Sostenibilidad en la industria del Juguete

En los últimos años la sociedad ha adoptado una gran concienciación sobre la conservación del medioambiente por parte de diferentes partes interesadas: empresas, instituciones y consumidores o ciudadanos. Esto es debido a que cada vez se tiene más presente que los recursos que tenemos en el planeta son limitados y debemos hacer un uso adecuado de los mismos para no agotarlos y no romper los ciclos naturales del propio sistema.

Para mantener este equilibrio del planeta se trabaja en diferentes líneas para la conservación medioambiental, que van desde el uso de fuentes de energía renovable y utilización de materias primas renovables hasta la utilización de materiales reciclables y reciclados, biobasados y biodegradables. También ha incrementado su importancia la reducción de residuos generados tanto en los procesos industriales como por los consumidores, así como la promoción de la valorización de los residuos generados en los diferentes procesos de fabricación de productos y materias primas. Todas estas acciones deben implicar a las instituciones mediante la regulación del uso de estas alternativas sostenibles, a las empresas mediante la adaptación de sus sistemas productivos a modelos más circulares y, por último, a los consumidores, que deben reclamar productos más sostenibles y, sobre todo, hacer un uso responsable de los mismos.

Según Batha-Tata et al ^[1], los residuos sólidos se pueden clasificar como residuos orgánicos, residuos de papel, residuos de vidrio, residuos de plástico y otros residuos. Dentro de esta clasificación, los residuos orgánicos suponen un 46% del total de los residuos sólidos a nivel mundial. Este porcentaje nos da una idea de la cantidad significativa que suponen los residuos orgánicos, siendo de gran importancia hacer una adecuada gestión de los mismos.

Según Domínguez, 2019 ^[2] en la Comunidad Valenciana la trasformación de vegetales (producción de zumos, concentrados, conservas, …) constituye un 7% de la producción agrícola total. Dentro del sector los residuos orgánicos suponen un 83% de los residuos totales generados. De éstos, uno de los productos con mayor generación de residuos son las naranjas y mandarinas, que representan entre el 40% y el 45% del total de los residuos orgánicos en el caso de las naranjas y mandarinas de mesa y entre el 60% y el 65% las naranjas para producción de zumo. Conjuntamente con el residuo de las naranjas se encuentran los generados en la producción de alcachofa, que suponen un 60-65% del total, el cardo con un contenido del 65% entre hojas, pencas y corazón y el pimiento con un 50-60% del total. A éstos, les siguen los residuos de acelga y puerro; y en menor contenido también se encuentran otros productos de hojas verdes como las espinacas y las judías verdes con un porcentaje entre el 13% y el 28%.

AIJU, consciente de esta problemática generada por los residuos agroalimentarios y de la necesidad de encontrar formas de valorización, emprendió el proyecto BioMat4Futureen el que se da valor a residuos y subproductos del sector agroalimentario. Concretamente, en este proyecto se ha trabajado en la obtención de extractos de pieles de naranja, restos de hojas de hortalizas y frutas, restos de fracciones lignocelulósicas procedentes de las partes leñosas de algunas plantas, etc. para dotar a biopolímeros de propiedades como son la coloración, la retardancia a la llama o la capacidad antimicrobiana. Se pretende aplicar estos materiales en el sector del juguete, con la idea de obtener juguetes más sostenibles, teniendo en consideración tanto la matriz plástica como por los aditivos que se utilicen, que en este caso proceden de residuos procedentes de la industria agroalimentaria.

La innovación en biopolímeros, en colaboración con empresas jugueteras, es una de las líneas de investigación principales de AIJU (biopolímeros y fabricación, fabricación aditiva, IoT, juguetes inteligentes y tendencias de consumo). De hecho, durante los últimos 5 años, AIJU ha transferido los resultados de sus investigaciones a 17 empresas de juguetes y productos de consumo, que han deseado adaptar e incorporar a sus productos materiales poliméricos más sostenibles. En base a su larga experiencia en esta línea (más de una década) ha generado una Guía para el Uso de Biomateriales ⁽¹⁾ en productos de un solo uso y de consumo, para ofrecer soporte a los fabricantes a entender los distintos conceptos y requerimientos de la industria de los bioplásticos.

Figura 1. Índice de la Guía de Biomateriales de AIJU.

