Projeto RN21 aposta na colofónia para substituir matérias-primas de origem fóssil

O CENTI partilha os avanços alcançados no projeto RN21 – Inovação na Fileira da Resina Natural para o Reforço da Bioeconomia Nacional, que termina em dezembro deste ano, e que está a desenvolver soluções sustentáveis para substituir a utilização direta de aditivos e matérias-primas de origem fóssil por recursos naturais derivados da colofónia, um constituinte da resina de pinheiro.

As soluções desenvolvidas apresentam potencial de aplicação em diversos setores industriais, nomeadamente no têxtil e vestuário, automóvel, embalagem e calçado, contribuindo para uma maior incorporação de matérias-primas de base biológica e para o reforço da bioeconomia nacional.

Em comunicado, o Centro de Nanotecnologia destaca a criação de novos derivados de colofónia destinados ao desenvolvimento de embalagens biodegradáveis e de revestimentos funcionais com propriedades de barreira a gases. Neste domínio, foram ainda desenvolvidos sistemas de encapsulação de derivados de colofónia contendo agentes ativos com propriedades antimicrobianas e antioxidantes, capazes de acrescentar funcionalidades aos materiais.

No setor têxtil, o projeto explorou a aplicação destes derivados em fibras e malhas, tendo sido registadas melhorias ao nível da solidez dos materiais tratados. Já na indústria automóvel, a resina natural foi integrada em compostos de biopolímeros termoplásticos destinados à injeção de componentes plásticos para interiores de veículos.

“Além de apresentarem uma maior compatibilidade com biopolímeros, estas formulações podem ajustar-se a diferentes matrizes poliméricas e processos industriais. Assim, é possível obter melhores resultados em termos de propriedades como estabilidade, durabilidade, desempenho mecânico e propriedades de barreira”, afirma Lorena Coelho, investigadora responsável pelo projeto no CENTI, destacando as vantagens das soluções desenvolvidas.

O T Jornal falou com o CeNTI que explica as duas abordagens complementares dos trabalhos, as aplicações das soluções desenvolvidas, como podem ser aplicados os derivados de colofónia, viabilidade à escala industrial dos desenvolvimentos e ganhos concretos obtidos comparativamente a soluções convencionais.

Em que tipo de fibras e malhas foram testados os derivados de colofónia?

Os trabalhos seguiram duas abordagens complementares. Na primeira, os derivados de colofónia foram incorporados diretamente em fibras sintéticas, como a poliamida (PA), e em fibras de base biológica (PLA e bio-PA) e de origem renovável (bio-HDPE), permitindo desenvolver fibras com até 30% deste componente natural, adequadas para aplicações têxteis. Como prova de conceito, foi produzida uma malha jersey tricotada nas instalações da Tintex.

Paralelamente, foram desenvolvidos diferentes derivados de colofónia, posteriormente aplicados em têxteis já existentes, com destaque para malhas 100% algodão da Tintex. Nestes materiais, atuaram como promotores de cor, mordentes e agentes de acabamento e laminagem, contribuindo para melhorar o desempenho e a funcionalidade dos têxteis.

Que artigos têxteis têm como alvo? 

As soluções desenvolvidas destinam-se sobretudo ao vestuário sustentável, abrangendo segmentos como a moda, o casual e o vestuário funcional, mas também peças orientadas para o bem-estar.

A incorporação dos derivados de colofónia confere propriedades como atividade antioxidante, efeito anti-odor e proteção UV, permitindo desenvolver peças mais funcionais e de maior valor acrescentado.

Como demonstração do potencial da tecnologia, foram produzidos protótipos de calções em malha jersey ou outras peças de vestuário revestidas com derivados da resina na sua composição (saia, top e t-shirt). Paralelamente, o desenvolvimento de estruturas multicamada obtidas por laminagem alarga o leque de aplicações possíveis no setor do vestuário.

Então já foram produzidos protótipos?

Sim. Ao longo do projeto foram desenvolvidos vários protótipos demonstradores, entre os quais: nas fibras e vestuário: fibras de bio-poliamida incorporando derivados de colofónia, posteriormente transformadas em peças de vestuário e acessórios à escala industrial, nas instalações da HATA; na coloração e acabamento: malhas 100% algodão biocoloridas com corantes naturais (como gambier, castanheiro e tomilho) e tratadas com novos processos de acabamento à escala piloto nas instalações da Tintex; nos revestimentos: malhas 100% algodão revestidas com formulações contendo até 40% de derivado de colofónia; na laminagem: uma estrutura têxtil multicamada composta por malha 100% algodão laminada com filme de biopolímero aditivado com derivados de colofónia.

Os demonstradores tecnológicos foram apresentados em feiras internacionais, como a MIECF (Macau), Techtextil (Frankfurt) e, mais recentemente, no evento final do projeto RN21.

Que ensaios de solidez foram realizados?

