biopolimeros. procesabilidad yprocesabilidad y … · derivados de celulosa: hidroximetil celulosa,...

BIOPOLIMEROS.Procesabilidad yProcesabilidad 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 BioplasticsFuente: European Bioplastics

DEGRADACIÓN

Degradación plásticos:

Proceso irreversible que conduce a un cambio significativo y permanente en la estructura del material así como pérdida de propiedades y/o fragmentación.p p p y/ g

Mecanismos:

• Fotodegradación por luz natural

• Oxidación por aditivos químicos

• Degradación térmica

• Degradación mecánicaDegradación mecánica

• Biodegradación por microorganismosPOLÍMEROS

BIODEGRADABLES

BIODEGRADABILIDAD

Capacidad intrínseca de un material para ser degradado por la acción natural demicroorganismos (bacterias, hongos, algas), para obtener progresivamente unaestructura más simple. El material se convierte en dióxido de carbono, agua y/oestructura más simple. El material se convierte en dióxido de carbono, agua y/ometano 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 cadenasRUPTURA DE CADENAS (1ª etapa)

2. MineralizaciónRUPTURA DE CADENAS (1 etapa)

HIDRÓLISIS OXIDACIÓNHIDRÓLISISAgente: agua

OXIDACIÓNAgente: calor, luz, etc

POLÍMEROS BIODEGRADABLES

POLÍMEROS OXO-BIODEGRADABLES

(polímeros M ti d bi d d ió tradicionales+aditivos)

Mayor tiempo biodegradación (> 1 año)

Menor tiempo de biodegradación (hasta 6 meses)

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA BIODEGRADACIÓN

Tamaño molecular y estructura química

Población microbiana y actividad enzimáticay

Condiciones ambientales:

Oscuridad

Humedad

Temperatura

pH

Cantidad de oxígeno disponible

Nutrientes

¿ POR QUÉ BIODEGRADABLES?

Reducción de residuos plásticos tradicionales que necesitan ser incinerados para sueliminación o reciclados para su posterior uso.p p

Menor consumo energético en procesado debido a menores perfiles de temperatura(en general).

Procesables mediante técnicas tradicionales Procesables mediante técnicas tradicionales.

Tendencia al descenso del precio (1.5-3 veces más que derivados del petróleo. Era 5veces más caro hace 10 años).

Reducción de emisión de gases invernaderos (CO2).

Necesidad de guardar recursos fósiles para aplicaciones donde no pueden sersustituidos.

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, 1049-1061 (2007)G. Kate, R. Auras, SP Singh, R. Narayan, Polymer Testing, 26, 1049 1061 (2007)

COMPOSTABILIDAD

Compostabilidad:

Propiedad de un material que experimenta degradaciónbiológica durante la formación de compost para producirbiológica durante la formación de compost para producirdióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa,a una rapidez consistente con otros materiales compostables,sin residuos distinguibles visualmente ni residuos tóxicossin residuos distinguibles visualmente ni residuos tóxicos.

Compost: materia orgánica (humus) relativamente estable Compost: materia orgánica (humus) relativamente estableresultante de un proceso de descomposición en el que lasbacterias del suelo, mezcladas con la basura y con desperdiciosdegradables, convierten dicha mezcla en fertilizantesdeg adab es, co e te d c a e c a e e t a tesorgánicos.

Un plástico compostable debe ser también biodegradable pero un plástico biodegradable nobiodegradable, pero un plástico biodegradable no

necesita ser compostable.

COMPOSTABILIDADCaracterísticas de materiales compostables según Norma EN 13432:

Caracterización química. Material exento de sustancias tóxicasy peligrosasy peligrosas

Biodegradable en un 90%, en menos de 6 meses (EN 14855).

Desintegración: fragmentación y pérdida de visibilidad en el

Calidad del Compost y Ecotoxicidad. Ausencia de efectos negativos en proceso de

compost final. Tamizado del material después de los 3 meses: el material >2mm deber ser menor del 10% de la masa inicial.

p y g pcompostaje.

Bajos niveles de metales pesados y ausencia de efectos negativos en la calidaddel compost.p

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 que no deben cambiar después de la Otros parámetros físico-químicos que no deben cambiar después de ladegradación: pH, salinidad, volátiles, N, P, Mg, K.

