Lignina, un relleno natural que aporta funcionalidad

KraussMaffei Extrusion (representada en España por Coscollola), con sede en Laatzen (Alemania) y especialista 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 genera resultados altamente beneficiosos para una amplia gama de aplicaciones

"Con nuestra experiencia en compuestos y el conocimiento único de nuestro socio de proyecto en la preparación de lignina, hemos logrado incorporar hasta un 30% de lignina en la matriz de PLA y obtener un compuesto con capacidad/actividad antioxidante natural, propiedades mecánicas mejoradas y biodegradabilidad controlada", presenta Lars Darnedde, del desarrollo de ingeniería de procesos y gerente de proyectos en KraussMaffei Extrusion.

La conversión de la lignina mediante el proceso de hidrólisis, un biopolímero frecuentemente desechado como subproducto de la industria del bioetanol, genera resultados altamente beneficiosos para una amplia gama de aplicaciones. Sus competencias sólidas 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.

De subproducto a convertirse en un relleno clave

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. 

su uso como relleno en una matriz biopolimérica es hasta ahora único e innovador

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, y se enorgullece del hecho de que, gracias al trabajo intensivo de desarrollo, su empresa ahora opera una línea de producción comercial para fabricar polvo de lignina.

la lignina aporta una capacidad antioxidante suficiente, lo que puede ser especialmente útil en aplicaciones de envasado de alimentos 

Optimización exitosa del proceso

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", Lars Darnedde ofrece una visión de la configuración del proceso. La generación ZE BluePower, con su Da/di óptimo de 1.55, ofrece todas estas posibilidades 'listas para usar' y es perfectamente adecuada para procesar estos polímeros sensibles a la temperatura y al corte.

Tanto la excelente 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.