jueves, 20 de septiembre de 2012

Compuestos de madera y plástico

Introducción
Los materiales compuestos de madera y plástico (WPC: del inglés Wood plastic composite) son materiales formados básicamente de dos fases, una plástica continua denominada matriz (incluye PE, PP, PVC, etc.) y otra de refuerzo o relleno constituida de fibra o polvo de madera. Además de fibras de madera y plástico, el WPC también puede contener otros materiales de relleno (ligno-celulósico y/o inorgánico). Los WPC son un subconjunto de una categoría más amplia de materiales llamados compuestos plásticos de fibras naturales (NFPC: natural fiber plastic composite), que pueden contener también rellenos a base de fibras, tales como fibras de celulosa, cáscara de maní, bambú, paja, etc.
Compuestos de madera y plástico
Historia
La bakelita inventada en 1909 por Leo H. Baekeland, es uno de los primeros compuestos de madera-plástico al estar formada por finas partículas de madera a las que se añaden resinas de fenol y formaldehido. La gran mayoría de los productos de madera-plástico que se fabrican actualmente incorporan los mismos productos: por un lado materiales plásticos, en este caso termoplásticos, como ser polietilenos de alta densidad (HDPE) y cloruros de polivinilo (PVC) y por otro, madera en forma de polvo. Esta combinación que no parecía muy prometedora, ya que por un lado las fibras de madera son muy cortas, absorben mucha humedad y son menos resistentes que las fibras de vidrio o de carbono; y por otro lado los materiales termoplásticos son más débiles que los termoendurecibles (reblandecen con el calor y se deforman ante los esfuerzos). Sin embargo, los resultados de la combinación han sido sorprendentes. Estos compuestos, pese a que utilizan materias primas muy baratas y su proceso de fabricación es de bajo nivel tecnológico, tienen un precio final en el mercado superior al de la madera tratada con productos químicos (sin considerar el ciclo de vida, y su durabilidad mayor). El producto se empezó a usar para terrazas exteriores, pero se ha ido abriendo paso en vallas, barandillas, pasamanos y elementos de fachadas.
Los compuestos de madera y plástico se vieron por primera vez en Estados Unidos durante los años 1960, principalmente en aplicaciones de marcos de ventanas y puertas. La industria de las ventanas y puertas, que tiene experiencia con materiales de madera, plástico y aluminio, buscó la forma de utilizar materiales más económicos, de allí que el aserrín parecía un material tanto ligero como barato.
El país con mayor producción de este material es Estados Unidos de América, aunque en Europa su investigación y desarrollo ha aumentado en los últimos años, debido a que el uso de este tipo de materiales puede disminuir costos ya que se aprovecha todo el desperdicio de madera y plástico reciclado. La densidad del material se puede controlar por medio de espumantes o por el tipo de proceso.
El principal problema de estos compuestos es la temperatura de proceso que, en general, no debe sobrepasar los 190°C. Otro problema es la humedad de la madera, la cual no es compatible con la mayoría de polímeros y en algunos casos puede originar degradación y pérdida de propiedades físicas por despolimerización.
Los equipos utilizados para extruir este material están comúnmente equipados con husillos dobles para extrusión. Para inyección generalmente la tecnología tiene pocos desarrollos aunque existen procesos altamente tecnificados de extrusión-inyección (Injeccion molding composite) capaces de combinar la etapa de compounder e inyección en un solo proceso. Otros procesos son compresión y termoformado.
El color de la pieza final depende en gran medida del color de la madera y del polímero. El color del compuesto se puede modificar después del proceso con una laca o durante el procesamiento con un concentrado de color que, si es bien diseñado, puede presentar líneas de flujo que asemejan las vetas normales de la madera.

