Obtención de bio-polioles a partir de la mazorca del cacao para la elaboración de esponjas de poliuretano

La demanda mundial de espumas de poliuretano (PU) actualmente ocupa la sexta posición de polímeros más vendidos con un crecimiento anual del 4.7%. En el caso particular del Ecuador, según la Asociación Ecuatoriana de Plásticos (ASEPLAS), la producción total de poliuretano en el 2017 fue de 350000 toneladas (1). La formulación de espumas de poliuretano es una asociación compleja entre polioles, isocianatos, catalizadores, tensioactivos y aditivos. La cantidad requerida para la formulación de PU se expresa por peso del poliol. Industrialmente se llevan a cabo varios procesos como moldeo, vertido, espumado en el lugar y planchas. El proceso de espumado está basado en el método "one-shot" en donde el poliol e isocianato se mezclan, separándose los componentes en dos partes: La primera, contiene el poliol, catalizador, tensioactivos y aditivos los cuales se agitan para integrar las burbujas de aire y obtener una emulsión. La segunda parte, está compuesta por isocianato. Las dos partes se mezclan bajo agitación y se vierten en la máquina espumadora para la obtención de bloques y su corte de acuerdo con los requerimientos de espesor. Finalmente, se obtienen un material celular compuesto por celdas poliméricas que atrapan gas. En particular, los polioles son líquidos viscosos que contiene al menos dos o más grupos hidroxilo (OH) en su molécula, su densidad se expresa en mg KOH/g. Los principales tipos de polioles son los oligómeros de poli-éter y poliéster. Los poli-éteres se producen por la oxidación de propileno a partir de una molécula iniciadora simple que contiene varios grupos OH. Los poliésteres se producen por la policondensación o poli adición entre ácido dicarboxílico o un anhídrido; este tipo de polioles presenta una baja viscosidad y alta dispersión de sus enlaces de éter flexibles. Por lo tanto, su matriz productiva es dependiente del petróleo, lo cual genera una excesiva contaminación ambiental por la emisión de sustancias tóxicas como CO2, CO, CH4 y NO2 al medio ambiente. En los últimos años, se presenta la posibilidad de producir espumas de PU a través del uso de biomasa para el reemplazo de polioles por bio-polioles (2). Existen tres tipos de bio-polioles: poliéster polio extraídos de aceites vegetales (lípidos), poli éter poliol que se obtiene de microalgas (polisacáridos) y polioles aromáticos de material lignocelulósico (lignina). La estructura de los bio-polioles tiene efecto significativo en la reactividad de los sistemas de poliuretano. En general, la fuente principal de bio-polioles es la lignina, un material poli fenólico natural que representa del 5 al 45% de la biomasa lignocelulósica. En este sentido, materiales tipo madero rígido, como la cáscara de cacao, poseen un mayor porcentaje de lignina que otros tipos de biomasa. La estructura rígida de la cáscara de cacao brinda mayor resistencia y forma una barrera con la celulosa para una extracción más pura de lignina. El principal método para la obtención de bio-polioles es la licuefacción en presencia de alcoholes polihídricos que conduce a la obtención de polioles aromáticos como sustitutos de polioles convencionales. Debido a que la materia prima del proceso son los residuos del cacao, a través de datos obtenidos por el atlas bioenergético del Ecuador, se determinó que, en el Ecuador, se producen alrededor de 2014719 T/año de residuos de cacao que se pueden aprovechar (3,4). En este sentido, este estudio explorará la posibilidad de obtener bio-polioles a partir de residuos agroindustriales del cacao. Una parte muy importante del presente proyecto será la correcta caracterización tanto cualitativa como cuantitativa de los mismos para poder definir el valor real de posible reemplazo de polioles convencionales con bio-polioles. Este paso es importante, ya que la naturaleza de las espumas de poliuretano depende mucho del porcentaje y proveniencia de los elementos de reacción. Por este motivo, en este proyecto, la participación de CHAIDE para la fabricación de espumas y caracterización física y mecánica de las mismas es necesaria, para la realización de ensayos de dureza, tracción, flexión, etc. A pesar de ser un estudio inicial, el proyecto puede generar las bases para la elaboración futura de espumas de poliuretano utilizando un porcentaje de polioles provenientes de la biomasa. Esto podría generar un impacto importante en el interés de otras empresas para aplicar procesos verdes parciales en sus cadenas de producción. Este proyecto va enmarcado en el objetivo 9 para el desarrollo sostenible definidos por la Naciones Unidas.