Materiales biodegradables en envases obtenidos por extrusión soplado

Pilar Diego Departamento de Extrusión de Aimplas28/11/2014

En la sociedad actual, el uso de materiales plásticos como parte del envase y/o embalaje está cada vez más extendido. El sector del envase y embalaje sigue con su carrera ascendente, invadiendo todas las actividades de la industria y del consumo.

El consumo de plásticos en Europa se situó aproximadamente en 45.9 millones de toneladas en 2012, siendo el sector de los envases y embalajes el de mayor volumen de los plásticos con gran diferencia. Este hecho se repite en todos los países desarrollados, y supone el 39.4% del consumo total a nivel europeo[1].

Figura 1: Demanda europea de plásticos por segmentos en 2012. Fuente: Plastics Europe (PEMRG)/ Consultic /ECEBD.

Con esta demanda cada vez más exigente y la competitividad dentro del sector, la industria del plástico está permanentemente sumergida en un proceso de mejora continua, que abarca mejoras funcionales del envase, atractivos de diseño o reducción de costes medioambientales y económicos.

Dentro de las mejoras medioambientales, la producción de envases biodegradables es una línea de trabajo estratégica debido a la concienciación de la sociedad con el medioambiente. Estos nuevos productos ya están siendo una alternativa real muy interesante tanto para los productores y envasadores de los mismos como para el consumidor final.

Extrusión soplado de cuerpo hueco

La industria del moldeo por soplado ha sido uno de los sectores más importantes del conjunto de la industria transformadora de plásticos durante los últimos años. Según un estudio de Mastio & Company el mercado del moldeo por soplado ha presentado un crecimiento anual del 4,4% entre 2007 y 2010[2].

Los materiales más utilizados en la industria del envase obtenido por extrusión soplado son principalmente el polietileno de alta densidad (PEAD) y en menor medida polietileno de baja densidad (PEBD) o polipropileno (PP) entre otros. Estos envases (botellas, jerricanes, apilables, etc.) se destinan principalmente al envasado de detergentes, productos cosméticos o alimentos tales como productos lácteos, siendo los envases menores de 2 litros de capacidad los de mayor volumen de mercado.

En la siguiente figura se puede observar el aumento progresivo que este mercado ha experimentado desde el 2007[3].

Figura 2: Volumen de ventas en España de envases soplados. Fuente: Eurostat.

El mercado de envases soplados está consolidado en el territorio nacional y el volumen de exportación es un 33% superior a su importación.

Este tipo de envases engloban los envases de uno solo uso con mayor consumo en peso de materia prima, es por ello que la sustitución de los materiales convencionales por materiales alternativos más sostenibles puede suponer una mejora medioambiental sustancial.

Una mayor conciencia medioambiental de los consumidores ha provocado un creciente interés de las empresas del sector por el ‘marketing verde’, donde una de las alternativas para incrementar esa sostenibilidad es el uso de materiales biodegradables.

Materiales biodegradables

Los plásticos biodegradables compostables (plásticos BioCom), pueden proceder tanto de fuentes renovables como de fuentes fósiles y su gestión óptima al final de su vida siempre será biodegradarse en condiciones de compostaje[4]. Es decir, estos materiales, además de las características propias de los plásticos (ligereza, versatilidad, procesado por diferentes tecnologías, etc.) aportan una ventaja adicional: su descomposición de forma natural mediante microorganismos, temperatura, humedad y oxígeno, transformándose en materia orgánica, dióxido de carbono y agua.

Estos plásticos ofrecen un final de vida alternativo, la biodegradación en condiciones de compostaje, que representa una ventaja adicional muy útil en aplicaciones, por ejemplo, de vida útil corta, productos de un solo uso, etc. Son complementarios a la familia de los plásticos tradicionales, ofreciendo nuevas soluciones y permitiendo ampliar aún más la efectividad de los plásticos en el mercado.

La certificación, por una organización independiente, de acuerdo con normas internacionales como las EN 13432 y EN 14995 es garantía de que pueden ser compostados en plantas de compostaje industrial

Estos materiales se presentan como una alternativa muy fuerte en el sector del envase soplado, pero la elección de uno o varios polímeros biodegradables o incluso un envase mono o multicapa, irá estrechamente relacionada con los requerimientos del envase (tipo de producto a envasar, tratamientos previos o posteriores a realizar al envase-producto, requerimientos de almacenamiento, etc.).

