Resinas e inteligencia artificial

La introducción de la IA en los procesos de producción contribuirá a reducir la huella de carbono del sector de las resinas.

La industria química apoya plenamente el objetivo de la UE de lograr la neutralidad de gases de efecto invernadero en 2050. “Ya sea en lo referente a la economía de hidrógeno, el reciclaje químico, la biotecnología, el almacenamiento de energía o la digitalización, esta industria está comprometida con tecnologías y procesos innovadores y sostenibles cuyo objetivo es acelerar la transición vital hacia una economía segura, eficiente en el uso de los recursos, circular y con bajos niveles de carbono”, afirma Peter Gigler, Head of Corporate Sustainability de la multinacional alemana Wacker Chemie, AG. En este sentido, las empresas que se dedican a la fabricación y distribución de productos químicos pueden contribuir a los objetivos de sostenibilidad y descarbonización de la UE de dos maneras esenciales: haciendo su producción más sostenible en lo que respecta a las materias primas y los procesos de fabricación y ofreciendo productos que permitan soluciones y tecnologías que contribuyan a la preservación del medio ambiente.

Conseguir que las resinas sean más 'verdes' forma parte de este compromiso. La producción de estas materias primas no podía quedarse atrás y, por tanto, para dar respuesta a las directivas europeas al respecto, el mercado inició ya hace algún tiempo su transición hacia la producción de resinas ecológicas que contribuyan a reducir la huella de carbono. En el caso de firmas como Comercial Química Massó, esto se materializa a través de los productos de su representada Benasedo, que desde hace varios años ya fabrica y desarrolla resinas respetuosas con el medio ambiente. “Son resinas alquídicas, poliésteres y poliuretanos al agua para sustituir las resinas base solvente”, explica Eduard Yáñez, manager del departamento Industrial Colour de dicha empresa, quien indica, no obstante, que “en España este tipo de productos todavía representa un volumen pequeño de ventas”.

Por su parte, el responsable de Sostenibilidad Corporativa de Wacker añade al respecto que, actualmente, hay distintas formas de reducir la huella de carbono de las materias primas: “sustituir las fósiles por materiales renovables basados en la biomasa, materiales reciclados o dióxido de carbono capturado, y utilizar energía procedente de fuentes renovables”. Así lo hacen en Comercial Química Massó, empresa que está adaptándose a los objetivos de sostenibilidad y reducción de costes mediante la instalación de paneles solares en su centro de Sant Pere Molanta (Barcelona). “Con ellos generamos energía 100% limpia para el autoconsumo”, explica Eduard Yáñez.

En este contexto evolutivo no hay que olvidarse de la inteligencia artificial, que parece que tendrá gran influencia en el futuro de los procesos de producción. Su desarrollo está siendo exponencial. Tanto es así que ya está entrando en la fabricación de recubrimientos. Como ejemplo, señalamos que científicos de la Universidad de Nebraska-Lincoln, Estados Unidos, ya la están utilizando para desarrollar una plataforma de fabricación avanzada para recubrimientos de polímeros. En concreto Mona Bavarian, profesora asistente de ingeniería química y biomolecular, ha recibido una subvención de 576.802 dólares del Programa de Desarrollo Profesional Temprano de la facultad de la Fundación Nacional de Ciencias para su investigación.

Desde Wacker afirman al respecto que la digitalización y la inteligencia artificial les permiten desarrollar importantes innovaciones en los procesos de producción. Actualmente su objetivo más importante es seguir reduciendo los costes operativos específicos, aumentar las capacidades con una elevada utilización de las instalaciones de producción y reducir el consumo específico de energía en aras de la sostenibilidad. “Acabamos de premiar el trabajo de un equipo de expertos que ha optimizado nuestro proceso analizando los datos exhaustivamente recogidos. En consecuencia, ahora es posible controlar mucho mejor que antes las condiciones del reactor. De esta manera se mejora la eficacia y sostenibilidad de todo el proceso y también la calidad del producto final”, explica José Miguel Fuertes, Sales Manager Spain and Portugal Dispersion Polymers and Resins de esta firma. “Asimismo, estamos llevando a cabo proyectos y medidas específicas para aumentar aún más la electrificación de nuestros procesos. En la actualidad, más del 70% de la energía necesaria para ello se basa en la electricidad. Con el cambio a las energías renovables disponemos de otra herramienta extremadamente poderosa para mejorar nuestra huella ecológica”, añade su colega Peter Gigler.

