KraussMaffei desarrolla un bioplástico reforzado con lignina
26/01/2024
KraussMaffei y Synergie Horizon han desarrollado un bioplástico biológicamente reforzado con hasta un 30% de lignina en la matriz de PLA, que presenta propiedades avanzadas.
KraussMaffei Extrusion GmbH y el Grupo Synergie Horizon han desarrollado un proceso para la producción de un termoplástico reforzado completamente de base biológica: PLA reforzado con lignina.
Según Lars Darnedde, gerente de proyectos en KraussMaffei Extrusion, el nuevo desarrollo es fruto de su experiencia en compuestos y de los conocimientos de Synergie Horizon en la preparación de lignina. De esta manera, han conseguido un compuesto de PLA con un hasta un 30% de lignina con propiedades antioxidantes naturales, propiedades mecánicas mejoradas y biodegradabilidad controlada.
La lignina es un polímero natural, frecuentemente desechado como subproducto de la industria del bioetanol. Su tratamiento mediante el proceso de hidrólisis genera resultados muy beneficiosos para numerosas aplicaciones. Así, a través de la purificación de la lignina hasta su modificación química y funcionalización se consiguen productos derivados aptos, por ejemplo, para la extracción de petróleo y gas, la producción de baterías, el tratamiento de agua, o la alimentación animal.
La evolución de la lignina de subproducto a refuerzo
Synergy Horizon Poland ha logrado producir polvo de lignina fluido que puede dosificarse directamente en una extrusora como relleno. La lignina es una sustancia 100% natural que constituye, tras la celulosa, el material orgánico más abundante en la Tierra. En este sentido, puede extraerse de la biomasa lignocelulósica mediante diversos métodos, como la hidrólisis de la biomasa para la producción de bioetanol, que la genera como un subproducto.
De este modo, la lignina procedente del proceso de hidrólisis posee propiedades únicas. Actualmente se producen cerca de 50 millones de toneladas de lignina en todo el mundo como subproducto del procesamiento de madera en las industrias papelera y de bioetanol. El 98% de esta lignina se incinera.
Si bien numerosos proyectos de investigación habían tratado hasta ahora el aprovechamiento de esa lignina, ninguno había tenido en cuenta su uso como relleno en una matriz biopolimérica. Y es que, como explica Alexander Gonchar, jefe de investigación y desarrollo en Synergy Horizon,»procesar lignina de hidrólisis no es una tarea fácil«. Como resultado del trabajo conjunto con KraussMaffei, Synergy Horizon ha sido capaz de poner en marcha una línea de producción comercial para fabricar polvo de lignina.
El papel de KraussMaffei
En todo este desarrollo, KraussMaffei, en su centro técnico de Laatzen, ha conseguido incorporar la lignina en polvo en la matriz de PLA. Así, han sido capaces de incorporar hasta un 30% de lignina con sus equipos de extrusión ZE Blue Power 28 y ZE Blue Power 42. Para ello, como apunta Lars Darnedde, KraussMaffei tuvo que adaptar la configuración del husillo a la lignina con elementos de mezcla pesados y sensibles, y operar a una temperatura máxima de 160°C. Igualmente, emplearon una zona de llenado de 6 D como desgasificación lateral.
Según Darnedde, la generación de extrusoras ZE BluePower, con su Da/di óptimo de 1.55, ofrece todas estas posibilidades «listas para usar» y es perfectamente adecuada para procesar estos polímeros sensibles a la temperatura y al corte.
De este modo, tanto la adaptación de la extrusora como la óptima preparación de la lignina por parte de Synergy Horizon han hecho posibles los resultados mencionados. Todo ello tras numerosas pruebas mecánicas en las que se comparó también con el PLA puro. De este modo, el refuerzo con lignina permite aumentar los módulos de flexión y tracción en alrededor del 30%.
Propiedades del nuevo compuesto y aplicaciones
Se trata de unas propiedades válidas para aplicaciones de envases donde el material debe ser lo suficientemente rígido para mantener su forma bajo carga. Además, la lignina ofrece también propiedades antioxidantes, algo especialmente útil en aplicaciones de envasado de alimentos. Ya que previene la oxidación de los alimentos y ayuda a mantener su calidad y seguridad al inhibir la oxidación radical. Ello evita la formación de sabores desagradables, olores o compuestos tóxicos.
Además, el biocompuesto con lignina no tiene olor, a diferencia de otros tipos de lignina, lo que refuerza su idoneidad para el envasado de alimentos. Igualmente, podría aplicarse a plásticos biodegradables para fines agrícolas, como películas mulch, para protegerlos de la degradación oxidativa.
Por otro l ado, los biocompuestos de PLA con lignina presentan propiedades de biodegradación mejoradas, con tasas superiores al 90% en 99 días. De este modo, se diferencian del PLA puro, que tiene una biodegradabilidad limitada debido a su dependencia de enzimas específicas y condiciones industriales.
En España, KraussMaffei está representada por la empresa Coscollola.
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