COMPOSTABILIDAD

Características de materiales compostables según Norma EN 13432:

CICLO DE VIDA ÚTILProductos acabados

Recogida residuos orgánicos

ProducciónIntermedios

g

Fabricación.Procesado

Compost

BiodegradaciónMaterias primas renovables

Fotosíntesis

Extracción CO2, H2OBiomasa

Ciclo de vida. Fuente: www.european-bioplastics.org

FotosíntesisProductos agrícolas

¿QUÉ SON LOS POLÍMEROS BIODEGRADABLES?

BIODEGRADABLE NO BIODEGRADABLE

GEN

V

AB

LE

Ejemplos:

Ejemplos:

PA 11 Rilsan® (Arkema), Polietileno ecológico a partir

OR

IGR

ENO

V

Almidón, PHAs, PLA, etc.Polietileno ecológico a partir

de caña de azúcar (Braskem), etc.

NO

B

LE

Ejemplos:

l h l l ílEjemplos:

OR

IGEN

R

ENO

VA

B Alcohol polivinílico, poliésteres sintéticos (PBS, PBAT, PTT,etc)

Polímeros convencionales (PP, PE, PET, etc)

O R

CLASIFICACIÓN

A) Fuentes Renovables

B) F t blB) Fuentes no renovables

MATERIALES BIODEGRADABLES

FUENTES RENOVABLES

NATURALES(Biomasa)

SÍNTESIS CON MONÓMEROS (Biomasa)

MICROORGANISMOS

PHAs

POLISACÁRIDOS

A i l Pl t

PLAÁcido polilácticoPROTEINAS

PHAsPolihidroxialcanoatos

PHBAlmidón

Celulosa

Animales Plantas

Caseina Zeina

Polihidroxibutirato

PHBV

PGA Ácido

poliglicólico

Quitina y quitosano

Colágeno

Gelatina

Gluten

Soja

Polihidroxibutirato-co-valeriato

Suero


FUENTES NO RENOVABLES

SINTÉTICOS(Petróleo)

PVOHPolivinilalcohol

POLIÉSTERES ALIFÁTICOS

POLIÉSTERES AROMÁTICOS

PCLPolicaprolactona

PBATPolibutilen

adipato/tereftalatoPBS, PBSA

Polibutilen succinatoP lib til i t di tPolibutilen succinato adipato


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 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


En base CELULOSA

Origen: paredes celulares de plantas Origen: paredes celulares de plantas

Polisacárido lineal de alto peso molecular

Polímero natural más abundante que existe

ó í Celulosa natural tiene mala procesabilidad. Requiere modificación química.

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

Grados comerciales: NatureFlex®, Clarifoil®, PortaBio®, Biograde®, …

Procesado: extrusión, moldeo por compresión, moldeo por inyección Fácil degradado durante su procesado


QUITOSAN

Procede de exoesqueletos de crustáceos

QUITINA Procede de exoesqueletos de crustáceos

Biopolímero hidrofílico. Soluble en agua

Alto peso molecular. Estructura lineal no ramificada QUITOSAN

Deacetilación

Barrera a gases. Resistente a grasas

Aplicaciones:

COSMÉTICOS hidratante, emulsificante, espesante, formación de películas. Salud: control del colesterol,, , p , p ,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 yespesante, 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 deTRATAMIENTO AGUAS procesamiento de alimentos, agua potable, remoción de colorantes, remoción demetales.


PLA (Ácido Poliláctico)

Polimerización ácido láctico (fermentación azúcar maíz) Polimerización ácido láctico (fermentación 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 Buena barrera a gases y aromas

Temperatura de fusión (~170ºC)

Es transparente y presenta buen acabado superficial.

Buena procesabilidad. Extrusión, inyección y termoconformado


PLA (Ácido Poliláctico)

Propiedades entre las de PS y PET Propiedades entre las de PS y PET

Se puede fabricar PLA flexible añadiendoplastificantes

A li i fil d d li t Aplicaciones: film para envasado de alimentos,envase termoconformado, artículos de menaje,botellas, bandejas espumadas.

