RESUMEN EJECUTIVO GRUPO POLCA-UPM

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1 MEZCLAS DE MATERIAL DE ENVASES DE PET Y PLA COMPOSTABLE. ANÁLISIS DEL POSIBLE IMPACTO EN EL RECICLADO DE ENVASES DE PET Proyecto Contratado con: ECOEMBALAJES ESPAÑA, S.A. RESUMEN EJECUTIVO GRUPO POLCA-UPM 30 de Octubre de 2013

2 1. OBJETIVO El objetivo del estudio es determinar el porcentaje máximo de mezcla de polímeros compostables de Ácido Poliláctico en adelante PLA, que admitiría una escama de poli(etilen tereftalato) en adelante PET reciclado proveniente de envases, para poder ser empleada en la fabricación de las aplicaciones finales a las que actualmente se destina dicha escama de PET. 2. ALCANCE DEL ESTUDIO Con el fin de alcanzar el objetivo propuesto, el desarrollo del Proyecto se estructura en las siguientes Fases: Fase 0: Caracterización completa de las materias primas de partida. Fase 1. Elaboración de una batería de mezclas de granza de material de envases de PET reciclado que incorpora distintos porcentajes de granza de PLA compostable. Fase 2. Realización de ensayos para caracterización de mezclas. Fase 3. Análisis de los resultados (Fin Objetivo). Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 1/10

3 3. MATERIALES En la siguiente tabla se presentan los materiales recibidos: Tabla 1 Materiales de partida utilizados en el estudio Material Código Origen/ Referencia Presentación Color PET lavado y triturado mecánicamente procedente de envases post-consumo epetp Reciclador de PET Escama (heterogénea) Transparente (total o azuladas) Opacas (blancas y azules) Otros (rosáceas,verdes) PLA virgen Ingeo Biopolymer 2003D gplav NatureWorks LLC Granza (homogénea) Amarillo claro (translúcido) PET virgen CEPSAPET SRO8 (FLOW) gpetv CEPSA QUÍMICA,S.A. Granza (homogénea) Azulado (opaco) PET reciclado post-consumo procedente del reciclado mecánico de envases gpetp Reciclador de PET Granza (homogénea) Gris (opaco) Tabla 2. Composición de mezclas MEZCLA Composición % epetp % gplav BLANCO P- 0,5 99,5 0,5 P P Tanto el Blanco como las mezclas se elaboran por extrusión y posterior molienda. Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 2/10

4 4. RESULTADOS 4.1. Análisis por Espectroscopia Infrarroja Materias primas El espectro FTIR del gplav muestra sólo las bandas características del ácido poliláctico. Los espectros de la granza de PET virgen (gpetv), PET escama postconsumo (epetp) y granza de PET postconsumo (gpetp) muestran las bandas de absorción características del PET. No se aprecian diferencias importantes entre los tres tipos de PET Mezclas PET-PLA Los espectros de las mezclas son muy similares entre sí y muy similares al espectro del PET, sin embargo se puede observar que conforme aumenta la proporción de PLA en el material aparecen unas pequeñas bandas de absorción que ponen de manifiesto su presencia Determinación de impurezas residuales en epetp Se puede destacar la pureza de la escama del PET, que presenta un 0,035% en peso total de muestra en contenido en impurezas Determinación de la densidad La variación con respecto al blanco de las medidas de la densidad no supera el 0,25% para todas las mezclas realizadas. Se puede concluir entonces que la proporción de PLA añadida a la mezcla es muy baja para afectar significativamente a esta propiedad. Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 3/10

5 4.4. Medida de las propiedades reológicas Índice de fluidez en masa La variación en el índice de Fluidez de las mezclas respecto del BLANCO no es prácticamente significativa en las mezclas con un 0,5% de PLA (P-0,5) y 1% de PLA (P-1). Sin embargo, para la mezcla P-2, con sólo un 2% en peso de contenido de PLA, el índice de fluidez aumenta un 30% respecto del BLANCO, lo que indica la posible degradación del PLA, por lo que basándonos en dicha propiedad se desaconseja esta formulación. Índice de Fluidez (g/10min) ,5 1 1,5 2 2,5 Contenido (%en masa) de PLA Figura 1 Variación del Índice de Fluidez con el contenido de PLA en las mezclas Viscosidad Intrínseca La presencia de impurezas de PLA en el PET reduce aparentemente la viscosidad del material, indicando un descenso del peso molecular causado por una posible degradación. La variación de la viscosidad con el contenido en PLA se muestra en la Figura 2. Aparentemente, cantidades mínimas de PLA, inferiores al 0,5%, apenas afectan a la viscosidad intrínseca. Sin embargo, cantidades superiores provocan un descenso importante de la viscosidad, un parámetro clave en el procesado, propiedades y aplicaciones del PET. Estos resultados coinciden con los obtenidos para el Índice de Fluidez Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 4/10

