Acetilación de aserrín

Acetilación de aserrín2018-07-04T18:47:12+00:00

Existe un interés creciente en todo el mundo por contar con biomateriales que puedan reemplazar a plásticos de origen fósil. Junto a una sustentabilidad ambiental, se requiere de características técnicas similares a aquéllas de los materiales que se desea sustituir y bajos costos de producción. Si bien existen bioplásticos en el mercado, éstos presentan propiedades reológicas, mecánicas y/o físicas no-deseadas y su precio es muy elevado, por lo general, 3 a 6 veces a aquél de los materiales que pretenden sustituir.

Específicamente, el acetato de celulosa es un material plástico de excepcional calidad, sin embargo, muy caro, entre otros, debido a que es producido de celulosa ultra- pura. Su aplicación se focaliza a nichos de mercado de alto valor, como pantallas planas de televisión, filtros de cigarrillo o marcos de anteojos, entre otros.

UDT ejecutó el proyecto FONDEF D10I1222 “Plastificación de aserrín de pino radiata: Desarrollo de un nuevo material termoplástico de calidad, precio competitivo y alta demanda comercial” (2012-2014), con el apoyo de las empresas Petroquim S.A. e Inaplast S.A., que se centró en este problema/oportunidad. Adicionalmente, se estableció una colaboración de trabajo con el instituto Fraunhofer Umsicht y la empresa FKuR GmbH, ambos alemanes, con el fin de desarrollar productos específicos, a través del proyecto “Bio-Economy 094 (Acet-LC)”, el que cuenta con financiamiento del programa “Bioökonomie International” del Ministerio BMBF.

El proyecto FONDEF mencionado planteó el uso de aserrín de madera como materia prima para la producción de un material lignocelulósico acetilado, de características termoplásticas. Esta idea surge de la hipótesis que si se combina “lignina nativa” y acetato de celulosa, ambos compuestos con propiedades termoplásticas, sería factible obtener un producto diferenciado, con demanda comercial.

El proceso de esterificación del aserrín consta de tres etapas principales: La primera corresponde a un desfibrado mecánico y una posterior deslignificación parcial de la madera en medio acético; la segunda a una acetilación de los componentes lignocelulósicos con anhídrido acético; y, una tercera a una hidrólisis parcial de los grupos acetilo formados, para obtener un compuesto con un grado de esterificación homogéneo y procesable mediante inyección y moldeo. Junto a definir las etapas mencionadas, se evaluaron distintos tipos de materias primas, se establecieron las condiciones de operación más adecuadas y se validaron metodologías de análisis y caracterización.

Concluidas las actividades a nivel de laboratorio, el proceso fue escalado a nivel bench scale. Se realizó una producción de 2 kg/batch, lo que permitió obtener la cantidad de material suficiente, para realizar pruebas demostrativas en una de las empresas asociadas. A su vez, la empresa alemana FKuR y el instituto Fraunhofer Umsicht están evaluando las características del material final, para desarrollar materiales compuestos, con aplicaciones comerciales concretas.

Los resultados disponibles a la fecha permiten plantear que el material lignocelulósico acetilado muestra una buena procesabilidad, similar al acetato de celulosa comercial, tanto en mezcladores de laboratorio como extrusoras de mezcla comerciales. El producto desarrollado fue protegido mediante una patente de invención en Chile, con la posibilidad de ampliarlo a otros mercados a través del tratado PCT.

Los resultados obtenidos son auspiciosos. Aún falta definir un proceso a nivel conceptual que involucre todas las unidades de proceso, desde la materia prima al producto final, incluido el procesamiento y recirculación de solventes. En especial, debe investigarse alternativas tecnológicas que minimicen la dilución del ácido acético en las distintas etapas del proceso, puesto que el consumo de energía en la destilación fraccionada del ácido acético es muy gravitante con respecto al requerimiento energético global. De igual manera, es necesario plantear la construcción y operación a nivel piloto del proceso en su concepción definitiva.

CONTACTO

Cecilia Fuentealba, Jefe de Área Productos Químicos
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