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Química

Hilo versátil y limpio

Una empresa paulista crea un nuevo proceso de fabricación de fibras acrílicas para el sector textil

PlasticoGlicerina_1MIGUEL BOYAYANEl mercado mundial de fibras sintéticas acrílicas, empleadas en la industria textil para la confección de ropas, cortinas, alfombras y muñecos de peluche, muchas veces en reemplazo o mezcladas con fibras naturales de algodón y lana, es estimado en 2,5 millones de toneladas por año. El mayor fabricante del producto es China, que produjo 839 mil toneladas del material en 2007 y exporta sus mercaderías a todo el planeta. Presentadas a comienzos de los años 1950 por la compañía estadounidense Du Pont, estas fibras provenientes de materias primas derivadas del petróleo han sido desde entonces fabricadas mediante el mismo proceso original: antes de transformarse en hilos, el polímero poliacrilonitrila (PAN) debe disolverse en solventes caros y tóxicos, entre ellos la dimetilformamida (DMF) y la dimetilacetamida (DMAc). Un proceso productivo que podrá superarse con otro, desarrollado por la empresa paulista Quimlab Química, con sede en São José dos Campos, en el interior paulista.

En tiempos de mayor preocupación ambiental y de sostenibilidad productiva, el nuevo proceso innova al utilizar la glicerina residual de la fabricación del biodiesel en lugar de solventes. El uso de glicerina como aditivo permite que el polímero pueda fundirse sin degradarse (cosa que no sucede mediante el empleo del solvente) y su empleo para la fabricación no solamente de fibras sintéticas, sino también de una serie de productos plásticos, tales como embalajes, bolsas y botellas. Este nuevo tipo de polímero derivado del PAN recibe el nombre de Thermpan. Quimlab ha depositado tres patentes del nuevo proceso, una de las cuales es internacional, y el desarrollo del producto se encuentra en el estadio de producción piloto. Si todo marcha bien, dentro de dos años pasará a la fase industrial. “Confiamos en que nuestro producto, denominado Thermpan, será muy bien recibido en el mercado”, afirma el ingeniero químico Elson Garcia, uno de los investigadores responsables del descubrimiento.

PlasticoGlicerina_2MIGUEL BOYAYANQuimlab es una tradicional productora de patrones químicos, principalmente destinados al control de calidad en procesos industriales. Creada en 1997, y hasta 2003 instalada en la incubadora tecnológica de la Universidad del Valle del Paraíba (Univap), la empresa licenciará para otra empresa ese nuevo proceso de producción de fibras acrílicas. El componente ambiental y económico es un fuerte aliado de Quimlab pues, al no necesitar solventes que son tóxicos para el medio ambiente y para el hombre, el proceso se vuelve menos lento, más barato y más limpio. “El empleo del DMF o de otro solvente cualquiera exige que se cree una etapa para su disolución y, posteriormente, otra para el lavado de los filamentos acrílicos y la extracción del solvente. Por último, es necesario agregar una tercera etapa, de destilación y recuperación del solvente, para que el mismo pueda reutilizarse en la fabricación de las fibras”, explica Garcia. “En la producción del Thermpan, el polímero PAN es plastificado en glicoles, entre ellos la glicerina, y por eso puede fundírselo para producir hilos directamente en una extrusora convencional, que moldea el material fundido, sin generar residuos tóxicos, que deben recuperarse. Los glicoles se incorporan al producto”, añade el químico Nilton Pereira Alves, socio de Quimlab. Con el agregado de la glicerina -y de otros plastificantes que, por cuestiones de secreto industrial, no pueden revelarse-, el Thermpan se vuelve capaz de ser fundido, por ejemplo, con otro polímero, el policloruro de vinilo (PVC), ampliamente usado en la fabricación de caños, tanques de agua, juguetes, guantes y mangueras.  Así es como se abren posibilidades para que surjan nuevos materiales.

Al emplear la glicerina como plastificante, una sustancia que interactúa con la cadena polimérica modificando su comportamiento térmico, la empresa está dando una finalidad noble a un subproducto de la producción del biodiesel -por cada mil litros producidos del combustible, sobran alrededor de 100 litros de glicerina. Según la Asociación Brasileña de la Industria Química (Abiquim), el consumo anual de glicerina en Brasil, principalmente por parte de las industrias farmacéuticas, cosméticas, alimenticias y químicas, es del orden de las 40 mil toneladas anuales -ante una producción que se estima en 250 mil toneladas en 2013. Un volumen que requiere un destino, so pena de convertirse en un problema ambiental, aunque otro uso de la glicerina sea la quema para la producción de energía eléctrica.

PlasticoGlicerina_3MIGUEL BOYAYAN“Prevemos que la producción de fibras acrílicas a base de Thermpan tendrá un potencial de mercado para la utilización del excedente de glicerina fabricada en la cadena de biodiesel, que actualmente es tratado como un residuo y tiene bajo precio en el mercado”, subraya Alves. Para emplear la glicerina bruta de biodiesel en la producción de fibras acrílicas -lo ideal es usar glicerina de alta pureza-,  Quimlab desarrolló un proceso que permite la obtención de un tenor del 97% de pureza y presenta una excelente plastificación con el PAN, sin necesidad de la etapa de destilación. Muestras de glicerina bruta en estado pastoso producida por la central de biodiesel Bioverde, de Taubaté, São Paulo, fueron purificadas mediante ese método y empleadas exitosamente en la producción de las fibras acrílicas de Thermpan.

