El desarrollo de la tecnología de biopolímeros.

19 de abril de 2023

10:33

Los imperativos medioambientales, como la ambición de la UE de convertirse en el primer continente neutro en carbono para 2050, son importantes para la industria de los no tejidos, y la introducción de materiales novedosos exige el aporte y la colaboración de ingenieros de materiales, textiles, químicos y mecánicos. Como área natural de investigación aplicada para el equipo multidisciplinario de expertos de NIRI, Steven Neill, director de tecnología de NIRI, analiza el desarrollo de la tecnología de biopolímeros y destaca las instalaciones de laboratorio a escala de prototipo que ayudan a hacer que nuevos materiales sean comercialmente viables, con menor riesgo financiero.

La demanda de reducir las emisiones de CO2 a nivel mundial incluye las generadas por la producción de polímeros, la producción de telas no tejidas, los procesos de conversión y ensamblaje de productos, y las preocupaciones por el fin de la vida útil de los productos. Existe una obligación cada vez mayor para los fabricantes de centrarse en una variedad de factores de producción. La selección de materias primas, el cambio hacia las energías renovables y la reducción del uso general de energía son preocupaciones críticas. De la misma manera, el manejo de desechos previos al consumo durante el proceso de fabricación, junto con un impulso para reducir los procesos que consumen mucho agua y manejar mejor la gestión de las aguas residuales, son problemas de producción apremiantes. Además de la producción, los fabricantes se ven cada vez más obligados a considerar el ciclo de vida del producto a más largo plazo, incluida la reutilización; reciclar y devolver materiales al ciclo de producción, o devolver materiales al ecosistema natural.

En este contexto, el cambio de materiales derivados de combustibles fósiles a materiales alternativos está liderando una transformación en los no tejidos, pero conlleva una serie de desafíos, ya sea adaptar materiales novedosos a técnicas de procesamiento convencionales o adaptar las técnicas de procesamiento actuales a materiales novedosos. El crecimiento y desarrollo de los biopolímeros representa una alternativa clara a los plásticos derivados de combustibles fósiles, aplicable en una gran cantidad de sectores. En su forma natural, los biopolímeros se han utilizado a lo largo de la historia: fibras y aglutinantes naturales, en gran medida de origen animal, vegetal o mineral. Pero al buscar biopolímeros alternativos para la formación de fibras/filamentos, actualmente hay una variedad de opciones disponibles, que incluyen:

La tecnología de formación de banda apropiada para cada una de estas opciones varía, por ejemplo, cardado, colocación por aire, colocación en húmedo, soplado en fusión y unión por hilado. Si bien todos estos son procesos bien establecidos, existen grandes desafíos involucrados en la introducción de nuevos materiales en cualquier sector o línea de productos. Uno de esos desafíos es lograr el procesamiento y la conversión sin problemas de nuevos materiales utilizando equipos convencionales. El enfoque alternativo actual es adaptar equipos convencionales para lograr un procesamiento sin problemas. Cualquiera que sea el camino que se siga, para que los nuevos materiales sean comercialmente viables deben cumplir con las especificaciones y demandas de rendimiento de los materiales y productos que van a reemplazar.

Combinar materiales con las propiedades requeridas en una mezcla que combine lo mejor de ambos materiales es una opción para superar estos desafíos y obtener el rendimiento deseado. Alternativamente, se pueden agregar aditivos de proceso o rendimiento durante la preparación de la materia prima o durante el procesamiento. La mezcla se puede realizar en la etapa de preparación del polímero (composición), mezclando diferentes tipos de fibras antes del cardado, colocación al aire o colocación en húmedo. En la colocación en húmedo, se pueden agregar aditivos del proceso a la suspensión de fibras, mientras que se pueden agregar mejoradores del rendimiento en formas no fibrosas, como polvos, durante el proceso de colocación de las fibras o en las redes formadas.

Al analizar estas opciones de proceso, Neill destaca la importancia de la inversión de NIRI en tecnología de laboratorio: "Los laboratorios de NIRI están equipados de manera única con equipos a escala de creación de prototipos para evaluar la procesabilidad, explorar combinaciones de polímeros con aditivos de procesamiento y rendimiento, y optimizar las condiciones del proceso para la extrusión de biopolímeros en filamentos, telas no tejidas hiladas y sopladas en fusión.

"Del mismo modo, se puede satisfacer la demanda de igualar las especificaciones y propiedades de rendimiento de nuevos materiales con los tejidos y productos convencionales. Las máquinas de creación de prototipos a escala de laboratorio permiten realizar cambios en los prototipos de forma rentable y rápida. Esto significa que podemos realizar una rápida sucesión de adaptaciones, menos intensivas en el uso de materiales, que conduzcan a una optimización efectiva para brindar confianza antes de que se lleven a cabo pruebas piloto y de producción más costosas".

