PLA y sustentabilidad: métodos para su reciclaje

Para dar seguimiento al tema sobre los materiales de PLA que iniciamos en ediciones anteriores, en esta ocasión revisamos qué factores intervienen en el reprocesamiento del ácido poliláctico.

Indudablemente, el mundo del reciclaje de los plásticos es apasionante e inagotable en temas de gran interés. A tal grado que no hace muchos años, con la incursión de los materiales bioplásticos o biocompuestos, se auguraba una gran complicación para el manejo de las corrientes residuales. Sin embargo, aunque ha sido progresiva la introducción y el avance de dichos materiales, podemos hablar ya de la consideración del reciclaje de algunos de ellos, como es el caso del PLA.

El área del empaque y del embalaje comprende una diversidad de aplicaciones y de consumo de diversos tipos de plásticos, gracias a su seguridad, comodidad y buena calidad estética, por lo que se habla de una elevada generación de plástico residual.

A pesar de que los métodos de tratamiento y de eliminación de residuos, además del reciclaje de estos empaques han mejorado y van en aumento, esos materiales plásticos excedentes son eliminados de manera inadecuada después de su primer uso y contribuyen a generar una cantidad considerable de desechos y un grave problema ambiental, que puede resultar en la reducción de espacios en vertederos, junto con el aumento de los niveles de CO², problemas globales que crecerán con el tiempo si no se abordan correctamente.

Asimismo, la falta de una infraestructura adecuada de gestión de residuos significa que los plásticos básicos se eliminan de forma no acertada a escala mundial, lo que provoca pérdidas económicas y deterioro medioambiental.

Así, en este entorno, se contempla como una alternativa de fuente natural —que ya compartimos en artículos previos—, que el PLA, llamado también poliláctida o ácido poliláctico, es un poliéster alifático biodegradable.

El ácido láctico a escala industrial es obtenido de la fermentación de la glucosa derivada de productos como el maíz, la papa y la remolacha, como se puede observar en el siguiente esquema (Fig. 1).

Hasta el día de hoy, el PLA se contempla como uno de los materiales de base orgánica utilizado cada vez más en aplicaciones típicas en envases y empaques de alimentos, por su confiabilidad en contacto con alimentos y su característica de biodegradabilidad, además de sus buenas propiedades ópticas y mecánicas de procesabilidad.

Rutas de reciclaje del PLA

Reciclaje mecánico del PLA

Es claro que para los plásticos de origen fósil el reciclado mecánico está muy establecido, igual que para la gran mayoría de resinas, pero no es este el caso para los materiales bioplásticos, que se encuentran en una etapa de inicio y requieren diversas consideraciones técnicas y de proceso, más aún cuando hablamos de la modalidad de plásticos biodegradables.

Así, polímeros como PLA, PHA y ácido poliglicólico (PGA), son poliésteres alifáticos muy sensibles a las condiciones térmicas, por lo que en el caso particular del PLA, es muy receptivo a la degradación térmica que ocasiona decoloración y una afectación reductiva en las propiedades fisicomecánicas.

Esto se complica más si aunamos su alta capacidad de absorción de agua que favorece el rompimiento hidrolítico de las cadenas moleculares al encontrarse expuestas durante el procesamiento a altas temperaturas, que propician o catalizan la descomposición térmica.

Optimización del reprocesamiento de bioplásticos

Lo anterior hace por demás necesario, previo al reprocesamiento mecánico de los bioplásticos, practicar un secado eficiente y una limpieza de cualquier tipo de contaminante que pueda contener humedad, ya que debido a los bajos valores de Tg (55-60 °C) el PLA se vuelve pegajoso y complica aún más su reprocesamiento.

