Lignina, un relleno natural que aporta funcionalidad

KraussMaffei Extrusion GmbH, con sede en Laatzen (Alemania) y referencia en tecnología de procesamiento de plásticos, en colaboración con el grupo Synergie Horizon ha desarrollado un proceso para la producción de un termoplástico reforzado 100 % biobasado: el PLA reforzado con lignina.

La conversión de la lignina mediante el proceso de hidrólisis, un biopolímero frecuentemente desechado como subproducto de la industria del bioetanol, genera resultados beneficiosos para una amplia gama de aplicaciones. Sus competencias abarcan desde la purificación de la lignina hasta su modificación química y funcionalización, y ofrecen productos derivados de la lignina destinados a diversas aplicaciones, como la extracción de petróleo y gas, la producción de baterías, el tratamiento de agua, la alimentación animal, entre otras.

Synergy Horizon Poland, también ha estado desarrollando recientemente la producción de polvo de lignina fluido que puede dosificarse en el extrusor como relleno. La lignina es una sustancia 100 % natural que ocupa el segundo lugar, después de la celulosa, como el material orgánico más abundante en la Tierra, y puede extraerse de la biomasa lignocelulósica mediante diversos métodos. Uno de estos métodos es la hidrólisis de la biomasa para la producción de bioetanol, que genera lignina de hidrólisis como subproducto. Las ligninas de hidrólisis poseen propiedades únicas que las destacan de otros tipos de lignina y por este motivo, aproximadamente 50 millones de toneladas de lignina, incluida la lignina de hidrólisis, se producen anualmente en todo el mundo como subproducto del procesamiento de madera en las industrias papelera y de bioetanol, el 98% de la cual se incinera.

Varios proyectos de investigación ya han abordado este valioso recurso biológico renovable, pero su uso como relleno en una matriz biopolimérica es hasta ahora único e innovador. "Sin embargo, procesar lignina de hidrólisis no es una tarea fácil", reconoce Alexander Gonchar, jefe de investigación y desarrollo en Synergy Horizon.

KraussMaffei ha conseguido incorporar la materia prima natural en la matriz de PLA en su recién y vanguardista centro técnico en el sitio de Laatzen. Tanto la extrusora de laboratorio, una ZE Blue Power 28, como el pequeño compuesto de producción ZE Blue Power 42 lograron incorporar hasta un 30 % de lignina. "Hemos adaptado especialmente la configuración del husillo a la lignina con elementos de mezcla pesados y sensibles, operamos a una temperatura máxima de 160 °C y utilizamos tanto una zona de llenado de 6 D como desgasificación lateral", asegura Lars Darnedde, gerente de proyectos en KraussMaffei Extrusion.

Tanto la disposición del proceso del extrusor de compuesto como la óptima preparación de la lignina en Synergy Horizon, se ha confirmado con extensas pruebas mecánicas y en comparación con el PLA puro, el refuerzo con lignina permite aumentar los módulos de flexión y tracción en alrededor del 30 %. Esto podría ser útil en aplicaciones de envasado donde el material debe ser lo suficientemente rígido para mantener su forma bajo carga. Otra ventaja es que la lignina aporta una capacidad antioxidante suficiente, lo que puede ser especialmente útil en aplicaciones de envasado de alimentos para prevenir la oxidación de los alimentos y mantener su calidad y seguridad al inhibir la oxidación radical y evitar la formación de sabores desagradables, olores o compuestos tóxicos. Además, el biocompuesto con lignina no tiene olor, a diferencia de otros tipos de lignina, lo que lo hace más adecuado para el envasado de alimentos. Es un nuevo biocompuesto con propiedades antioxidantes que también podría aplicarse a plásticos biodegradables para fines agrícolas, como películas mulch, para protegerlos de la degradación oxidativa.

A diferencia del PLA puro, que tiene una biodegradabilidad limitada debido a su dependencia de enzimas específicas y condiciones industriales, los biocompuestos de PLA que contienen lignina presentan propiedades mejoradas de biodegradación con una tasa de biodegradación superior al 90 % en 99 días.