La experiencia de AIJU en biopolímeros se refleja en la Figura 2. Esta ilustra las distintas soluciones sostenibles que AIJU ha desarrollado y aplicado en su trayectoria en esta línea mediante el uso de biopolímeros que incluyen aspectos de reciclabilidad, bioaditivos, cargas naturales y propiedades funcionales. Su implementación en productos de juguete y otros productos de consumo estudiada y promovida, mediante el análisis de los procesos industriales aplicados en las industrias objetivo: extrusión, inyección, moldeo por extrusión-soplado o rotomoldeo. Otras tecnologías como la fabricación aditiva para el desarrollo de juguetes customizados o personalizados han sido también utilizados. El principal objetivo de estos desarrollos, fue alcanzar unas propiedades mecánicas y estéticas aptas para su uso en las aplicaciones objetivo y evaluar el uso de bioaditivos derivados de residuos controlados procedentes de la agricultura para la mejora de las propiedades de juguetes (térmicas, mecánicas, retardancia a la llama, resistencia UV, etc.) o añadir nuevas funcionalidades como propiedades anti-microbianas a los mismos.

Con la utilización de este tipo de cargas y aditivos se favorece la utilización de residuos procedentes de la agricultura, confiriéndoles un valor añadido, a la vez que supone una reducción de estos residuos que van a vertedero.

AIJU estableció la línea de investigación en biomateriales en el año 2008, con el proyecto Biotoys. En el mismo se probaron diferentes biopolímeros (tanto biodegradables como biobasados), se determinaron sus propiedades, características y posibles aplicaciones dentro del sector del juguete. Para ello se tuvieron en cuenta los requisitos técnicos aplicables, que van de la mano de los requisitos de seguridad, los cuales se rigen según la normativa europea EN 71. Esta norma es una de las más restrictivas y detalla los requisitos y métodos de ensayo que los juguetes, según su tipología, deben cumplir para garantizar su seguridad y poder comercializarse en la Unión Europea. El resultado principal consistió en la definición de los requerimientos para el uso de biopolímeros en la industria del juguete.

En los proyectos BioRot, Rotobiomat y Rotelec, se estudió la adición de fibras naturales tales como la cáscara de almendra en los procesos de rotomoldeo. En la progresión de los desarrollos realizados, la atención varió de la utilización de polímeros convencionales a diferentes biopolímeros. La principal innovación obtenida fue la incorporación de fibras naturales al PVC, generando un compound parcialmente biobasado, reduciendo la cantidad de polímero utilizado y aportando nuevas propiedades estéticas. Los materiales se testearon en las empresas Falca Toys y Ebrim Rotomoulding, un fabricante de productos de gran tamaño. El proyecto FLEXIROT, dentro de la misma línea de investigación, se enfocó en la industria de las muñecas y en la sustitución de plastificantes procedentes de la industria del petróleo por otras sustancias de origen natural, como aceites vegetales epoxidados para obtener materiales flexibles para su uso en partes blandas de muñecas, como cabezas y brazos.

En paralelo, se trabajó con los proyectos Naturmaster y Mastalmond junto con varias empresas productoras de masterbatch (IQAP), juguetes (INJUSA) y mobiliario (Pérez Cerdá), desarrollando a escala industrial unos novedosos concentrados de color, que también contenían cáscara de almendra como carga natural. Las principales propiedades de estos innovadores masterbatches fue las propiedades estéticas llamativas que le confería a los productos sobre los que se aplicaba, así como la consecución de propiedades mecánicas similares a los de la materia prima convencional. La utilización de cáscara de almendra permitió, en este caso, la valorización de un residuo agroalimentario, que a nivel español supone un volumen de 150.000 toneladas ^[3].

Un caso de éxito fue el desarrollo de nuevas soluciones biobasadas para el sector de cartuchos de caza, concretamente los tacos de los mismos. El objetivo fue el desarrollo de materiales de alcohol de polivinilo (PVOH) biodegradables aptos para la inyección de modo que la organización pudieses sustituir los polímeros convencionales que utilizaba por estos. El PVOH es hidrosoluble, característica clave con respecto al fin de vida de estos productos y su impacto medioambiental. Esta organización incorporó con éxito estos materiales en su gama de productos de mercado.

En el proyecto Naturfitoplag se colaboró con una empresa para el desarrollo de formulaciones para la fabricación de film biodegradable con propiedades biocidas para la preservación de frutos en el campo.

