Aplicaciónes biopolímeros - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Polímeros o copolímeros de PLA han sido los más empleados para esta aplicación, gracias principalmente a su biocompatibilidad, sin embargo, estos materiales pierden sus propiedades mecánicas en pocas semanas y, en la mayoría de los casos, antes de que el organismo haya recuperado la resistencia necesaria en la zona afectada. Entre las mejoras, se encuentra el desarrollo de sistemas auto reforzados con fibras del mismo biomaterial embebidas en una matriz amorfa a base de poliglicólico, poliláctico o copolímeros de los anteriores. La segunda vía considera la utilización de sistemas compuestos con un componente biodegradable y otro bioestable reforzante.

Las suturas representan el campo de mayor uso dentro de los materiales con aplicaciones temporales. El interés en el desarrollo de estos materiales radica en el hecho que, si son adecuadamente diseñados y si se usa el material correcto, evitan que el paciente sea sometido nuevamente a la intervención por parte del médico, bien sea para retirar una sutura o para retirar quirúrgicamente un pin de sujeción de fractura. Por otro lado, la investigación sobre sistemas de transporte y liberación de medicamentos es claramente creciente. Los polímeros son esenciales para todos los nuevos sistemas de liberación desarrollados, que engloban los parches transdérmicos, las microesferas, cápsulas, bombas, aerosoles, implantes oculares y anticonceptivos. Hay estudios recientes de la fabricación de un compuesto con biopolímero e hidroxiapatita (HA) utilizados como materiales sustitutos de hueso. En el hueso humano, la HA constituye hasta un 70% junto con un 5% de agua y un 25% de materia orgánica. La bioactividad inherente y la biocompatibilidad de HA y la facilidad de fabricación la hacen adecuada para el material de implante. Se ha identificado como tendencia que el uso de este material en forma de polvos a nanoescala es usado en combinación con otros biomateriales, incluidos polímeros como el quitosano y el colágeno para mejorar la mineralización ósea, también hay evidencia de recubrimientos de HA que mejoran la integración de implantes como el titanio en el huésped hueso. Aunque HA es osteogénico y osteoconductivo, su naturaleza quebradiza hace que sea difícil fabricarlo en diferentes formas y tamaños, por lo que su combinación con polímeros biodegradables, tanto naturales como sintéticos, hace que se obtengan mejores resultados con ambos materiales que se benefician de las propiedades del otro. Esta sección resume los materiales biocompuestos hechos de la combinación de HA con diferentes polímeros a lo largo de los años y su efecto sobre la regeneración ósea. Algunos de los biopolímeros usados en esta aplicación son quitosano, colágeno, alginato, PLA, por mencionar algunos. Hay investigaciones en los biopolímeros de quitosano, celulosa, almidón, alginato, colágeno y gelatina, en aplicaciones de apósitos. Debido a sus ventajas sobre materiales sintéticos, algunas de estas ventajas y desventajas son las siguientes:

Ventajas: biocompatibles, biodegradables, son de bajo costo, su obtención es fácil y tienen una moderada actividad antimicrobiana.

Desventajas: tiene pobres propiedades tanto mecánicas como térmicas, son inestables en heridas exudativas y tienen que ser de uso exclusivo como apósito primario.

