propiedades de los plásticos reciclados

PROPIEDADES DE LOS
PLÁSTICOS RECICLADOS
Autores: GUAJARDO, Adriana B.; NAJAR, Laura E.; PRÓSPERI, Susana
B. ; MOLINA, María G.
FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS A LA INDUSTRIA. - U.N. C.
San Martín 358, 5600-San Rafael, Mendoza. Tel-fax: 0627-21947 - 21436 e-mail: [email protected]
Palabras claves: Reciclado de Poliolefinas .Propiedades. Densidad.
MFI (Índice de Fluencia).
RESUMEN
1
El estudio está basado en el comportamiento de las poliolefinas al reciclado mecánico,
motivado en la importante presencia de estas en los RSU.
Los objetivos consistieron en:
• Medir de la densidad y el índice de fluencia de los polímeros.
• Comparar las propiedades analizadas observando el grado de degradación.
• Analizar las mencionadas propiedades sobre otras características del material.
Se trabajo con muestras de PE y PP siguiendo las normas ASTM D 792, para densidad y
ASTM D 1238 para índice de fluencia.
Se puede concluir que los usos posteriores para los materiales reciclados se deben basar en
propiedades del polímero una vez transformado.
INTRODUCCIÓN
Importancia de los Materiales Plásticos
La industria de fabricación de materiales plásticos, como otras jóvenes industrias, ha tenido un
desarrollo espectacular desde su aparición. Este desarrollo ha sido posible gracias a la
versatilidad de estos nuevos materiales que ha posibilitado su empleo en campos de aplicación
tan dispares como pueden ser el envase y embalaje, la construcción o la electrónica. Como
todos los productos de nueva aparición, durante bastantes años han estado buscando su sitio
entre y junto a los materiales tradicionales. Hoy día puede afirmarse, sin ninguna duda, que
debido por un lado a sus características propias y por otro a su empleo como excelentes
sustitutos de materiales tradicionales, este sitio ha sido irreversiblemente conseguido.
Uno de los datos más empleados para medir la incidencia de los plásticos en nuestra sociedad
es el consumo por habitante y año. Por ejemplo en la ciudad de San Rafael, Mendoza según
muestreos realizados en 1995 la tasa de generación de residuos plásticos fue de
aproximadamente 70 kg./año por habitante, el cual es un valor muy importante.
Queda clara la incidencia de los plásticos en nuestro mundo y por ende en los residuos
sólidos. Ahora bien, no todos los objetos de plástico que se utilizan van a parar a los residuos
urbanos.
En las siguientes figuras, se observa la incidencia de los plásticos en los residuos urbanos en
la prov. de Buenos Aires y en la ciudad de San Rafael, también se grafica la distribución en los
distintos sectores en los que se utiliza el plástico; en la cual se puede observar que el
segmento packaging abarca la mayor parte, lo cual implica una gran cantidad de plástico de
corta vida útil y en consecuencia una importante presencia en los residuos urbanos de este tipo
de plásticos.
2
Fig.1. Composición Promedio de los Residuos Domésticos Buenos Aires
5%
16%
6%
5%
Plásticos
15%
Metales
Vidrio
Papel/Cartón
Materia Orgánica
Varios
53%
Fig.2.a. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - San Rafael 1992-93
4%
2% 2%1%
5%
8%
Plásticos
Papel cartón
Mat. orgánica
Vidrio
Material textil
Metales
Otros
78%
3
Fig.2.b. Composición Promedio de los Resiuos Domésticos - San
Rafael - 1993-94
3% 2%
4%
7%
6%
10%
Plásticos
Papel cartón
Mat. orgánica
Vidrio
Material textil
Metales
Otros
68%
Fig.2.c. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - San
Rafael - 1994-95
4% 1%
5%
5%
8%
11%
Plásticos
Papel cartón
Mat. orgánica
Vidrio
Material textil
Metales
Otros
66%
4
Fig.3. Consumo de Plástico por Sector de Mercado
25%
33%
Packaging
Electrónicos
Construcción
Agricultura
Transporte
7%
Otros Sectores
5%
10%
20%
Fig.4. Vida Útil de los Plásticos
de 1 a 8 años
15%
Menos de 1 año
20%
Más de 8 años
65%
5
Residuos Sólidos Plásticos
El estudio de los principales sectores en los que se utilizan los plásticos, indica la procedencia
de los residuos plásticos. Sin embargo, desde el punto de vista de su tratamiento, lo
importante y eficaz es saber en qué clase de residuos y en qué proporción se encuentran.
