Ventajas
- Las características físicas y químicas de las MFC producidas durante el proyecto permite dispersarlas homogéneamente en matrices poliméricas hidrofóbicas, a diferencia de MFC convencionales, cuya polaridad las hace incompatibles con estos materiales. Si bien existen propuestas similares mencionadas en la literatura técnica, el producto desarrollado destaca por su bajo costo y mejor desempeño reforzante en polímeros de distinta polaridad.
- En cuanto al proceso desarrollado, su principal atributo diferenciador es que permite una sustitución homogénea de grupos hidroxilo presentes en las MFC, a diferencia de procesos convencionales que son difíciles de controlar. De hecho, una acetilación de macrofibras suele ser heterogénea, con una sustitución preferente a nivel superficial, lo que perjudica las propiedades de las microfibrilas. Por su parte, una fibrilación a nivel micro y nanométrico permite aumentar la homogeneidad del material, mejorando sus propiedades, facilitando su dispersabilidad en resinas termorrígidas y termoplásticas.
- Los plásticos reforzados con el producto desarrollado muestran una mayor elasticidad que sus equivalentes sin modificación, cuya incorporación a matrices plásticas suele deteriorar las propiedades mecánicas del material.
- Las MFC son capaces de mejorar notoriamente las propiedades adhesivas de resinas ureicas comerciales. Esto permite reducir la dosificación de adhesivo requerida para la manufactura de tableros de partículas, sin perjudicar sus propiedades mecánicas.
Descripción
El proyecto consistió en desarrollar una tecnología para la fabricación de MFC con polaridad controlada, para su posterior aplicación como aditivo reforzante en resinas, tanto hidrofílicas como hidrófobicas. Para ello, se esterificó controladamente, mediante acetilación, la superficie de las MFC, para cambiar su polaridad superficial y optimizar su compatibilidad con matrices de naturaleza química diversa. Luego, se demostró la capacidad reforzante de las MFC reforzadas en resinas adhesivas del tipo urea-formaldehido (UF) y en resinas plásticas del tipo polipropileno (PP).
Mercado
Industria de transformación de plásticos
La adición de MFC acetiladas permite mejorar las características del material frente a esfuerzos de tracción, lo que se traduce en una mayor resistencia a la ruptura. Este mejoramiento es de especial interés para empresas transformadoras de plásticos y de usuarios que requieren PP con mejores prestaciones mecánicas. La única empresa productora de PP en el país, Petroquim S.A., ha manifestado interés en esta tecnología.
Industrias de resinas adhesivas
Un aumento en el grado de acetilación mejora el efecto reforzante de las MFC, resultando en un incremento en la resistencia mecánica de resinas adhesivas. Este efecto ha llamado la atención de la empresa Resinas del Bío-Bío S.A., la que ha mostrado interés en el producto. Su intención es aprovechar el efecto reforzante y el bajo costo de las MFC, para generar un nuevo producto que permita reducir la dosificación de resina adhesiva requerida en la fabricación de tableros reconstituidos de madera.
Estado de Desarrollo
Prototipo funcional. El proceso de producción de MFC, incluida la acetilación, fueron ensayados a nivel bench-scale. Actualmente se está escalando el proceso a un nivel piloto-demostrativo.
Aplicaciones
Un correcto control de la polaridad de las MFC permite diversificar la gama de materiales susceptibles de reforzar. En otras palabras, el proceso desarrollado abre las puertas a una serie de aplicaciones, en las que MFC tradicionales no muestran un buen desempeño. Entre ellas, en pinturas, barnices y concreto; espesante en alimentos, estabilizador de emulsiones, componente de cosméticos y reemplazo de surfactantes; y también pantallas electrónicas flexibles, material cicatrizante de heridas o material de impresión 3D.
Oportunidad
El mercado mundial de la celulosa es cada día más competitivo, debido a la disminución en la demanda de papeles de impresión y escritura. Por ello, es importante tender a una diversificación y al desarrollo de nuevas aplicaciones. En este contexto, se debe aportar nuevas funcionalidades al papel, o utilizar las fibras para otros usos. Entre los nuevos productos desarrollados por esta industria figuran las microfibras, los nanocristales de celulosa y los materiales compuestos. Su valor reside en su biodegradabilidad, biocompatibilidad, bajo costo y alta versatilidad.
Junto a las ventajas técnicas y económicas, la aplicación de MFC acetiladas tiene asociada los siguientes beneficios ambientales y ecológicos:
La industria del plástico se ve enfrentada a una ciudadanía crecientemente consciente de los efectos ambientales nocivos asociados al uso de plásticos fósiles. Ello se debe a su muy lenta degradación en la naturaleza. Si bien se está restringiendo el uso de plásticos en aplicaciones de un solo uso (por ejemplo, bolsas de empaque, cubiertos desechables y bombillas para refrescos, entre muchos otros) y que en forma lenta están penetrando en el mercado plásticos biodegradables, la realidad es que la humanidad deberá seguir conviviendo con plásticos fósiles por muchas décadas más, pues su eliminación/reemplazo serán procesos paulatinos y lentos. El consumo de plásticos en Chile es de 50 kg/habitante/año, en tanto en países desarrollados el consumo anual per cápita es tres veces mayor.
Por otra parte, los adhesivos ureicos usan formaldehído como uno de sus componentes principales. Se trata de un compuesto catalogado como cancerígeno por la Organización Mundial de la Salud (OMS). Si bien el adhesivo polimerizado no es peligroso, pues el formaldehído reacciona durante el curado y pasa a formar parte de un polímero reticulado, el uso de una materia prima altamente peligrosa y las muy bajas emisiones de formaldehído del adhesivo curado son preocupaciones ambientales muy serias, tanto para los productores como los usuarios.
Reconocimientos del Proyecto
Recientemente comenzamos a ejecutar el proyecto CORFO Alta Tecnología “Desarrollo de tecnología de producción de nanofibras de celulosa (NFC) químicamente modificadas, para aplicaciones de alto interés económico e impacto global”, el que tiene como objetivo central escalar el proceso, para aplicarlo industrialmente.