La generación de residuos de estos envases presenta un problema de gestión en el ámbito técnico de separación en las plantas de clasificación lo cual se traduce en un ámbito económico. Por tanto, una alternativa a esto, han sido los empaques biodegradables y comestibles. Los envases biodegradables, están conformados por polímeros que sufren un proceso de degradación por medio de microorganismos hasta llegar a dióxido de carbono, agua, metano y biomasa en un periodo de tiempo corto. Algunos ejemplos de estos polímeros son mezclas de PHA y ácido polohidroxibutírico (PHV) (botellas, papel laminado para recubrimiento), PLA (bolsas para residuos, envases desechables para alimentos, papel laminado para recubrimiento, envases de medicinas), mezcla de almidón con alcohol polivinílico (PVOH) (bolsas para residuos, papel laminado para recubrimientos, productos médicos), cera nitrocelulósica con celofán (alimentos horneados, etiquetas, envases de productos frescos). Los envases de polímeros comestibles son definidos como una película delgada, producidos a partir de sustancias alimenticias complejas, que aísla a los alimentos envasados dándoles mayor vida útil, impidiendo el ingreso o egreso de agua, oxígeno, dióxido de carbono y aromas, ya sea desde o hacia el medio ambiente. Estos envases alimenticios y biodegradables proveen integridad mecánica o de manipulación (vida útil de anaquel) además de ser barrera a gases y humedad, por lo tanto, son viables para reemplazar o minimizar el uso de los envases sintéticos o derivados del petróleo. Entre los polímeros biodegradables no comestibles se encuentran materiales derivados de la celulosa (por ejemplo, el celofán); polímeros derivados de microorganismos (por ejemplo, polihidroxibutirato); polímeros sintéticos biodegradables (por ejemplo, el polímero de ácido láctico producido por fermentación de este) y combinación de almidones con polímeros sintéticos biodegradables (por ejemplo, alcohol polivinílico). Los almidones, PLA y la celulosa, son los biopolímeros más usados en la industria del embalaje y empaque. Algunas de las tendencias identificadas para mejorar las propiedades de los biopolímeros en esta industria son el uso de reactivos reticulantes, mezcla de biopolímeros, refuerzo a la matriz biopolimerica con compuestos nano o fibras.

Década de 1930 - Ford quería usar bioplásticos de soja para reducir el peso de los coches y aumentar la eficiencia del kilometraje. Algunas piezas de automóviles están hechas de bioplásticos de soja.

1941 - La primera carrocería de automóvil hecha con bioplásticos de soja fue inaugurada en 1941. Sin embargo, la producción se detuvo debido a la segunda guerra mundial.

2000 - Ford comienza a utilizar y probar polímeros fabricados con fibras renovables.

2003 - Ford utilizó fibras de PLA para el techo de lona y las alfombras de su Modelo U.

2010 - Ford comienza a usar los tapizados de techo hechos de mezclas de espuma de soya. El revestimiento del techo es un material compuesto que se adhiere al techo interior de los automóviles. Ford incluye espumas BIO-PU a base de soja en todos sus vehículos norteamericanos. Ford está usando Bio-PP de paja de trigo para los contenedores de almacenamiento interior en el Ford Flex y PP de coco para el suelo de carga en el Focus BEV.

2018 - Anuncian la realización de pruebas con bioplásticos fabricados a partir de fibras de plantas de agave.

GM utiliza BIO-PP a base de madera para los respaldos de los Cadillac DeVille y bio-PP a base de lino para el tapizado y las estanterías del Chevrolet Impala.

2001 - Chrysler fue el primer fabricante de automóviles que utilizó EcoCor, un compuesto de base biológica desarrollado por Johnson Controls que contenía kenaf, cáñamo y polipropileno para los paneles de las puertas del Sebring.

2006 - Mazda comienza a desarrollar bioplásticos bajo la marca Mazda Biotech-material. Teijin y Mazda desarrollaron en conjunto Biofront™, el primer PLA estereocomplejo producido en masa. Se utiliza en la tela de los asientos de coche (Mazda Premacy), pero también para las alfombras de suelo, la cubierta de los pilares, los adornos de las puertas, el panel frontal y el material del techo. Mazda afirma ser el primero en alcanzar un contenido vegetal superior al 80% en el equipamiento interior (Premacy Hydrogen RE Hybrid) y un biofabricado 100% vegetal en las fundas de los asientos.

2014 - Mazda Motor Corporation y Mitsubishi Chemical Corporation anuncian su colaboración para la producción de bioplásticos.