Composición
Las fibras de madera se distribuyen de forma aleatoria dentro de la matriz de materiales plásticos. El porcentaje de fibras de madera varía en función del producto, desde un 70% e incluso porcentaje mayores, hasta llegar a los productos de plástico reciclados que no contienen fibras de madera.
- Materiales plásticos: Se pueden utilizar los termoplásticos (que se reblandecen cuando se les aplica calor) o los termoedurecibles (que no se reblandecen con calor una vez que han fraguado).
Dentro del grupo de los termoplásticos se encuentran los polietilenos y polipropilenos que se utilizan en multitud de aplicaciones no estructurales, como botellas o contenedores; y en el grupo de los termoendurecibles las resinas estructurales de poliéster y epoxi. Los residuos plásticos se pueden reforzar o aumentar de tamaño con fibras naturales, fibras de vidrio y otros materiales como el caucho.
- Madera: El porcentaje de madera, tanto en forma de polvo como de fibras cortas (inferiores a 5 mm), varía normalmente desde el 50 hasta el 80 %. La harina de madera se utiliza para dar cuerpo al producto, pero tiene una misión diferente al de las cargas que se utilizan en los adhesivos ya que en este caso su misión es de armado. Se desaconseja la utilización de polvo de madera o de otros materiales por el riesgo de explosión.
- Aditivos: Los aditivos más frecuentes son los lubricantes, retardadores del fuego, productos que mejoran a unión madera - plástico, estabilizadores de rayos ultravioleta, pigmentos, etc.
La mezcla de materias primas se realiza por lotes o por procesos continuos y se fuerza su paso por una laminadora o por una extrusora o para inyectarse en los moldes correspondientes. La gran mayoría de los productos de madera y plástico son perfiles extruidos, macizos o huecos.

Ejemplo de composición típica de un WPC

Propiedades y características
Las propiedades a evaluar dependen de su uso en exterior o en interior, pero todavía no existe norma de especificaciones, aunque hay un primer borrador de las normas de ensayo para comprobar las siguientes propiedades:
- Físicas: densidad, contenido de humedad, etc.
- Mecánicas: resistencia al impacto, tracción, etc.
- Durabilidad: envejecimiento artificial, hinchazón y absorción, etc.
- Térmicas: dilatación lineal, conductividad térmica, acción del calor.
- Fuego: límite de oxígeno, reacción al fuego.
- Otras propiedades

Propiedades mecánicas
Los productos de madera-plástico son menos rígidos que la madera, su resistencia también es menor, se deforman cuando están sometidos a cargas, se reblandecen bajo la acción del calor y son quebradizos a bajas temperaturas. Sus resistencias a la tracción y a la compresión son similares a la de la madera de coníferas, pero en la mayoría de las aplicaciones estas propiedades no son relevantes. En aquellas aplicaciones que requieran unas mayores rigideces, como por ejemplo en los suelos de terrazas exteriores, la solución es aumentar su sección transversal o su espesor o reducir la distancia entre apoyos.

Estabilidad dimensional
Aunque no se producen alabeos y la absorción de humedad es inferior a la de la madera maciza, en cualquier caso es necesario dejar juntas para absorber los cambios dimensionales originados por sus mayores coeficientes de dilatación (parecidos a los del aluminio).

Durabilidad y envejecimiento
La acción del sol tiende a oscurecerla motivo por el cual suele ser de color gris claro. Tiene elevadas resistencias frente al ataque de hongos, insectos xilófagos de ciclo larvario, termitas y xilófagos marinos. Algunos productos incorporan protectores para prevenir la aparición de mohos y el crecimiento de hongos aunque en los primeros prototipos para suelos se producían pudriciones cubicas, pudriciones blandas, fendas, deshilachados y meteorizaciones. Posteriormente se perfeccionaron los productos en este sentido.

Otras propiedades
- Su resistencia al deslizamiento es mayor que la de la madera natural.
- En ocasiones se pueden producir descargas de electricidad estática.
- Se pueden reciclar.
- Están considerados como productos compuestos ecológicos.
- Son más caros que la madera natural y tratada, pero al considerar su ciclo de vida y su ausencia de mantenimiento mantenimiento su coste final saldría mejorado.

Producción
Los WPC son producidos mezclando completamente partículas de madera y de resina termoplástica calentada. El método más común de producción es extruir el material en la forma deseada, aunque también se utiliza moldeo por inyección. El WPC puede ser producido a partir de termoplásticos vírgenes o reciclados, incluyendo HDPE, LDPE, PVC, PP, ABS, PS y PLA. El WPC a base de polietileno es, por mucho, el más común. Aditivos tales como colorantes, agentes de acoplamiento, estabilizadores de UV, agentes de soplado, agentes espumantes, y lubricantes ayudan a adaptar el producto final al objetivo de aplicación. Los WPC extruidos se pueden formar en perfiles macizos y huecos. Una gran variedad de piezas moldeadas por inyección también se producen, desde paneles de puerta de automóvil hasta cubiertas del teléfono celular.
En algunas instalaciones de fabricación, los componentes se combinan y se procesan en una extrusora de peletización, que produce gránulos del material. Los pellets se vuelven a fundir y se conforman en la forma final.
Pellets de WPC
Otros fabricantes conforman la pieza acabada en un solo paso de mezclado y extrusión/inyección (IMC: injection molding composite) sin pasar por el peletizado.