El origen de los residuos es muy heterogéneo y difícil de sistematizar. Pueden clasificarse por
su naturaleza, por su origen o por su lugar de producción. Desde el punto de vista de su
procedencia podemos decir que los residuos sólidos plásticos están presentes en dos tipos
principales de residuos:
a)
Residuos Sólidos Urbanos
b)
Residuos Sólidos Industriales.
Residuos Sólidos Urbanos
- Composición de los residuos plásticos
El contenido de los residuos plásticos es muy heterogéneo en cuanto a su composición en
polímeros. En efecto, dada la existencia del elevado número de resinas poliméricas existentes
y de la versatilidad de cada una de ellas, la composición es muy heterogénea.
Participación de los Distintos Tipos de Plásticos en los RSU
Otros
5%
PET
5%
PS-EPS
15%
PVC
10%
Poliolefinas
65%
6
De la observación de los gráficos precedente se puede concluir que las poliolefinas (PEBD,
PEAD y PP) a nivel mundial, son las que aparecen en mayor proporción. Esto es lógico si se
tiene en cuenta que precisamente estas resinas poliméricas son las que más se utilizan en la
fabricación de envases y embalajes, en Argentina puede haber diferencia especialmente en el
porcentaje de PET que ha crecido en este último tiempo debido a la gran demanda de bebidas
gaseosas envasadas en botellas descartables de este material. Además, se puede decir que
esta composición no ha sido siempre la misma. Al igual que el porcentaje de residuos plásticos
en la basura ha variado progresivamente en función del aumento de la producción de plásticos
y del perfeccionamiento de la automatización de los sistemas de envasado automático, es
evidente que el desarrollo de aplicaciones específicas de las resinas poliméricas ha influido
notablemente en la variación de la composición de la fracción plástica en los residuos sólidos
urbanos.
Residuos Sólidos Industriales.
- Procedencia de los residuos plásticos industriales
Desde el punto de vista de cantidad, los scraps industriales producidos en las plantas
representan un valor inferior al procedente de los residuos sólidos urbanos, desde el punto de
vista de reciclado y recuperación son muy interesantes, toda vez que se trata de residuos
plásticos homogéneos y, por tanto, fáciles de recuperar, utilizándolos de nuevo como materia
prima, mezclándolos con la resina termoplástica virgen.
Los residuos plásticos industriales se producen
- en la producción o síntesis de las resinas plásticas;
- en la formulación de las mismas;
- en la transformación de las resinas para obtener productos semiacabados o acabados
OBJETIVOS DEL ESTUDIO
ü Analizar la densidad y el índice de fluencia, propiedades de gran importancia en el
procesamiento de polímeros, medidas antes y después de ser procesados en condiciones
similares a las que soportan al ser reciclados.
ü Comparar las propiedades analizadas observando el grado de degradación.
ü De acuerdo al comportamiento de la densidad y el índice de fluencia, analizar la influencia
sobre otras propiedades importantes del material.
METODOLOGÍA DE TRABAJO
Evidentemente, el uso de los productos fabricados a partir del reciclado de los residuos
plásticos presenta algunas limitaciones técnicas que habrá que tener en cuenta. Su omisión
puede conducir a resultados inaceptables. Por este motivo se analizaron algunas de las
características de los plásticos más comunes en los residuos domésticos como son el PE y el
PP, mediante la comparación de las propiedades de la resina virgen y la obtenida después de
someter a cambios físicos para llegar un nuevo producto.
7
Características de las Distintas Muestras Ensayadas
Muestra
número
Polímero
1
PEBD
2
PEBD
3
PEBD
4
PEBDL
5
PEAD
6
PEBD
7
8
9
10
11
12
PEBD
PP
PP
PEBD
PEAD
PEAD
Usos
sachets de leche, termo- contraíble,
películas de espesor fino en envases
de buen brillo y transparencia y alta
resistencia mecánica
Películas de espesores varios para
envases de buen brillo , transparencia
tyalta resistencia mecánica
Película para laminación, bolsas para
comercios , películas de espesor fino
en envases de buen brillo ,
transparencia y alta resistencia
mecánica
Fabricación de artículos de uso
general, recipientes para frigoríficos,
contenedores de productos químicos,
juguetes,etc.
Extrusión de grandes tuberías para el
transporte de agua.
Películas termocontríbles y films para
laminar. Soplado de envases huecos y
cuerpos en general
Films para agro, la construcción, bolsas
industriales y láminas termocontraíbles.