2015: el plástico de base biológica hace su debut en el interior del Mazda MX-5. Estaba compuesto por un 88% de maíz y un 12% de petróleo.

2016 - Mazda lanza un roadster revestido de bioplásticos. Muchos automóviles utilizan una mezcla de metal, policarbonatos a base de aceite y resina pintada para formar su cubierta exterior. Mazda pudo eliminar las emisiones de pintura nocivas a través de sus bioplásticos.

Toyota ha estado usando bio-poliésteres, bio-PET y PLA. Afirman haber sido los primeros en utilizar el PET a base de caña de azúcar en los revestimientos de los vehículos y otras superficies interiores. El Toyota SAI y el Toyota Prius fueron los primeros modelos en presentar una serie de aplicaciones de bioplásticos como cubiertas para la cabeza, viseras para el sol y alfombras para el piso.

Toyota se fijó como objetivo que el 20% de todos los componentes plásticos de sus vehículos estén hechos de bioplásticos para el año 2015. Algunos coches Toyota tienen hasta un 60 % de los tejidos interiores hechos de poliéster biobasado.

Mezclaron PLA con PET para el material de tapicería de las puertas y el maletero, y PLA con polipropileno (PP) para las piezas moldeadas por inyección, como las placas de rozamiento y las molduras interiores. Muchos vehículos Toyota tienen cojines de asiento a base de soja (Prius, Corolla, Matrix, RAV4, y Lexus RX 350).

Toyota utilizó DuPont™ Sorona®EP (polímero a base de almidón 20-37%) para las rejillas de ventilación del Toyota Prius 'A' Alpha.

2006 - Mitsubishi Chemical y Faurecia (FR) desarrollaron conjuntamente un bioplástico llamado BioMat que podía ser producido en masa y utilizado para las piezas interiores de los automóviles, como paneles de puertas, molduras y bandas, paneles de instrumentos estructurales, insertos de consola, conductos de aire e insertos de paneles de puertas. BioMat se fabricó a partir de ácido bio-succínico suministrado por BioAmber y bio-PBS.

2011 - Fiat y Dupont ganaron el Premio de Innovación Automotriz de la Sociedad de Ingenieros Plásticos en la categoría de medio ambiente por su uso de la poliamida 1010 Zytel RS a base de aceite de ricino en algunas líneas de combustible. La línea Zytel RS es una larga cadena de productos de nylon de origen renovable, entre un 60% y un 100% de bio-materiales.

2012 - Fiat utilizó poliamidas derivadas del aceite de ricino y poliuretanos derivados de la soja en más de un millón de vehículos. Los autos de Fiat para Brasil contenían espumas de asiento de poliuretano con 5% de poliol de soja.

El Lexus CT200h contenía Bio-PE hecho de bambú y maíz en su maletero, altavoces y alfombrillas.

El Lexus HS 250 está equipado con piezas de base biológica, incluyendo la tapicería del equipaje, la tapicería lateral de la capota, los cojines de los asientos, la placa de protección de las puertas y el área de la caja de herramientas.

Daimler mezcla kenaf, lino y sisal en plásticos para sus revestimientos de puertas.

El concept car Biome de Mercedes-Benz es un vehículo que se cultivaría en un laboratorio a partir de biofibras orgánicas. Sería más fuerte que el acero, más ligero que el metal y compostable al final de su vida.

Los modelos de Mercedes-Benz tienen bio-PE de lino en la cubierta del motor y de la transmisión y en los paneles de los bajos.

La cubierta del motor de belleza de Mercedes Benz está hecha de EcopaXX, una poliamida con un 70 % de biobasura (PA4.10) producida por DSM.

BMW utilizó biocompuestos a base de madera producidos por Johnson Controls para sus paneles, haciéndolos un 20% más ligeros que con los materiales tradicionales. Algunas series de BMW contenían hasta 24 kg de flax y sisal.