Entrevista a Jan Diemert de Fraunhofer ICT, coordinador del proyecto BioStruct
“Plásticos verdes”, “plásticos basados en materias primas renovables”… existen distintas denominaciones para este nuevo tipo de material, ¿pero qué es exactamente?
El proyecto BioStruct se concentra en los nuevos composites mejorados de madera-plástico conocidos como ‘enhanced composites madera-plástico (eWPCs)’. Éstos combinan fibras de madera y de celulosa con PLA modificado mediante compounding, coextrusión o moldeo por inyección.
Aunque los composites de madera-plástico llevan unos cuantos años en el mercado, BioStruct tiene el objetivo de desarrollar eWPCs y trasladarlos desde el antiguo nicho de mercado (por ejemplo, productos de baja calidad) hasta los mercados de producto de diferentes calidades donde pueden ofrecer soluciones factibles a un mundo que hace frente a necesidades medioambientales que tienden hacia la sostenibilidad y los materiales sostenibles.
¿Puede describir el proyecto BioStruct y sus principales objetivos?
BioStruct es un proyecto de colaboración a gran escala fundado por la Comisión Europea bajo el Programa FP7 (FP7 2007 – 2013). El proyecto tiene como objetivo desarrollar la próxima generación de composites mejorados de madera y celulosa para componentes estructurales complejos y multifuncionales.
Los materiales BioStruct (basados en fibras de madera y celulosa) deben mejorar los biopolímeros así como polímeros estándar mediante modificaciones químicas y pretratamientos tales como la inserción de funcionalidades (por ejemplo, conductividad eléctrica o propiedades ignífugas).
¿Quién forma parte de este proyecto?
El proyecto está integrado por 21 colaboradores de diez países europeos, y tiene un presupuesto total de siete millones de euros. Está previsto que dure un total de 48 meses y comenzó en septiembre de 2008.
Los participantes en el proyecto son: Fraunhofer ICT; VTT; PJH; Lenzing; Acciona; UPM; Tecnaro; Engel; Addiplast; Indesit; Haidlmair Condensia Quimica S.A.; EuCIA; netcomposites; alento; Tehnos; Scheller Systemtechnik; Henkel; TCKT; Aimplas y TITK.
Para acceder a más información sobre los participantes en el proyecto se puede visitar: www.biostructproject.eu.
¿Puede explicar el proceso desde el principio?
BioStruct tiene como objeto el desarrollo de innovadores procesos integrados y ajustados a nuevos materiales BioStruct. Esto supone el desarrollo de procesos de compounding integrado flexibles y energéticamente eficientes además de tecnologías de transformación avanzadas para eWPC tales como tecnología bio híbrida, refuerzo local, espumación y tecnologías sándwich.
BioStruct combina nuevos materiales (fibras de madera y celulosa combinadas con polímeros) con sus nuevas tecnologías de transformación para producir eWPC hecho a la medida para cuatro sectores industriales: automoción, construcción, electrónica y packaging.
El desarrollo de material puede estructurarse de la siguiente forma:
i) Fibras de madera: las fibras de madera requieren injertos y su extracción, a lo cual le siguen pretratamientos tanto físicos como mecánicos
ii) Fibras de celulosa: antes de los injertos en las fibras de celulosa, los procesos BioStruct requieren el cribado de fibras con el objetivo de asegurar la alta calidad y las especificaciones deseadas. Tras el injerto de fibras de celulosa deben tener lugar las modificaciones y caracterizaciones utilizando procesos BioStruct adicionales.
iii) Bio-matriz
- Matriz de poliamida bio
- PLA modificado
- Sistemas de aditivos bio
Los procesos de desarrollo pueden estructurarse de la siguiente forma:
Compounding:
Existen diferentes procesos en el compounding de materiales BioStruct. Éstos incluyen procesos integrados, extrusión planetaria y modificación reactiva. Mientras el desarrollo de estos procesos emplea materiales BioStruct el proyecto tuvo que hacer frente a diversos retos relacionados con las propiedades del material y métodos de transformación. A través de numerosas investigaciones muchos de estos problemas se han solucionado y los procesos y métodos BioStruct se han demostrado eficientes.
