Nuevos bioplásticos para tecnologías ópticas

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Científicos de Alemania y los Países Bajos están investigando nuevos productos plásticos ecológicos basados ​​en ácido láctico para aplicaciones en tecnologías ópticas como faros, lentes, reflectores y guías de luz.

Hasta ahora, estos productos se han elaborado a partir de plásticos derivados del petróleo como el policarbonato y el polimetilmetacrilato (PMMA), que contaminan la naturaleza y el medio ambiente, dijo el consorcio de investigación integrado por la Universidad de Paderborn y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamm-Lippstadt, ambas de Alemania y el Instituto Aachen-Maastricht de Materiales de Base Biológica (AMIBM) en los Países Bajos.

El proyecto es financiado por el Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura de Alemania (BMEL), cuenta con un presupuesto de aproximadamente de 885.000 euros y forma parte de su programa de financiación de «Recursos renovables».

La producción sin restricciones de productos plásticos a base de petróleo sigue siendo una práctica estándar, a pesar de todos los esfuerzos por buscar fuentes biológicas. Sin embargo, las demandas de alternativas basadas en recursos renovables son cada vez más fuertes en los círculos científicos, políticos y en la sociedad misma.

“Actualmente, la atención está enfocada en aplicaciones con requisitos de materiales bastante bajos y mercados con altos volúmenes de ventas. Se están logrando algunos avances en el campo de los materiales ópticos. Por ejemplo, en forma de «policarbonatos modificados», en los que la isosorbida, un recurso renovable, se utiliza en el plástico como segundo monómero”, dijo el profesor Klaus Huber del Departamento de Química de la Universidad de Paderborn, quién dirige el proyecto en la universidad.

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«Estos materiales se utilizan en pantallas y películas ópticas, aunque por el momento muy raramente», agregó

El profesor Gunnar Seide de la Universidad de Maastricht explicó que la sostenibilidad todavía no es un gran atractivo para los consumidores. «Por supuesto es esperado, pero es más caro. Esto significa que necesitamos polímeros sostenibles de alto rendimiento con propiedades técnicas que sean rentables. Y esto es lo que pretendemos lograr con nuestro proyecto PLANOM”.

El objetivo de los científicos es utilizar una materia prima específica de la familia de los bioplásticos como material óptico en luces y faros. La polilactida es para los investigadores el candidato adecuado.

La polilactida

La polilactida, o ácido poliláctico, se obtiene a partir de materias primas renovables y se produce durante la fermentación de carbohidratos en un proceso conocido como ‘fermentación del ácido láctico’.

«Con nuestro enfoque, abordamos varios problemas de los materiales poliméricos convencionales. El cambio hacia los recursos renovables a corto plazo ayuda a establecer una economía de materiales que no depende del petróleo y, al mismo tiempo, reduce significativamente las emisiones de CO2 contribuyendo así a los objetivos del Acuerdo de París», dijo Seide.

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Un tercer aspecto se refiere al análisis del ciclo de vida completo del material. Esto implica principalmente evitar los microplásticos, debido a los conceptos de reciclaje, y evaluar la biodegradabilidad, agregó el científico. «Como polímero exclusivamente de base biológica, la polilactida es completamente degradable en determinadas condiciones. Esto reduce la cantidad de tiempo que permanece en la naturaleza».

Además de las propiedades específicas de la aplicación necesarias, los investigadores están convencidos que estos son incentivos importantes para que la industria cambie a tales materiales alternativos. Y la polilactida ofrece ventajas en términos de sostenibilidad «Tiene muy buenas propiedades ópticas para su uso en el área visible del espectro electromagnético. Además, las capacidades de producción de polilactida son enormes. Esto lo hace relativamente competitivo en precio en comparación con los polímeros convencionales», destacó Seide.

Inicialmente, el consorcio está investigando el uso de polilactida en conjunto con las tecnologías LED, bien conocido como una fuente de luz eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

Huber explica que «En particular, la vida útil extremadamente larga y la radiación emitida en el extremo de onda corta del espectro visible, es decir, el componente azul de la luz LED, imponen exigencias extremas a los materiales ópticos».

Esto significa que es necesario utilizar materiales extremadamente duraderos. La polilactida se ablanda a unos 60 grados centígrados. Las luces LED, sin embargo, pueden alcanzar temperaturas de hasta 80 grados cuando están en uso.

Otro desafío es su comportamiento de cristalización. Alrededor de los 60 grados, se forman cristalitos que hacen que el material se vuelva turbio. Los científicos están trabajando para evitar la formación de cristalitos por completo o reemplazar este proceso con una cristalización controlada, mediante la cual solo se forman cristalitos con dimensiones que no interfieren con la luz.

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“El proyecto tiene como objetivo hacer posible el uso de polilactida en aplicaciones de iluminación técnica de alto rendimiento por primera vez, específicamente como material de lente en los faros de las bicicletas. Para ello, colaboramos estrechamente con la empresa Busch und Müller en Meinerzhagen. Otras empresas de iluminación, incluida HELLA en Lippstadt, también están interesadas en el progreso que estamos logrando y ven una creciente necesidad de utilizar soluciones sostenibles en sus productos».

En Paderborn, la atención está puesta en determinar la naturaleza molecular de las polilactidas a utilizar, con miras al uso posterior del material. Los investigadores están explorando en particular el comportamiento de fusión y cristalización de los materiales desarrollados.

Huber investiga en qué medida los aditivos o la irradiación de las muestras mejoran este comportamiento con respecto a las propiedades ópticas deseadas. “El trabajo se está llevando a cabo utilizando un sistema de dispersión de luz de ángulo pequeño construido especialmente para este propósito y nos permite investigar el crecimiento de los cristales y el proceso de fusión de los cristales, es decir, precisamente los procesos que juegan un papel importante en la determinación de las funcionalidades ópticas”, explica Huber.

Además de los hallazgos científicos y técnicos, se espera que el proyecto proporcione importantes estímulos económicos. Un bioplástico óptico sostenible con propiedades competitivas mejorará la competitividad de los fabricantes de luces y los proveedores de automóviles. El proyecto también capacitará a investigadores principiantes y académicos junior para puestos en la industria y las instituciones de investigación. El equipo anticipa tener los primeros resultados a fines de 2022.

 
 
 
 
 

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