Serie de materiales de plástico PLA para el diseño de productos

Más de 99% de los plásticos utilizados en todo el mundo se producen a partir de fuentes de hidrocarburos no renovables, como el petróleo crudo y el gas natural. Esto ha puesto bajo presión las reservas mundiales de hidrocarburos, por lo que se hace necesaria una fuente alternativa de plásticos a partir de fuentes renovables. Los plásticos de ácido poliláctico (PLA) creados a partir de fuentes renovables como la caña de azúcar, el almidón de maíz y la mandioca se han convertido en una gran alternativa para los fabricantes.

A diferencia de los plásticos procedentes de fuentes de hidrocarburos, algunos plásticos de PLA están diseñados para descomponerse en determinadas condiciones, como en instalaciones industriales de compostaje, para ayudar a reducir la contaminación por plásticos en el medio ambiente. Según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, los residuos plásticos se han duplicado cada década desde el año 2000, y se prevé que esta tendencia se triplique en 2060. ^[1].

Sólo se reciclan 9% de los 400 millones de toneladas de residuos plásticos que se generan anualmente en el mundo. ^[2]. Los 91% restantes acaban en vertederos o en el océano, que es parte de la razón por la que más países están prohibiendo los plásticos de un solo uso. El plástico PLA está pasando de los laboratorios a las líneas de producción. No se trata sólo de un símbolo medioambiental, sino también de un punto de apoyo tecnológico que puede desbloquear un mercado valorado en cientos de miles de millones de dólares.

Conocimientos básicos de PLA

El proceso de obtención de plásticos PLA a partir de plantas es similar al proceso de obtención de plásticos a partir de fuentes de hidrocarburos. La principal diferencia es el material de base. Por ejemplo, en la creación de plásticos sintéticos a partir de petróleo crudo, el crudo en bruto se destila en una refinería para obtener una fracción llamada nafta, que constituye el material base para la producción de plásticos.

En el caso del PLA, el almidón de las plantas se convierte en azúcar, seguido de la fermentación del azúcar para producir ácido láctico, que constituye el material base del plástico resultante. El PLA se fabrica a partir de fuentes renovables en los siguientes pasos clave:

• Extracción de almidón: Los fabricantes de PLA extraen el almidón de la caña de azúcar, el maíz o cualquier otro sustrato vegetal mediante molienda húmeda (trituración y separación del almidón de otros componentes).
• Hidrólisis: Las grandes moléculas del almidón (polisacárido) se convierten en azúcares simples (monosacáridos) como la glucosa mediante una reacción en la que intervienen el agua y las enzimas.
• Fermentación: La glucosa resultante de la hidrólisis se fermenta con la ayuda de microorganismos -especialmente especies de Lactobacillus- para convertir el azúcar en ácido láctico.
• Formación de lactida: El ácido láctico de la fermentación se convierte en lactida, que es un dímero cíclico del ácido láctico.
• Polimerización: La unión controlada de las moléculas de lactida mediante polimerización forma cadenas más largas de ácido poliláctico (PLA). El resultado de la polimerización son pequeños trozos de plástico PLA en bruto que pueden moldearse en diferentes productos.

Tabla de características principales del plástico PLA

Tiene varias características únicas que lo hacen más deseable en la industria médica y de envasado de alimentos. La sostenibilidad y facilidad de procesamiento de los bioplásticos han sido elogiadas en toda la industria manufacturera. Estas son las características clave que hacen del PLA una alternativa adecuada al polibutileno adipato-co-tereftalato (PBAT) y al polibutileno succinato (PBS).

Tres etapas de la industrialización

Desde el descubrimiento del PLA de alto peso molecular en 1932 por el químico Wallace Carothers en DuPont, la tecnología se ha ido abriendo paso poco a poco en las aplicaciones industriales, sobre todo con el cambio de siglo. ^[3]. Algunas empresas e industrias han estado a la vanguardia de la industrialización del plástico PLA. Aunque empezó con aplicaciones sencillas como los envases, ha evolucionado hacia usos más técnicos como los implantes médicos y los automóviles. He aquí una cronología de las tres etapas de industrialización que ha experimentado el PLA.