Tubos y soplado de recipientes.
Productos obtenidos por inyección
reciclado de film.
reciclado de film
reciclado de cajones de botellas
(inyección)
Densidad
Una de las propiedades importantes de los polímeros, es la densidad ,ya que sirve para
identificar un material y también para seguir cambios físicos en un ensayo. Cambios en la
densidad pueden deberse a cambios en la cristalinidad, pérdida de plasticidad, absorción de
solvente, o por otras causas.
Según se sabe en algunas poliolefinas, el reprocesamiento repetido se produce una
degradación de las moléculas, lo que se refleja en una disminución de la gravedad específica y
en consecuencia una menor cristalinidad.
Siguiendo una de las normas ASTM : D 792 – 66 para la determinación de la densidad de
polímeros se realizaron ensayos sobre las resinas mencionadas.
Índice de Fluencia
Otra de las características fundamentales para las resinas es el Índice de Fluencia, que es una
prueba realizada para estudiar el comportamiento de flujo de los temoplásticos, haciéndolos
pasar bajo una carga prescrita a través de una boquilla de dimensiones estandarizadas.
La cantidad de polímero en gramos que emerge en un tiempo de 10 a una temperatura dada,
se llama Índice de Fluidez.
8
El IF depende inversamente del peso molecular pero también depende del número, clase y
distribución de las ramificaciones. A partir de la diferencia de fluidez antes y después de la
transformación se pueden sacar conclusiones acerca de la degradación sufrida por el material
durante la misma. La norma utilizada es la ASTM Designación: D 1238 –82.
RESULTADOS
Densidad
Se realizaron ensayos a las distintas muestras mediante el procesamiento en un equipo
fabricado en la facultad logrando mediante la aplicación de calor y presión obtener el polímero
fundido en forma de fideo, luego de dejar enfriar se midió la densidad siguiendo la norma
ASTM D 792, MÉTODO A-3 PARA ENSAYO DE PLÁSTICOS SÓLIDOS
23 C
3
Patrón de densidad promedio D
= 0,92 g/cm .
Muestra
número
Polímero
Densidad
Promedio del
Material Virgen
3
(g/cm )
0,923
Densidad
Promedio del
Material
Procesado
3
(g/cm )
0,913
Densidad
Promedio del
Material
Reprocesado
3
(g/cm )
0,904
1
PEBD
2
PEBD
0,924
0,915
0,910
3
PEBD
0,924
0,912
0,904
4
PEBDL
0,926
0,917
0,913
5
PEAD
0,954
0,948
0,933
6
PEBD
0,922
0,914
0,906
7
PEBD
0,923
0,911
0,901
8
PP
0,908
0,885
0,876
9
PP
0,900
0,882
0,873
10
PEBD
0,912
0, 901
11
PEAD
0,945
0,930
12
PEAD
0,961
0,949
.
9
Variación de la Densidad con respecto al Número de Procesamientos
Densidad original
0,98
Densidad procesado 1 vez
0,96
Densidad procesado 2 veces
0,94
g/cm3
0,92
0,9
0,88
0,86
0,84
0,82 M1
M2
M3
M4
M5 M6
M7
M8
PEBD PEBD PEBD PEBDL PEAD PEBD PEBD PP
M9
PP
M10
M11
M12
PEBD PEAD PEAD
Polímero
Índice de Fluencia
Se procedió a preparar las muestras en el equipo anteriormente mencionado sometiendo a los
distintos polímeros a una temperatura y presión que se detalla en la siguiente tabla:
Polímero
Temperatura (ºC)
Presión (Kg/cm2 )
Polietileno (PE)
200
2,5
Polipropileno (PP)
250
2,5
Las muestras procesadas fueron ensayadas en el CITIP (Centro de Investigación Tecnológica
para la Industria Plástica), lugar en el cual se dispone del equipo estandarizado para medir
Índice de Fluencia, obteniéndose los siguientes resultados:
10
Muestra
número
Polímero
1
PEBD
2
3
4
5
PEBD
PEBD
PEBDL
PEAD
6
PEBD
7
PEBD
8
PP
9
PP
10
PEBD
11
PEAD
12
PEAD
MFI del Material
virgen
(g/10 min)
0,6 (190/2,16)
1,2 (190/2,16)
2,0 (190/2,16)
12 (190/2,16)
0,13
(190/2,16)
0,7
(190/2,16)
0,3
(190/2,16)
1,8
(230/2,16)
1,8
(230/2,16)
MFI del Material