Grados comerciales: NatureWorks® Hycail® R. Auras, S.P. Singh, J. Singh; J. Testing Grados comerciales: NatureWorks®, Hycail®,Revode®, …

, g , g ; gEvaluation, 34 (6), (2006)

Inconveniente Solución EjemploInconveniente Solución Ejemplo

FRAGILIDAD Plastificantes DOA (dioctiladipato)

BARRERA A O2 Y CO2 Nanocomposites FilosilicatosBARRERA A O2 Y CO2 Nanocomposites Filosilicatos Laminares


PGA (Ácido Poliglicólico)

Polimerización de ácido glicólico (origen: caña de azúcar) Polimerización de ácido glicólico (origen: caña de azúcar)

Termoplástico biodegradable

No soluble en la mayoría de disolventes orgánicos, pero sensible a hidrólisis.

ó Problemas de procesado por su alta temperatura de fusión (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) Grados comerciales: Dexon® (suturas biodegradables),…


PHA´s

Fermentación de azúcar y lípidos por bacterias 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 Sensible a degradación térmica Muy quebradizo. Sensible a degradación térmica

Extrusión complicada. Viscosidad muy baja

PHB: termoplástico cristalino, muy frágil

PHBV: más flexible más fácil de procesar PHBV: más flexible, más fácil de procesar

Propiedades mecánicas similares a PP

Propiedades barrera similares a PET

Aplicaciones: contenedores de aceite láminas botellas aplicaciones médicas

Gránulos de PHB en cepa de bacteria

Aplicaciones: contenedores de aceite, láminas, botellas, aplicaciones médicas

Grados comerciales: Enmat®, Biocycle®, Biomer®…


PVOH

PVOH es un termoplástico semicristalino PVOH es un termoplástico semicristalino

Biodegradable (en gran variedad de microorganismos)

Es soluble en agua.

í Difícil procesado (sin plastificantes se degrada). Moldeo por casting

Es un excelente barrera a gases

Sellable por calor Incremento solubilidadIncremento flexibilidad

Incremento viscosidadIncremento resistencia tracciónIncremento resistencia al agua

Aplicaciones en envasado, textil,

bolsas, láminas multicapa, etc.

Grados comerciales: Mowiol®

Incremento flexibilidadIncremento sensibilidad aguaIncremento facilidad solvatación

Incremento resistencia al aguaIncremento resistencia solvataciónIncremento resistencia adhesivo

PESO MOLECULAR

% HIDRÓLISIS

AumentandoDisminuyendo

Grados comerciales: Mowiol®,

PVAXX®, Elvanol®,

NICHIGO G-POLYMER

Incremento solubilidadIncremento flexibilidadIncremento sensibilidad aguaIncremento adhesión a superficies hidrofóbicos

Incremento resistencia aguaIncremento resistencia tracciónIncremento resistencia disolventesIncremento adhesión a superficies hidrofílicas

% HIDRÓLISIS

hidrofóbicos


PCL

Polímero biodegradable y compostable procedente del petróleo Polímero biodegradable y compostable procedente del petróleo

Termoplástico semicristalino de baja viscosidad (poliéster alifático) Tm=59-64ºC

Flexible, similar LDPE. Baja resistencia térmica

ó Baja procesabilidad debido a baja viscosidad (Tª extrusión 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 mejorarpropiedades.

Grados comerciales: Tone®, CAPA®, …


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 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®


Poliésteres aromáticos (PBAT)

Termoplástico amorfo compostable y biodegradable Termoplástico amorfo, compostable y 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

SOPLADO HILADO FIBRAS

TERMOCONFORMADO

Almidón X X X X

Celulosa X X X X

PHB X X X X XX X X X X

PLA X X X X

PBS/PBSA X X X

PCL X X X

PBAT X

PVOH 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)(MPa)

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 1 25 1 28 11 46 19 58 85PVOH 213 – 216 4.5 – 10.5 1.25 – 1.28 11 – 46 19 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

PBSA 93 – 95 1.4 – 1.5 1.23 34 – 47 400 – 900 -45

POTENCIAL SUSTITUCIÓN

PVC HDPE LDPE PP PS PMMA PA PET PBT PC POM PUR ABS

Almidón - - + + - - - - - - - + -

PLA - + + + + -/+ + + - - - -/+ -

PHBV + ++ ++ ++ - - - + - - - + -

PHB - + - ++ + - - - - - - - +

La sustitución vendrá dada en función de la propiedades precio y densidad

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, 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).

l ( l l ) Estructuras multicapa (encapsular o proteger materiales).