En cuanto a la producción, Gigler también explica que el objetivo de la multinacional alemana es “reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 50% para 2030 y conseguir una producción climáticamente neutra para 2045”. Además, la empresa también se ha comprometido a lograr un consumo de energía y de agua más eficiente: “El objetivo en ambos casos es una reducción del 15% para 2030”, apunta el responsable de Sostenibilidad Corporativa.

Otra medida importante para reducir su huella de GEI es la producción climáticamente neutra de silicio metálico, una de las principales materias primas de Wacker para producir silicona. “Actualmente estamos realizando estudios de viabilidad para ver cómo sustituir en nuestra planta de silicio metálico de Holla (Noruega) el carbón fósil utilizado actualmente en el proceso de producción por biocarbono. Además, evaluamos la captura de carbono de las emisiones de CO₂, ya sea para almacenarlo bajo tierra o para utilizarlo como materia prima para síntesis química. La electricidad que necesitamos para la producción de silicio ya es 100% renovable desde 2022”, continúa Peter Gigler.

Wacker Chemie dispone de diversas herramientas para evaluar y calificar la sostenibilidad de sus productos a lo largo de su ciclo de vida y cada una de ellas tiene un enfoque diferente. Una de las herramientas fundamentales es Wacker Sustainable Solutions, un programa que la empresa desarrolla basándose en la norma industrial del Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible. “El 90% de nuestros productos ya cumplen nuestros criterios de sostenibilidad definidos. Para 2030, pretendemos alcanzar el 100%, lo que significa que toda nuestra gama de productos, incluidas nuestras resinas de silicona y polímeros, cumplirá estas normas medioambientales”, explica Gigler.

En cuanto a las resinas poliméricas, también disponen de soluciones sostenibles para altos contenidos en sólidos. A este respecto Dominique Nely, Head of Business Team Resins Global Wacker Polymers señala que “estos sistemas de recubrimientos están formulados con un alto contenido en pigmentos y ligantes, lo que significa que hay que utilizar muchos menos disolventes. Asimismo, centramos la atención en los sistemas de recubrimientos de curado reactivo o ultravioleta. Estos sistemas también pueden utilizarse para formular recubrimientos con componentes disolventes mucho menos volátiles”.

Otro enfoque de los esfuerzos de investigación de esta firma va dirigido a sus procesos de producción: para la producción de resinas de silicona, por ejemplo, se utilizan disolventes que deben eliminarse al final de la fabricación. Por esta razón, la empresa está desarrollando un nuevo proceso en el que es posible prescindir de disolventes.

Los clientes de las resinas para pintura y recubrimientos son los formuladores y los fabricantes. Por tanto, los productores de materias primas solo pueden ofrecer soluciones a medida de sus clientes si desarrollan continuamente nuevos ligantes y los adaptan a las necesidades actuales de los consumidores finales. Para ello, Wacker dispone de varios Centros de Competencia en todas las regiones clave del mundo, en los que se desarrollan productos y soluciones especialmente adaptados a las necesidades de los clientes locales, “pudiendo así reaccionar rápidamente a las tendencias actuales del mercado en estas regiones”, apunta José Miguel Fuertes.

Una tendencia global importante son los ligantes a base de resinas de silicona para recubrimientos con bajo contenido de disolventes. Se trata de sistemas de base agua o con alto contenido en sólidos.

Los sistemas de recubrimientos con disolventes reactivos también son cada vez más importantes. “Estos disolventes reaccionan casi por completo con el ligante y otros componentes de la formulación, por lo que ya no se liberan cuando fragua el recubrimiento”, señala Dominique Nely.

Por otro lado, las resinas sólidas poliméricas permiten fabricar recubrimientos con alto contenido de sólidos y recubrimientos que reticulan con luz UV que requieren una cantidad significativamente menor de disolventes volátiles.

En el caso de las dispersiones poliméricas a base de acetato de vinilo y etileno (VAE), la tendencia sigue siendo hacia las pinturas en dispersión base agua con emisiones reducidas de COV. Éstas son una alternativa a las pinturas para interiores basadas en acrilato de estireno, mucho más sostenible y respetuosa con el consumidor.

IDROBEN NAT 100, todo un reto de sostenibilidad

Comercial Química Massó destaca la resina de origen renovable IDROBEN NAT 100, de su representada Benasedo. “Todo un reto en materia de sostenibilidad”, afirman responsables de la empresa. Esta resina libre de BPA tiene un contenido de aceite del 89%, un contenido sólido de agua del 50% y presenta una viscosidad de < 1000 cps. Ha sido probada en algunas fórmulas básicas (mate y satinado), mostrando resultados prometedores de la siguiente manera:

• Tack free: 10 minutos a 100 WFT.
• Secado completo: 4h a 100 WFT.
• Dureza final persoz: 50-70” a 100 WFT después de 3 semanas.
• Adhesión sobre distintos soportes: plástico, acero yeso y PVC.

Otras de sus características son:

• COV: menos de 2gr/l método ISO 11890 (de conformidad con los límites máximos).
• Emisión de COV: Clase A+, < 1000 µgr/m³ después de 3 y 28 días.
• Composición de la biofuente: > 98% de biofuente de carbono sobre el carbono total.

Wacker

Esta empresa distribuye: resinas a base de silicona (SILRES), resinas sólidas a base de cloruro de vinilo y acetato de vinilo (VINNOL) y resinas VINNAPAS eco solid.

SILRES

Las resinas de silicona SILRES pertenecen a la clase de los organopolisiloxanos y consisten en una red tridimensional irregular de unidades, principalmente tri o tetrafuncionales. Las resinas de silicona se combinan perfectamente con polímeros orgánicos. Como resultado, muchas propiedades, como el comportamiento de reticulación, la flexibilidad, la adherencia o la resistencia a la intemperie, pueden ajustarse según las necesidades.

SILRES está disponible como emulsiones de resina de silicona, copolímeros de resina de silicona y resinas sólidas. Las resinas de silicona son resistentes a la temperatura, a la intemperie y a los rayos UV y, aunque permeables al vapor, exhiben excelentes propiedades hidrófobas.

Las resinas SILRES se utilizan como aglutinantes para pinturas y enlucidos de emulsión, revestimientos industriales e hidrofugantes para proteger la mampostería y para modificar pinturas alquídicas, epoxídicas, de poliéster y acrílicas.

SILRES M 51 E es una resina funcional de metilsilicona de dispersión fina en forma de pequeñas gotitas en un medio acuoso. Esta novedosa mezcla está diseñada para la aplicación en sustratos metálicos. Los recubrimientos de base agua en los que se utiliza SILRES M51E como ligante único alcanzan propiedades tan buenas como los recubrimientos de alta temperatura con ligantes de resina de silicona con disolvente. La emulsión tiene una excelente estabilidad de almacenaje.

SILRES IC 900 se ha desarrollado como ligante para recubrimientos con disolventes que soportan altas temperaturas. El producto se compone de una resina de silicona de metilfenilo con un grupo alcoxi funcionalizado que se suministra en forma no diluida como principio activo puro. Su baja viscosidad permite desarrollar recubrimientos con alto contenido en sólidos.

Esta resina de silicona también se caracteriza por una estructura molecular que, al reticular, da lugar a una red de malla estrecha que sigue teniendo cierta flexibilidad. Esta flexibilidad impide que se formen grietas en la capa de pintura curada, especialmente bajo estrés térmico. De este modo, SILRES IC 900 también permite formular recubrimientos que pueden aplicarse en capas gruesas.

VINNOL

Las resinas VINNOL son copolímeros y terpolímeros de cloruro de vinilo con predominio de acetato de vinilo y, en parte, otros componentes monoméricos. Están disponibles como tipos no funcionales con diferentes composiciones molares y una amplia gama de pesos moleculares, tipos funcionales con grupos carboxilo y tipos funcionales con grupos hidroxilo.

Todas las resinas poliméricas VINNOL son aptas para aplicaciones de recubrimientos con disolventes y son compatibles entre sí. Dependiendo del tipo, se consigue una excelente adherencia en una amplia gama de soportes.

VINNOL L-6868 es una mejora del ligante VINNOL H 40/43, apto para una amplia gama de disolventes y monómeros UV. En la nueva resina polimérica se ha modificado la proporción de cloruro de vinilo y acetato de vinilo. Resultado: VINNOL L-6868 se disuelve mejor en cetonas, pero también en ésteres, monómeros acrílicos, monómeros UV y ésteres de glicol. En combinación con un peso molecular muy bajo, la nueva composición polimérica conduce a una viscosidad significativamente menor de la solución de resina polimérica. Al mismo tiempo, el nuevo ligante permite formular pinturas con alto contenido en sólidos, es decir, formulaciones con un alto contenido de pigmentos y ligantes. VINNOL L-6868 también es apto para sistemas de curado reactivo. Gracias a su peso molecular muy bajo, resulta la solución óptima para los formuladores que deben afrontar retos como comportamiento de flujo, adhesión entre capas y flexibilidad en sistemas que reticulan con luz UV.

