Mejora de la propiedades barrera en films con base en PLA y envases

En el marco del proyecto europeo Dibbiopack (7º Programa Marco Europeo; nº: 280676), uno de los principales objetivos, además de envases funcionales, ha sido el desarrollo de films biodegradables que implicaran la mejora de propiedades barrera mediante tratamientos superficiales, así como de investigaciones sobre las propiedades barrera del propio envase utilizando nanopartículas combinadas con PLA. Este artículo está especialmente relacionado con el desarrollo de recubrimientos barrera en films con base de PLA biodegradable.

El principal propósito del proyecto Dibbiopack ha sido el desarrollo de nuevos materiales de biobasados especialmente adaptados al desarrollo de una amplia gama de recipientes o envases (films fabricados por soplado con orientación biaxial, bandejas y tarros desarrollados por moldeo por inyección y botellas realizado por las tecnologías de moldeo por extrusión soplado) y la mejora de las propiedades térmicas, mecánicas y barrera de estos envases a través de la nanotecnología, como por ejemplo mediante tratamientos superficiales innovadores.

Objetivos.

Otro objetivo esencial fue la integración operativa de las diferentes tecnologías o dispositivos inteligentes para proporcionar a la cadena de valor de los envases más información sobre los productos y los procesos, aumentar la seguridad y la calidad de los productos dentro de la cadena de suministro y mejorar la vida útil de los productos envasados. El proyecto incluye el diseño, desarrollo, optimización y fabricación de envases inteligentes multifuncionales, asegurando el cumplimiento de los requisitos ambientales por medio de LCA y el análisis de LCC, la gestión de riesgos de la nanotecnología dentro de toda la cadena de valor de los envases y, por último, la evaluación del usuario final en los diferentes sectores: cosmética, farmacéutica y alimentaria.

19 socios forman el consorcio de Dibbiopack, encabezados por el Centro Tecnológico español Aitiip. Entre los socios, que se dedican a la investigación básica y aplicada, están representados institutos y universidades como Fraunhofer ISC, INSTM, Tecos o CNR para nombrar sólo algunos. Pero también hay hueco para pymes investigadoras como Avanzare, Condensia Química, Archa o Plasma, que contribuyen con sus conocimientos a conseguir el mejor envase biodegradable posible para adaptarse a las necesidades de las empresas con el rol de usuarios finales: Cosmetic, Help y Nutreco y, por extensión, de las posibles necesidades de los mercados con respecto a los envases de base biológica.

Consorcio.

En el mes 42 de proyecto (la duración del proyecto es de 48 meses), ya se han conseguido bastantes de los objetivos iniciales del proyecto:

• Formulaciones optimizadas de materiales basadas en ácido poliláctico, PLA, nanoaditivado, procesamiento de estas composiciones con moldeo por inyección y extrusión soplado, mejora de las propiedades mecánicas y barrera y su procesabilidad en relación a las calidades comerciales. Se comenzaron con cantidades a nivel laboratorio, pero el escalado a nivel industrial de la preparación de material se ha llevado a cabo en Aitiip centro Tecnológico.
• Mejora de las propiedades barrera de los films que se crean por medio de un tratamiento superficial inorgánico de plasma y tratamientos superficiales funcionales a base de polímeros híbridos. Estos polímeros híbridos barrera pueden ser ahora, gracias a Dibbiopack, también biodegradables.
• Por último, los procesos de producción se han optimizado a nivel industrial, con demostradores reales fabricados, dos de ellos disponibles (tanto proceso como demostradores físicos) en las instalaciones de Aitiip centro tecnológico, en Zaragoza:

Demostradores.

Todos los demostradores portan etiquetas adheridas mediante tecnología IML, tanto funcionales como decorativas, 100% biodegradables.