Adición de cargas inorgánicas: talco, CaCO3, filosilicatos laminares, fibras, etc (incremento propiedades barrera incremento propiedades mecánicas)(incremento propiedades barrera, incremento propiedades mecánicas).

COMPOSITESCOMPOSITES

NANOCOMPOSITES

MEJORA DE PROPIEDADES

Ejemplos:

PCL+ l idóPCL+almidónPCL+butirato de celulosaPLA+almidón

Mejorar propiedades mecánicas y barrera a agua y gases de envases de alimentos

…

AlmidónPBS Fibras naturales o cargas Mejorar propiedades mecánicas+PBS…

minerales

PLA+PCLPLA+PBSAPLA+PBSAPLA+PEGPLA+PBAT…

Para aumentar flexibilidad y resistencia al impacto del PLA

…

BIODEGRADABLES COMERCIALES

BASADOS EN PRODUCTOS NATURALES

POLÍMERO PRODUCTO FABRICANTE

óAlmidón MATER-BI® Novamont (Italia)

GRACEBIO® Grace Biotech Europe (España)

BIOPLAST® Biotec GmbH & Co.KG. (Alemania)

PLANTIC® Plantic Technologies Ltd. (Australia)

PSM® PSM N th A i (USA)PSM® PSM North America (USA)

BIOSTARCH® Biostarch Technology Pte Ltd. (Australia)

Celulosa NATUREFLEX® Innovia FilmsCelulosa NATUREFLEX® Innovia Films

CLARIFOIL® Clarifoil (Reino Unido)

PORTABIO® API Laminates Limited

BIOGRADE® Fkur Kunststoff GmbH (Alemania)


PRODUCIDOS POR MICROORGANISMOS


PolihidroxialcanoatosPHA

ENMAT® Tianan Biologic (China)

BIOCYCLE® PHB I d t i l SA (B il)PHB

BIOCYCLE® PHB Industrial SA (Brasil)

MIREL® Metabolix (USA)

BIOPOL® Monsanto-Metabolix (USA)BIOPOL® Monsanto-Metabolix (USA)

NODAX® Meredian-Procter&Gamble (USA)

BIOMER L® Biomer (Alemania)® ( )


DE NATURALEZA SINTÉTICA


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 (Bélgica)PLA Galactic Futerro (Bélgica)

LACTY® Shimadzu (Japón)

LACEA® Mitsui Chemicals (Japón)

HEPLON® Chronopol (USA)

ECO PLASTIC® Toyota (Japón)

ECOLOJU® Mitsubishi (Japón)( p )


ÉDE NATURALEZA SINTÉTICA


Policaprolactona TONE® Union Carbide Corporation (USA)

CAPA® Solvay (Bélgica)

CELGREEN® Daicel (Japón)

PVAXX® Reliance Industries

Polivinil Alcohol NICHIGO G-POLYMER Nippon Goshei

ELVANOL® DuPont

Polibutilen succinato

BIONOLLE® Showa Highpolymer Co (Japón)succinato

/succinato adipato

Co.(Japón)

SKY GREEN BDP® SK Polymers (Korea)

Polibutilen di

ECOFLEX® BASF (Alemania)adipato teleftalato (PBAT)

ECOVIO® BASF (Alemania)

BIOPAR Biopolymer Technologies AG


DE NATURALEZA SINTÉTICA


Mezclas PLA / PBAT

ECOVIO® BASF

BIOFLEX ® FKURBIOFLEX ® FKUR

ECOPOND ® ¿? KINGFA

Bioelastomeros APINAT API (apiplastic)

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓNPROCESOS DE TRANSFORMACIÓN

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN. EXTRUSION

DEFINICIÓN:

Mediante el proceso de extrusión se obtiene una sección transversal constantepde longitud ilimitada, para lo que se obliga a pasar el material plástico fundido através de una boquilla con la forma de la sección que se desee obtener y bajounas condiciones controladas de presión y temperatura.