De esta manera, por lo previamente discutido y lo analizado en diversos artículos de nuestras publicaciones, como consecuencia de la potencial degradación hidrolítica y térmica durante el reprocesamiento del PLA, se infiere que frente a un reciclaje múltiple del material, la fluidez se incrementará al aumentar el número de ciclos de proceso, con la consecuente reducción de la viscosidad y del peso molecular, como podemos observarlo en la siguiente gráfica del comportamiento esperado del índice de flujo de flui

Por otra parte, la aplicación del reciclaje mecánico a los desechos de PLA aún tiene que superar algunos desafíos.

• Primero, es necesario adaptar los procesos actuales de clasificación y recuperación de residuos plásticos para introducir una nueva corriente de PLA. Esto sería factible si fuera rentable el reciclaje de PLA, con producciones mayores.

• Segundo, es importante garantizar que el material tenga las propiedades adecuadas para satisfacer la demanda del mercado. Sin embargo, como lo hemos comentado en artículos anteriores, la degradación sufrida durante la vida útil y el reciclaje mecánico provoca disminuciones en propiedades clave como la viscosidad, la estabilidad térmica y las propiedades mecánicas del PLA.

Reciclaje químico del PLA

Como pudieron apreciarlo quienes tuvieron la oportunidad de acompañarnos en la reciente transmisión en vivo del webinar “Introducción al reciclado químico y su potencial”, promovido por la revista Plastics Technology México, hablamos de una ruta de reciclaje reciente y en constante crecimiento, que transforma productos residuales en productos de menor peso molecular, monómeros, aceites, gases, etc., los que se pueden incorporar a la cadena de valor de los polímeros y ser reutilizados en la polimerización.

En el caso de los bioplásticos, el reciclaje químico se realiza preponderantemente en poliésteres alifáticos (polímeros de policondensación).

En comparación con el reciclaje mecánico, algunas técnicas de reciclaje químico también se pueden aplicar a residuos plásticos de baja calidad, heterogéneos, degradados o contaminados, y convertirlos en productos químicos de alto valor añadido, con la ventaja adicional de permitir una verdadera recuperación. Por otro lado, generalmente requieren temperaturas más altas y consume más energía.

Pirólisis o depolimerización térmica del PLA

Como hemos profundizado en artículos anteriores, pirólisis o rompimiento térmico es la degradación de un polímero por calentamiento en un ambiente inerte (ausencia de oxígeno) con la intervención o no de un catalizador. El proceso de pirólisis transforma los plásticos residuales, por medio de la descomposición térmica, en vapores orgánicos, carbón y gases. Los vapores orgánicos generados son convertidos en aceites pirolíticos por un proceso de condensación.

Así pues, la depolimerización térmica del PLA resulta ser un tanto compleja, ya que además de obtener la lactida (monómero esencial del PLA) como producto principal, durante el proceso también se generan cantidades significativas de otras descomposiciones volátiles, como acetaldehídos, monóxido y dióxido de carbono metil cetona, entre otras.

Además, implica una reacción con bajo rendimiento de monómero y es muy lenta, por lo que debe realizarse a altas temperaturas (300-600 °C) y en presencia de un catalizador. La alta temperatura puede promover reacciones secundarias no deseadas.

Depolimerización química (solvólisis) del PLA

Involucra técnicas de depolimerización que integran un solvente y la combinación con una etapa térmica. Las técnicas de solvólisis comunes son hidrólisis, alcohólisis, glicólisis, metanólisis, acidólisis, aminólisis y amonólisis.

Para los bioplásticos, el reciclaje químico y la solvólisis aún se encuentran en su etapa de arranque y no representan una alternativa de solución de peso; sin embargo, son prometedoras desde un punto de vista económico y ecológico. Por ejemplo, para el PLA, obtener ácido láctico a partir de la degradación hidrolítica de residuos de PLA puede requerir menos energía que obtenerlo mediante la fermentación de biomasa.

Como comentaba al inicio de este análisis, cuando creemos que tenemos dominado el tema del reciclado de plásticos, se abren nuevas vertientes de interés tanto en el sector académico y de investigación, como el comercial. Espero contribuir un poco con esta información a la actualización de nuestros lectores.