COMFUME: Nuevos materiales compostables con nuevas funcionalidades y propiedades mejoradas

GRANZA

El proyecto ComFuMe, que ITENE lleva a cabo con el respaldo del IVACE a través de los fondos FEDER, tiene como objetivo la producción y validación de soluciones de envase compostables con propiedades barrera y resistencia térmica mejoradas.

Contexto

En los últimos años, los materiales poliméricos o plásticos han ido adquiriendo un protagonismo cada vez mayor en nuestra vida cotidiana, ya que se emplean en una gran variedad de aplicaciones, entre las que destaca el envase y embalaje, al que se destina un 39,6% de la producción del volumen total (datos de Plastics Europe). Esto se debe a que cuentan con propiedades atractivas, entre las que destacan ligereza, facilidad de transformación, bajo coste y versatilidad.

Actualmente, los polímeros más utilizados dentro del sector del envase y embalaje son las poliolefinas, concretamente el polietileno (PE) y el polipropileno (PP), seguidos por el polietilentereftalato (PET). No obstante, frente al ya muy extendido uso de estos materiales convencionales, está surgiendo una demanda creciente de materiales plásticos biobasados y/o compostables. Tanto es así, que se espera que la capacidad de producción de bioplásticos aumente desde los 2,11 millones de toneladas obtenidos en 2019 a 2,43 millones de toneladas en 2024 (datos de European Bioplastics).

Esta tendencia viene derivada de, por una parte, una mayor conciencia por parte de los consumidores de la importancia de la conservación del medio ambiente y, por otro, de diversas regulaciones normativas a nivel europeo, nacional y autonómico como la Directiva 2018/852, que modifica la 94/62/CE relativa a los envases y residuos de envases, fomentando la reutilización y estableciéndolos mínimos de reciclado de residuos plásticos para medio y largo plazo en 50% para 2025 y 55% para 2030, así como el reciclado de un mínimo del 70% en peso de todos los residuos de envases.

Como resultado de toda esta regulación, ha surgido un interés creciente por el uso de materiales compostables, así como por maximizar la introducción de material reciclado en productos hechos de plásticos convencionales. Sin embargo, aunque ambas vías tienen una clara repercusión positiva para el medio ambiente y la economía, deben superar ciertas barreras funcionales para poder reemplazar a los materiales convencionales.

Resumen y objetivos

A raíz de la búsqueda de soluciones sostenibles a partir de materiales compostables, surge la necesidad de realizar el proyecto ComFuMe, cuyo objetivo es el desarrollo de nuevos materiales de envase compostables con propiedades mejoradas y nuevas funcionalidades, como alternativa a los materiales convencionales de envase derivados del petróleo, con estructuras de envase complejas (multimaterial, multicapas…) difíciles de reciclar al final de su vida útil.

Para ello, se proponen tres vías de desarrollo principales para la consecución de este objetivo y una cuarta de validación:

1. Desarrollo de formulaciones compostables para aplicaciones de envase rígido y flexible, entre las que, por su complejidad, destacan los monodosis, con propiedades mejoradas. Se espera aumentar su barrera al oxígeno y vapor de agua, su resistencia térmica y a pH ácido, así como su procesabilidad en equipamiento convencional, pudiendo así sustituir a los polímeros convencionales.

2. Desarrollo de recubrimientos basados en materiales naturales, reforzados con aditivos para optimizar su aplicación, sin necesidad de aplicar otras sustancias promotoras de adhesión, en sustratos compostables. Se pretende alcanzar una mayor barrera a gases de la estructura final, conservando la compostabilidad de la misma.

3. Desarrollo de tintas funcionales con capacidad susceptora, que serán aplicadas en sustratos poliméricos y celulósicos para la producción de envases microondables. Se optimizará su aplicación mediante distintas técnicas de impresión y la modulación del calentamiento del producto final.

Se validará a escala industrial la funcionalidad de los materiales desarrollados para distintas aplicaciones de envase, tanto flexible como rígido. Para posibilitar su entrada en mercado, en paralelo, también se realizará una evaluación de su aptitud para contacto alimentario y de la compostabilidad de los envases finales.

Resultados

LÍNEA 1- Desarrollo de nuevas formulaciones de materiales compostables mediante la optimización del diseño de husillos para procesado por extrusión convencional y extrusión reactiva.

  • Se ha conseguido desarrollar una gama de materiales con propiedades a medida para distintas aplicaciones de envase rígido y flexible, de manera que puedan ser competitivos frente a los materiales convencionales.
  • La combinación del diseño de husillos y ha permitido alcanzar un grado de mezcla adecuado entre biopolímeros de baja compatibilidad. Como resultado de esta mayor interacción entre componentes, se han mejorado considerablemente las propiedades de cada formulación desarrollada con respecto al bioplástico de partida.
  • Los materiales desarrollados para aplicaciones de inyección han alcanzado una mejora de más del 300% de elongación a la rotura con respecto al material de partida, lo que le da una mayor flexibilidad y tenacidad. También se ha logrado una procesabilidad asimilable a polímeros convencionales a escala industrial, reduciendo considerablemente los tiempos de ciclo del proceso de inyección de los biopolímeros base, obteniendo piezas de gran calidad y durabilidad. Estos materiales pueden ser utilizados tanto en aplicaciones de alimentación como de cosmética en envases tipo tapón y/o tarro.
  • Por otra parte, se han obtenido films translúcidos para aplicaciones de envase flexible mediante extrusión de lámina plana en equipos convencionales, que han alcanzado una mejora de la barrera al oxígeno del 90% y al vapor de agua del 70%, manteniendo una elongación a la rotura del 200%.  Dichos desarrollos son adecuados para aplicaciones de alimentación, pudiéndose considerar tanto distintas formas (film tapa, bolsa, etc.) como distintos productos (frescos, secos, etc.).

LÍNEA 2- Desarrollo de recubrimientos biobasados para su aplicación sobre films compostables, con el fin de obtener estructuras que puedan sustituir a los multicapas convencionales para aplicaciones de media-alta barrera.

  • Se ha incrementado la barrera del material base utilizando compuestos biobasados, obteniendo estructuras con una buena resistencia mecánica que se mantienen a lo largo de toda la vida útil del producto. Para ello, se ha trabajado en la optimización de la adhesión de estos recubrimientos mediante adición de compuestos que promocionen la adhesión o “primers”, de manera que puedan aplicarse sobre cualquier tipo de sustrato.
  • Con este desarrollo, se contribuye a la reducción de residuos que se generan con el uso de estructuras multicapa, extendidas en el sector del envase flexible y más difíciles reciclar.

LÍNEA 3– Tinta con capacidad susceptora que puede ser aplicada en materiales de envase celulósicos. Esta tinta permite un calentamiento homogéneo del producto en microondas para productos que requieran un cocinado en el interior del envase, como pueden ser los snacks o los platos de V gama.

Sesiones de transferencia tecnológica

Tech Transfer Session

ITENE organizó una Tech Transfer Session en la que se ofrecieron alternativas de envase más sostenibles a las convencionales como respuesta a los nuevos retos que plantea la ‘Estrategia europea para el plástico en una economía circular’. Se mostró cómo es posible dotar a nuevos materiales compostables de mejoras en sus propiedades y funcionalidades con el fin de que sean sustitutos reales de los materiales plásticos con un fin de vida difícil de gestionar.

También se aportaron soluciones que contribuyen a la tendencia convenience por parte de los consumidores sin prescindir de las bondades que los nuevos materiales compostables ofrecen en términos de sostenibilidad. El conocimiento adquirido por ITENE se transfirió en el marco del proyecto COMFUME.