Desarrollo de nuevos materiales bioplásticos con efecto barrera

Abstract

(English) Plastics are the most widely usad materials in the world. lts low cost, good properties, versatility and availability have made them a reference in almost all sectors of economy for decades, being practically impossible to find everyday objects without at least one of its components made of plastic. Plastic materials represent a problem because of their environmental impact derived from their lífe cycle as they have been used until now. Most of them originate from oil, a non-renewable resource, and exhibit carbon footprints indicating positive contribution to global. In tum, at the end of their useful life, the vast majority are not recycled, which means that they are landfilled, where they will remain intact as waste for centuries, or incinerated, contributing to the increase further their carbon footprint. The problem has grown by the abuse in sectors such as packaging, where many single-use and short-life applications have relied on plastics. This has led to a massive production of plastic waste, well above the level that could be considered sustainable. And what makes this situation especially complex is that this plastic packaging waste, and specifically from beverage and food packaging, cannot be collected in a controlled manner because waste is scattered throughout environment. In recent years, different companies and governmental organisations have focused their efforts on implementing strategies and polícies to promete the use of other materials to replace plastic. The first option, especially for food packaging and catering products such as trays and cups, has been paper. However, paper or cardboard, as is well known, do not have a high barrier to either fats or liquids. In order to use paperas food packaging, coatings with a thickness of a few microns have been made using plastics, either by lamination techniques or by impregnation from latex-type suspensions. While this solution greatly reduces the use of plastic, it is still dependent on1his material. Moreover, it converts a biodegradable substrate, paper, into a non-biodegradable polymeric compound, which is difficult to further process. In this context of the search for solutions, bioplastics have appeared, which, as their name suggests, are plastics that are either biodegradable or of natural origin, or both. These materials have similar properties to conventional plastics of fossil origin; however, their life cycle has a virtually zero carbon footprint and they are highly sustainable. Among bioplastics, polylactic acid (PLA) stands out due to its good mechanical properties and low production cost. In this doctoral thesis, the aim is to develop a new applícation based on an aqueous suspension of polylactic acid that is intended to serve as a barrier coating for a paper-type substrate. The aim is that these suspensions, when impregnated on a substrate, provide a biodegradable film with barrier to water, water vapour and greases/oils. This applícation would solve the current problem of non-biodegradable coatings in the packaging sector, among others. - This thesis has resulted in a biodegradable product capable of providing a real and competitiva solutiop to a current problem in the plastics sector. Polylactic suspensions represent a novelty in the world of coatings, being the first biodegradable coating able to provide a high barrier to liquid water, water vapour and greases/oils, among other properties.

(Español) Los plásticos son los materiales más utilizados en el mundo. Su bajo coste, buenas propiedades, versatilidad y disponibilidad los han convertido, desde hace décadas, en una referencia en la mayor parte de los sectores de la economía, siendo prácticamente imposible encontrar objetos de la vida cotidiana que no contengan al menos uno de sus componentes hecho de este material. Sin embargo, los materiales plásticos presentan un problema por el impacto ambiental derivado de su ciclo de vida, debido, principalmente, al uso que se les ha dado hasta ahora. La mayoría de ellos tienen como origen el petróleo, un recurso no renovable, y presentan huellas de carbono que indican su contribución positiva al calentamiento global. A su vez, al final de su vida útil la gran mayoría no son reciclados, lo que implica su deposición en vertederos, en los que se mantienen íntegros como residuo durante siglos, o su incineración, que aumenta todavía más su huella de carbono. El problema se ha acrecentado con el abuso que se ha realizado en sectores como el packaging, donde muchas aplicaciones de un solo uso y vida útil corta se han basado en plásticos. Esto ha generado una producción masiva de residuos, muy por encima del nivel que se podría considerar sostenible. Y lo que hace particularmente compleja esta situación es que estos residuos plásticos del packaging, y en concreto los de envasado de bebidas y alimentos, no se pueden recoger de forma controlada porque se encuentran dispersos en el entorno. En los últimos años, las diferentes empresas y organizaciones gubernamentales han centrado sus esfuerzos en llevar a cabo estrategias y políticas que potencien el uso de otros materiales en sustitución de los plásticos. La primera opción, sobre todo pensada en el embalaje de alimentos y en productos de.cáterin, como bandejas o vasos, ha sido el papel. Sin embargo, el papel o el cartón, como es sabido, nQ poseen una alta barrera ni a las grasas ni a los líquidos. Para poder utilizar el papel como embalaje alimentario, se han realizado recubrimientos de un espesor de pocas micras utilizando plásticos, ya sea mediante técnicas de laminado o por impregnación a partir de suspensiones tipo látex. Si bien esta solución reduce en gran medida el uso de plástico, no deja de depender de este material. Además, convierte un sustrato biodegradable en un compuesto polimérico que no lo es y cuyo tratamiento posterior se ve dificultado. En este contexto de búsqueda de soluciones han aparecido los bioplásticos, que, como su nombre indica, son plásticos que o bien son biodegradables, o bien provienen de origen natural o ambas cosas. Estos materiales presentan propiedades.similares a los plásticos tradicionales de origen fósil; no obstante, su análisis de ciclo de vida presenta una huella de carbono prácticamente nula y son altamente sostenibles. Entre los bioplásticos destaca el ácido poliláctico (PLA) debido a sus buenas propiedades mecánicas y su,bajo coste de producción. En la presente tesis doctoral se pretende desarrollar una nueva aplicación basada en una suspensión acuosa de ácido poliláctico con el propósito de que sirva como recubrimiento para aportar barrera a un soporte tipo papel. El objetivo es que estas suspensiones, al ser impregnadas sobre un soporte, aporten una película biodegradable con barrera al agua, al vapor de agua y a las grasas. Esta aplicación solventaría la problemática actual de los recubrimientos no biodegradables para el sector del packaging, entre otros. La presente tesis ha dado como fruto un producto biodegradable capaz de dar una solución real y competitiva a una problemática dentro del sector de los plásticos. Las suspensiones de poliláctico suponen una novedad en el mundo de los recubrimientos, siendo el primer recubrimiento biodegradable capaz de aportar una alta barrera al agua líquida, al vapor de agua y a las grasas, entre otras propiedades.