Autores: GUAJARDO, Adriana B.; NAJAR, Laura E.; PRÓSPERI, Susana B. ; MOLINA, María G.

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1 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: fcai@raiz.uncu.edu.ar Palabras claves: Reciclado de Poliolefinas.Propiedades. Densidad. MFI (Índice de Fluencia). RESUMEN 1

2 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

3 Fig.1. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - Buenos Aires 16% 5% 6% 5% 53% 15% Plásticos Metales Vidrio Papel/Cartón Materia Orgánica Varios Fig.2.a. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - San Rafael % 2%1% 5% 4% 8% Plásticos Papel cartón Mat. orgánica Vidrio Material textil Metales Otros 78% 3

4 Fig.2.b. Composición Promedio de los Resiuos Domésticos - San Rafael % 2% 4% 6% 7% 10% Plásticos Papel cartón Mat. orgánica Vidrio Material textil Metales 68% Otros Fig.2.c. Composición Promedio de los Residuos Domésticos - San Rafael % 1% 5% 5% 8% 11% Plásticos Papel cartón Mat. orgánica Vidrio Material textil Metales Otros 66% 4

5 Fig.3. Consumo de Plástico por Sector de Mercado 25% 33% Packaging Electrónicos Construcción Agricultura 7% 5% 20% 10% Transporte Otros Sectores Fig.4. Vida Útil de los Plásticos de 1 a 8 años 15% Menos de 1 año 20% Más de 8 años 65% 5

6 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

7 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 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. Comparar las propiedades analizadas observando el grado de degradación. 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

8 Características de las Distintas Muestras Ensayadas Muestra número Polímero 1 PEBD 2 PEBD 3 PEBD 4 PEBDL 5 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. 6 PEBD Películas termocontríbles y films para laminar. Soplado de envases huecos y cuerpos en general 7 PEBD Films para agro, la construcción, bolsas industriales y láminas termocontraíbles. 8 PP Tubos y soplado de recipientes. 9 PP Productos obtenidos por inyección 10 PEBD reciclado de film. 11 PEAD reciclado de film 12 PEAD 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 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

9 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 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 Patrón de densidad promedio D 23 C = 0,92 g/cm 3. Muestra número Polímero Densidad Promedio del Material Virgen (g/cm 3 ) Densidad Promedio del Material Procesado (g/cm 3 ) Densidad Promedio del Material Reprocesado (g/cm 3 ) 1 PEBD 0,923 0,913 0,904 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, PEBD 0,912 0, PEAD 0,945 0, PEAD 0,961 0,949. 9

10 Variación de la Densidad con respecto al Número de Procesamientos 0,98 0,96 Densidad original Densidad procesado 1 vez Densidad procesado 2 veces 0,94 0,92 g/cm3 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12 PEBD PEBD PEBD PEBDL PEAD PEBD PEBD PP PP 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/cm 2 ) 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

11 Muestra número Polímero MFI del Material virgen (g/10 min) MFI del Material procesado (g/10 min) MFI del Material reprocesado (g/10 min) 0,63 1 PEBD 0,6 0,62 2 PEBD 1,2 1,23 1,26 3 PEBD 2,0 2,05 2,10 4 PEBDL 12 12,36 12,70 5 PEAD 0,13 0,137 6 PEBD 0,7 0,72 7 PEBD 0,3 0,306 8 PP 1,8 2,05 (230/2,16) (230/2,16) 9 PP 1,8 2,02 (230/2,16) (230/2,16) 10 PEBD 1, PEAD 0, PEAD 5,08 0,142 0,732 0,32 2,28 (230/2,16) 2,25 (230/2,16) 1,145 0,335 5,18 Variación del Índice de Fluencia con el número de procesamientos MFI del Material virgen (g/10 min) MFI del Material procesado (g/10 min) MFI del Material reprocesado (g/10 min) MFI g/10min nº muestra 11

12 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, % número 1 PEBD PEBD PEBD PEBDL + 5,8 5 PEAD + 9,2 6 PEBD + 4,5 7 PEBD + 6,6 8 PP + 26,6 9 PP PEBD + 4,7 11 PEAD PEAD + 1,9 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

13 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 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 mucho mucho aumenta aumenta mucho aumenta aumenta aumenta poco AUMENTO DEL MFI poco casi no cambia poco aumenta 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