La sustitución de estos materiales biodegradables por los convencionales, puede estar restringida debido a las limitaciones que todavía presentan, sobretodo en cuanto a requerimientos específicos; resistencia mecánica, química, térmica, barrera a gases, etc.

Envases biodegradables obtenidos por extrusión soplado

Para un buen procesado en extrusión soplado, se requieren materiales con características reológicas muy concretas. El material biodegradable deberá contar con una alta resistencia en fundido y alta cohesión molecular, es decir, una consistencia adecuada en estado fundido para que el ‘parison’ no se descuelgue, obteniendo así una distribución de espesores uniforme a lo largo del envase.

Por otra parte, para maximizar la eficiencia de producción con el uso de estos materiales biodegradables es importante la adecuación del equipamiento convencional de extrusión soplado y por supuesto, un buen control de los parámetros de proceso, como temperatura y presión de fundido como en cualquier proceso de extrusión.

La aplicación final del envase, será determinante para definir los requerimientos mecánicos, térmicos, químicos, barrera, organolépticos, etc. que deben cumplir los materiales biodegradables para poder ser utilizados en cada caso de estudio. Sin embargo, uno de los retos más ambiciosos es mantener el peso del envase conservando las propiedades, teniendo en cuenta que la densidad de los materiales biodegradables es un 25% superior al de los materiales poliméricos convencionales.

El uso de estos materiales en la obtención de envases mediante esta tecnología es una línea de trabajo en la que Aimplas (Instituto Tecnológico del Plástico) está inmerso desde hace ya unos años, colaborando con empresas del sector en diferentes proyectos de I+D a nivel nacional y europeo.

Uno de los ejemplos de envases biodegradables para albergar productos cosméticos es el proyecto BIO P Farm, financiado por el CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial) y que finalizó en junio de 2013: Este proyecto contó con la participación de tres empresas españolas: Almuplas S.L, que lideró el proyecto, Talleres Pena S.L, Talleres Rubla S.L. y con la colaboración de Aimplas como centro tecnológico. El objeto de la investigación ha sido la obtención de envases biodegradables de baja capacidad (de entre 150–500 ml) para envasado de productos cosméticos y de parafarmacia: cremas, geles, champús, colutorios, etc. manteniendo las propiedades que poseen los envases de materiales convencionales.

Durante el progreso del mismo, se desarrolló un material biodegradable con buena resistencia química en medio alcohólico y tensioactivo para mantenerse intacto del ataque del producto a albergar. Entre otras características importantes los envases obtenidos alcanzaron una resistencia mecánica adecuada para soportar el apilado sufrido en el almacenamiento y transporte del envase, una buena resistencia térmica para no verse afectado por las temperaturas durante el proceso de envasado y por último, una buena permeabilidad para que se preserven los aromas del producto a contener y no pierda calidad.

Figura 3: Envase biodegradables obtenidos en el proyecto BIO P Farm.

Otro proyecto en este ámbito es el proyecto europeo Biobottle[5], financiado por la Unión Europea dentro del Séptimo Programa Marco, con una duración de 24 meses y que empezó en mayo 2014. Biobottle está coordinado por Aimplas y cuenta con la participación de ocho empresas y centros tecnológicos de cinco países distintos: Alemania (VLB), Bélgica (OWS), Italia (CNR), Portugal (Vizelpas y Espaçoplas) y España (Almuplas, Aljuan y Aimplas).

Uno de sus objetivos es el desarrollo un nuevo material plástico biodegradable que cumpla todos los requerimientos necesarios para obtener envases tipo botella de diferentes productos lácteos líquidos: pro-bióticos, leche y batidos.

La principal dificultad del proyecto es conseguir que los envases obtenidos con el material biodegradable a desarrollar cumplan los mismos requerimientos que los envases actuales incluyendo la resistencia a los tratamientos térmicos de esterilización (90-95 °C) y pasteurización (72-75 °C). No hay que olvidar que los materiales biodegradables y compostables comerciales presentan resistencias térmicas inferiores a 65 °C.

Para conseguir el objetivo se está trabajando en la modificación química de estos materiales que proporciona cambios a nivel morfológico y estructural mediante extrusión reactiva y vencer así dicha limitación térmica garantizando las propiedades de los productos lácteos durante toda su vida útil, las propiedades mecánicas, la procesabilidad y su biodegradabilidad y compostabilidad.

Además, hay otras propiedades a tener en cuenta para asegurar que el nuevo envase protege los productos lácteos de la radiación ultravioleta y no cambia sus propiedades organolépticas como olor, color, sabor y textura.