//Latinoamérica// Una vida útil muy corta y ciertas dificultades en su reciclado, son algunos de los problemas que se planten a la hora de pensar la gestión de residuos de los plásticos flexibles. Acá algunos proyectos que trabajan en función de esta problemática. 

Por Teresa Calvo, Alejandro Aragón y Miguel Á. Górriz – ITENE

 

Actualmente, el reciclado del envase plástico flexible se ha convertido en uno de los principales retos en la gestión de residuos y su forma de valorización varía entre los diferentes países europeos. Por ejemplo, en España la fracción flexible reciclada de manera extendida es el PE (polietileno), mientras que en países como Alemania existen otras adicionales como la PO Mix (poliolefina mezcla). El mayor problema ya no solo radica en la dificultad técnica del reciclado de poliolefina flexible, sino también en el factor económico y, es por ello, que un volumen importante de films terminan directamente en valorización energética como CRD (combustibles a partir de residuos domésticos).

 

Cabe recordar que las poliolefinas es el grupo más numeroso y empleado de termoplásticos. Se trata de polímeros formados a partir de olefinas simples tales como el etileno, propileno, butenos, isoprenos, y pentenos, o bien de copolímeros y modificaciones derivadas. Los dos tipos más habituales de poliolefinas son el polipropileno (PP) y el polietileno (PE), debido a su gran diversidad de aplicaciones.

 

Documentos europeos de referencia como Plan de Acción hacia una Economía Circular (2015), la Estrategia de Plásticos (2018), la Directiva (UE) 2019/904 o el reciente Green Deal o Pacto Verde (2020) han impulsado numerosas iniciativas a nivel europeo y nacional para encontrar soluciones óptimas en la producción del envase flexible y, en consecuencia, en las aplicaciones donde este tipo de packaging cobra un gran valor. En este ámbito, la iniciativa CEFLEX (A Circular Economy for Flexible Packaging) que integran un conjunto de más de 150 empresas de toda la cadena de valor (envasadores, maquinaria, plantas, recicladores…) y que está decidida a marcar unas directrices y una infraestructura armonizada que permitan la correcta gestión del envase flexible, ya que antes de convertirse en residuo, este tipo de packaging desempeña un papel esencial protegiendo los alimentos a lo largo de la cadena de suministro y permitiendo la durabilidad y la seguridad del producto para el consumidor final, evitando así también el residuo alimentario.

 

El envase de poliolefina flexible se encuentra ampliamente ligado al contacto alimentario y esto genera un problema en torno a su reciclado en ciclo cerrado principalmente por dos motivos:

1) Dificultad técnica en la clasificación y reciclado de estructuras multicapa.

2) Dificultad para preservar la seguridad alimentaria y migraciones de sustancias peligrosas en los procesos de reciclado.

 

Ante esta situación, el Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística (ITENE) trabaja en distintas líneas y proyectos para afrontar los principales retos en el ámbito del envase y proporcionar soluciones innovadoras al mercado. A continuación, se presentan tres proyectos llevados a cabo en ITENE, financiados por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) a través de los fondos FEDER, en los que se trabaja en las “R”: reducir y reciclar, aplicadas a films plásticos.

 

Proyecto NEWDEFER

 

Cuando se consideran las aplicaciones de envases para alimentos, un polímero por sí solo difícilmente cubre los requerimientos de propiedades barrera, mecánicas, estéticas y funcionales que el producto requiere, siendo necesario normalmente el uso de estructuras multicapa para cubrir todas las exigencias o bien la utilización de mezclas de varios materiales de distinta naturaleza. Por ello, se suelen utilizar polímeros combinados en una película multicapa, que son seleccionados considerando los requisitos del producto alimenticio a envasar, la vida útil deseada, eficiencia de producción, etc. Sin embargo, el desarrollo de estructuras multicapa presenta inconvenientes como sus costes inherentes de producción y materiales, uso de aditivos especiales o el uso de adhesivos para favorecer la adhesión entre capas no compatibles, entre otros. Esta diversidad en la composición de sus estructuras tiene como consecuencia una mayor dificultad en su reciclaje.

 

 

 

La obtención de estructuras multicapa implica normalmente la presencia de polímeros que proporcionan alta y media barrera a los gases como es el caso del copolímero de etilen-vinil-alcohol (EVOH). Estos copolímeros son una familia de materiales semicristalinos con excelentes propiedades barrera a gases e hidrocarburos. Debido a sus excelentes propiedades barrera al oxígeno, cada vez más se postula como una mejor capa barrera que láminas de aluminio o películas metalizadas debido a su reciclabilidad y transparencia.