Los procesos BioStruct también han desarrollado métodos de conformado y espumado que han dado como resultado las co extrusiones de calidad deseadas.
Por consiguiente, BioStruct trata del desarrollo de materiales y procesos para producir la nueva generación de eWPCs.
En anteriores ediciones de Composite Europe, los asistentes pudieron conocer los últimos materiales y tecnología para la transformación de fibra de madera con plástico. ¿Cuáles son las últimas innovaciones en este campo en la actualidad?
En el área de la transformación, el desarrollo de trabajo del proyecto comenzó más tarde, permitiendo a los colaboradores trabajar con los nuevos materiales desarrollados que BioStruct ya desarrolló al principio del proyecto. Desde entonces, los procesos de compounding adaptados se han desarrollado con éxito en procesos poliméricos sensibles a las temperaturas más bajas posibles y aplicando sólo la energía necesaria para distribuir las fibras evitando su rotura.
Son extremadamente importantes para elevadas capacidades de producción mediante moldeo por inyección de bio-composites, rápidos ciclos y procesos continuos.
BioStruct también está desarrollando nuevos procesos de plastificación para el nuevo material, que combina altos índices de plastificación con una baja tensión del material. Al mismo tiempo, se ha desarrollado una nueva tecnología de molde para reforzar de forma local las piezas inyectadas, generando unas altas propiedades mecánicas en algunas zonas de la pieza moldeada.
En la tecnología de extrusión, se desarrollarán perfiles que combinan la funcionalidad superficial con materiales de base rígida y núcleo de espuma, proporcionando buenas propiedades de aislamiento en combinación con buenos retardantes de llama.
Los WPC son muy populares en Estados Unidos donde ya pueden encontrarse en aplicaciones comerciales, ¿en qué fase se encuentran en Europa? ¿Podría hablarnos de aplicaciones donde podemos encontrar WPCs?
Son ya numerosas empresas las que utilizan WPC convencional en productos PVC tales como marcos de ventanas, tarimas, mobiliario de jardín, etc. También pueden encontrarse en otros productos de exterior como elementos de construcción o de jardín, componentes de ventanas o paneles decorativos en el exterior de edificios
BioStruct –con sus desarrollos de eWPC– tiene como objetivo su uso en diferentes aplicaciones tales como carcasas, componentes electrónicos, piezas de automoción y artículos de packaging avanzado que deben perdurar y requieren de formas complejas.
¿Cree que el uso de eWPC puede ser una alternativa dado el incremento de precio de las materias primas?
Sostenibilidad, polímeros bio y materias primas renovables, son algunos de los retos actuales que se han presentado en la industria de la transformación de los plásticos. Los desarrollos en el área de plásticos bio tales como los WPCs no sólo están motivados por el incremento del precio del petróleo, sino que también inducen a la reducción del consumo de energía y minimizan la huella de carbono. Por estas razones, muchos fabricantes de polímeros así como el conjunto de la industria del plástico, buscan soluciones apropiadas.
Los eWPCs tienen el potencial para reconducir algunos de estos aspectos de actualidad a la industria. Los materiales BioStruct y los eWPC pueden ofrecer composites “verdes” con unas propiedades mecánicas específicas que han aumentado positivamente mediante el proyecto BioStruct.
Parece ser que otros nuevos plásticos, como el PLA, son más populares que los WPC, ¿es más complicada su fabricación?
