Según el RD 1055/2022 un envase se define como todo producto fabricado con materiales de cualquier naturaleza y que se utilice para contener, proteger, manipular, distribuir y presentar mercancías. En función del tipo de producto a envasar, se deben definir los requerimientos del envase.

En muchos casos, es necesario proteger el producto de factores ambientales como el oxígeno, la humedad, la luz ultravioleta, además de dotar al envase de propiedades mecánicas y de termosellado para cumplir con su función. Sin embargo, no existe un material que cumpla con todos los requisitos, por lo que es necesario hacer uso de estructuras multicapa donde se combinan diferentes materiales para obtener un envase que cumpla con los requerimientos del producto.

Sin embargo, el uso de estructuras multicapa supone una desventaja medioambiental, ya que no se pueden separar los materiales para su reciclado, por lo que estos residuos acaban en incineración o vertedero. El cambio de paradigma de una economía lineal a una economía circular, en la que los residuos se reintroducen en la cadena de valor para reducir el consumo de recursos, está alineado con el RD 1055/2022 que entró en vigor a finales del año 2022 y, que tiene como objetivo, entre otros, que todos los envases sean reciclables en 2030.

Para cumplir con este objetivo, el sector del envase flexible ha evolucionado hacia estructuras multicapa monomaterial, generalmente basadas en poliolefinas como polietileno (PE) y polipropileno (PP), haciendo uso de la tecnología de biorientación de films y/o MDO (Machine Direction Orientation), que permite el estirado monoaxial de films, generando una orientación de cadenas poliméricas y, por tanto, una mejora de propiedades.

Aunque la tecnología de orientación de films está extendida en plásticos convencionales, no lo está en bioplásticos ya que, actualmente, solamente se comercializa el ácido poliláctico (PLA) biorientado (BOPLA). Teniendo en cuenta que, los bioplásticos tienen por lo general propiedades mecánicas y barrera limitadas, el uso de la tecnología MDO para mejorar las prestaciones de los bioplásticos permitiría ampliar su campo de aplicación.

De esta necesidad surge el proyecto BIOPROCESS cuyo principal objetivo es estudiar el empleo de la tecnología MDO para la orientación monoaxial de films en la mejora de las propiedades mecánicas y barrera de los bioplásticos. El proyecto está liderado por el Instituto Tecnológico del Plástico (AIMPLAS) y cuenta con dos empresas colaboradoras: POTATO BIOPLASTICS, S.L., empresa fabricante de nuevos bioplásticos de fuentes renovables y, GAVIPLAS, S.L., empresa fabricante de film flexible.

Los resultados obtenidos en el proyecto permitirán ampliar el campo de aplicación de los bioplásticos en diferentes sectores del envase flexible: alimentario, cosmético e higiene personal, detergencia y limpieza, etc. El uso de bioplásticos en el sector envase se plantea como alternativa a los plásticos convencionales en aquellos casos donde quedan restos de producto en el envase, lo que dificulta el reciclado de los materiales del envase. Por tanto, mediante el empleo de bioplásticos en dichas aplicaciones, será posible valorizar orgánicamente estos residuos de envase para la obtención de compost de calidad.

Para conseguir los objetivos del proyecto BIOPROCESS, se han seleccionado diferentes bioplásticos comerciales y, además, se han desarrollado nuevas formulaciones de polímeros naturales tales como polisacáridos y, proteínas animales y vegetales para el estudio de la modificación de sus propiedades mecánicas y barrera al ser procesados por extrusión de lámina no orientada y extrusión MDO.

Los resultados de la evaluación de procesabilidad en extrusión de lámina orientada han demostrado que los materiales más flexibles como almidón termoplástico (TPS), polibutileno succinato adipato (PBSA) y polibutileno adipato tereftalato (PBAT) es posible orientarlos a un ratio de estirado entre 1:5 y 1:6,5, superior a otros materiales como ácido poliláctico (PLA) y polibutileno succinato (PBS) que tiene ratios de estirado máximo en torno a 1:1,5.

Por otro lado, los resultados de los ensayos sobre propiedades mecánicas han demostrado que la orientación de films aumenta considerablemente la rigidez de los mismos. En la Figura 1 se muestra la curva esfuerzo-deformación del material PBAT sin orientar, así como orientado a dos ratios de estirado diferentes, observándose una típica curva correspondiente a materiales flexibles en el film sin orientar y, curvas más típicas de materiales rígidos cuando el film es orientado.

Curva esfuerzo-deformación de PBAT orientado y sin orientar

A modo de ejemplo, se ha comprobado que el material PBAT aumenta su módulo de elasticidad o de Young en un 70% cuando se orienta en un ratio de 1:3. En cuanto al estudio de las propiedades barrera a oxígeno y a vapor de agua, se ha comprobado que determinados bioplásticos como PLA y PBAT tienen buena barrera a oxígeno, es decir, tienen una permeabilidad al oxígeno inferior a 250 cc/m2·día.

Además, cuando se orientan los films, la propiedad barrera a oxígeno mejora notablemente. De esta forma, materiales como el almidón termoplástico (TPS) mejoran su barrera a oxígeno hasta 16 veces cuando se orientan a un ratio de estirado 1:5 y, el material PBAT mejora hasta casi 5 veces al orientarlo al mismo ratio de estirado.

Por otro lado, el material PBS mejora hasta 7 veces su barrera al oxígeno cuando se orienta a un ratio de estirado 1:1,5, de lo que se concluye que los materiales en los que más se ve mejorada la barrera a oxígeno son el almidón y el PBS. Sin embargo, la orientación del material PBSA empeora la barrera a oxígeno.

En cuanto a la propiedad barrera a vapor de agua, se ha comprobado que la mayoría de los bioplásticos que han sido estudiados tienen buena barrera a vapor de agua (permeabilidad al vapor de agua inferior a 250g/m2·día), los cuales son: PBS, PBSA, PLA y PBAT. Sin embargo, se ha demostrado que la orientación de films empeora la barrera al vapor de agua en todos los bioplásticos estudiados.

Durante los últimos meses del proyecto, se obtendrán estructuras multicapa mediante combinación de diferentes bioplásticos con el objetivo de obtener films que posean buena propiedad barrera tanto a oxígeno como a vapor de agua. Además, se estudiarán las propiedades de termosellado de los films orientados para validar su funcionalidad como envase.

El proyecto BIOPROCESS se enmarca en la convocatoria de ayudas dirigidas a centros tecnológicos de la Comunidad Valenciana para proyectos de I+D en colaboración con empresas para el año 2024 por el Instituto Valenciano de Competitividad e Innovación (IVACE+i).