6 Figura 2 Variación de la viscosidad con el contenido de PLA en las mezclas Reología Capilar El estudio del comportamiento del gplav en estado fundido a la misma temperatura de extrusión del PET y las mezclas (285ºC), reveló un descenso pronunciado de la viscosidad del gplav en comparación a cuando se realizaba a 210ºC (temperatura recomendada por fabricante), lo cual indica una degradación acusada del gplav a esa temperatura. Degradación que provoca un acortamiento en las cadenas del PLA que da lugar a un aumento muy considerable de su índice de fluidez hasta alcanzar valores de plásticos procesables por inyección y no por extrusión. Esto podría provocar problemas durante el procesado de mezclas si el porcentaje de PLA llega a ser considerable y por tanto en su reciclado. Estos resultados son pues coherentes con el resto de pruebas reológicas Características en Tracción Módulo de Young Se observa que los módulos son similares para las mezclas del 0,5% y 1% de PLA, presentando una variación menor al 2% con respecto al blanco (100%PET). Sin embargo, se aprecia una caída significativa cuando se aumenta a un 2% la cantidad de PLA (superior al 10% respecto al blanco). Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 5/10

7 Este comportamiento puede ser atribuido a que al incrementar el porcentaje de PLA en la mezcla tiene lugar un fenómeno de degradación con la consecuente disminución del módulo elástico. Figura 3. Variación del Módulo con el contenido de PLA en las mezclas Resistencia a la Tracción y Deformación en el punto de rotura Se observa, que la propiedad más relevante es la resistencia a la rotura y coincidiendo con el módulo de elasticidad expuesto anteriormente, la mezcla con mayor cantidad de PLA se ve afectada negativamente en sus propiedades mecánicas. En la deformación a la rotura lo más destacable es la disminución de esta propiedad en el PET-100% ( Blanco ) con respecto al PET escama, debido al proceso de extrusión y posterior molienda, donde puede tener lugar una degradación termoxidativa por acción de la temperatura y cizalla a la que se somete al material Medida de propiedades térmicas Calorimetría Diferencial de Barrido: Obtención de temperaturas de fusión y cristalización En la Tabla 3 se muestran los resultados medios de cada una de las temperaturas de las materias primas y mezclas realizadas. Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 6/10

8 Tabla 3. Tc, Tg, y Tm de materias primas y mezclas Muestra Tc (ºC) Intervalo Tc Tg (ºC) Intervalo Tg Tm (ºC) Intervalo Tm gpla-v 151,46 14,85 58,19 4,50 155,25 5,83 epetp 153,60 31,29 78,08 4,78 245,96 14,50 PET-0 Blanco 178,21 14,06 80,41 15,00 245,02 18,98 PET-0,5 181,35 13,60 78,80 10,52 244,78 16,25 PET-1 180,71 13,72 79,45 9,81 245,18 17,71 PET-2 181,77 13,39 79,12 11,12 244,74 17,13 No se observan diferencias en las temperaturas de cristalización (Tc) y fusión (Tm) del PET y las mezclas. Sólo destacar la diferencia significativa que existe entre la temperatura de fusión del PLA y la del PET y las mezclas, lo que da una idea de las temperaturas de procesado tan divergentes entre ellas Calorimetría Diferencial de Barrido: Obtención del tiempo de inducción oxidativa (TIO) No se observaron grandes diferencias en los TIO's con lo que se concluye que las cantidades de PLA con las que se trabajaron no logran influir significativamente en la oxidación el PET. Si bien, se observa una inmediata oxidación del PLA cuando se le somete a esas condiciones. Tabla 4. Valores medios del tiempo de inducción oxidativa de las materias primas y mezclas Muestra TIO (min) PLA 0,04 BLANCO 6,29 P-0 5 4,91 P-2 6, Análisis Termogravimétrico (ATG) El comportamiento térmico de los materiales gpetv y epetp es muy similar, ya que ambos materiales presentan termogramas muy análogos. Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 7/10