Una vez que las redes no tejidas se forman con éxito, es necesario unirlas. Se puede evaluar la unión de las redes cardadas, colocadas por aire y húmedas de nuevos biopolímeros utilizando la amplia gama de técnicas de unión de NIRI, incluidas las mecánicas (que no requieren materiales adicionales para consolidar las redes en telas), térmicas y químicas. La forma más común de agentes adhesivos en la unión térmica son las fibras bicomponentes. Los expertos de NIRI trabajan con clientes en una variedad de pruebas para coextruir combinaciones de biopolímeros en forma de fibra de biocomponente, evaluar la adhesión a las fibras y determinar el comportamiento durante la unión térmica y el rendimiento de la unión. En la unión química, los aglutinantes se aplican sobre las redes de fibras formadas, formando enlaces químicos y ayudando a la resistencia de la tela. Los principales requisitos de los aglutinantes son su compatibilidad con diversos métodos de aplicación (incluidos la pulverización, el recubrimiento, la impresión y la saturación), la afinidad con las fibras y la fuerza de unión.

Steven Neill, director de tecnología de NIRI, señala la importancia continua de los equipos de laboratorio a escala de prototipos para la unión: "Como en el caso de la formación de fibras y redes, el equipo de unión a escala de prototipos de NIRI es ideal para evaluar la procesabilidad del aglutinante, explorar combinaciones de polímeros, y optimizar las condiciones del proceso para la extrusión de biopolímeros bicomponentes en filamentos, así como la implementación de técnicas de unión.

"Las especificaciones y propiedades de rendimiento de los prototipos de biopolímeros se pueden probar de acuerdo con los estándares de la industria utilizando la instalación analítica de NIRI. Los resultados de las pruebas se pueden comunicar rápidamente al equipo de creación de prototipos, se pueden realizar ajustes y se pueden formar y probar nuevamente prototipos optimizados. A través de estos procesos y utilizando equipos a escala de prototipos, los expertos de NIRI determinan los parámetros y el rendimiento de los materiales a base de biopolímeros y los tejidos resultantes.

"De manera similar, los clientes pueden utilizar las instalaciones y la experiencia de NIRI para implementar procesos de bajo consumo de energía y menos agua, evaluando su impacto en los parámetros y el rendimiento de los tejidos alternativos y llevando a cabo una rápida optimización. Una vez más, en la etapa de fabricación, gestionar la reintroducción de residuos en la producción. -residuos previos al consumo- pueden explorarse y realizarse una evaluación de impacto".

Una consideración final, pero cada vez más importante, se relaciona con el final de la vida. Los no tejidos rara vez se diseñan para ser reutilizados, y principalmente se clasifican como duraderos; semiduradero o desechable. Las estrategias para el final de su vida útil difieren según la aplicación, y la composición del material es un factor tan importante como los métodos de producción. El reciclaje mecánico está establecido desde hace mucho tiempo y se utiliza ampliamente en el sector de los no tejidos, y la infraestructura existente actualmente puede gestionar la recolección y el reciclaje de polímeros convencionales como PET, PP, PE y PA, y también puede abordar las alternativas de base biológica. A medida que el uso de biopolímeros crece en múltiples sectores, será necesario expandir la infraestructura de recolección y reciclaje de residuos, extendiendo así la vida útil de los productos a materiales reciclados y reutilizados antes de la degradación al final de su vida útil.

Considerando el futuro de los bioplásticos, Neill concluye: "Como tecnología emergente, el reciclaje químico debería garantizar la verdadera circularidad de los materiales poliméricos, reintroduciéndolos en los mismos procesos de extrusión que sus equivalentes vírgenes. Al igual que con el reciclaje mecánico, esta es una tecnología que es razonablemente desarrollado para polímeros convencionales como PET y PP, pero el impulso para reciclar y reutilizar materiales indica que el reciclaje químico debe ampliarse para incluir biopolímeros para un futuro más sostenible. Dada la necesidad crítica de descarbonizar, y con la sostenibilidad como fuerza impulsora en los no tejidos ", la experiencia y las instalaciones de NIRI presentan un paquete atractivo. Los fabricantes pueden explorar nuevos materiales de manera rentable y rápida, asegurándose de que cumplan con las especificaciones y el rendimiento de los productos existentes, y abordando aspectos vitales del viaje hacia Net Zero".

19 de abril de 2023

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