Procesado
Extrusión

La extrusión de estos compuestos es la técnica más utilizada para fabricar perfiles de este material, pero también es utilizada para realizar el compuesto, esto sucede por medio de una mezcla física, que en combinación con agentes de acoplamiento puede formar algunos enlaces químicos o formar emulsiones de forma que el material sea estable y posteriormente pueda ser inyectado o moldeado por compresión.
La extrusión de los compuestos de madera y plástico presenta algunos desafíos tecnológicos respecto de la extrusión tradicional. El primer problema presente es la alimentación del material en la tolva, el polvo de madera y gránulos de material plástico son alimentados en la tolva, sin embargo el polvo fino de madera tiende a conglomerarse en la boca de la tolva, que por acción del calor y de la humedad se pega y no entra al cañón y no tiene contacto con el husillo.
La extrusión puede ocurrir en un equipo de:
- Doble husillo
- Husillo sencillo
El material debe ser secado previamente a la inyección y preferentemente dosificado por robots, para asegurar la homogeneidad durante la extrusión.
La rapidez con que el husillo gira determina la tasa de material extruido por minuto, sin embargo debe tomarse en cuenta que esta tasa puede tener un máximo y una rapidez mayor solo consumiría más energía sin proveer beneficios en la cantidad de material por unidad de tiempo.
La tasa de material extruido por minuto puede incrementarse con agentes de flujo, agentes de acoplamiento y espumantes.
Línea de extrusión de laminas/tableros de WPC
Inyección
La inyección de compuestos de madera y plástico obedece en general la misma técnica utilizada en el moldeo por inyección, sin embargo es necesario tomar en cuenta algunos puntos técnicos importantes como lo es la temperatura de degradación del compuesto, pues temperaturas mayores de 205°C pueden causar problemas de degradación y temperaturas demasiado bajas impedirían una mezcla adecuada de los materiales.
La temperatura del molde puede mantenerse un poco más elevada que en la inyección tradicional debido a que la madera en el compuesto permite una estabilidad dimensional mejor que el polímero solo, por ello un enfriamiento menos intensivo resulta en un ahorro de tiempo y costos.
El flujo del compuesto en la cavidad del molde ocurre con mayor rapidez cuando la temperatura del molde es alta.
Pieza de madera y plástico en un molde de inyección

Moldeo por compresión
El moldeo por compresión es el método más difundido para la producción de compuestos de madera y plástico, múltiples piezas automotrices internas (piezas que no están expuestas a la vista tanto en interiores como exteriores del automóvil) son hechas de este compuesto y moldeadas por compresión, en esta técnica son utilizadas comúnmente fibras naturales (como jute o henequén) además de la harina de madera.
Prensa para WPC

Mecanizado
Se pueden emplear las mismas maquinas que se utilizan para trabajar la madera. No presenta problemas en el clavado y atornillado. Los productos que contienen pocas fibras pueden soldarse entre sí. Algunos tipos de productos pueden pintarse, barnizarse o sellarse con silicona o productos acrílicos. Los perfiles extruidos se obtienen en una sola operación y no requieren ni pueden hacérseles mecanizaciones posteriores.

Ventajas y Desventajas
Los WPC no se corroen y son muy resistentes a la putrefacción, decaimiento, y el ataque del agua salada de mar, a pesar de que absorben el agua en las fibras de madera incrustadas en el material. Presentan facilidad en el mecanizado y puede ser formado usando herramientas convencionales de carpintería. Los WPC se consideran a menudo un material sostenible, ya que se pueden hacer usando plásticos reciclados y los productos de desecho de la industria de la madera. Aunque estos materiales continúan la vida útil de los materiales utilizados y desechados, y tienen su propia vida media considerable, los compuestos de madera-plástico son difíciles de reciclar de nuevo después de su uso. Una ventaja más sobre la madera es la capacidad del material para ser moldeado para satisfacer casi cualquier forma deseada. Otro punto de ventaja importante de estos materiales es su falta de necesidad de pintura. Se fabrican en una variedad de colores. A pesar de tener hasta 70 % de contenido de celulosa (aunque 50/50 es más común), el comportamiento mecánico del WPC es más similar a polímeros puros. Esto significa que tienen una menor resistencia y rigidez que la madera, y que experimentan un comportamiento dependiente del tiempo y de la temperatura. Las partículas de madera son susceptibles al ataque de hongos, aunque no tanto como la madera maciza, y el componente de polímero es vulnerable a los la degradación UV. Es posible que la resistencia y la rigidez se puedan reducir por la absorción de humedad y ciclos de congelación-descongelación, aunque las pruebas se siguen llevando a cabo en este aspecto. Algunas formulaciones de WPC son también sensibles a las manchas de una variedad de agentes.