La composición de los copolímeros puede variar cambiando el ratio de las fracciones de etileno/vinil alcohol. Así, un contenido elevado de vinil alcohol procura excelentes propiedades barrera a gases e hidrocarburos en seco, así como una resistencia química mejorada. Estas propiedades se ven incrementadas cuanto mayor es el contenido de vinil alcohol en el grado de copolímero. Sin embargo, en presencia de humedad, las propiedades de los copolímeros de EVOH se ven afectadas, presentando además problemas asociados a la procesabilidad tales como una termoformabilidad deficiente. Para evitar que las propiedades de esta familia de materiales se vean afectadas por la adsorción de agua, los copolímeros de EVOH son empleados normalmente en estructuras multicapa (Ge, Fortuna et al. 2016) pudiendo ser usados para producir tanto materiales de envase rígidos como flexibles.

 

Desde ITENE se ha trabajado en el marco del proyecto NEWDEFER, “Formulación de nuevos materiales mediante tecnologías de modificación química en fundido o extrusión reactiva”, en la funcionalización de copolímeros de EVOH mediante tecnologías de extrusión, con el fin de, por un lado, mejorar la compatibilidad con poliolefinas, dando la posibilidad de desarrollar mezclas binarias compatibles así como también de reducir o evitar el uso de resinas adhesivas en envases multicapa (reduciendo costes y facilitando su reciclado) y por otro, mejorar las propiedades de copolímeros de EVOH (mecánicas, térmicas, etc.), tratando de reducir el espesor de la capa de EVOH manteniendo un buen balance de propiedades.

 

A través de las distintas rutas de modificación empleadas, se ha logrado aumentar la compatibilidad del copolímero de EVOH con distintas poliolefinas, eliminando el uso de capas de adhesivos. La siguiente Figura muestra una micrografía de la sección transversal de distintas estructuras multicapa desarrolladas en el proyecto.

 

Este resultado supone, por un lado, una reducción de costes, ya que se requiere una menor cantidad de materias primas para lograr una estructura multicapa con excelentes propiedades barrera, y, por otro, el hecho de obtener una estructura simplificada facilita potencialmente los posteriores procesos de separación y reciclado de materiales en películas multicapa.

Finalmente, a lo largo del proyecto NEWDEFER se llevó a cabo la completa caracterización de las distintas estructuras multicapa desarrolladas y se pudo concluir, que las modificaciones llevadas a cabo sobre el copolímero de EVOH no afectaron a las propiedades mecánicas, barrera, ópticas y térmicas de los materiales finales obtenidos.

 

Proyecto PLASTICOAT

 

Por otro lado, con el objetivo de facilitar el reciclado y gestión de residuos generados por el uso generalizado de material multicapa para el envasado de alimentos, desde ITENE también se ha trabajado en el proyecto PLASTICOAT. En este proyecto, se han abordado dos aproximaciones técnicas. Por un lado, la mejora de propiedades barrera mediante el uso de adhesivos y/o recubrimientos para poder simplificar este tipo de estructuras en los envases, y por otro, facilitar el deslaminado de las estructuras multicapa una vez estas llegan al gestor de residuos para poder reciclarlas.

 

En los últimos años, la tendencia más estudiada y prometedora para la mejora de propiedades barrera (oxígeno, vapor de agua) en envases es la incorporación de aditivos laminares, en su gran mayoría a escala nanométrica, como arcillas, grafenos o hidróxidos dobles laminares. Los requisitos que deben de cumplir los aditivos para aplicaciones de envase son tener un bajo coste, lograr una alta efectividad, y ser estables e inocuos. Además, han de incorporarse de forma que presenten estructuras intercaladas y lo suficientemente separadas para dificultar el paso a través de los materiales de envase de los gases que ocasionan el deterioro de alimentos como oxígeno y vapor de agua.

 

En este sentido, desde el punto de vista de mejora de propiedades barrera mediante recubrimientos y adhesivos funcionales, los desarrollos se han llevado a cabo sin perder de vista la aplicabilidad industrial de los mismos mediante procesos de impresión flexográfica/huecograbado y laminación solvente/sin solventes. A continuación, en la Figura 4 y Figura 5 se observan ejemplos de materiales desarrollados dentro del proyecto y cómo repercuten en las propiedades barrera en comparación con el material de envase sin recubrir que se ha empleado como material control en el ensayo.

 

 

Como resultados en el proyecto en este aspecto, se han obtenido principalmente mejoras relevantes en cuanto a permeabilidad al oxígeno (una tasa tasas de transmisión de oxígeno- OTR- mayor del 90%). No obstante, sigue en curso la optimización de recubrimientos desarrollados para la mejora de permeabilidad al vapor de agua para superar la tasa de transmisión al vapor de agua (WVTR) mayor al 20% respecto del material de envase sin recubrimiento. Este tipo de materiales permitiría, según los requerimientos barrera del producto a envasar, una reducción en el número de capas de envase habitualmente empleadas para la conservación de un determinado alimento, de forma que se puedan simplificar los procesos de fabricación, las estructuras de envase y/o el proceso de gestión de estos residuos.