2002: Primera línea de producción de 70.000 toneladas de NatureWorks

NatureWorks empezó a investigar cómo aprovechar las moléculas de dióxido de carbono almacenadas en las plantas para crear productos de plástico más respetuosos con el medio ambiente. Sus investigaciones condujeron a la creación de Ingeo, un biopolímero de PLA que acabó utilizándose para crear sobre todo productos de envasado de alimentos. También se utilizó para utensilios de cocina (cuchara, plato, tenedor), textiles, revestimientos de envases e impresión 3D.

NatureWorks tiene su sede en Estados Unidos y construyó la primera planta mundial de producción de PLA a escala industrial, que empezó a funcionar en 2002 con una capacidad de línea de 70.000 toneladas métricas. La empresa duplicó su capacidad de producción en 2015. En 2023, NatureWorks anunció que había avanzado significativamente en la construcción de una planta de fabricación de PLA en la provincia tailandesa de Nakhon Sawan ^[4]. Se espera que la instalación tenga una capacidad anual de 75.000 toneladas de biopolímero Ingeo.

El éxito de NatureWorks inspiró una línea similar de plástico PLA de 5.000 toneladas de capacidad en China por parte de Hisun. La empresa añadió una línea de 10.000 toneladas a la fábrica en 2017. Al año siguiente, Hengtian construyó varias líneas de fibra láctea a PLA con una capacidad de 10.000 toneladas. COFCO también instaló una planta de plástico PLA de 10.000 toneladas en China ese mismo año.

2016: Tornillos óseos de PLA de calidad médica de Arburg.

Con el tiempo, el plástico PLA encontró aplicaciones industriales nuevas y más complejas, tras los avances en el moldeo por inyección de precisión y la impresión 3D. Con el proceso Plastic Freeforming (APF) de Arburg, se crearon tornillos óseos de PLA de calidad médica utilizando gránulos de PLA disponibles en el mercado.

El APF es un método de producción aditivo que permite el uso directo de gránulos de PLA sin el paso añadido de la creación del filamento, que puede alterar las propiedades del material. ^[5]. El proceso de fabricación inyecta gotas de plástico fundido, capa por capa, para formar una estructura tridimensional.

Los tornillos e implantes óseos de PLA de calidad médica de Arburg eran deseables porque reducían la necesidad de una operación de seguimiento para retirar los materiales. En cambio, se degradan con el tiempo y son absorbidos por el organismo, a diferencia de los implantes metálicos.

2024: Piezas interiores de PLA resistentes al calor para automóviles

En 2024, el PLA resistente al calor se adoptó masivamente para la creación de piezas interiores para automóviles, encabezada por la producción en serie de Mercedes-Benz. Aunque el plástico PLA estándar tiene una temperatura de deflexión térmica relativamente baja (alrededor de 55 °C a 60 °C [131-140 °F] ), se modifica con aditivos que mejoran su resistencia al calor y lo hacen apto para piezas de interior, como acentos decorativos y embellecedores.

La madurez tecnológica del plástico PLA ha alcanzado el nivel 8 en distintos campos. En el nivel de preparación tecnológica 8 (TRL 8), la tecnología demuestra plena funcionalidad, fiabilidad y cumplimiento de la normativa exigida. El uso generalizado del PLA en la impresión 3D y en piezas de uso final en muchos sectores valida su nivel TRL 8, y podría haber alcanzado el TRL 9 en algunos campos.

Comparación de PLA con PBAT y PBS

El PLA, el adipato-co-tereftalato de polibutileno (PBAT) y el succinato de polibutileno (PBS) son plásticos biodegradables. Por consiguiente, su adopción a gran escala puede ser decisiva en la lucha contra la contaminación por plásticos en el medio ambiente. Aunque todos ellos pueden fabricarse a partir de fuentes sostenibles, sus propiedades difieren.