El interés inicial de mercado por los plásticos bio procede de productores de aplicaciones de un solo uso o de aplicaciones que generan grandes volúmenes de residuos plásticos. Mientras esto está cambiando de forma gradual, debemos recordar que cada material posee diferentes propiedades y es por ello por lo que debemos observar el producto final elaborado. El PLA, por ejemplo, puede utilizarse para muchos productos comerciales como el packaging (de hecho se utiliza para diferentes tipos de packaging de alimentación en la actualidad). Sin embargo otros productos más pesados, como los de la automoción y el transporte, la electrónica y las industrias de la edificación y construcción, deben contar con propiedades más concretas.
También debe recordarse que los diferentes productos requieren diferentes ciclos de vida y opciones para el final de su ciclo de vida. En cuanto a los niveles de dificultad en la fabricación, dependen del proceso utilizado y los petratamientos escogidos. BioStruct ya ha conseguido algunos buenos resultados y actualmente está llevando a cabo casos de estudio. Se puede decir, sin embargo que el trabajo actual en la preparación y procesamiento de materiales BiStruct es adecuadamente proporcional al producto producido y a la diferente gama de aplicaciones en la que pueden emplearse.
¿Cuáles son las ventajas de este tipo de plástico frente al plástico tradicional? ¿Son más caros?
Hasta ahora, las actuales fibras de vidrio se han utilizado para reforzar estructuras de plástico. Una manipulación sencilla, una buena dispersión y un diámetro constante que tiene como consecuencia la estabilidad de las propiedades mecánicas del composite, así como su resistencia a temperaturas elevadas han hecho de esta fibra mineral la primera opción de fabricación. Mientras se han utilizado fibras naturales como una alternativa tradicional sostenible (como cáñamo o lino), no siempre se han logrado las propiedades requeridas. Estos factores limitadores han causado su escasa relevancia y la baja aceptación de las fibras naturales en las industrias plásticas.
Sin embargo, BioStruct ha dedicado mucho esfuerzo para desarrollar una fibra sostenible, que abarque todos los aspectos mencionados. Las propiedades mecánicas de las fibras naturales están influidas por factores como la recolecta, el clima o las condiciones de crecimiento. Materiales como la madera o celulosa, cuando se transforman en una fibra a partir de un proceso económico ofrecen una alternativa económica y más sostenible a las materias primas tradicionales. A decir verdad, todos los factores limitadores mencionados anteriormente de las fibras naturales se eliminan en los materiales BioStruct.
Así, los eWPCs ofrecerán un producto más verde, con un suministro de materias primas asegurado y mejores propiedades para numerosas aplicaciones, estéticas.
Aparte de los resultados de sostenibilidad, ¿abaratará este material el producto final?
El proyecto BioStruct aún está en marcha y por ello continuamos llevando a cabo pruebas y análisis de mercado, pero creemos que, a largo plazo, los eWPCs tendrán un gran potencial para ofrecer el mismo valor que los plásticos tradicionales, o incluso mejor.
Han celebrado varios encuentros internacionales de formación ¿A qué tipo de público están dirigidos? ¿Qué tipo de profesionales están interesados en estos materiales?
El primer evento tuvo lugar el pasado 16 de febrero de 2011 en Pfinztal, en Alemania, en la planta de Fraunhofer ICT. El evento contó con la participación de 40 socios y participantes externos.
El tema principal del evento fue la ‘Transformación y propiedades de los bio composites’ y cuatro ponentes de BioStruct presentaron los siguientes temas: Estado del arte en Bio-Composites (Lars Ziegler, Tecnaro), Compounding de Bio-Composites (Jan Diemert, ICT), Transformación de Bio-Composities (Gerhard Bäck, Engel), y Propiedades de Materiales BioStruct (Katja Klophaus, Henkel).
Tras el éxito de esta jornada, se celebró otro encuentro en Jyväskylä, (Finlandia) el pasado 7 de junio de 2011. El tema principal fue ‘Biofibras y su transformación” y de nuevo este evento cosechó un gran éxito. Los participantes externos mostraron un gran interés, incluyendo los usuarios finales potenciales.