HUSILLO:

Parte mas importante del proceso de extrusión junto con la boquilla y constade las siguientes partes:

Anchura del fileteProfundidad

del canalDiámetroexterior

Paso de rosca

Angulo de hélice

Alimentación

Diámetro interior

Compresión Dosificación

L it d d l h illA l j

El husillo se divide en tres zonas:- De alimentación: donde compacta el material y su función principal es el

Longitud del husilloAnclaje

transporte.- De compresión: donde se garantiza la homogeneización del fundido y su

plastificación.De dosificación: donde se garantiza la alimentación uniforme de la boquilla- De dosificación: donde se garantiza la alimentación uniforme de la boquilla.


HUSILLO:

El husillo se divide en tres zonas:

Z d li t ió Zona de alimentación- 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- Compactar el material y permitir al aire atrapado salir por la tolva.

Zona de transición- Fundido del material (mezcla de material sólido y fundido).- Calentamiento tanto por calor externo como por fricción.p p- Compresión del material.- Mezclado y homogeneización del material.

Zona de dosificaciónó ó- Dosificación del material a presión, velocidad y temperatura constantes.

- Calentamiento por fricción.- Mezclado y homogeneizado.


SELECCIÓN DE HUSILLO:

Husillo para poliamida o materiales con estas características:p p

Zona de alimentación

Zona de dosificación

- Altos puntos de fusión.- Puntos de fusión agudosPuntos de fusión 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: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 : 1Una relación de compresión de 6 : 1.- La profundidad de los filetes será pequeña en la zona de dosificación.



Husillo para poliestireno o materiales con estas características:p p

Zona de alimentación

Zona de dosificación

Zona de transición

- Bajos puntos de fusión.- Ancho rango de temperatura de fusiónAncho rango de temperatura de 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: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 mediaUna relación de compresión media.- La profundidad de los filetes media en la zona de dosificación.



Relación de compresión, este parámetro se rige por el cambio volumétricop , p g pque 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 y paso de rosca variable.co sta te y paso de osca a ab e


CONTROL DE PROCESO:

Control de temperaturap

Temperaturap

Boquilla

Zona alimentación

Zona Transición Zona

dosificación

Velocidad de procesado.Longitud de la extrusora


CONTROL DE PROCESO:

Producción: El flujo total Qs = Qd - Qp – Ql;

Qs = A * N - (B * Ps ) /

La constante A = ( / 2) * D * W * H * cos


CONTROL DE PROCESO:

Los parámetros que interesa tener muy controlados, ya que cualquier variación á bi i ifi ti l d tiprovocará cambios significativos en el proceso productivo, son :

velocidad del husillo : controla la velocidad de producción de la extrusoraextrusora. par motor : controla el funcionamiento del motor y la viscosidad del material. perfil de temperaturas p p

Además, se estudiará la dosificación y la relación entre el cabezal y el husillo, para obtener la producción máxima.


CONTROL DE PROCESO:

CASOS DE ESTUDIOCASOS 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/PSPE / BIOPOLIMERO/PS

1. Aumentando la efectividad económica del producto al reducir el desperdicio (recortes) ó óen el proceso de termoconformado al permitir su reutilización mediante la separación

de las capas.

2 Reemplazando los polímeros caros como el EVOH por nuevos materiales y2. Reemplazando los polímeros caros como el EVOH por nuevos materiales y manteniendo las propiedades barrera.

CASOS DE ESTUDIO

STARCHLAYER

Para ello:1 D ll BIOPOLIMERO i d d b1. Desarrolla un BIOPOLIMERO con propiedades barrera.2. Optimiza los proceso de transformación mediante coextrusión. 3. Termoconformado.4 Validación del producto4. Validación del producto.5. Pruebas de delaminado.6. 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”.Acción Horizontal de Apoyo a Centros Tecnológicos .