El carbonato cálcico es una de las cargas más comúnmente utilizadas en la industria plástica. En el proyecto Ecoinnovation Ecoshell, se introdujo carbonato cálcico procedente de la cáscara del huevo en matrices de PE y PP, modificando sus propiedades y cambiando el aspecto físico. En este caso se reaprovecha un flujo de residuos que se genera de la cascara del huevo, el cual es altamente difícil de gestionar, en tanto que se generó una nueva línea de negocio para la organización industrial involucrada. La gestión de estos residuos tiene un coste por el vertido de 50-110 €/Ton, y es perjudicial por el contenido de carbonato de calcio, que imposibilita su utilización en alimentación animal. Anualmente se generan alrededor de 150.000 toneladas anuales de cáscara de huevo en Europa ^[4].

La investigación en nuevos biomateriales evoluciona constantemente de año en año. AIJU mantiene un seguimiento estrecho en estos desarrollos y su relevancia en la industria del juguete. Por ello, la organización colabora desde 2019 en el proyecto B-Plas Demo, financiado por Climate-Kic, en el que se ha sintetizado PHAs mediante una tecnología novedosa, a partir de lodos procedentes de la industria vitivinícola. De este proyecto, se ha generado una Spin-off italiana (B-Plas S.b.r.l.) que produce este nuevo material que AIJU validó para inyección y procesos de impresión 3D, considerando su usabilidad en el sector del juguete y los productos de consumo, entre otros.

Por otro lado, el proyecto Becoming Green se han desarrollado mezclas muy interesantes de diferentes materiales biodegradables para ajustar las propiedades requeridas por las industrias del juguete, envase de un solo uso y menaje. De este modo, se pueden sustituir materiales convencionales por biopolímeros. Con el fin de evaluar el uso de estos nuevos materiales biobasados, socios industriales han trabajado estrechamente con AIJU, con el fin último de diseñar nuevos materiales que cumplen los requisitos para su implementación en el mercado.

AIJU sigue trabajando en la línea indicada, a través del proyecto BioMat4Future, que se centra en la obtención de aditivos biobasados de origen natural para ser usadas como colorantes y para ensalzar las propiedades y funcionalidad de los materiales biodegradables y biobasados, con el fin de implementar totalmente estos materiales en la industria del juguete. El objetivo es obtener productos realizado 100% de materia prima biobasada, en otras palabras, en las cuales tanto el polímero como los aditivos son sostenibles. Estos bioaditivos utilizados en polímeros añaden propiedades o funcionalidades específicas. La investigación se centró en la extracción de sustancias naturales para su uso en colorantes, retardantes a la llama y antimicrobianos.

Figura 3. Piezas puzle coloreadas con colorantes naturales.

Para conseguir propiedades retardantes a la llama, se han desarrollado diferentes formulaciones empleando lignina. La lignina es un compuesto orgánico que se extrae de la parte leñosa de las plantas. Se puede obtener de maderas, cáscaras de diferentes frutos como las almendras, nueces, cacahuetes; diferentes semillas o cereales. Se trata del segundo polímero más abundante en la naturaleza, detrás de la celulosa ^[5-8] y se suele obtener de las partes no aprovechables de diferentes productos usados en la industria alimentaria y papelera, por encontrarse en parte en cortezas o pieles de estos frutos o semillas. Una de las propiedades que tiene este polímero es que se comporta bien frente al fuego ^[6,7] por lo que en el proyecto se está investigando en su incorporación a diferentes matrices de biomateriales y en diferentes porcentajes, para estudiar la retardancia a la llama y caracterizar mecánicamente las nuevas formulaciones, estudiando si la presencia de lignina produce también cambios en las propiedades mecánicas. Por otro lado, la lignina no solo aporta las propiedades descritas, sino que además da un aspecto en tonos marrones que puede ir desde una estética similar a la madera hasta tonalidades que pueden ser atractivas por adquirir unos tonos cobrizos. Por esto se están probando las formulaciones obtenidas en demostradores de juguete.

Figura 4. Probetas caracterización con diferentes porcentajes de lignina.

Finalmente, dentro del proyecto se ha trabajado en la obtención de aditivos de origen natural con efecto antimicrobiano, utilizando aceites esenciales de las pieles de cítricos ^[9-11], procedentes de industrias de zumos presentes en la zona de Valencia. Estas empresas, obtienen estos aceites de las pieles que desechan de la fruta y que finalmente quedan como residuo del propio proceso de obtención de zumos. En este caso se trata de un subproducto, con alto valor y que se puede usar en diferentes industrias como son la cosmética o en la de fabricación de perfumes. Actualmente se está realizando la caracterización de los aceites extraídos para conocer sus propiedades y poder procesarlos de forma adecuada, evitando su degradación debido a las temperaturas del proceso, manteniendo así sus propiedades tras la obtención de las diferentes formulaciones. También se está evaluando la capacidad antimicrobiana en las muestras de biomateriales a los que se adicionan.

