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Nuevos materiales

Liviana y resistente

El curauá sustituye a la fibra de vidrio en piezas de coches y entra en la composición de vigas a prueba de terremotos

La fibra seca del curauá usada en composto plástico

Eduardo CesarLa fibra seca del curauá usada en composto plásticoEduardo Cesar

La fibra de curauá, una bromelia de gran tamaño de la región amazónica, por  sus propiedades mecánicas de alta resistencia, baja densidad capaz de conferir levedad al producto final y potencial para reciclaje, se cotiza para sustituir a la fibra de vidrio empleada como refuerzo al plástico en la fabricación de piezas con características reducidas y detalladas, producidas por el proceso de moldeado por inyección, tales como botones del tablero de los automóviles, picaportes de puertas y bisagras de aleros. Piezas de grandes dimensiones, tales como la parte interna de las puertas y la tapa del compartimiento de equipajes de algunos modelos de coches, ya son fabricadas mediante otro proceso con la fibra vegetal como parte de su composición, pero la demanda ha crecido rápidamente, mucho más allá de lo que es producido actualmente en el país, producto del interés despertado por la posibilidad de varios usos, con resultados comprobados, de la materia prima extraída de las hojas del curauá (Ananas erectifolius), que pertenece a la misma familia de la piña. Entre los usos están los tanques de agua, piscinas, tejidos antialérgicos y hasta la utilización de la fibra vegetal como material sustituto para las vigas de hierro usadas en el lugar de concreto en países como Japón, que enfrentan problemas de temblores de tierra de alta intensidad, por su alta resistencia mecánica y levedad.

La sobra de la  molienda de hoja resulta en un producto llamado mucilago, que puede ser usado tanto para alimentación animal, porque contiene 7% de proteína, como en la fabricación de papel por la industria de celulosa y abono orgánico. Existe hoy una demanda de la industria automovilística y textil alrededor de mil toneladas de fibra por mes, dice el investigador Osmar Alves Lameira, de la Embrapa Amazonia Oriental, unidad de la Empresa Brasilña de Investigación Agropecuaria en Belén, en Pará, que estudia el curauá. La producción actual brasileña, concentrada en Santarém, en Pará, es de 20 toneladas. Pero es un cultivo que está comenzando a  expandirse, en razón del interés despertado por las investigaciones hechas con el material. Agricultores de regiones localizadas en la carretera Belén Brasilia y en municipios como Santo Antonio del Tauá y Vigia, próximos a la bahía del Marajó, están comenzando a organizarse y plantar el curauá, dice Lameira. ?La idea es formar grupos para plantar en mayor escala.

Los estudios que resultaron en el compuesto hecho de plástico y fibra de curauá, cotizado para sustituir a la fibra de vidrio en piezas fabricadas por el proceso de moldeado por inyección no sólo en la industria automovilística como también en la electroelectrónica, como revestimiento externo de grabadoras, forros de  teléfonos móviles y de herramientas eléctricas, fueron coordinados por el profesor Marco-Aurélio De Paoli, director del Laboratorio de Polímeros Conductores y Reciclaje, del Instituto de Química de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), en alianza con la empresa multinacional GE Plastics South América, hoy Sabic Innovative Plastics, instalada en el Distrito Industrial de Campinas, en el interior paulista. La fibra de vidrio es una materia prima que requiere un alto consumo de energía para ser producida y, además de eso, los productos hechos con ese material no pueden ser reciclados por ningún proceso conocido actualmente, dice De Paoli. Al término de su vida útil, el destino final del plástico reforzado con la fibra de vidrio es el aterramiento sanitario.

Reciclaje térmico – La fibra de curauá es producida con bajo consumo energético, necesario solamente en el proceso de extracción y molienda de la planta. Otra ventaja es que ella tiene una densidad menor que la del vidrio, lo que significa productos más leves. En el caso del mercado automovilístico, esa es una característica interesante, porque representa menor consumo de combustible. El reciclaje también cuenta puntos a favor de la fibra vegetal. Los productos hechos con ese material pueden ser reciclados por el proceso térmico. Sin contar que, durante la quema de la fibra, es producido menos monóxido de carbono del que la planta consumió durante su crecimiento, dice De Paoli.