PROYECTOS CON BIODEGRADABLES

LAFIBI

El objetivo es desarrollar un nuevo compuesto 100 % biodegradable con lascaracterísticas apropiadas para fabricar envases termoconformados semicaracterísticas apropiadas para fabricar envases termoconformados semi-rígidos.

1. Aumentando la densidad aparente de la fibra mediante un proceso de peletización. p p p

2. Obtener compuestos de materiales biodegradables en base almidón + 10 % de dif i d fib l i d (li l dó k f)diferentes tipos de fibra peletizada (lino, algodón y kenaf)

CASOS DE ESTUDIO

LAFIBI

3. Obtener láminas con los compuestos desarrollados utilizando un equipamiento convencional. p q p4. 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

íproductos agrícolas. (2004 – 2007)

Financiación: CRAFT“Fondo Social Europeo. 6º Programa Marco”.p g

CASOS DE ESTUDIO

PICUS

Obtención de tutor:

P d Hil d d dProceso de Hilado de cuerda

[Extrusion-Stretch-Fibrillation-Twist-Winder]

Obtención de malla:

P d Hil d F ióProceso de Hilado por Fusión [Extrusion-Melt-Spinning]

CASOS DE ESTUDIO

PICUS

Compostabilidad

Biodegradation curve for PICUS materials

80

90

40

50

60

70

80

grad

atio

n [%

]

0

10

20

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Bio

de

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Time [days]

PLA Bionolle Bio65PLA35_P Bio90PLA10

CASOS DE ESTUDIOMODPLA: Modificación de las propiedades físicas del PLA para el desarrollo de film

flexible para contacto con alimentos.(2005 – 2008).

Dos partes:Dos partes:- Optimización de propiedades físico-mecánicas, formulación, procesado, etc.

Optimización de propiedades barrera mediante la incorporación de nanocargas- Optimización de propiedades barrera mediante la incorporación de 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

2020

ensi

ón e

n M

Pa

10Te

0 200 400 6000

Alargamiento en %

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:Financiación:“Consorciados CC.TT”.

CASOS DE ESTUDIO

NATAL

Obtención de envases activos flexibles barrera con efecto antimicrobiano y/oObtención de envases activos flexibles barrera, con efecto antimicrobiano y/oantioxidante, a partir de aditivos naturales obtenidos de residuos agroindustrialesque sean aplicables en un amplio rango de alimentos y procesos deconservación, alargando así su vida útil.co se ac ó , a a ga do as su da út

Mejora de la funcionalidad de los envases alimentarios mediante eldesarrollo de envases activos.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 deOptimización de las condiciones de procesado para evitar la degradación delos aditivos activos naturales .

CASOS DE ESTUDIO

ECOALIM: Desarrollo de ESTRUCTURAS biodegradables de alta barrera para la

obtención de nuevos envases alimentarios. (2010-2011).

O2CO2 2

N2

2

H2O

Fi i ió Mi i i d I d i T i C iFinanciación: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio“Convocatoria CONSORCIO – Centros Tecnológicos”.

CASOS DE ESTUDIOECOALIM

El objetivo del presente proyecto es: La selección de materiales de bajo impacto biodegradables y compostables,La selección de materiales de bajo impacto biodegradables y compostables,

con propiedades barrera similares las de los materiales convencionalesutilizados en la actualidad.

La adecuación del ciclo de vida del envase vs. producto envasadop 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”Actuación 1: Proyectos de I+D propia .

CASOS DE ESTUDIO

BIOPOLI

El objetivo del presente proyecto esEl objetivo del presente proyecto es Orientar a los impresores en el empleo de

materiales biodegradables .

Mejorar las características técnicas de dichosmateriales para adecuarlos a los requisitos delos procesos y los productos gráficoslos procesos y los productos 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 biodegradablessusceptibles de ser utilizados en extrusión soplado de cuerpo hueco para lasusceptibles de ser utilizados en extrusión soplado de cuerpo hueco para laobtención de envases de baja capacidad 150 – 200 ml para su aplicación enproductos de para-farmacia: cremas, geles , champús, colutorios, …

MUCHAS GRACIASMUCHAS GRACIAS

biopolimeros. procesabilidad yprocesabilidad y … · derivados de celulosa: hidroximetil celulosa,...

Documents