“Biodegradable Ormocers- bioOromocers”

Para aumentar las propiedades barrera de los films del envase, tales como tapas y cubiertas de polímeros, se pueden aplicar tratamientos superficiales adicionales. Por supuesto, en un sistema de envasado biodegradable, estos recubrimientos deben ser biodegradables por sí mismos. El desarrollo de tratamientos superficiales barrera biodegradables fue uno de los principales objetivos del Instituto Fraunhofer- Institute for Silicate Research (ISC) en Würzburg, que ha estado trabajando con una clase de materiales llamados Ormocers durante más de 20 años. Ormocers son polímeros inorgánico-orgánico híbridos, que se sintetizan a través de reacciones sol-gel cuidadosamente controladas. Las propiedades de estos materiales de revestimiento se pueden ajustar a requisitos de aplicaciones muy específicas, por ejemplo, los recubrimientos pueden tener excelentes propiedades barrera. Sobre todo cuando se combinan con finas películas inorgánicas, las propiedades barrera resultantes sobre sustratos poliméricos flexibles son excepcionales debido a los efectos sinérgicos.

En el marco del proyecto Dibbiopack, Fraunhofer ISC ha llevado a cabo el desarrollo de nuevos Ormocer biodegradables, llamado bioOromocers, que luego se puede añadir como un refinamiento de superficie de películas de polímeros biodegradables para aumentar las propiedades barrera de vapor de agua y oxígeno.

El concepto básico de este desarrollo es la combinación de precursores del Ormocer típico con biopolímeros modificados, el entrecruzamiento covalente de estos materiales por fuertes enlaces químicos covalentes y la formación de un nuevo material de revestimiento de polímero híbrido. En combinación con capas pulverizadas inorgánicas, desarrolladas por el socio del consorcio Plasma, se lograron excelentes propiedades barrera para estas nuevas películas de polímero de superficie refinada. En detalle, la velocidad de transmisión de vapor de agua de películas de polímero PLA puro (proporcionado por el socio del consorcio Innovia), que originalmente era > 500 g·m-2·d-1 disminuyó por debajo de 0,15 g·m-2·d-1 en una configuración sándwich de sustrato PLA y capas de recubrimiento de plasma y bioOromocers (condiciones de prueba de 23 °C, humedad relativa del 100%). Las pruebas comparativas de esta configuración capa de bioOromocers en películas de PET / SiOx (Ceramis (Amcor), película de PET recubierta con una capa de SiOx por la aplicación e-beam), demostró además propiedades barrera de oxígeno de 0,05 cm3·m-2·d-1·bar-1¬ (23 °C, 50% de humedad relativa). Estas películas de polímero de superficie refinado superan, además, el ensayo de biodegradabilidad de acuerdo con DIN ISO 14885 1: 2005.

En resumen, una nueva clase de material, el bioOromocerss, ha sido desarrollado dentro del proyecto Dibbiopack, especialmente enfocado a tratamientos superficiales de films o envases. Estos nuevos materiales de revestimiento funcionales pueden mejorar las propiedades de las films de polímeros biodegradables. En este concepto de material, la tasa de biodegradabilidad se puede ajustar aún más para satisfacer las necesidades reales en soluciones de envasado por la elección de biopolímero, el grado de funcionalización y cantidad integrada dentro del polímero. Al lado de las propiedades de barrera, las características adicionales pueden ser implementados dentro de lasbioOromocerss como características antimicrobianas o resistencia a la abrasión.

Diagrama.

El proyecto Dibbiopack finaliza en febrero de 2016. Les invitamos a la conferencia final y demostración que tendrá lugar el día 24 de febrero 2016 en Zaragoza con inscripción gratuita, con la intención tanto de dar a conocer los resultados del proyecto, los últimos avances en las líneas desarrolladas, como mostrar los envases desarrollados y el funcionamiento de las líneas piloto de dos de los demostradores y del escalado de la preparación del material.

Para más información sobre el evento, póngase en contacto con los coordinadores del proyecto en Aitiip Centro Tecnológico.

Aitiip Centro Tecnológico, Zaragoza, España

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