Igual que en los anteriores eventos de formación, todas aquellas personas interesadas en asistir a nuestras jornadas serán bienvenidas. Extendemos la invitación especialmente a potenciales usuarios finales de eWPCs y a aquellos que quieran conocer más sobre el uso de eWPCs. Un tercer evento de formación tendrá lugar a finales de este año (con fecha por confirmar) y aquellos interesados están invitados a visitar www.biostructproject.eu donde se publicará más información al respecto.
Hasta el momento, automatización, construcción, electrónica y packaging son cuatro de las principales áreas de aplicación, ¿por qué la demanda es mayor en estos sectores?
Estas cuatro áreas cubren un gran mercado y de hecho, casi cada producto que se pueda imaginar. Los test iniciales se desarrollaron en estas cuatro áreas, pero siempre hay potencial para ampliar a otras más.
En los eventos que organizan participan empresas como Tecnaro o Henkel, ¿Forman parte del proyecto? ¿Emplean eWPc en sus procesos?
La lista de colaboradores puede encontrarse en la página web. Todos ellos están actualmente investigando en el campo de los eWPCs y su producción utilizando nuevos materiales y procesos BioStruct. Diversos colaboradores se encuentran actualmente efectuando pruebas en productos fabricados con eWPC. Dichos resultados se harán públicos en los próximos meses.
¿Qué puede hacer este material por el sector de la construcción?
Los resultados de las pruebas aún se están llevando a cabo pero creemos que podrán utilizarse como los materiales tradicionales y en algunos casos, incluso tendrán mejores propiedades (por ejemplo, termoestáticas). En las aplicaciones que antes he citado estos materiales pueden ofrecer una alternativa más sostenible con las mismas prestaciones y en algunos casos incluso mejores. Por ejemplo, el mobiliario para jardín realizado con este material no requiere mantenimiento como pintura u otros tratamientos y lo mismo ocurre en el caso de las ventanas, tarimas y tableros.
En su opinión, ¿este material es una amenaza o un aliado para la industria de la madera? ¿y del plástico?
Es un socio para la industria de la madera en el sentido que requiere este material como materia prima. Obviamente, es competencia de los productos de madera, como los mencionados previamente, pero no es nada malo en un mercado competitivo. Y consideramos que los WPCs ofrecerán mayores oportunidades al consumidor, un producto y procesos de fabricación más sostenibles.
Desde el punto de vista de los materiales, ofrece beneficios para ambas industrias ya que cada una cuenta con la misma cantidad de materia prima para el eWPC. De nuevo, los productos de eWPC pueden verse como competidores del plástico tradicional y de los productos de madera, pero es decisión del consumidor y de sus necesidades el decidir qué tipo de productos quiere. Los eWPC ofrecen alternativas sostenibles tanto al consumidor como a los fabricantes que se encentran con problemas como escasez de materias primas o precios crecientes de petróleo
¿Qué tipo de madera se utiliza en estos procesos de fabricación?
Existe potencial para todos los tipos de madera, que pueden combinarse con polímeros en la creación de eWPC. BioStruct utiliza actualmente maderas de árbol de hoja caduca y perenne procedentes de Escandinavia.
¿Necesita la madera algún tipo de tratamiento especial antes de su uso?
Existen tres pretratamientos para las fibras de madera: física, química y enzimática. Para las fibras de madera predominan los tratamientos físicos que se realizan antes de usarse.
A. Refinado: Fibrilación y desbastado de la superficie de la fibra para mejorar la adhesión a la matriz polimérica.
B. Fraccionamiento para mejorar la uniformdidad de la fibra y mejorar su potencial como refuerzo.
La madera entonces se trata utilizando procesos BioStruct (por ejemplo, paletización) antes de ser incluidas en el proceso y combinados con polímeros. Las fibras de madera se añaden como pellets, cubos o fibras trituradas y molidas. Dependiendo del producto fabricado la forma de las fibras de madera que se añaden al proceso puede variar.