Figura 5. Aceites esenciales cítricos.

A raíz del desarrollo de este proyecto se ha preparado una infografía interactiva ⁽²⁾ en la que se pueden visualizar, con mayor detalle técnico, los resultados del mismo (Figura 6).

Por último, en la actualidad se trabaja en el proyecto BioFCase, cuyo objetivo es acercar los diferentes avances en el ámbito de los biomateriales a las empresas de diferentes sectores, entre las que se encuentran diversas empresas jugueteras. AIJU está colaborando con éstas para que puedan obtener productos con bioformulaciones funcionales desarrolladas con objeto de transferir los avances y conocimientos generados en esta línea de investigación de biomateriales para el juguete. Las empresas podrán implementar estos materiales llevando a cabo un completo estudio sobre cómo procesarlos, aplicarlos y ampliar su negocio, cumpliendo las expectativas medioambientales de los consumidores finales.

Referencias

^[1] P. Bhada-Tata and D. Hoornwewg, 'A global review of solid Waste management', Macrocognition Metrics Scenar. Des. Eval. Real-World Teams, pp. 29–43, 2012, doi: 10.1201/9781315593173-4.

^[2] C. C. Domínguez, 'Aprovechamiento De Residuos En La Industria Hortofrutícola', Poscosecha. pp. 1–17, 2019.

^[3] New biodegradable and eco-friendly almond shell based masterbatches for traditional sectors– MASTALMOND, LIFE+ 2011. Ref: ENV/ES/513

^[4] High added-value raw materials from eggshell: large-scale- ECO SHELL, Programa:ECO-INNOVATION-2013

^[5] R. Cerdcená, M. Mariano, and V. Soldi, 'Flame retardant property and Thermal Degradation of EPDM-AM/Lignin', no. January, 2011.

^[6] G. Jiang, D. J. Nowakowski, and A. V. Bridgwater, 'A systematic study of the kinetics of lignin pyrolysis', Thermochim. Acta, vol. 498, no. 1–2, pp. 61–66, 2010, doi: 10.1016/j.tca.2009.10.003.

^[7] S. Sen, S. Patil, and D. S. Argyropoulos, 'Thermal properties of lignin in copolymers, blends, and composites: a review', Green Chem., vol. 17, no. 11, pp. 4862–4887, 2015, doi: 10.1039/c5gc01066g.

^[8] M. Chávez Sifontes and M. E. Domine, 'Lignin, Structure and Applications: Depolymerization Methods for Obtaining Aromatic Derivatives of Industrial Interest / Lignina, Estructura Y Aplicaciones: Métodos De Despolimerización Para La Obtención De Derivados Aromáticos De Interés Industrial', Av. en Ciencias e Ing. ISSN-e 0718-8706, Vol. 4, No. 4, 2013, págs. 15-46, vol. 4, no. 4, pp. 15–46, 2010

^[9] M. Cerutti and F. Neumayer, 'ACEITE ESENCIAL DE LIMÓN Mariano Cerutti y Fernando Neumayer *', Invenio, pp. 149–155, 2004.

^[10] D. Moposita, “Obtención De Aceites Esenciales a Partir De Corteza De Naranja 'Citrus Sinensis' Variedad Valenciana, ” no. July, 2019.

^[11] P. P. D. Y. Yáñez Rueda X, Lugo Mancilla L. L and Facultad, 'Estudio del aceite esencial de la cascara de la naranja dulce (Citrus sinensis, variedad Valenciana) cultivada en Labateca (Norte de Santander, Colombia)', Pravoslavie.ru, no. 1, pp. 3–8, 2007.

Agradecimientos

Las actividades desarrolladas en el presente artículo han sido llevadas a cabo en el marco del proyecto ‘Desarrollo e introducción de aditivos funcionales naturales para el uso en biomateriales para juguetes sostenibles’, apoyado por el IVACE y financiado por fondos FEDER.

⁽¹⁾ Desarrollo y mejora de Biomateriales para productos de consumo de un solo uso y uso continuado (Sector del juguete, envase y menaje), AIJU, 2020 [online: http://www.aiju.es/becoming-green/index.html]

⁽²⁾ BioMat4Future, AIJU 2021 [online: https://www.aiju.es/wp-content/uploads/2021/09/AIJU_BIOMAT4FUTURE_low.pdf]