Los adhesivos casi siempre se basan en materias primas fósiles como el petróleo. Los investigadores de Fraunhofer han desarrollado recientemente un proceso que permite utilizar queratina para este fin. Este compuesto proteico muy versátil se puede encontrar, por ejemplo, en las plumas de pollo. No solo se puede utilizar para fabricar una gran cantidad de adhesivos diferentes para una variedad de aplicaciones, sino que los procesos y productos finales también son sostenibles y siguen los principios básicos que subyacen a una economía circular bioinspirada. El proyecto, desarrollado junto con Henkel AG &Co. KGaA, aborda un mercado de miles de millones de dólares.
Los adhesivos se encuentran prácticamente en todas partes:en calzado deportivo, teléfonos inteligentes, revestimientos de suelos, muebles, textiles o embalajes. Incluso los parabrisas de los automóviles se pegan con adhesivos. Los expertos reconocen más de 1.000 tipos diferentes de adhesivos. Estos pueden unir casi todos los materiales imaginables entre sí. Los adhesivos pesan muy poco y por eso se prestan a un diseño liviano. Las superficies unidas con adhesivo no se deforman porque, a diferencia de las fijaciones con tornillos, la carga se distribuye uniformemente. Los adhesivos no se oxidan y sellan la humedad. Las superficies unidas con adhesivo también son menos susceptibles a las vibraciones. Además, los adhesivos son económicos y relativamente fáciles de usar.
Tradicionalmente, los adhesivos casi siempre se han fabricado a partir de materias primas fósiles como el petróleo. El Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología (IGB) ha adoptado recientemente un enfoque diferente. Los investigadores han estado utilizando plumas como material base en lugar de petróleo. Las plumas son un subproducto de la producción de carne de ave. Se destruyen o se mezclan con la alimentación animal. Pero las plumas son demasiado valiosas para desperdiciarlas porque contienen la proteína estructural queratina. Este biopolímero se encuentra en los animales y forma garras, pezuñas o plumas. Su estructura fibrosa es extremadamente fuerte.
La queratina es un material biodegradable y, por tanto, ecológico cuya estructura tiene propiedades específicas que la hacen especialmente adecuada para la fabricación de adhesivos. La estructura polimérica de la queratina, es decir, sus moléculas de cadena muy larga, así como su capacidad para sufrir reacciones de reticulación, la predestinan para la fabricación de diversos adhesivos. "Las propiedades necesarias de los adhesivos ya son, en cierta medida, inherentes al material base y sólo es necesario desbloquearlas, modificarlas y activarlas", explica el director del proyecto, el Dr. Michael Richter.
Desde hace tres años, Fraunhofer IGB colabora con Henkel AG &Co. KGaA en el proyecto KERAbond:"Productos químicos especiales a partir de proteínas de queratina funcionales personalizadas" (Kera es la abreviatura de queratina, combinada con la palabra inglesa bond). Henkel es líder del mercado mundial en el sector de los adhesivos.
Los socios del proyecto han desarrollado y perfeccionado recientemente un nuevo proceso. En la primera etapa, las plumas recibidas del matadero se esterilizan, se lavan y se trituran mecánicamente. A continuación, un proceso enzimático divide los biopolímeros de cadena larga o cadenas de proteínas en polímeros de cadena corta mediante hidrólisis.
El producto resultante es una plataforma química que puede servir como material base para un mayor desarrollo de adhesivos especialmente formulados. "Utilizamos el proceso y la plataforma química como una "caja de herramientas" para integrar propiedades biomejoradas en el producto final", afirma Richter. Esto significa que se pueden especificar parámetros para el adhesivo especial objetivo, como el tiempo de curado, la elasticidad, las propiedades térmicas o la resistencia. Además, no sólo los adhesivos son fáciles de fabricar, sino también sustancias relacionadas, como endurecedores, recubrimientos o imprimaciones.
En la siguiente etapa, el equipo de Fraunhofer se dedicó a transformar las plumas a gran escala. La aceleración del proceso recayó en el Centro Fraunhofer de Procesos Químicos-Biotecnológicos (CBP) en Leuna. El objetivo era demostrar que los productos químicos de plataforma a base de queratina también pueden fabricarse de forma rentable a escala industrial. Esto implicó procesar varios kilogramos de plumas de pollo, y el material producido se utilizó para prometedoras pruebas iniciales de materiales en Fraunhofer IGB y Henkel.
Este proceso bioinspirado tiene especial importancia para la Fraunhofer-Gesellschaft. Esto no se debe sólo a que se trate de materias primas biodegradables o de métodos de fabricación especialmente eficientes. De hecho, la biotecnología es uno de los principales campos de investigación de la Fraunhofer-Gesellschaft. Richter explica el concepto subyacente:"Nos inspiramos en funcionalidades o propiedades que ya existen en la naturaleza o en materias primas naturales. E intentamos traducir estas propiedades en productos a través de métodos de fabricación innovadores. Esto genera un ciclo bioinspirado para materias primas valiosas. "
Fraunhofer IGB trabaja desde hace algunos años en todos los aspectos de la bioeconomía y ha desarrollado competencias exclusivas, por ejemplo en el caso de la queratina. Por este motivo, la empresa química Henkel se acercó a Fraunhofer IGB para este proyecto.
El proyecto tiene cierto peso económico. Según Statista, solo en Alemania en 2019 se fabricaron alrededor de un millón de toneladas de adhesivos. El valor total asciende a unos 1.870 millones de euros.
Y los resultados científicos también son acertados:se ha presentado una solicitud de patente para el nuevo proceso y se ha publicado un artículo en una revista científica. Dos doctorados. Se espera que los estudiantes que han realizado una extensa investigación sobre el proyecto en Henkel y Fraunhofer completen sus tesis en el primer trimestre de 2024. Esta nueva tecnología basada en queratina permitirá producir una gran cantidad de productos químicos de plataforma de una manera sostenible y bioinspirada. /P>
Proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft
