BIOSURFINK: Tecnologías de tintas y tratamiento de superficies para mejorar la impresión y dotar de nuevas funcionalidades a distintas aplicaciones de envase

El proyecto BIOSURFINK, que ITENE lleva a cabo con el respaldo de la GVA – Conselleria de Innovación – Dirección general de Innovación, tiene como objetivos, por un lado la modificación superficial de sustratos para otorgarles nuevas funcionalidades como baja adhesión para fácil vaciado y por otro, promover el uso de tecnologías novedosas para la formulación de tintas y optimización de sistemas de impresión que permitan producir estructuras impresas en distintos sustratos (piezas inyectadas, películas extruidas y cartoncillo), minimizando los riesgos e impactos ambientales de su uso y dotando a los envases de nuevas funcionalidades como, por ejemplo, mediante antenas impresas para su aplicación en elementos conectados.

Contexto

En los últimos años, los materiales poliméricos han ido adquiriendo un protagonismo cada vez mayor en nuestra vida cotidiana, ya que se emplean en una gran variedad de aplicaciones, desde envases hasta automóviles. Esto se debe a que cuentan con un amplio rango de propiedades físicas y químicas, circunstancia que ha conllevado en los últimos tiempos un incremento de su producción a nivel mundial, alcanzándose en 2019 los 368 millones de toneladas, nueve millones de toneladas más que en el año anterior (Informe Plastics: the Facts 2020).

El envase y embalaje ocupan un 40% de la producción mundial de plásticos, siendo materiales más utilizados en este sector las poliolefinas, concretamente el polietileno (PE) y el polipropileno (PP), seguidos por el polietilentereftalato (PET).

Adicionalmente, en los últimos años se ha incrementado el interés de la sociedad por envases más sostenibles, lo que va en línea con la normativa europea, nacional y autonómica en relación a la economía circular y la Estrategia 2030 (ej. Plan de Acción para la Economía Circular de la Unión Europea, Directiva 2019/904, Directiva 2018/852, Anteproyecto de Ley de Residuos, Plan Integral de Residuos de la Coomunitat Valenciana). En este sentido, se hace necesario actuar principalmente sobre la disminución del impacto ambiental de los residuos de envase y en este campo la impresión funcional tiene mucho que aportar.

Las tecnologías de modificación superficial e impresión funcional presentan una serie de ventajas para ayudar a cumplir los objetivos de reciclado marcados por la Estrategia 2030, como reducción de capas en los materiales de envase, reducción de espesores de algunas de las capas, ecodiseño para el fácil vaciado , etc.. Por otro lado, todos los componentes auxiliares que forman parte de los envases, como pueden ser las tintas de impresión, están sometidas a estos mismos requerimientos, buscándose cada vez productos más sostenibles como tintas biobasadas o incluso biodegradables y compostables etc.

Finalmente, en la actualidad es vital desarrollar soluciones que permitan conectar los envases entre sí y con el consumidor, ofreciéndole soluciones con bajo impacto medioambiental, pero personalizados y que respondan a las necesidades específicas de una marca o un segmento de la sociedad como pueden ser la trazabilidad del producto o mejora de la experiencia del consumidor.

Resumen y objetivos

El proyecto BIOSURFINK se centra en el tratamiento de superficies y la formulación de nuevas tintas que permitan reducir el impacto medioambiental de los envases y embalajes y a la vez permitan mejorar la competitividad del tejido industrial valenciano, ofreciéndole soporte a los sectores de artes gráficas, del envase y del embalaje, en desarrollos a medida que busquen también la implementación de nuevas funcionalidades y la aproximación a la Estrategia 2030, al facilitar la reciclabilidad y el compostaje del envase final.

Para ello, se va a trabajar en reducir el impacto ambiental de los envases plásticos y acercar la electrónica impresa al sector del envase de cartoncillo para estuchería y envase secundario. En este sentido, se plantean dos vías principales de trabajo:

1.- Puesta a punto de tecnologías para realizar tratamientos superficiales sobre sustratos, con el fin de dotar a las superficies de nuevas funcionalidades y paralelamente, maximizar la interacción de la superficie con la tinta. Con este fin se va a trabajar en el desarrollo de superficies funcionales, empleando técnicas de modificación superficial y facilitando la eliminación de barnices que encarecen el producto y van en contra de la reciclabilidad de este. Se mejorará la adhesión de nuevas tintas biobasadas, en línea con la economía circular y se mejorará el aprovechamiento de productos de gran consumo (sectores de la alimentación y la cosmética), al favorecer el fácil vaciado de los botes

2.- Formulación de nuevas tintas para el desarrollo de productos sostenibles y con nuevas funcionalidades. Para ello se van a realizar las siguientes actividades:

  • Formulación de tintas con pigmentos biobasados para la impresión de envases flexibles por flexografía.
  • Formulación de tintas conductivas para impresión por inkjet con bajo coste e impacto en los materiales de envase de cartoncillo, con impacto en e-commerce y elementos conectados.

Estos desarrollos serán validados en materiales ampliamente utilizados en la industria del envase y embalaje y en empresas que empleen técnicas de impresión por flexografía e inkjet así como en empresa del sector de envase y embalaje (envases rígidos y flexibles destinados al sector de alimentación y cosmética,  cartoncillo y cartón destinado a sectores premium -cartuchería para productos de alto valor añadido, envase farmacéutico y embalaje para e-commerce-).

Resultados

1. Desarrollo de estrategias para modificar químicamente la superficie de un material y aportar nuevas funcionalidades asociadas: Se han obtenido resultados relevantes en la obtención de propiedades de baja adhesión sobre materiales de envase y facilitar su vaciado. En las pruebas realizadas, se ha rebajado la energía libre de superficie de un polímero reciclado utilizado por la industria del envasado alimentario en la fabricación de envases para la distribución de salsas. Después de la modificación química, se ha conseguido disminuir la adhesión de los líquidos presentes en las salsas (agua y aceites) significativamente. Esta respuesta supone un avance de alto valor añadido, puesto que ayuda a conseguir el máximo aprovechamiento del producto, minimizando la generación de residuos alimentarios y facilitando el reciclado de los envases plásticos.

2. Desarrollo de tintas coloreadas biobasadas que puedan llegar a ser totalmente biodegradables y compostables: Para conseguir tales desarrollos, se han empleado matrices poliméricas de origen bio, procedentes de fuentes renovables. Igualmente, para la elección de los pigmentos se ha optado por extractos de origen bio. Para la obtención de las tintas, cada uno de sus componentes se ha dispersado en mezclas de disolventes derivados de fuentes vegetales y/o agua. De esta forma, las tintas obtenidas, ayudan a reducir la huella de carbono, a minimizar la generación de residuos, a la no emisión de compuestos orgánicos volátiles y a no depender de fuentes fósiles para la obtención de tintas para la industria gráfica. Además de poseer un alto valor añadido puesto que facilitarían la obtención de los certificados de compostabilidad de los artículos sobre los que irían impresos.

3. Obtención de tintas conductivas para la impresión de artículos conectados: Se han empleado materiales conductivos de bajo coste en sustitución de las tintas convencionales, mayoritariamente basadas en partículas de plata que son más costosas. A la rebaja de precios que supone la electrónica impresa en la fabricación de sensores, antenas, pistas conductivas y circuitos se une una rebaja en los materiales de impresión.

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