Curagua plantación con especies utilizadas en la reforestación

EMBRAPA AMAZÔNIA ORIENTALCuragua plantación con especies utilizadas en la reforestaciónEMBRAPA AMAZÔNIA ORIENTAL

El compuesto, que tiene un pedido de patente nacional y otro internacional, es fruto del desdoblamiento de una investigación iniciada en 2000 por el grupo de investigación liderado por De Paoli, que tenía como objetivo investigar si la fibra vegetal sería una buena alternativa para sustituir la de vidrio en el refuerzo de termoplásticos  os plásticos moldeados en caliente, como el polietileno, polipropileno, policarbonato y el nylon, entre otros. El interés por la fibra surgió durante un congreso en el 2000, cuando De Paoli conoció los resultados de estudios conducidos por el profesor Alcides Lopes Leão, de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Botucatu con el curauá (lea en Pesquisa FAPEPS nº 104). La diferencia entre las dos líneas de investigación es que el profesor de la Unesp desarrolla compuestos de la fibra con materiales que tienen como base el polipropileno por un proceso conocido como termo-formación, que utiliza el calor para hacer la mezcla y prensarla, mientras que el de la Unicamp usa el sistema de extrusión y moldeado de las piezas por inyección, lo que resulta en un producto final con aplicación bastante distinta.

El primer trabajo desarrollado por nuestro grupo mezclaba por extrusión la fibra vegetal con el polipropileno reciclado, plástico usado para producir embalajes, bolígrafos y cestos de basura, relata De Paoli. Y resultó en un registro de patente depositado por la Unicamp en marzo de 2002. Algunos meses después, el investigador fue buscado por Paulo Santos, gerente de tecnología aplicada de la América del Sur de la empresa GE Plastics, comprada en mayo de este año por la Sabic, de la Arabia Saudita, que se interesó por los resultados obtenidos. La empresa no trabaja con el polipropileno, sino con los llamados plásticos de ingeniería, utilizados en piezas de automóviles, electro-electrónicos y piezas estructurales debido a características específicas como presentar gran resistencia a impactos y no deformarse cuando son expuestos a altas temperaturas.

Quedamos interesados en la investigación porque la industria automotriz, principalmente la japonesa y la europea, está en la búsqueda de piezas que puedan ser recicladas, dice Santos. Entre los plásticos de ingeniería fue escogido el nylon 6, que ya es fabricado con refuerzo de fibra de vidrio hace mucho tiempo. El agente de refuerzo es un aditivo usado para modificar las propiedades mecánicas del termoplástico, que son de resistencia al impacto o a la fricción. La selección del nylon 6 fue una estrategia para el éxito de la  investigación. Como él tiene un punto de fusión bajo, menor que el de la degradación de la fibra vegetal, creímos que no habría problemas de compatibilidad en la temperatura de fusión de los materiales?, dice Santos. Un factor limitante en la mezcla de plásticos con la fibra vegetal es que ella comienza a descomponerse térmicamente por alrededor de los 220ºC y muchos termoplásticos son procesados a temperatura más elevada.

Buena interacción
El convenio suscrito con la Unicamp, a comienzos de 2003, previa el suministro del producto por la empresa y la contratación de un alumno de química como practicante, en el caso la contratada fue Karen Fermoselli, el financiamiento del material de consumo y el mantenimiento de los equipamientos. La universidad, en contrapartida, entró con el laboratorio y el conocimiento científico. La fibra de curauá fue cedida por la empresa Pematec, que cultiva la planta en Pará. La obtención de un compuesto formado por el nylon 6 y la fibra vegetal con las mismas propiedades encontradas en la mezcla que lleva la fibra de vidrio sólo fue posible después de que el material fue procesado en una extrusora de doble rosca de la empresa, que trabaja en escala piloto. Para obtener el compuesto es necesario promover una buena interacción entre el termoplástico y la fibra, dice De Paoli. Para eso, se puede recurrir a varias estrategias. La fibra de vidrio, por ejemplo, recibe un tratamiento químico previo. Con el nylon es necesario tomar algunas precauciones porque, en la presencia de humedad, él sufre una reacción de hidrólisis que puede alterar la composición química del material. En el caso de la fibra vegetal, los investigadores probaron varios tratamientos, muchos de ellos relatados en la literatura científica.

Al final llegamos a la conclusión de que no tratando y ni secando conseguíamos una mejor adhesión entre la fibra y el nylon, dice De Paoli. Con eso, se obtuvo una substancial economía de energía. El uso de la extrusora de doble rosca permitió desfibrar la fibra, que originalmente es un haz de microfibrillas, o sea, son fibras pequeñas y delgadas, visibles solamente con el microscopio electrónico. Eso significa que estamos reforzando el plástico con microfibrillas y, con eso, la resistencia es mayor?, relata De Paoli. Todo eso es hecho en una única etapa, dentro de la extrusora.