El PBAT es un poliéster termoplástico compuesto por unidades repetitivas de ácido tereftálico, ácido adípico y 1,4-butanodiol. Su diferente combinación de compuestos le confiere propiedades únicas. Se sintetiza a partir de la combinación de ácido adípico, ácido tereftálico y butilenglicol, y es especialmente conocido por su flexibilidad y elevado alargamiento a la rotura. Se utiliza sobre todo en el envasado de alimentos.

El PBS se sintetiza a partir de ácido succínico y 1,4-butanodiol. Además de ser biodegradable, es muy resistente al calor y compatible con otros polímeros biodegradables. Sus propiedades están estrechamente relacionadas con las que se obtienen con el polipropileno isotáctico y el polietileno de alta densidad, lo que lo convierte en una gran elección para amplias aplicaciones.

Comparación de las propiedades de PLA, PBAT y PBS

El PLA, el PBAT y el PBS son intrínsecamente hidrófobos debido a la presencia de grupos metilo (CH3). En palabras sencillas, estos plásticos renovables tienen propiedades moderadas de absorción y absorción de agua en comparación con el tetraftalato de polietileno (PET). Esta propiedad hace que los plásticos renovables sean una mejor opción para la ropa deportiva en comparación con el PET.

Aplicaciones populares del plástico PLA

Hace dos o tres décadas, fabricar una libra de PLA costaba alrededor de $200, lo que supuso un gran revés en su camino hacia la industrialización. Con la ayuda de tecnologías innovadoras, hoy se puede obtener una libra por menos de $2. Con las limitaciones de costes ya superadas, se ha abierto la puerta a la adopción masiva en diversas industrias. En la actualidad, los fabricantes que más han adoptado el PLA son:

• Impresión 3D de piezas en interiores
• Implantes médicos
• Moda
• Envasado de alimentos y bebidas

Uso del plástico PLA en la impresión 3D

Cuando se trata de impresión 3D, el filamento PLA es una opción ampliamente aceptada debido a su bajo punto de fusión en comparación con otros filamentos, lo que facilita su uso. El bajo punto de fusión acelera el proceso de impresión, reduciendo el alabeo y los requisitos energéticos. Además, durante el proceso de impresión, el filamento de PLA libera lactida, que generalmente se considera un humo no tóxico. Por lo tanto, el uso de filamento de PLA para impresión 3D es seguro para uso en interiores. Otras ventajas del PLA en la impresión 3D son

• Emite un olor dulce durante la impresión, a diferencia de los humos nauseabundos que emiten algunos materiales.
• Las piezas impresas pueden soldarse con disolvente, lo que facilita su montaje.
• Disponible en una amplia gama de colores.
• Puede mezclarse con otros materiales para crear diferentes propiedades.
• La impresión con plástico PLA tiene una buena precisión dimensional que se acerca mucho a la dimensión prevista.

Ventajas del uso de PLA para implantes médicos

El PLA ha tenido una mejor acogida en el campo médico debido a sus propiedades inherentes. Por ejemplo, tiene una buena biocompatibilidad como implante, lo que significa que no provoca reacciones adversas cuando se implanta en el cuerpo humano. La bioincompatibilidad puede provocar inflamaciones y otras reacciones adversas que podrían ser mortales. Por eso se utiliza para implantes quirúrgicos, andamios de ingeniería tisular y sistemas de administración de fármacos.

• Reduce el riesgo de infección y de operaciones de seguimiento porque se degrada de forma natural.
• La velocidad de degradación puede controlarse mezclando PLA con otros materiales.
• La resistencia y rigidez del plástico PLA pueden manipularse para fabricar distintos tipos de implantes, como un tornillo óseo.

El plástico PLA gana terreno en la moda

La industria de la moda genera cada año unos 92 millones de toneladas de residuos textiles en todo el mundo. ^[6]. La mayor parte de estos residuos acaban en vertederos, mientras que el resto termina en masas de agua. El uso de PLA ayuda a reducir la carga textil en el medio ambiente porque se degrada con el tiempo. Otras ventajas del uso del PLA en la industria de la moda son:

• La transpirabilidad de los tejidos PLA permite la circulación del aire, lo que mantiene al usuario más fresco y cómodo.
• Tienen un tacto suave y cómodo sobre el cuerpo.
• La fibra PLA ofrece una resistencia adecuada para el uso diario, al tiempo que es biodegradable.
• El tejido PLA puede mantener el color y resistir la decoloración por el lavado o el secado al sol.
• Su propiedad hipoalergénica las hace adecuadas para personas con piel sensible.

