NEWDEFER: Formulación de nuevos materiales mediante tecnologías de modificación química en fundido y/o extrusión reactiva

Contexto

En las últimas décadas el consumo de materiales poliméricos, más conocidos como plásticos, se ha ido incrementando progresivamente, tendencia que se estima que continúe en los próximos años. Entre los sectores que mayor demanda de estos materiales representan se encuentra el del envase y embalaje.

Los estudios e investigaciones actuales demuestran que el potencial de sustitución de los materiales tradicionales de packaging por nuevos materiales sostenibles es elevado. No obstante, como toda nueva tecnología en desarrollo, aún se necesita trabajar en su escalado para que sea una realidad industrial.

Sin embargo, en línea con la estrategia europea de plásticos para la economía circular, en la que se indica que todos los envases de plástico de la Unión Europea deberán ser reciclables, reutilizables o compostables para el año 2030, se prevé que el posicionamiento de estos nuevos materiales en el mercado se acelere considerablemente.

Dentro de los materiales biobasados y biodegradables, aquellos que tienen mayor demanda actualmente son almidón y el PLA, al producirse con más facilidad y tener un precio más económico, manteniendo unas propiedades aceptables. Sin embargo, algunos productos tienen unos requerimientos de barrera y propiedades mecánicas superiores a los que ofrecen estos materiales, por lo que se plantea su modificación para superar esta barrera y generar un menor impacto en el medio ambiente.

Por otro lado, la vida útil y la pérdida de calidad de los alimentos es hoy una de las mayores preocupaciones dentro del sector alimentario. Por este motivo, desde la década de los 90 han ido surgiendo nuevas tecnologías de envasado, como es el envasado activo, en las que se logran interacciones beneficiosas entre el sistema de envasado y el alimento que ayudan a mejorar la calidad y seguridad del alimento envasado y su vida útil. Sin embargo, estas tecnologías requieren de la inclusión en el sistema de envasado activo de un mecanismo de iniciación para evitar que se pierda el agente activo antes de la incorporación del alimento.

Resumen y objetivos

En el proyecto NEWDEFER se pretenden desarrollar nuevos materiales para envase y embalaje con propiedades mejoradas combinando distintas tecnologías y tipos de materiales, de manera que se cubran las necesidades actuales de este sector cumpliendo al mismo tiempo con los requisitos que establece la estrategia europea de plásticos para la economía circular. Esta iniciativa da continuidad al proyecto DEFER, desarrollado por ITENE entre 2018 y 2019.

En concreto, en este nuevo proyecto se pretende llevar a cabo la modificación de matrices poliméricas tanto convencionales (EVOH) como biobasadas (PLA, almidón termoplástico, PBS…). Para ello se propone, como rutas de modificación, el empleo de dos tecnologías de modificación química (extrusión reactiva y fundido) de las distintas matrices poliméricas mediante la formación de mezclas de distintos biopolímeros modificados, así como la adición de refuerzos y agentes compatibilizantes.

Asimismo, se propone el desarrollo de envases activos antimicrobianos y antioxidantes basados en polímeros funcionales dinámicos. En concreto, son tres las líneas de actuación.

• Modificación química mediante extrusión reactiva de copolímeros de etilen vinil alcohol (EVOH) con el fin de obtener materiales con propiedades mejoradas, esto es, disminuir la sensibilidad a la humedad y aumentar la afinidad con otros materiales para evitar el uso de adhesivos cuando estos materiales sean utilizados en estructuras multicapa.
• Modificación química en fundido de biopolímeros y desarrollo de mezclas basadas en biopolímeros modificados (TPS, PLA, PBS, PHB…) para mejorar su funcionalidad, especialmente en propiedades barrera, resistencia mecánica y procesabilidad.
• Desarrollo de polímeros funcionales dinámicos mediante la incorporación de moléculas naturales con actividad antimicrobiana o antioxidante para su aplicación en el envasado activo de alimentos, de forma que se consiga alargar su vida útil.

Resultados

• Desarrollo de un film multicapa, con una estructura simplificada, gracias al uso del copolímero EVOH funcionalizado, con reducida sensibilidad a la humedad y con aumentada compatibilidad con poliolefinas para uso en envase alimentario y productos higiene/cosmética que requieren alta barrera.
• Desarrollo de formulaciones de biopolímeros reforzados con copolímeros para aplicaciones de inyección de envase rígido biodegradable o compostable. Se ha trabajado con dos biopolímeros, el polibutileno succinato (PBS) y el polihidroxibutirato-co-valerato (PHBV), para los que se han sintetizado copolímeros a medida, que se introducen en la matriz polimérica en fundido, con el fin de mejorar la procesabilidad y las propiedades barrera de los biopolímeros.
• Así se posibilita su uso en aquellas aplicaciones en las que la barrera del biopolímero como monomaterial resultaba insuficiente para proteger adecuadamente ciertos alimentos, además de alcanzarse condiciones de procesado similares a los materiales convencionales.
• Desarrollo por extrusión de materiales activos basados en EVOH conteniendo distintos compuestos naturales bioactivos con actividad antioxidante y/o antimicrobiana.

Sesión de transferencia tecnológica