Un equipo del Departamento de Logística Aplicada y Ciencia de Polímeros de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kaiserslautern, dirigido por el Prof. Dr. Gregor Grun y el Prof. Dr. Sergiy Grishchuk, está investigando el uso de materias primas de base biológica o recicladas en el procesamiento semi-industrial de poliuretano como parte del proyecto internacional de la UE BIOMAT.
Las materias primas sostenibles y la reducción de las emisiones de CO2 en la producción de espumas flexibles y otros productos de poliuretano son cada vez más importantes. Muchas empresas de la industria y el comercio se preguntan cómo pueden reducir la proporción de petróleo y agentes espumantes perjudiciales para el medio ambiente en su producción. Por eso se puso en marcha BIOMAT en 2021.
En el marco del proyecto europeo BIOMAT, un equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kaiserslautern investiga el uso de materias primas de origen biológico o recicladas en el procesado de poliuretano. Las pruebas prácticas se están realizando con la planta piloto LABFOAM de Hennecke.
En este proyecto financiado por la UE, científicos de ocho países investigan el desarrollo de espumas y compuestos sostenibles con una elevada proporción de materias primas renovables. El objetivo de BIOMAT es reducir entre un 30% y un 50% los gases de efecto invernadero producidos en la fabricación de espumas y compuestos y sustituir más de la mitad del material utilizado por materias primas renovables. Este proyecto de investigación requiere numerosos ensayos con diversas materias primas nuevas en una amplia gama de formulaciones para investigar el comportamiento respectivo de la espuma, la durabilidad y otras propiedades de los productos. Con el fin de obtener resultados reproducibles y, en particular, para evitar las manidas “pruebas de la taza”, en 2022 se puso en funcionamiento un LABFOAM de Hennecke en el campus de Pirmasens de la Universidad de Kaiserslautern. El sistema de máquinas es el socio ideal para series de pruebas e innovaciones de productos en el campo del procesamiento de poliuretano.
Simulación de una gran planta industrial
Desarrollar y probar nuevas formulaciones en una planta convencional de bloques es una tarea que requiere muchos recursos. Por este motivo, Hennecke ha desarrollado el LABFOAM, que, en pocas palabras, reproduce la parte reactiva (parte húmeda) de una planta de producción continua a pequeña escala, lo que permite realizar series de pruebas con cantidades de producción reducidas. No obstante, consigue resultados de calidad casi equivalente a los de una planta de producción continua. Se utilizan bombas dosificadoras de alta presión y alta precisión, así como la acreditada tecnología de mezclado de Hennecke. Además, cada línea de dosificación individual está diseñada para procesar una gama de materias primas específica para cada aplicación, de modo que se puede realizar una gama igualmente amplia de posibles series de pruebas. De este modo, con un aporte mínimo de materias primas, es posible simular y probar con precisión los resultados de una producción industrial altamente escalable.
Biopolipoles a partir de residuos orgánicos
En el Campus de Pirmasens se investigan actualmente las propiedades de los materiales y las aplicaciones potenciales de los biopolipoles, también por encargo de empresas industriales concretas. “Los biopolipoles se obtienen preferentemente de residuos orgánicos”, explica el Prof. Dr. Gregor Grun. Pueden ser ácidos grasos, triglicéridos, azúcares u otros residuos orgánicos adecuados. Sin embargo, en la actualidad muchos de estos materiales siguen siendo difíciles de obtener comercialmente. Un reto particular en el uso de biopolíoles es también que consisten en grupos hidroxilos secundarios y, por tanto, reaccionan comparativamente más despacio.
Al mismo tiempo, hay que prestar atención a la baja fluidez de muchos biopolialcoholes, para lo cual, sin embargo, LABFOAM es excelentemente adecuado, ya que está diseñado para viscosidades de hasta 35.000 mPas. Además de la extracción de biopolíoles, la investigación en el departamento de polímeros de Pirmasens también incluye la síntesis de biopoliésteres para producir materiales que sean lo más compostables posible o para mejorar el reciclaje de espumas de poliuretano.
LABFOAM: El socio ideal para series de pruebas de lingotes e innovaciones de productos.
LABFOAM - una buena elección
Hay varias buenas razones por las que la universidad eligió el equipo de laboratorio LABFOAM de Hennecke. Especialmente importantes para el equipo de investigación fueron la capacidad de automatización, las líneas de dosificación independientes y los parámetros ajustables individualmente para los hasta 25 componentes diferentes de la materia prima. “Otro impresionante punto a favor del LABFOAM es la tecnología patentada NOVAFLEX para la producción de espumas sopladas con CO2. Esto elimina la necesidad de utilizar agentes espumantes nocivos para el medio ambiente y la salud, una ventaja única entre los equipos de laboratorio”, subraya el Prof. Dr. Sergiy Grishchuk. Al mismo tiempo, el sistema impresiona por su reducido tamaño. Las diversas posibilidades de aplicación encuentran espacio suficiente en menos de diez metros cuadrados.
El control de la planta a través de FOAMWARE es idéntico al funcionamiento de las plantas de producción continua. “Con unos pocos clics, podemos crear nuevas formulaciones con una gran variedad de componentes y aditivos, enviarlas a la máquina y empezar a hacer pruebas”, informa Philipp Haag, estudiante de doctorado del equipo y uno de los operarios de LABFOAM. En comparación con la mezcla a mano, esto supone una ventaja significativa en términos de precisión, ahorro de tiempo, consumo de materias primas y calidad de la espuma.
El equipo BIOMAT de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kaiserslautern, Grupo de Trabajo de Química de Polímeros, dirigido por el Prof. PhD. Sergiy Grishchuk.
Ya es posible obtener un 65% de contenido de base biológica
Los resultados del primer año de uso son prometedores. Por ejemplo, ya es posible producir espuma flexible con un contenido de base biológica de alrededor del 65% sin comprometer la calidad. “Otro aspecto crucial de LABFOAM es que no se limita a la producción de espumas flexibles”, añade el profesor Sergiy Grishchuk. Esta es razón suficiente para que los investigadores investiguen también el uso de materiales orgánicos en espumas de PU semiblandas o en espumas rígidas, como las utilizadas para el aislamiento en elementos de construcción con estructura de sándwich. “También puedo imaginarme que en la planta se procesen y estudien otros tipos de prepolímeros, como los prepolímeros epoxídicos”, afirma el profesor Sergiy Grishchuk
Los responsables del proyecto BIOMAT están encantados de poder formar a estudiantes en el campo de la química de polímeros como parte de este proyecto de investigación y desarrollo y de darles la oportunidad de familiarizarse con los procesos relacionados con la industria en la planta. Para Hennecke, además, el intercambio transparente de conocimientos e información con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Kaiserslautern ofrece un importante valor añadido, especialmente en lo que respecta a los nuevos requisitos del mercado en relación con las soluciones sostenibles de materias primas.
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"Uno de los principales desafíos fue encontrar formas eficientes de transformar desechos plásticos de difícil reciclabilidad en productos de alta calidad"