Entre las aplicaciones del nuevo ligante se encuentran tintas de imprimir, recubrimientos plásticos, barnices de madera y revestimientos de papel y láminas. VINNOL L-6868 también es el producto idóneo para recubrir envases que entran en contacto con alimentos.

Wacker también ofrece variantes de sus resinas para recubrimientos VINNOL en las que se han reducido las emisiones de CO₂. Se trata de los productos de la serie VINNOL Renewable Energy, que se fabrican utilizando electricidad procedente de fuentes renovables, por lo que su huella ecológica es menor que la de la resina para recubrimientos VINNOL convencional.

VINNAPAS eco solid

La sustitución de fósiles por materias primas renovables se está convirtiendo en una cuestión cada vez más importante en el mundo. Con VINNAPAS eco C501 y 8251, Wacker ofrece alternativas renovables a los aditivos convencionales de bajo perfil basados en fósiles, pues las materias primas fósiles se sustituyen por otras sostenibles, certificadas en la cadena de valor por el esquema REDcert2 por TÜV, lo que añade transparencia y proporciona confianza al cliente.

VINNAPAS eco 501 y 8251 tienen un PCF más del 35% menor (excluido el carbono biogénico) y un PCF más del 85% menor (incluido el carbono biogénico) y son fáciles de usar.

Ambos productos 'eco' tienen las mismas propiedades que VINNAPAS convencionales, por lo que pueden reemplazarse fácilmente en cualquier formulación existente o en desarrollo, como, por ejemplo, en combinación con resinas UP de base biológica y fibras naturales.

VINNAPAS eco C 501 y 8251 son copolímeros de acetato de vinilo y crotónico ácido. Ambos grados se pueden utilizar como aditivos eficientes de bajo perfil en una amplia gama de procesos compuestos, como SMC, BMC, RTM o pultrusión.

VINNAPAS eco C 501 es especialmente adecuado para aplicaciones BMC/SMC Clase A, aportando la mayor suavidad y brillo a la superficie. Por su parte, VINNAPAS eco 8251 ofrece un muy bajo nivel de viscosidad de la solución, lo que convierte a este grado en una opción ideal para formulaciones compuestas sin estireno. VINNAPAS eco 8251 también permite que los emuladores incorporen una mayor cargade fibras y rellenos para mejorar la mecánica de actuación.

Por último, cabe señalar que ambos grados pueden ser mezclados en cualquier proporción, permitiendo a los clientes ajustar la viscosidad de la formulación en una amplia gama, dependiendo de sus necesidades específicas, y ofreciéndoles la oportunidad de reducir significativamente la huella ecológica de sus productos, conservando a su vez la calidad de los mismos.

Un nuevo estudio analiza la síntesis de resinas renovables de acrilato de poliuretano a base de isosorbida para recubrimiento curado UV con propiedades ajustable.

La isosorbida (IS) es un derivado del almidón obtenido de la deshidratación del d-sorbitol derivado del jarabe de maíz. Se trata de un monómero de base biológica ideal, capaz de preparar materiales poliméricos de alto rendimiento para sustituir a otros formulados a base de petróleo.

Durante el estudio, publicado el pasado mes de septiembre en Progress in Organic Coatings (vol. 182), el IS se aplicó como material de origen para preparar resinas de acrilato de poliuretano (PUA-ISCL2/4/6/8) y, en última instancia, para la preparación de recubrimientos curados con UV. Al ajustar la cantidad de ε-caprolactona (CL) en la estructura, los recubrimientos resultantes exhibieron viscosidad ajustable, estabilidad térmica y propiedades mecánicas con buena hidrofilicidad. Por su parte los recubrimientos preparados curados con UV mostraron una dureza de lápiz adecuada de 3H, así como una alta temperatura de transición vítrea (Tg) de 74°C.

Según los investigadores, su trabajo propone preparar recubrimientos curados con UV con un excelente rendimiento general mediante la regulación de la proporción de IS y CL, lo que presenta buenas perspectivas para aplicaciones prácticas.