Las investigaciones para el desarrollo del nuevo proceso y del Thermpan se iniciaron en 2004. La primera patente se depositó en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) en 2006, y la internacional al año siguiente. La tercera fue depositada en octubre de 2008 también en Brasil. La gran innovación de Quimlab consistió en lograr fundir el polímero acrílico PAN, que en esencia era considerado no fundible o termofijo, que no es moldeable. Cuando se lo somete a una temperatura de aproximadamente 200°C, el polvo blanco, la presentación original del PAN, se degrada y se transforma en un residuo negro con un elevado tenor de carbono. Al añadirse glicerina como plastificante, el polímero pasa a ser fundible y puede procesárselo en máquinas de hilandería convencionales de fibras termoplásticas. A finales de los años 1990, la multinacional alemana Basf desarrolló un proceso y aparatos empleando agua como elemento plastificante, pero, de acuerdo con los investigadores de Quimlab, no fue exitosa. “Por usar agua, la extrusora, un aparato que transforma el polvo polimérico en filamento, debe trabajar a temperatura y presión muy elevadas, lo que hace que el proceso se vuelva técnicamente inviable”, explica Elson Garcia.

PlasticoGlicerina_4MIGUEL BOYAYAN“El proceso que creamos es más económico y nos permitirá explorar nuevos mercados. La materia prima -en este caso el polímero PAN- representa un 70% del valor de la fibra sintética vendida en el mercado. El otro 30% se refiere al costo de transformación. Con la Thermpan esperamos reducir el costo final de la fibra al menos un 10%”, afirma Garcia. “Estamos en la fase de escala piloto, con una producción aproximada de dos kilos del producto por hora. Hemos presentado nuestra innovación a algunas empresas, entre ellas Radicifibras, también de São José dos Campos, fabricante de fibras acrílicas con capacidad para producir hasta 40 mil toneladas anuales. Ellos están interesados en la tecnología, pero prefieren que nosotros avancemos más en el desarrollo del proceso para volver a conversar”, dice Alves. Éste estima que dentro de dos años, el proceso estará concluido y el Thermpan podrá pasar a manos de una industria interesada en la producción industrial y la comercialización.

Aunque la principal aplicación del Thermpan se relaciona con la producción de fibras acrílicas para la industria textil, la empresa quiere explorar otros mercados, en aplicaciones tecnológicas y comerciales, y deja abierta incluso la participación de investigadores de universidades e institutos de investigación en la busca de nuevos usos para el material. En función de sus características físicas y mecánicas, puede conformarse en cualquier formato: placas, tubos, filmes y piezas inyectadas, además de usarse en la fabricación de envases, botellas y bolsas plásticas, entre otros productos, con lo cual compite directamente con el PVC, que también debe ser plastificado para ser fundible.

Con auxilio económicos de la FAPESP, mediante de un proyecto del programa Investigación Innovadora en la Pequeña y Microempresa (Pipe), Quimlab también se aboca al desarrollo de sustancias precursoras de fibra de carbono de bajo costo, un producto acrílico con composición química adecuada para permitir su transformación en fibras de carbono y preoxidadas, conocidas como Panox. Estas últimas se utilizan en la confección de ropas a prueba de fuego, ampliamente usadas por bomberos, soldados y pilotos de Fórmula 1. También sirven para fabricar asientos de aviones, automóviles, ómnibus y trenes, pues limitan la propagación del fuego en caso de incendio. Se trata de un material caro y sofisticado que hasta el momento no se produce en el país.

PlasticoGlicerina5MIGUEL BOYAYANUn avión de fibra
Las fibras de carbono también poseen una vasta aplicación en las industrias aeronáutica, espacial, petrolífera y de materiales deportivos -raquetas y tacos de golf la tienen como materia prima, por ejemplo. “Embraer utiliza en el fuselaje de sus aviones un 10% de fibra carbónica, porcentaje que trepa al 50% en el caso de los jets de Boeing y Airbus”, comenta Elson Garcia. Al final del año pasado, Quimlab logró producir los primeros filamentos de fibra carbónica, pero aún trabaja para alcanzar las características físicas y mecánicas necesarias. Ese desarrollo también cuenta con la participación de alumnos y profesores del programa de posgrado del Instituto Tecnológico de la Aeronáutica (ITA), de São José dos Campos, y apoyo del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), por medio del programa Recursos Humanos en Áreas Estratégicas (RHAE) que invierte alrededor de 150 mil reales en el pago de becas de dos años de duración a tres másteres egresados de la institución que desarrollan investigaciones relacionadas con la fibra. “Con la coordinación del profesor Luiz Cláudio Pardini, están haciendo la caracterización y determinación de las propiedades de Thermpan apuntando principalmente a su utilización en la producción de fibra de carbono”, dice Alves.

Otra institución socia de Quimlab en el proyecto de la fibra carbónica es el Centro Tecnológico de la Marina (CTM). “Tenemos una manifestación formal de apoyo de parte del CTM, que desarrolla en Brasil un proyecto para la producción de este tipo de fibra sintética. Pronto enviaremos las primeras muestras de nuestras fibras para la realización de las etapas de carbonización y ensayos fisicoquímicos en los laboratorios de la entidad”, explica Nilton Alves. El CTM estudia el uso de fibra de carbono en la producción de uranio enriquecido y submarinos fabricados en el país.

El proyecto
Desarrollo de proceso de hilandería de polímeros acrílicos por fusión para la producción de precursores de fibra de carbono (nº 06/60733-8); Modalidad Investigación Innovadora en la Pequeña y Microempresa (Pipe); Coordinador Elson Garcia – Quimlab; Inversión R$ 98.000,00 (FAPESP)

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