procesado
(g/10 min)
0,62
(190/2,16)
1,23 (190/2,16)
2,05 (190/2,16)
12,36 (190/2,16)
0,137
(190/2,16)
0,72
(190/2,16)
0,306
(190/2,16)
2,05
(230/2,16)
2,02
(230/2,16)
1,093
(190/2,16)
0,325
(190/2,16)
5,08
(190/2,16)
MFI del Material
reprocesado
(g/10 min)
0,63 (190/2,16)
1,26 (190/2,16)
2,10 (190/2,16)
12,70 (190/2,16)
0,142
(190/2,16)
0,732
(190/2,16)
0,32
(190/2,16)
2,28
(230/2,16)
2,25
(230/2,16)
1,145
(190/2,16)
0,335
(190/2,16)
5,18
(190/2,16)
Variación del Índice de Fluencia con el número de procesamientos
14
MFI del Material virgen (g/10 min)
12
MFI del Material procesado (g/10
min)
MFI del Material reprocesado
(g/10 min)
MFI g/10min
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
nº muestra
11
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Densidad
Muestra número
Polímero
Variación de la densidad, %
1
PEBD
- 2,06
2
PEBD
- 1,52
3
PEBD
- 2,16
4
PEBDL
- 1,40
5
PEAD
- 2,20
6
PEBD
- 1,74
7
PEBD
- 2,38
8
PP
- 3,52
9
PP
- 3,0
10
PEBD
- 1,2
11
PEAD
- 1,58
12
PEAD
- 1,25
Índice de Fluencia
Muestra
Polímero
Variación del MFI, %
1
PEBD
+5
2
PEBD
+5
3
PEBD
+5
4
PEBDL
+ 5,8
5
PEAD
+ 9,2
6
PEBD
+ 4,5
7
PEBD
+ 6,6
8
PP
+ 26,6
9
PP
+ 25
10
PEBD
+ 4,7
11
PEAD
+3
12
PEAD
+ 1,9
número
Se puede observar en los resultados de los ensayos de densidad e índice de fluencia (MFI) una
disminución de la primera y un aumento de la segunda propiedad, al someter al polímero a
una transformación por medio de presión y calor. promedio
12
La densidad en los polietilenos sufre una disminución promedio de 1,92 %, mientras que en los
polipropilenos ensayados esta es del 3,26 %. Lo que hace notar que la degradación sufrida por
el PP es mayor que para el PE. La disminución promedio de la densidad para los PE reciclados
es de alrededor de 1,3 % después de ser sometidos a una transformación. Se puede decir que
cada vez que se somete al polímero a temperatura y presión, la densidad sufre una
disminución entre el 1,3 y 1,5 %.
En las medidas de MFI existe un incremento promedio de alrededor de 5,9 % en los
polietilenos y de 25,8 % para propilenos, lo que implica una disminución en la viscosidad. Estos
resultados no eran los esperados para los PE, ya que suele producirse una reticulación que
implica un aumento de MFI, hecho que no sucedió en la transformación a la cual fueron
sometidos los polímeros.
CONCLUSIONES
A pesar de que la calidad del polímero disminuye después de ser sometido al proceso de
reciclado, es posible utilizarlo con buenos resultados en transformaciones, tal vez de tipo
diferente a la que fue sometido originalmente. Por ejemplo un índice de fluencia bajo indica
viscosidad elevada, ideal para la extrusión, en cambio un índice de fluencia alto es adecuado
para la inyección. Esta propiedad es muy importante a la hora de elegir el proceso de
transformación.
Las propiedades estudiadas influyen en otras propiedades importantes del material de la
siguiente forma:
PROPIEDAD
Elongación a la rotura
Módulo E
Dureza
Temp. de fusión
Temp. máx de uso
Temp. de fragilización
Resistencia al impacto
Hinchamiento
Permeabilidad
Tensofisuración
Transparencia
Fluidez
DISMINUCIÓN DE LA
DENSIDAD
AUMENTO DEL MFI
disminuye mucho
disminuye mucho
disminuye
disminuye
disminuye
aumenta
disminuye
aumenta mucho
aumenta
disminuye
aumenta
aumenta poco
disminuye
disminuye
disminuye poco
casi no cambia
disminuye poco
aumenta
disminuye mucho
aumenta poco
aumenta
aumenta
no cambia
aumenta mucho
Los usos posteriores para los materiales reciclados se deben basar en las nuevas propiedades
que adquiere el polímero una vez transformado.
13