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KraussMaffei e Synergie Horizon desenvolvem um bioplástico reforçado com lignina

03/06/2024

A KraussMaffei Extrusion desenvolveu, em colaboração com o Grupo Synergie Horizon, um processo inovador para a produção de PLA reforçado com lignina. Este material 100% biológico confere ao biocompósito propriedades antioxidantes e de biodegradabilidade controlada, tornando-o adequado para aplicações alimentares e agrícolas.

“Com a nossa experiência em compostos e o conhecimento único do nosso parceiro de projeto sobre a preparação de lignina, conseguimos incorporar até 30% deste material na matriz de PLA e obtivemos um composto com capacidade/atividade antioxidante natural, propriedades mecânicas melhoradas e biodegradabilidade controlada”, explica Lars Darnedde, responsável pelo desenvolvimento de engenharia de processos e gestor de projetos na KraussMaffei Extrusion, uma empresa representada pela Coscollola.

Com foco na valorização da lignina por hidrólise, o grupo de empresas Synergy Horizon transforma este biopolímero - frequentemente descartado como um subproduto da indústria do bioetanol -, em produtos valiosos para várias aplicações. As competências da empresa envolvem a purificação da lignina, a sua modificação química e a respetiva funcionalização. Os produtos derivados deste biopolímero são aptos para várias aplicações, como a extração de petróleo e gás, produção de baterias, tratamento de águas, alimentação animal e muito mais.

PLA reforçado 30% de lignina para propriedades melhoradas
PLA reforçado 30% de lignina para propriedades melhoradas.

De subproduto a material de carga essencial

A lignina é uma substância 100% natural que, a seguir à celulose, é o material orgânico mais abundante na Terra. Pode ser extraída da biomassa lignocelulósica através de vários métodos. Um desses métodos é a hidrólise da biomassa para a produção de bioetanol, que gera lignina de hidrólise como subproduto, um material com propriedades únicas que o distinguem de outros tipos de lignina.

Cerca de 50 milhões de toneladas de lignina, incluindo a lignina de hidrólise, são produzidas anualmente em todo o mundo como produto residual do processamento da madeira nas indústrias do papel e do bioetanol, 98% das quais são incineradas. Vários projetos de investigação já se debruçaram sobre este valioso recurso biológico renovável, mas a sua utilização como material de carga numa matriz de biopolímero é, até agora, única. “No entanto, o processamento da lignina de hidrólise não é uma tarefa fácil”, refere Alexander Gonchar, responsável pela investigação e desenvolvimento da Synergy Horizon, que se orgulha de, graças a um intenso trabalho de desenvolvimento, a sua empresa operar agora uma linha de produção para o fabrico de pó de lignina de fluxo livre.

O processo foi desenvolvido nas instalações polacas da Synergy Horizon em Poznan e permite que o pó de lignina possa ser doseado numa extrusora como carga.

Incorporação de lignina numa matriz de PLA

A KraussMaffei demonstrou a incorporação desta matéria-prima natural na matriz de PLA no seu recém-criado centro técnico de Laatzen. Tanto a extrusora de laboratório, uma ZE Blue Power 28, como a pequena máquina de produção ZE Blue Power 42 conseguiram incorporar até 30% de lignina. “Adaptámos a configuração do parafuso à lignina com elementos de mistura muito sensíveis, operamos a uma temperatura máxima de 160 °C e utilizamos uma zona de enchimento de 6 D e desgaseificação lateral”, explica Lars Darnedde sobre a configuração do processo. A geração ZE BluePower, com o seu Da/di ótimo de 1,65, oferece todas estas possibilidades ‘fora da caixa’ e é perfeitamente adequada para o processamento destes polímeros sensíveis à temperatura e ao cisalhamento.

Até 30% de lignina incorporada na matriz de PLA com a extrusora de laboratório ZE Blue Power 28...
Até 30% de lignina incorporada na matriz de PLA com a extrusora de laboratório ZE Blue Power 28. A configuração especial do parafuso e as tecnologias inovadoras permitem um processamento preciso a baixa temperatura.

Tanto a disposição do processo da extrusora de composição como a preparação da lignina na Synergy Horizon foram confirmadas como ideais por testes mecânicos exaustivos e, em comparação com o PLA puro, o reforço de lignina permite aumentar os módulos de flexão e de tração em cerca de 30%. Este facto pode ser útil em aplicações de embalagem em que o material tem de ser suficientemente rígido para manter a sua forma sob carga. Outra vantagem é o facto de a lignina proporcionar uma capacidade antioxidante suficiente, o que pode ser especialmente útil em aplicações de embalagem alimentar para evitar a oxidação dos alimentos e manter a sua qualidade e segurança através da inibição da oxidação radical e da prevenção da formação de sabores estranhos, odores ou compostos tóxicos. Além disso, o biocompósito à base de lignina é inodoro, ao contrário de outros tipos de lignina, o que o torna mais adequado para a embalagem de alimentos. Trata-se de um novo biocompósito com propriedades antioxidantes que poderá também ser aplicado a plásticos biodegradáveis para fins agrícolas, tais como filmes de cobertura vegetal, para os proteger da degradação oxidativa.

Ao contrário do PLA puro, que tem uma biodegradabilidade limitada devido à sua dependência de enzimas específicas e de condições industriais, os biocompósitos de PLA contendo lignina apresentam propriedades de biodegradabilidade melhoradas com uma taxa de biodegradação superior a 90% em 99 dias.

O biocompósito à base de lignina é inodoro, o que o torna adequado para aplicações de embalagem alimentar

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