9 Ambos tipos de PET muestran una estabilidad térmica bastante superior a la de PLA. Al aumentar la proporción de PLA disminuye la estabilidad térmica del material. Este efecto se aprecia de forma más clara a temperaturas moderadas, entre 350 y 400 ºC. Tabla 5. Temperaturas de descomposición de las materias primas Muestra Tª a Vmáx de descomposición (ºC) Tª inicial de pérdida fundamental de masa (ºC) gplav 375ºC 290ºC gpetv 435ºC > 370ºC epetp 430ºC > 370ºC Las muestras con mayor contenido en PLA tienen una mayor velocidad de degradación entre 300 y 400ºC. La temperatura a la que se produce la máxima velocidad de degradación disminuye ligeramente al aumentar el contenido en PLA, indicando una reducción en la estabilidad térmica del material, que puede explicarse como el resultado de una ligera degradación del material reciclado causada por la presencia de PLA Contenido en Cenizas Los resultados obtenidos muestran muy bajos porcentajes de cenizas para todas las muestras ensayadas. Como era de esperar, no se aprecia en las mezclas influencia de la adición de la pequeña cantidad de PLA, con un contenido en cenizas del orden del 100% menor que el PET Propiedades Ópticas Los valores de transmitancia y turbidez reflejan un cambio muy significativo con la presencia PLA en la matriz de PET. Lo que evidencia por tanto una pérdida de propiedades ópticas en el PET, siendo esta propiedad un factor determinante para las Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 8/10

10 posibles aplicaciones del PET reciclado, como por ejemplo aplicaciones en envases donde las propiedades ópticas son fundamentales para su valor comercial. Figura 4. Variación de la Transmitancia con respecto al contenido de PLA en las mezclas Figura 5. Variación de la Turbidez con respecto al contenido de PLA en las mezclas 5. CONCLUSIONES Propiedades Ópticas El presente estudio evidencia que las propiedades ópticas se ven sensiblemente afectadas por la presencia de PLA en la corriente de reciclado de PET procedente de envases. Estas apreciaciones se concretan en dos datos muy significativos: Con solo 0,5% de PLA se produce una caída de la transmitancia (transparencia), en torno al 30 %. Llegando al 46,60% con el 2% de PLA. Un 0,5% de PLA basta para aumentar la turbidez de una placa de 2 mm de grosor en un 106,3%. Llegando al 165,9% en la mezcla P-2 (2% de PLA) Así pues la caída evidenciada en estas propiedades ópticas pueden imposibilitar altamente la posterior aplicación del material reciclado de nuevo en el sector del Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 9/10

11 envase, aun cumpliendo con el Reglamento (CE) nº 282/2008 ( Comisión europea del 27 de marzo de 2008 sobre los materiales y objetos de plástico reciclado destinados a entrar en contacto con alimentos y por el que se modifica el Reglamento (CE) nº 2023/2006 ) Viscosidad Intrínseca Otros de los factores determinantes en el reprocesado del material reciclado (inyección, inyección-soplado, extrusión, ) y sus posteriores aplicaciones es la viscosidad intrínseca, que se ve negativamente afectada por la presencia de PLA. Con un 1% de PLA cae respecto al blanco un 10% y con un 2% de PLA la disminución llega hasta el 20%. Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas de las mezclas PET/PLA, con un contenido másico de PLA entre el 0,5% y 1% no varían significativamente. Sin embargo, cuando se aumenta a un 2% la cantidad de PLA, se observa una caída significativa del Módulo de Young (superior al 10% respecto al blanco ) y del Esfuerzo de Rotura (15.7% respecto al blanco) que limitarían sus aplicaciones. CONCLUSIÓN FINAL Se ha comprobado, que a un 2% de contenido másico de PLA en las mezclas PET/PLA, prácticamente todas las propiedades analizadas sufren una caída o modificación negativa sensible. A continuación se sintetizan las más significativas: Disminución de la viscosidad intrínseca del 20% Aumento del IFM del 30% Pérdida de resistencia a la rotura del 15% Disminución de la rigidez (módulo elástico) en torno al 12% Pérdida de transmitancia en torno al 45% Aumento de la turbidez (placa de 2 mm) del 165% Mezclas de material de envases de PET y PLA compostable. Análisis del posible impacto en Resumen Ejecutivo 10/10