Tecnologías de procesamiento del PLA

El plástico PLA es compatible con la mayoría de las tecnologías de procesamiento de plásticos disponibles con mínimas modificaciones. Por ejemplo, el PLA se moldea fácilmente en diferentes formas mediante moldeo por inyección. Los gránulos de PLA también pueden fundirse y forzarse a través de una matriz para formar películas y láminas. También puede procesarse mediante moldeo por soplado para crear botellas y envases.

Dado que el PLA puede absorber agua, siempre es importante secarlo antes de utilizarlo con cualquiera de las tecnologías de moldeo. Utilizar un filamento de PLA húmedo en una impresora 3D, por ejemplo, puede provocar problemas de rendimiento y defectos de impresión. Durante la impresión, el agua absorbida por el filamento se convertirá en vapor, lo que provocará sonidos de estallido y una extrusión incoherente o un acabado superficial burbujeante. En casos extremos, el filamento se expande debido al vapor y obstruye la boquilla, provocando un fallo total de la impresión. Algunas de las formas de secar el filamento PLA son:

• Secado al horno: Precaliente el horno a unos 110°F a 120°F. Coloque el filamento en él durante 4 a 6 horas. Mantenga siempre el horno muy por debajo de la temperatura de fusión del PLA.
• Utilizando un secador de filamento: Siga las instrucciones que acompañan a la secadora
• Desecador y Ziploc: Para una humedad menos severa, coloque el filamento PLA en una Ziploc con algunos paquetes de desecante y déjelo durante varias horas
• Deshidratador de alimentos: Como el PLA es un plástico apto para uso alimentario, puedes colocarlo en un deshidratador de alimentos con temperatura regulable y secarlo allí

Parámetros de moldeo por inyección de plástico PLA y modificación del equipo

La buena noticia para los fabricantes que quieran cambiar el plástico sintético por el PLA para sus productos es que puede que no sea necesario realizar grandes modificaciones en el utillaje. Las modificaciones importantes suelen consistir en ajustar los parámetros de flujo, como la temperatura, la presión, la velocidad de inyección, la refrigeración y el tiempo de ciclo, para adaptarlos a la sensibilidad térmica del material.

En caso necesario, el fabricante puede tener que incorporar aditivos para obtener las propiedades deseadas. En algunos casos, puede ser necesario optimizar el diseño del molde para mejorar la calidad de la pieza fabricada. Entre las transformaciones más comunes se incluyen el replanteamiento del diseño de la compuerta, la alteración del grosor de la pared y la adición de ángulos de desmoldeo. Optimizar el sistema de refrigeración es vital para evitar el alabeo y la contracción.

Tecnologías de modificación del PLA

Para determinadas aplicaciones industriales, puede ser necesario modificar ciertas propiedades del PLA. Esto puede implicar una modificación física, una modificación química o el uso de aditivos. He aquí una lista de las distintas técnicas de modificación del plástico PLA.

Modificación química

Aquí hay diferentes opciones, pero la elección dependerá de la propiedad que el fabricante quiera conferir al producto. Las técnicas habituales son:

• Copolimerización: La mezcla de PLA con policaprolactona u otros monómeros para mejorar propiedades como la velocidad de degradación, la flexibilidad y la estabilidad térmica.
• Extensión de la cadena: Aumentar el peso molecular añadiendo moléculas como el anhídrido maleico o compuestos funcionalizados con epoxi. Esto mejora la resistencia a la fusión.
• Injerto: El proceso de conferir al PLA hidrofobicidad u otras propiedades deseables uniendo otros polímeros o moléculas a su columna vertebral.

