Oportunidades de integración de tecnologías en nanocompuestos, según Frost Y Sullivan

Aunque ha sido catalogada como la gran revolución del siglo XXI, la nanotecnología, particularmente en el campo de los plásticos, ha avanzado a un ritmo menos precipitado que lo inicialmente esperado. De acuerdo con estimaciones de la firma consultora Frost & Sullivan, en 2006 el mercado de nanocompuestos generó dividendos por USD $33,7 millones en el mundo. La cifra debería rondar los USD $144,6 millones en 2013.

Las principales barreras al crecimiento del mercado han sido los altos costos actuales de las nanopartículas, que incluyen nanotubos y nanorellenos, y las dificultades experimentadas por los proveedores para trasladar las tecnologías del laboratorio a la producción masiva. De acuerdo con la firma consultora, una clave para el éxito es la integración y establecimiento de alianzas en toda la cadena productiva, abarcando desde productores de nanopartículas hasta los usuarios finales.

Sin embargo, la entrada de nuevos competidores al mercado y la producción a mayor escala debería reducir los precios y elevar los volúmenes de suministro en el mercado de nanocompuestos, a la vez que diversificaría la plataforma de producción disponible.

Desarrollos en nanoarcillas
La nanocarga de uso más difundido hasta ahora en la industria plástica es la arcilla montmorillonita, un silicato de aluminio conformado por pequeñas plaquitas de cerca de 100 nanómetros (1 nanómetro equivale a una mil millonésima de metro. Un cabello tiene cerca de 100.000 nanómetros). La montmorillonita es el mayor componente del mineral bentonita. Hasta ahora el uso de nanoarcillas se ha visto restringido por los límites de exfoliación y dispersión. La exfoliación es el proceso de separar las capas naturales de las que está compuesta la arcilla; para obtener un producto homogéneo es necesario exfoliar la arcilla en "paquetes" de 10 a 100 plaquitas. Una exfoliación incompleta puede generar inhomogeneidades en el producto final o concentraciones de esfuerzos que reducen la resistencia del producto.

La exfoliación puede llevarse a cabo por medios mecánicos, sometiendo la nanocarga a esfuerzos cortantes durante el procesamiento, o a través de procesos químicos durante la polimerización de la matriz. Hasta ahora, los avances más significativos hechos por proveedores de nanoarcillas han tenido que ver con la modificación de la superficie.

Una nueva variante en las nanoarcillas, la hectorita, es un silicato de magnesio que tendría propiedades superiores de estabilidad frente al calor, ya que, a diferencia de la montmorillonita, su estructura cristalina no contiene sitios reactivos que puedan generar la degradación del polímero a temperaturas elevadas. Además, la hectorita no tendría contaminación de sílica cristalina, tendría niveles de hierro muy bajos y proveería un mayor rendimiento, porque las placas son más pequeñas.

El proveedor Elementis Specialties, ubicado en California, está desarrollando aplicaciones de hectorita con PP y PVC, y destaca que las posibilidades más interesantes se encuentran en termoformación y en interiores automotrices, por su resistencia a altas temperaturas. En PVC semirígido y traslúcido, gracias a un efecto de modificación de superficie desarrollado por la compañía, los nanocompuestos con hectorita mejoran la claridad y evitan el amarillamiento típico asociado a la degradación durante el procesamiento con cargas.

Mejorando propiedades de barrera 
Una innovadora tecnología de recubrimiento podría reemplazar al EVOH en aplicaciones de PET o BOPP para mejorar la barrera al oxígeno. Se trata de una suspensión acuosa de montmorillonita y un poliéster sulfonado, comercializada bajo el nombre de Nanolok PT, por la firma norteamericana InMat. De acuerdo con su fabricante, un recubrimiento de 1 ó 2 micrones puede proveer la misma barrera al oxígeno que 12 micrones de EVOH. En PET, una capa de 12 micrones puede reducir la tasa de transmisión de oxígeno de 120 a cerca de 2 cc/m2-día-atm. Si se aplica en BOPP, la reducción es de 3.000 a cerca de 2. El recubrimiento podría aplicarse con rodillos convencionales, y una vez seco es translúcido. En este momento la empresa investiga cómo agilizar el secado, y se investigan procesos alternativos de calentamiento, como infrarrojo y microondas.

En Valencia, España, el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos está empleando un grado de la nanoarcilla montmorillonita con aprobación FDA para contacto con alimentos, para elevar hasta seis veces las propiedades de barrera del PET frente al agua, humedad y aromas. La nanoarcilla es suministrada por la empresa NanoBioMatters, también localizada en Valencia, en un tamaño de partícula de 1 a 3 micrómetros de espesor (3000 nanómetros) y entre 250 y 1.000 nanómetros de longitud. La dosificación necesaria es de 1 a 5% en volumen, y de acuerdo con experimentos hasta ahora realizados, no se afectan la transparencia ni la tenacidad del PET. Aunque hasta la fecha no hay aplicaciones comerciales, la tecnología está siendo investigada por ColorMatrix Europe, quien quiere hacer masterbatch para aplicación en botellas de bebidas carbonatadas. La empresa Klockner Pentaplast, en Alemania, también está trabajando con los nanocompuestos en la producción de empaques multicapa.

Know-how hecho en casa 
En mayo de 2007, la gigante brasileña Braskem optó por la primera patente para la producción de nanocompuestos de PVC, destinados al mercado de componentes de alto desempeño para la construcción civil, como tubos, conexiones y perfiles. La nueva patente consiste en el desarrollo de un nuevo proceso para la producción de nanocompuestos de PVC, por medio de la reacción de polimerización obtenida directamente en los reactores, o "in situ". El proceso fue desarrollado en el Centro de Tecnología e innovación de la empresa, en las unidades de Camaçari (BA), Sao Paulo y Triunfo (RS). "Esperamos lanzar la primera nanoresina de PVC en el país en 2008", declara Lucian Nunes, coordinador del proyecto nano-PVC en Braskem.

En México, el Ciqa (Centro de Investigación en Química Aplicada), ubicado en Saltillo, ha trabajado en la formulación de películas para invernadero coextruidas, donde una de las capas tiene nanopartículas exfoliadas. Las nanopartículas actúan como filtros para controlar la longitud de onda incidente, y de esta forma se controlan la temperatura y radiación solar. También en las aplicaciones de acolchados se ha explorado el uso de nanopartículas, que encapsulan nutrientes dentro de la película y los liberan de manera progresiva durante su aplicación.

Otro aporte interesante del Ciqa ha sido en el desarrollo de nanopartículas magnéticas que sintetizadas con un medio de polimerización se pueden usar para la liberación gradual de medicamentos. Para mejorar las propiedades de dispersión este caso las nanopartículas se sintetizan junto con el medio de polimerización, en diámetros de apenas 10 nanómetros, que pueden evadir el sistema inmunológico humano.

El CIPP, en Colombia, también ha estado trabajando en la incorporación de nanotecnología a películas de invernadero, para reducir el calibre y mejorar las propiedades termo-mecánicas, reduciendo el contenido de EVA requerido. De acuerdo con las investigaciones realizadas, hasta el momento la acción de formulaciones antienvejecimiento no se ve afectada por la presencia de nanocargas.