Fruto de curauá

EMBRAPA AMAZÔNIA ORIENTAL Fruto de curauáEMBRAPA AMAZÔNIA ORIENTAL

La empresa aún no definió la fecha del lanzamiento del producto, pues no terminó de adaptar sus máquinas extrusoras y los equipamientos que van a mezclar la fibra al plástico. La mayor dificultad enfrentada hoy en el proceso se refiere a la alimentación de la fibra en la extrusora. La baja densidad del material, que es una ventaja para dar levedad al producto final, genera un volumen grande para el manoseo y complica la alimentación en la rosca. Estamos trabajando con varias alternativas para poner en ecuación eso, dice Santos. Una posibilidad en estudios es preparar previamente la fibra, transformándola en un aglomerado antes de ser colocada en el alimentador. Otra es trabajar con un dosificador específico para cargas más leves. Para eso, Sabic está proyectando, en alianza con una pequeña empresa del interior paulista, un dosificador, ya que los existentes hoy se destinan a materiales más pesados, como fibra de vidrio, talco, carbonato de calcio o fibra de carbono.

Superado ese obstáculo, otra cuestión que necesita ser puesta en ecuación es el suministro de la fibra a precios competitivos. Inicialmente teníamos la expectativa de que la fibra de curauá fuese más barata que la de vidrio, dice Santos. Eso aún no ocurre por cuenta de la baja oferta de la materia prima para atender a la demanda. Estudios realizados en  Pará mostraron que el plantío de curauá unido con especies utilizadas en reforestación, como paricá, mogno y freijó, puede ser una buena salida para expandir la plantación. Dos tesis de doctorado orientadas por Lameira, de la Embrapa Amazonia Oriental, mostraron la factibilidad económica de ese tipo de plantío y la calidad de la fibra obtenida con la unión. Cuando el curauá es cultivado con otras especies vegetales, el rendimiento de la fibra aumenta porque es beneficiado con la sombra, explica el investigador. Existe una simbiosis entre ellas, porque una planta aprovecha lo que la otra produce. La gran ventaja de ese plantío es que, además de que el productor gana con el cultivo del curauá, la especie forestal tendrá costo cero?, dice Lameira. La investigación mostró aún que la planta crecida en la sombra de árboles produce mayor cantidad de fibras por kilo de hoja que la planta crecida a cielo abierto.

El trabajo experimental fue hecho en un área perteneciente a la Tramontina, fabricante de herramientas, utensilios domésticos, materiales eléctricos y otros productos, que cultiva en mil hectáreas el paricá, una especie forestal que produce la madera clara usada en cabos de cuchillos, tablas para cortar carne, cabos de martillos y azadas producidos por la empresa. Los resultados de los estudios animaron a los productores alrededor del área, que comenzaron a aumentar el área plantada. Ese movimiento llegó al Banco de la Amazonia, el agente financiero, que está analizando proyectos para la plantación en gran escala, dice Lameira.

Fila de espera
El reflejo de la expansión del plantío es la falta de mudas de curauá. En octubre, un empresario busco mudas para el plantío de 400 hectáreas, pero quedó en la fila de espera?, relata Lameira. Son 25 mil mudas para cada hectárea. La tecnología de producción está plenamente dominada. Prueba de eso es que, en 2003, la Embrapa Amazonia Oriental ganó el Premio Finep en la etapa regional y mención honrosa en la nacional, concedidos por la Financiera de Estudios y Proyectos del Ministerio de la Ciencia y Tecnología (Finep/MCT), por el desarrollo de un proceso de producción por medio de micro-propagación para mudas de curauá.

La técnica permite obtener rápidamente gran cantidad de mudas clonadas de alta calidad. Desde entonces, algunas bio-fábricas se instalaron en la región para producir curauá y otras especies. Todas las plantas que están en el área de la Tramontina nacieron en el laboratorio, dice Lameira. El material es seleccionado para tener una altura media de 1,60 metros. En el plantío unido, con el auxilio de la sombra, puede alcanzar 1,70 metro o más. El curauá no exige suelos muy fértiles y puede ser plantado en cualquier época. En la región del Amazonia donde la selva fue removida él puede desarrollarse muy bien, siempre que reciba abono orgánico al inicio.

Una de las ventajas agronómicas del curauá es que la misma planta puede quedar de cinco a ocho años en el campo dependiendo de la forma como fue cultivada unida con la especie forestal. Un año después el plantío, alcanza la fase adulta, en que las hojas ya pueden ser recogidas para su uso, procedimiento que puede repetirse hasta cuatro veces por año. Hoy tenemos cerca de 800 hectáreas plantadas con curauá en todo el estado del Pará, dice Lameira. Para atender a la demanda, son necesarias, como mínimo, 5 mil hectáreas plantadas con curauá.

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