Modificación física

Este cambio suele producirse a nivel superficial sin implicar ningún cambio químico en las moléculas de PLA. También se utilizan para dar las propiedades deseadas al material. Por ejemplo, puede combinarse con celulosa o almidón en un proceso denominado mezcla para mejorar su flexibilidad y biodegradabilidad. Otras modificaciones físicas son:

• Nucleación: Potenciación de la cristalización mediante la adición de agentes nucleantes.
• Recocido: Aplicar un tratamiento térmico a la pieza de PLA después del procesamiento para mejorar la cristalinidad.
• Tratamiento de la superficie: Recubrir la superficie con un compuesto deseable para mejorar la humectabilidad, la biocompatibilidad o la adherencia.

Rellenos y aditivos

Uno de los inconvenientes de utilizar PLA es su baja resistencia al impacto. Eso puede mejorarse con la adición de caucho u otros polímeros. Asimismo, la incorporación de fibras de vidrio, biofibras, nanoarcillas y otros materiales similares puede mejorar la estabilidad térmica y otras características del plástico PLA.

Avances tecnológicos de vanguardia

Las tecnologías de vanguardia como la IA han desempeñado un papel importante en la producción de plástico PLA. Con ellas, los fabricantes pueden optimizar las distintas fases de producción y simular con precisión el impacto de los distintos polímeros en las propiedades del PLA. En consecuencia, la IA ayuda a acelerar el desarrollo de nuevos diseños de PLA, mejorar la eficiencia de las formulaciones existentes y hacer más sostenible la producción de PLA.

La automatización de los sistemas de producción con ayuda de la IA ayuda ahora a los fabricantes a supervisar y optimizar el proceso de producción de PLA en tiempo real. Los sistemas pueden ajustar automáticamente parámetros de moldeo como la temperatura, la presión de inyección, la velocidad de flujo, etc. para aumentar la eficiencia y minimizar los residuos y los defectos.

Mercado del PLA

El mercado mundial de plásticos PLA ha crecido significativamente en las dos últimas décadas. Se espera que esta tendencia al alza continúe en el futuro, en parte impulsada por las normativas medioambientales para frenar la contaminación por plásticos. En 2023, más de 130 países de todo el mundo habían prohibido o restringido parcialmente los plásticos de un solo uso, incluidas las bolsas de plástico, las pajitas, los envases de alimentos, etc. ^[7].

Escala y crecimiento

Mordor Intelligence estima que el tamaño del mercado de plástico PLA en 2025 es de 2,59 millones de toneladas, y se prevé que alcance los 6,45 millones de toneladas en 2030 a una tasa de crecimiento anual acumulativo (CAGR) de más de 20% ^[8].

La Organización Europea del Ácido Biopoliláctico afirmó que el PLA era el plástico biodegradable más producido, con una capacidad de 675,8 kilotoneladas en 2023. El mercado mundial de PLA se valoró en al menos $1,5 mil millones en 2023, pero MarketsandMarkets espera que esa cifra llegue a $3,3 mil millones en 2028. ^[9]. Europa cuenta con el mayor mercado de PLA, influido por la creciente demanda de envases sostenibles y las estrictas normativas medioambientales.

El moldeo por inyección de PLA ha ido más allá de la I+D y ha entrado en la aplicación a gran escala, gracias a innovaciones que ahora han hecho que el proceso sea rentable. En noviembre de 2024, Futerro creó la primera biorrefinería verticalmente integrada de Europa. Situada en Normandía, la planta produce y recicla PLA. En muchos países, los envases de PLA han sustituido a los plásticos de un solo uso prohibidos.

Retos y futuro

De todos los polímeros biodegradables disponibles, el plástico PLA y el plástico PBAT son los más comercializados debido a su gran disponibilidad y a la viabilidad de su procesamiento. El principal obstáculo para la comercialización de plásticos biodegradables es el coste de producción.

Según Business AnalystIQ, el precio del PLA puede variar entre $2,33 por kg (noreste de Asia) y $2,86 por kg (Europa). ^[10]. Aunque su precio se ha reducido considerablemente con los años, sigue siendo más caro que el plástico de polipropileno, que puede adquirirse por $1,03 por kg en el noreste asiático o $1,58 por kg en Europa.

