Bio-PE – Polietileno de Fuentes Biológicas

La idea de los bio-materiales no es nueva; a principios del siglo XX, la mayoría de los electrodomésticos se fabricaban con bio-materiales como el acetato de celulosa, el hule vulcanizado y la caseína y, por ejemplo, Henry Ford tenía la visión de diseñar un “auto de soya” en la industria automotriz.

Las pobres propiedades de los materiales, así como su alto costo, se consideran a menudo los principales inconvenientes de los bio-plásticos. Por ejemplo, las propiedades mecánicas de las bolsas de supermercado biodegradables pueden no ser tan buenas como las de los polímeros de productos básicos y también pueden ser más caras. Sin embargo, los plásticos de productos básicos de base biológica como el bio-PE tienen las mismas propiedades y características de procesamiento similares a las de los productos petroquímicos equivalentes.

Gracias a su gran desempeño, el PE es uno de los polímeros más usados en el mundo. El monómero de partida utilizado para la síntesis es el etileno y se obtiene generalmente de la materia prima del petróleo por destilación. Sin embargo, en la actualidad, se está desarrollando un gran interés por obtener este polímero a partir de recursos biológicos y, hasta ahora, el enfoque seguido ha sido el de sintetizar el monómero de etileno mediante la deshidratación del bioetanol, obtenido a partir de la glucosa, siguiendo el esquema general que se indica en la figura 1:

Bio-PE.png
Fig. 1. Esquema General de Producción de PE de Fuentes Biológicas

La glucosa puede obtenerse de diferentes materias primas naturales, como la caña de azúcar, la remolacha de azúcar, los cultivos de almidón de maíz, trigo u otros granos y materiales lignocelulósicos. Cuando se parte de la caña de azúcar, por ejemplo, se utilizan procesos como la limpieza, el corte en rodajas, la trituración y la molienda para obtener el principal producto del jugo de la caña de azúcar y el subproducto de la fibra de la caña de azúcar (bagazo). El jugo, que contiene 12 – 13% de sacarosa, es fermentado anaeróbicamente para obtener etanol. El etanol se destila para eliminar el agua, dando una solución azeotrópica de etanol hidratado, a 95.5 % (en volumen), y un subproducto llamado vinaza. La posterior polimerización del monómero de etileno así obtenido es la misma que se sigue cuando se utiliza etileno derivado del petróleo, y el biopolímero correspondiente es idéntico en sus propiedades químicas, físicas y mecánicas al PE de origen fósil, también en lo que se refiere a los procesos de reciclaje mecánico. A partir de la polimerización, se pueden obtener diferentes tipos de bio-PE: bio-HDPE (polietileno de alta densidad) con un bajo grado de ramificación de cadena corta, bio-LLDPE (polietileno de baja densidad lineal) con un alto grado de ramificación de cadena corta y bio-LDPE (polietileno de baja densidad) con un alto grado de ramificación de cadena corta más ramificación de cadena larga.

Formas PE2
Fig. 2. Estructuras del PE

Para comprender mejor esto, la figura 2 muestra las estructuras químicas de tales polímeros:

Todas las características químicas, físicas y mecánicas están bien documentadas en la literatura, así como sus aplicaciones de ingeniería. El LLDPE se obtiene por copolimerización de etileno y buteno, hexano u octano. Para su procesamiento se pueden utilizar las mismas instalaciones y maquinaria.

El bio-etileno derivado del bio-etanol se utiliza para la síntesis de otros polímeros como el PVC (cloruro de polivinilo) y el PS (poliestireno).

NO ES BIO-DEGRADABLE

Por supuesto, el bio-PE no es biodegradable. El subproducto del bagazo se utiliza como fuente primaria de combustible en el proceso de fabricación de azúcar porque su combustión produce una cantidad de calor que puede cubrir las necesidades energéticas. También se puede producir un excedente de calor y/o electricidad, dependiendo de la dimensión de la planta. El subproducto de la vinaza puede utilizarse en cambio como fertilizante.

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Fuentes:

  • Bio-Polyethylene (Bio-PE), Bio-Polypropylene (Bio-PP) and Bio-Poly(ethylene terephthalate) (Bio-PET): Recent Developments in Bio-Based Polymers Analogous to Petroleum-Derived Ones for Packaging and Engineering Applications; Valentina Siracusa and Ignazio Blanco, University of Catania, Italy, 2020.
  • Morschbacker, A. Bio-Ethanol Based Ethylene. Polym. Rev. 2009.
  • Robertson, G.L. Food Packaging: Principles and Practice, 2nd ed.; Marcel Dekker: New York, NY, USA, 2006.
  • Wheals, A.E.; Basso, L.C.; Alves, D.M.G.; Amorim, H.V. Fuel Ethanol after 25 years. Trends Biotechnol. 1999.

 

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