Los recubrimientos se utilizan en todas partes, desde la impermeabilización hasta la decoración. Sin embargo, se producen a partir de plásticos no renovables que, a menudo, no son reciclables y se degradan, lo que provoca contaminación por microplásticos. Con el reciente impulso hacia una mayor sostenibilidad y el uso de recursos renovables, los diseñadores y fabricantes de recubrimientos se plantean cómo pueden utilizar materias primas renovables en sus productos.
No obstante, los polímeros son solo una parte de la historia. Los recubrimientos suelen desarrollarse utilizando disolventes y productos químicos peligrosos para el medio ambiente con el fin de crear la textura y las emulsiones necesarias. Los investigadores también deben eliminar estos impactos ambientales más ocultos para desarrollar recubrimientos totalmente sostenibles.
Dado que los materiales no renovables y perjudiciales para el medio ambiente son el estándar en la industria de los recubrimientos, ¿cómo pueden los innovadores empezar a incorporar materiales renovables en el diseño de sus productos?
Polímeros de base biológica
Los polímeros son la base de la mayoría de los recubrimientos, pero tradicionalmente se derivan de materiales no renovables como el petróleo. Los polímeros de base biológica son una alternativa sostenible. Estos polímeros se crean a partir de materias primas renovables de origen vegetal o animal e incluyen avances en el uso de aceites vegetales como materia prima para producir poliuretano (PU).
El PU derivado de aceite vegetal es una alternativa ecológica al PU de petróleo tradicional que conserva las mismas propiedades deseables. La fácil disponibilidad, el bajo coste y la mayor sostenibilidad del PU de base biológica lo convierten en una opción popular dentro de la industria de los recubrimientos. Los PU de base biológica pueden diseñarse para incorporar otras tecnologías respetuosas con el medio ambiente, incluidas propiedades sin disolventes o de curado UV, para reducir aún más el impacto ambiental.
Un estudio de investigación de 2022 demostró cómo el aceite de ricino podría utilizarse como materia prima de base biológica para crear un recubrimiento de alto rendimiento. Mediante el uso de enlaces dinámicos de urea impedida, los autores obtuvieron un PU hidrofóbico de curado UV, reparable, reciclable y extraíble a partir de aceite de ricino. La capa contenía más de un 47 por ciento de material de base biológica y, debido a la naturaleza dinámica de los enlaces moleculares, también presentaba capacidad de reparación, soldabilidad, reciclabilidad y extraibilidad. Una muestra demostró una capacidad de autorreparación de arañazos superior al 97 por ciento y pudo reciclarse al menos cuatro veces.
Otros estudios recientes han mostrado el uso de varias materias primas renovables para crear recubrimientos, entre ellas:
- • Algas
- • Cáñamo
- • Madera
- • Almidones
- • Proteínas
Como área de investigación en rápida evolución, los polímeros de base biológica ofrecen una oportunidad apasionante para que los fabricantes de recubrimientos desarrollen productos más sostenibles y avancen hacia un futuro más ecológico.
Polímeros reciclables
Los polímeros de base biológica no son la única opción para los plásticos renovables. El uso de un polímero reciclable es otra vía para lograr la sostenibilidad mediante la reducción o eliminación de residuos y el aprovechamiento de materias primas renovables dentro de un mismo proceso. Los materiales reciclados son una materia prima renovable alternativa debido a su circularidad, por lo que el proceso de reciclaje debe ser de alto rendimiento y sostenible.
Una forma de lograrlo es desarrollando un recubrimiento diseñado para ser reciclado mediante su eliminación y reutilización. En el Centro de Investigación Langley de la NASA, los investigadores crearon una técnica de fabricación para micropartículas de epoxi recubiertas de polímero, que pueden volver a convertirse en materia prima utilizando altas temperaturas. El material se diseñó para aplicaciones de impresión 3D en misiones espaciales de larga duración, donde las materias primas renovables serían esenciales, pero tiene una amplia gama de aplicaciones terrestres.
Al desarrollar materiales y recubrimientos con circularidad renovable, los fabricantes pueden crear un ciclo de vida del producto sostenible para la reutilización de sus recubrimientos. A medida que la química verde adquiere mayor importancia para los consumidores, la investigación en recubrimientos debe centrarse en la reciclabilidad de las innovaciones y en cómo atraer a un mercado que intenta ser más ecológico.
Dispersiones poliméricas base agua
Los polímeros son solo una parte de la ecuación al desarrollar un recubrimiento sostenible. Los recubrimientos tradicionales suelen utilizar disolventes no renovables y perjudiciales para el medio ambiente como sistema de aplicación y curado. Los fabricantes que aspiran a crear un producto sostenible deben innovar tanto en estos sistemas como en el uso de sus polímeros.
Los recubrimientos base agua ofrecen una opción renovable y ambientalmente neutra, cada vez más utilizada en textiles, papel y pinturas. Los monómeros empleados para crear un recubrimiento base agua —una dispersión polimérica acuosa— varían, pero constituyen una fórmula eficaz para muchos polímeros de base biológica. Esto permite a los fabricantes combinar dos materias primas renovables en un mismo producto y avanzar un paso más hacia la sostenibilidad.
Tensioactivos y emulsionantes
Otros ingredientes de las fórmulas de recubrimiento, como los tensioactivos y emulsionantes, también pueden derivarse de materias primas renovables. El almidón y la soja pueden servir como fuentes eficaces de tensioactivos sin jabón y han logrado emulsionar fórmulas de recubrimiento con éxito. El almidón es una opción económica, de gran disponibilidad y mínimo impacto ambiental, lo que lo convierte en una elección popular entre los desarrolladores. Además, puede injertarse directamente en los polímeros para lograr una polimerización en emulsión sin tensioactivos.
Cuando el uso de tensioactivos por sí solo resulta insuficiente, los nanocristales de celulosa (CNC) actúan como nanopartículas anfifílicas que pueden emplearse como estabilizadores de emulsiones. Extraídos de fuentes renovables de celulosa, como la pulpa de madera y el algodón, los CNC ofrecen a los desarrolladores otra vía para crear emulsiones estables con materiales respetuosos con el medio ambiente.
Creación de recubrimientos sostenibles
Diseñar y fabricar recubrimientos sostenibles a partir de materias primas renovables exige que los investigadores consideren las fuentes, los subproductos y las vías de residuos de cada componente de sus formulaciones. Es necesaria una evaluación rigurosa de la sostenibilidad de polímeros, disolventes, tensioactivos y emulsionantes para crear recubrimientos respetuosos con el medio ambiente. Al adoptar nuevos materiales, los fabricantes pueden crear capas innovadoras que atraigan a los consumidores concienciados y contribuyan a la química verde del futuro. Descubra cómo los biopolímeros están reduciendo la huella de carbono de la fabricación y consulte nuestro Informe de perspectivas sobre el panorama de los biopolímeros emergentes.