Para compensar el coste y aumentar el rendimiento, es probable que en el futuro se favorezcan las mezclas personalizadas de plástico PLA, como la mezcla de PLA y TPS o PLA y PBAT. Esto incluye mezclar PLA con fibras naturales y otros polímeros para producir compuestos con mejores propiedades para aplicaciones específicas.

Varios fabricantes de plástico PLA tienen una hoja de ruta para 2025-2030 centrada en mejorar las propiedades del material, aumentar la eficiencia de la producción y ampliar las aplicaciones. Cada vez se investiga más la integración de la impresión 3D con el moldeo por inyección. ^[11].

Se cree que la combinación de ambos métodos en un único sistema de producción reducirá las limitaciones de sus casos de uso individuales. Por ejemplo, los moldes impresos en 3D pueden reducir el elevado coste inicial de las herramientas y los prolongados plazos de entrega del moldeo por inyección. Con la posibilidad de la tecnología de IA, se puede lograr una mayor automatización con un híbrido de impresión 3D y moldeo por inyección de PLA.

Consejos: Más información sobre los demás plásticos

Referencias

[1] Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. (s.f.). Contaminación por plásticos. Extraído el 4 de agosto de 2025, de https://www.unep.org/topics/chemicals-and-pollution-action/plastic-pollution

[2] Residuos Direct. (2024). Estadísticas y tendencias de los residuos plásticos. https://wastedirect.co.uk/blog/plastic-waste-statistics/

[3] Jackson, T. (2023). El origen del PLA y su importancia en la impresión 3D. SUNLU. https://www.sunlu.com/blogs/products-knowledge/the-origin-of-pla-and-its-importance-in-3d-printing

[4] NatureWorks LLC. (2023, 18 de octubre). NatureWorks anuncia la siguiente fase de construcción de la nueva planta de biopolímeros Ingeo™ PLA totalmente integrada en Tailandia [Comunicado de prensa]. https://www.natureworksllc.com/about-natureworks/news/press-releases/2023/2023-10-18-natureworks-announces-next-phase-of-construction-thailand

[5] Maintz, M., Tourbier, C., de Wild, M., Cattin, P. C., Beyer, M., Seiler, D., ... & Thieringer, F. M. (2024). Implantes específicos para pacientes fabricados con polímeros biorreabsorbibles impresos en 3D en el punto de atención: material, tecnología y ámbito de aplicación quirúrgica.. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11031859/

[6] Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. (2023, 30 de marzo). La moda y el textil insostenibles, en el punto de mira del Día Internacional de Residuos Cero [Comunicado de prensa]. https://www.unep.org/news-and-stories/press-release/unsustainable-fashion-and-textiles-focus-international-day-zero

[7] SOLINATRA. (s.f.). Prohibiciones del plástico en el mundo. Extraído el 4 de agosto de 2025, de https://www.solinatra.com/news/plastic-bans-around-the-world

[8] Inteligencia de Mordor. (2023). *Análisis del tamaño y la cuota de mercado del ácido poliláctico - Tendencias y previsiones de crecimiento (2025-2030)*. https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/bio-polylactic-acid-pla-market

[9] MarketsandMarkets. (2023). *Mercado del ácido poliláctico (PLA) - Previsión mundial hasta 2028*. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/polylactic-acid-pla-market-29418964.html

[10] Business AnalystIQ. (sin fecha). Índice de precios del ácido poliláctico (PLA). Extraído el 4 de agosto de 2025, de https://businessanalytiq.com/procurementanalytics/index/polylactic-acid-pla-price-index/

[11] Chval, Z., Raz, K., & Silva, J. P. A. B. (2023). Integración de la impresión 3D con el moldeo por inyección para mejorar la eficacia de la fabricación. https://www.researchgate.net/publication/393700748_Integrating_3D_Printing_with_Injection_Molding_for_Improved_Manufacturing_Efficiency