Foram realizados ensaios de solidez segundo as normas ISO 105, incluindo resistência à luz, à lavagem, à água, à transpiração ácida e alcalina e à fricção, tanto a seco como a húmido. A solidez à luz foi o parâmetro mais desafiante, por corresponder a uma das principais limitações dos corantes naturais, em particular do gambier.

Como são aplicados os derivados de colofónia? 
Os derivados de colofónia podem ser integrados em diferentes fases do processo produtivo.

No projeto, foram exploradas duas abordagens complementares: Incorporação direta nas fibras, utilizando os derivados como aditivos na matriz polimérica, através de processos de composição e extrusão antes da fiação. E aplicação sobre os têxteis, sob a forma de dispersões aquosas, recorrendo a processos convencionais da indústria, como o esgotamento e a foulardagem, bem como por spray coating.

Os derivados foram ainda utilizados como adesivos em filmes de laminagem e como aditivos em formulações de pasta e espuma para revestimento.

Esta versatilidade demonstra que podem ser facilmente integrados em processos industriais já existentes, facilitando a sua futura adoção pelo setor.

Os desenvolvimentos vão poder ser levados à escala industrial?

Sim. A transposição para a escala industrial já está em curso e contou com o contributo complementar dos diferentes parceiros do consórcio.

Da HATA na produção das fibras em maior escala e validação da tricotagem em ambiente industrial. Da Tintex na validação industrial das soluções, desenvolvimento de protótipos e demonstração das tecnologias em ambiente produtivo, promovendo a sua valorização no setor têxtil e do vestuário. Do CeNTI no desenvolvimento tecnológico dos novos derivados de colofónia, novas composições poliméricas, fibras funcionalizadas e revestimentos por spray coating. Do CITEVE no desenvolvimento de estruturas têxteis, revestimentos por tecnologias convencionais (esgotamento e foulardagem), processos de laminagem e avaliação do potencial de implementação industrial. E da United Resins no desenvolvimento e produção dos novos derivados de colofónia e filmes poliméricos, participando na validação das soluções e na sua produção à escala piloto.

Que ganhos concretos foram obtidos face às soluções convencionais?

Os resultados demonstram melhorias significativas ao nível do desempenho e da sustentabilidade.

Nas fibras de bio-PA incorporando 30% de derivado de colofónia, verificou-se: aumento de 138% da resistência ao rebentamento; aumento de cerca de 10 vezes da atividade antioxidante; redução significativa dos compostos associados ao odor (2-nonenal) com uma eficácia de 84%, face aos 46% obtidos na fibra de referência; proteção UV; manutenção das propriedades mecânicas necessárias aos processos de tricotagem; mais de 70% de conteúdo de base biológica.

Os valores apresentados correspondem à comparação entre fibras com e sem incorporação de derivados de colofónia.

Na área da coloração, o novo derivado de colofónia desenvolvido no projeto demonstrou potencial como mordente 100% de base biológica, melhorando a solidez à lavagem, à água e à transpiração. As dispersões contendo derivados de colofónia melhoraram ainda a solidez à luz quando aplicadas por spray coating.

Na laminagem, foi desenvolvido um filme com cerca de 99% de base biológica, apresentando uma resistência à delaminação muito próxima da obtida com filmes convencionais de poliuretano, mas com uma percentagem significativamente superior de matérias-primas de origem renovável.

Que benefícios ambientais estimam obter?

As soluções desenvolvidas valorizam um recurso renovável proveniente da fileira da resina natural, substituindo matérias-primas de origem fóssil e contribuindo para a redução das emissões de gases com efeito de estufa. Permitem ainda substituir mordentes sintéticos e substâncias de elevada preocupação ao abrigo do REACH por alternativas de origem natural, através de processos em meio aquoso, sem recurso a solventes petroquímicos e com menor consumo de água, energia e produtos químicos, e menos etapas de acabamento.

Os estudos de Avaliação do Ciclo de Vida (LCA), realizados no software Sphera, confirmaram reduções significativas da pegada carbónica, do consumo de recursos fósseis, da toxicidade humana e do consumo de água, quando comparadas com soluções convencionais.

Entre os principais resultados destacam-se: redução de até 57% da pegada carbónica nas fibras de bio-PA com derivados de colofónia; redução de cerca de 52% da pegada carbónica nos revestimentos têxteis; redução de até 79% do consumo de água; redução de até 92% da toxicidade humana não cancerígena; redução significativa do consumo de recursos fósseis e minerais.

No seu conjunto, estes desenvolvimentos demonstram o potencial destas tecnologias para apoiar uma indústria têxtil mais sustentável e circular.

Em que nível de maturidade tecnológica se encontra a solução?

O nível de maturidade tecnológica varia consoante a solução desenvolvida. As tecnologias de derivatização encontram-se em TRL 4, enquanto as dispersões aquosas evoluíram para TRL 4–5. As soluções de laminagem e revestimento atingiram TRL 5 e as fibras e estruturas biopoliméricas, bem como os sistemas promotores de coloração e pós-mordentagem, alcançaram TRL 6–7, tendo já sido validados em ambiente industrial.