 

Como se indica en la Figura 3, la capa de adhesivo se sitúa entre dos capas de sustrato. Para conseguir la separación de ambas, es necesario reducir la interacción entre ellas, de manera que puedan obtener los sustratos de manera independiente y separada. Esta reducción de la fuerza de unión del adhesivo se puede conseguir mediante distintos métodos ya sean de carácter mecánico, químico, o una combinación de ellos. La utilización de un método u otro dependerá principalmente del objetivo final del proceso, así como de la naturaleza química del adhesivo.

 

La separación química, supone la interacción y acción directa de un agente químico externo- por ejemplo, un disolvente- y una de las láminas de la estructura multicapa. Mediante esta interacción se puede alcanzar la separación al conseguir que se pierdan las propiedades de unión del adhesivo, ya sea por la disolución de este, o por su degradación. Los procesos de disolución se basan en el uso de un disolvente que presenta afinidad por alguna de las capas del material multicapa para favorecer su separación. Por otro lado, con la degradación se busca la descomposición de la estructura del adhesivo, sin que se llegue a producir un deterioro ni pérdida de calidad de ninguna de las otras capas de la estructura.

 

En esta línea, dentro del proyecto PLASTICOAT se ha trabajado en la definición y estudio de procesos de separación de capas. Durante el proyecto, la investigación se ha centrado en el estudio de distintas líneas dentro de las opciones del deslaminado químico, combinado con la acción de otros agentes físicos, como la acción de la temperatura o el rozamiento. Todos los procesos desarrollados se han llevado a cabo buscando una solución de compromiso que permitiese la rentabilidad del proceso.

Para el desarrollo de los procesos de deslaminado por disolución, basándose en el uso de disolventes, durante el proyecto se ha analizado la influencia de la utilización tanto de disolventes tradicionales, como el uso de disolventes más sostenibles, donde no solo se ha analizado la influencia del tipo de disolvente empleado, , sino que además se han analizado las influencias de otras variables como la temperatura, tipo de agitación y tiempo de contacto.

 

Por otro lado, se ha estudiado la degradación del adhesivo sin que esto afecte a los sustratos empleados. La investigación se ha basado en la realización de un estudio para determinar la influencia de los distintos medios de degradación empleados, seguido de una optimización de las condiciones empleadas para asegurar que el proceso de separación es efectivo.

 

PLASDECOR

 

Finalmente, el proyecto PLASDECOR se ha centrado en tres líneas de investigación orientadas al desarrollo de procesos avanzados para permitir la descontaminación y selección de envases plásticos con el fin de aumentar su reciclabilidad, especialmente de aquellos envases que actualmente no se recuperan y reciclan por su dificultad técnica (envases multicapa, negros, etc.).

Por un lado, se ha trabajado en una línea de descontaminación, centrada en la identificación de contaminantes en poliolefinas (PE y PP) posconsumo y desarrollo de procesos de descontaminación para contacto alimentario.

Se da la circunstancia de que la descontaminación de plásticos tipo poliolefina (PP y PE) está mucho menos desarrollada. La potencial presencia de NIAs (por sus siglas en inglés Non-Intentionally Added Substances, sustancias no añadidas intencionadamente) y HOCs (contaminantes orgánicos hidrófobos) en este tipo de residuos de envases de plástico por contaminación con otros materiales limita las posibilidades de posterior reciclado.

 

Por otro lado, se ha trabajado en garantizar la seguridad alimentaria de los materiales plásticos reciclados mediante la realización de challenge tests, así como de ensayos de migración y toxicidad.

 

 

Por último, se ha trabajado en el área de identificación y clasificación, basada en la introducción de marcadores ultravioletas compatibles con la espectroscopia en infrarrojo cercano (NIR, por sus siglas en inglés) embebidos en las matrices poliméricas y en la identificación de envases con limitaciones de separación. La posibilidad de identificar flujos de residuo, no solo por su material sino también por su origen, abre las puertas a la diferenciación de envases que provienen de contacto con alimentos y poder desarrollar procesos de descontaminación asegurando la trazabilidad del proceso, tal y como exigen entidades como la EFSA (European Food Safety Authority).

 

CONCLUSIONES

 

Tras el trabajo realizado en los tres proyectos descritos, se pueden concluir estos beneficios y alternativas para reducir y reciclar films plásticos:

· Reducción del número de capas en estructura multicapa de alta barrera gracias a la eliminación de adhesivo entre capas.

· Mejora de la reciclabilidad de los materiales multicapa mediante la simplificación de su estructura (recubrimientos barrera).

· Materiales multicapa de alta calidad al deslaminarse solo cuando se aplican ciertos estímulos, siendo por tanto esto controlable.

· Posibilidad de identificar y separar envases de alto valor añadido. Mejorar la calidad de los flujos de material recuperado a través de marcadores avanzados.

· Y con todo ello, favorecer el cumplimiento de la legislación y los compromisos europeos.