : controla la velocidad de producción de la
extrusora.
extrusora
 par motor : controla el funcionamiento del motor y la viscosidad del
material.
 p
perfil de temperaturas
p
Además, se estudiará la dosificación y la relación entre el cabezal y el
husillo, para obtener la producción máxima.
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION
CONTROL DE PROCESO:
CASOS DE ESTUDIO
CASOS DE ESTUDIO
STARCHLAYER: Desarrollo de láminas coextruidas facilmente reciclables al
utilizar un material biodegradable (de fuente renovable) en la capa interna.
(2002-2004).
Financiación: CRAFT
“Fondo Social Europeo. 6º Programa Marco”.
CASOS DE ESTUDIO
STARCHLAYER
El objetivo fue desarrollar un material 100 % biodegradable y soluble en agua
que permitiera la posterior separación de los diferentes polímeros que componen
una estructura multicapa.
PE / BIOPOLIMERO/PS
1. Aumentando la efectividad económica del producto al reducir el desperdicio (recortes)
en el proceso de termoconformado al permitir su reutilización
ó mediante la separación
ó
de las capas.
2 Reemplazando los polímeros caros como el EVOH por nuevos materiales y
2.
manteniendo las propiedades barrera.
CASOS DE ESTUDIO
STARCHLAYER
Para ello:
1.
1
2.
3.
4
4.
5.
6.
Desarrolla
D
ll un BIOPOLIMERO con propiedades
i d d barrera.
b
Optimiza los proceso de transformación mediante coextrusión.
Termoconformado.
Validación del producto.
producto
Pruebas de delaminado.
Estudio de reciclabilidad.
CASOS DE ESTUDIO
LAFIBI: Desarrollo y optimización de “Composites” biodegradables adecuados
para procesos de termoconformado. (2003-2005).
A partir de biopolimeros y fibras naturales.
Financiación: PROFIT
Acción Horizontal de Apoyo a Centros Tecnológicos
Tecnológicos”..
“Acción
PROYECTOS CON BIODEGRADABLES
LAFIBI
El objetivo es desarrollar un nuevo compuesto 100 % biodegradable con las
características apropiadas
para fabricar envases termoconformados semisemi
rígidos.
1. Aumentando la densidad aparente
p
de la fibra mediante un proceso
p
de peletización.
p
2. Obtener compuestos de materiales biodegradables en base almidón + 10 % de
dif
diferentes
tipos
i
d
de fib
fibra peletizada
l i d (lino,
(li
algodón
l dó y kenaf)
k
f)
CASOS DE ESTUDIO
LAFIBI
3. Obtener láminas con los compuestos
p
desarrollados utilizando un equipamiento
q p
convencional.
4. Termoconformar las diferentes lámina obtenidas.
Lino
Kenaf
Algodón
CASOS DE ESTUDIO
PICUS: Desarrollo de fibras de material plástico 100 % biodegradable y
compostable para la fabricación de tutores de cultivo y de mallas para envases de
productos agrícolas.
í
(2004 – 2007)
Financiación: CRAFT
p
6º Programa
g
Marco”.
“Fondo Social Europeo.
CASOS DE ESTUDIO
PICUS
Obtención de tutor:
P
Proceso
d
de Hilado
Hil d de
d cuerda
d
[Extrusion-Stretch-Fibrillation-Twist-Winder]
Obtención de malla:
Proceso d
P
de Hilado
Hil d por Fusión
F ió
[Extrusion-Melt-Spinning]
CASOS DE ESTUDIO
PICUS
Compostabilidad
Biodegradation curve for PICUS materials
90
80
Biodegradation [%]
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Tim e [days]
PLA
Bionolle
Bio65PLA35_P
Bio90PLA10
CASOS DE ESTUDIO
MODPLA: Modificación de las propiedades físicas del PLA para el desarrollo de film
flexible para contacto con alimentos.(2005 – 2008).
Dos partes:
- Optimización de propiedades físico-mecánicas, formulación, procesado, etc.
- Optimización de propiedades barrera mediante la incorporación de nanocargas.
nanocargas
Financiación: IMPIVA
“Programa de cooperación tecnológica entre centros de investigación y tecnología”
Actuación 1: Proyectos de I+D+ i en cooperación propia”.
CASOS DE ESTUDIO
MODPLA
30
Teensión en MPa
20
10
0
0
200
400
Alargamiento en %
600
CASOS DE ESTUDIO
NATAL: Desarrollo de envases activos con aditivos naturales obtenidos de
residuos agroindustriales. (2009 – 2011).
Utilización de residuos agroindustriales como aditivos naturales
Financiación:
“Consorciados CC.TT”.
CASOS DE ESTUDIO
NATAL
Obtención de envases activos flexibles barrera,
barrera con efecto antimicrobiano y/o
antioxidante, a partir de aditivos naturales obtenidos de residuos agroindustriales
que sean aplicables en un amplio rango de alimentos y procesos de
conservación,
co
se ac ó , a
alargando
a ga do as
así su vida
da út
útil.
 Mejora de la funcionalidad de los envases alimentarios mediante el
desarrollo de envases activos.
 Desarrollo de envases activos mediante el empleo de aditivos naturales
(extractos de cebolla, ajo, uva, vino, aceitunas, …)
 Optimización de las condiciones de procesado para evitar la degradación de
los aditivos activos naturales .
CASOS DE ESTUDIO
ECOALIM: Desarrollo de ESTRUCTURAS biodegradables de alta barrera para la
obtención de nuevos envases alimentarios. (2010-2011).
CO2
O2
H 2O
N2
Fi
Financiación:
i ió Mi
Ministerio
i
i de
d Industria,
I d
i Turismo
T i
y Comercio
C
i
“Convocatoria CONSORCIO – Centros Tecnológicos”.
CASOS DE ESTUDIO
ECOALIM
El objetivo del presente proyecto es:
 La selección de materiales de bajo impacto biodegradables y compostables,
con propiedades barrera similares las de los materiales convencionales
utilizados en la actualidad.
 La adecuación del ciclo de vida del envase vs. p
producto envasado
 La optimización del final de la vida útil del envase.
CASOS DE ESTUDIO
BIOPOLI: Estudio y mejora de las propiedades de impresión sobre polímeros
biodegradables comerciales que son adecuados para la obtención de bolsa de un
solo uso. (2010-2011).
Financiación:IMPIVA
“Programa de I+D para Institutos Tecnológicos
Actuación 1: Proyectos de I+D propia”
propia .
CASOS DE ESTUDIO
BIOPOLI
El objetivo del presente proyecto es
 Orientar a los impresores en el empleo de
materiales biodegradables .
 Mejorar las características técnicas de dichos
materiales para adecuarlos a los requisitos de
los procesos y los productos gráficos.
gráficos
CASOS DE ESTUDIO
BIO P FARM: Envases biodegradables de baja capacidad obtenidos por
extrusión soplado de Cuerpo Hueco. (2011-2012).
Financiación: CDTI
“Interempresas nacional”.
CASOS DE ESTUDIO
BIO P FARM
Estudio y modificación de diferentes grados de materiales biodegradables
susceptibles de ser utilizados en extrusión soplado de cuerpo hueco para la
obtención de envases de baja capacidad 150 – 200 ml para su aplicación en
productos de para-farmacia: cremas, geles , champús, colutorios, …
MUCHAS GRACIAS