Usos
Una de las principales aplicaciones de este tipo de materiales se encuentra en el recubrimiento de superficies que se encuentran a la intemperie, siendo ampliamente utilizados en muelles, terrazas, y otras superficies cerca de piscinas o en centros de recreación. Las ventajas inherentes para estas aplicaciones radican en una mayor resistencia a la humedad y a los insectos, unido a un bajo nivel de mantenimiento. Empresas como Louisiana Pacific Polymers y Trex en Estados Unidos son líderes en este tipo de aplicaciones, ofreciendo variedad de referencias con diferentes colores, acabados y propiedades físicas.
Otro uso común de los plásticos reforzados con madera es en la fabricación de perfiles extruidos. Estos perfiles se pueden utilizar para la fabricación de perfiles para puertas y ventanas, juegos para niños, sillas, o para reemplazar los durmientes de las vías férreas. En el caso de la fabricación de perfiles, se ha comenzado a explorar la posibilidad de hacer perfiles espumados en el interior. Aunque ya algunos fabricantes han implementado este proceso por las ventajas que presenta en el ahorro de costos de materia prima y disminución en peso, todavía es necesario profundizar más en el entendimiento del proceso de manufactura.
Por otra parte, los materiales reforzados con madera han ingresado en el campo de la fabricación de automóviles, desplazando a los plásticos reforzados con fibra de vidrio en la producción de algunas piezas. Esta tendencia comenzó en Europa, donde dichos materiales son usados para fabricar paneles interiores de puertas, espaldares de asientos, apoya-cabezas, guardafangos y bandejas para guardar objetos. La tendencia ha llegado a Estados Unidos, y el impacto ha sido tal, que grandes fabricantes de materiales reforzados con fibra de vidrio como Owens Corning han comenzado a experimentar con fibras naturales.
Los compuestos de plástico-madera también son ampliamente utilizados en la fabricación de pallets, plataformas y tacos para calzado, artículos náuticos, etc.

Piso y barandas de WPC

Perfiles varios de WPC

Pallet de WPC

Plataforma de zapato



Fuentes:
http://www.neoture.es
http://www.biostructproject.eu
http://www.entekextruders.com
http://www.interempresas.net
http://www.perthwpc.com
http://www.wpcextruder.com
http://www.4struktol.com
http://www.directindustry.es
http://www.udt.cl
http://www.alibaba.com
http://www.gabarro.com
http://www.alfavinil.com

jueves, 13 de septiembre de 2012

Identificación de polímeros

Introducción
En nuestra vida cotidiana, nos encontramos con muchos materiales poliméricos, muchos de los cuales son eliminados. A medida que nuestros recursos naturales se ven disminuidos y los vertederos se llenan, nos encontramos con que es mejor reciclar la mayor parte de nuestros materiales de desecho que tirarlo o incinerarlo. A continuación se mostraran ensayos sencillos para poder identificar los plásticos más comunes a fin de poder disponerlos para su reciclaje.
La mayoría de los polímeros que encontramos en nuestra vida diaria son los seis polímeros listados a continuación.

Para hacer el reciclaje de estos polímeros más fácil, la industria del plástico ha adoptado los códigos mostrados anteriormente. Dado que el cumplimiento en el etiquetado es voluntario, no todos los plásticos están marcados para su identificación. La identificación, simplemente por su apariencia, es difícil, sin embargo, hay algunos tipos que son fácilmente identificables. Los recipientes transparentes y sin color que se utilizan para los refrescos con mayor frecuencia son de tereftalato de polietileno (PET). Los envases plásticos opacos y translúcidos que se utilizan para botellas de leche, lavandina o champú suelen ser polietileno de alta densidad (HDPE). Los envases de champú (algunos) o productos de limpieza transparentes son generalmente hechos de cloruro de polivinilo (PVC o V). Aunque cada vez menos, también lo son algunas botellas de agua mineral o jugos de limón. Las bolsas de plástico, como las de residuos, se hacen a menudo a partir de polietileno de baja densidad (LPDE). Los productos hechos de poliestireno (PS) suelen ser frágiles, aunque a menudo presenta modificadores de impacto que lo hace no tan quebradizo como los potes de yogurt. El polipropileno (PP) suele encontrárselo en tapas a rosca de las botellas de bebidas gaseosas y de artículos de limpieza, tapas abre-fácil de envases de champú, envoltorio de los paquetes de galletitas, de papas fritas, etc.
En este experimento, se examinará algunos de los plásticos más comunes y se realizará varias pruebas para identificarlos. Un diagrama de flujo para las pruebas es el siguiente:

Materiales necesarios
Muestras de resina en frascos etiquetados del 1 al 6 (testigos)
Muestras desconocidas de plástico
Solución de alcohol Isopropílico, CH3CHOHCH3, al 45,5% en volumen. Esta solución se realiza diluyendo 45.5 ml de alcohol isopropílico y llevándolo a 100 ml con agua. (También, mediante la dilución de 65 ml de alcohol isopropílico al 70% y llevándolo a 100 ml con agua)
Ácido sulfúrico concentrado (98%)
Agua destilada
Aceite de maíz Mazola
Alambre de cobre limpio
Acetona
Tubos de ensayo, 18 x 150 mm y tapones
Varilla de vidrio
Mechero Bunsen
Vasos de precipitados de 250 ml
Pinzas
Trípode con tela metálica
Erlen meyer
Probeta 100 ml

Medidas de seguridad
El alcohol isopropílico es inflamable y sus vapores son considerados como tóxicos. Mantenga los recipientes cerrados .Evite las llamas cercanas.
La acetona es inflamable y sus vapores son considerados tóxicos. Mantenga los recipientes cerrados y cubrir cualquier vasos de acetona con un vidrio de reloj. Trabajar en un área bien ventilada. Evite las llamas.
El alambre de cobre se calienta cuando se calienta en una llama. Sujete el alambre con unas pinzas para evitar quemaduras.
El ácido sulfúrico es muy deshidratante. Provoca quemaduras. Evite agregarle agua; puede provocar salpicaduras.
Utilizar gafas y guantes protectores y guardapolvo.

NOTA: Eliminar los residuos de alcohol y acetona residuos según la normativa local. El aceite de maíz puede ser reutilizado si no está sucio o contaminado. Disponer de cualquier aceite usado de acuerdo a las regulaciones locales. Elimine los residuos del ácido según la normativa local. Los desechos plásticos pueden ser eliminados en la basura. El alambre de cobre puede ser reutilizado.

Procedimiento experimental

Obtener un conjunto de testigos (en lo posible pellets) de los seis tipos de resina plástica. Tenga en cuenta que si cada tipo de resina es de un color diferente permite la identificación visual en este experimento. Las resinas puede ser casi cualquier color dependiendo de colorantes añadidos en su formulación inicial.
Obtener muestras de los dos polímeros "desconocidos". Estos serán pequeñas piezas de polímero, no pellets.

Prueba de agua
Colocar aproximadamente 5 ml de agua en un tubo de ensayo.
Colocar los gránulos de la resina en el tubo de ensayo que contiene agua. Sumergir cada uno de los gránulos con una varilla de vidrio para eliminar cualquier burbuja de aire adherida a la superficie de los pellets de resina y tratar de hacer que se hunda. Tener en cuenta si las muestras se hunden o flotan. Quitar las muestras, secarlas y guardarlas para su uso posterior.
Repetir la prueba de agua con cada una de las muestras de resina restante y con pequeños trozos de las dos muestras desconocidas.
Guardar las muestras que se hundió en el agua para la prueba de alambre de cobre. Utilizar las muestras que flotaban para la prueba de alcohol isopropílico.

Prueba de alcohol isopropílico
Colocar 5 ml de solución de alcohol isopropílico en un tubo de ensayo
Utilizando una de las resinas que flotaba en el agua, agregar las muestras al tubo que contiene la solución de alcohol. Sumergir cada muestra con una varilla de vidrio para eliminar cualquier burbuja de aire adherida a la superficie de los pellets de resina y tratar de hacer que se hunda. Tener en cuenta si las muestras se hunden o flotan. Quitar las muestras, secarlas y guardarlas para su uso posterior.
Repetir la prueba de alcohol isopropílico con cada una de las muestras de resina y demás incógnitas que flotaban en el agua.

Prueba de aceite
Colocar 5 ml de aceite de maíz Mazola en un tubo de ensayo
Utilizando una de las resinas que flotaba en la solución de alcohol isopropílico, agregar las muestras al tubo que contiene la solución de alcohol. Sumergir los gránulos con una varilla de vidrio para eliminar cualquier burbuja de aire adherida a la superficie de las muestras de resina y tratar de hacer que se hundan. Tener en cuenta si las muestras se hunden o flotan. Quitar las muestras, secarlas y guardarlas para su uso posterior.
Repetir la prueba con aceite para cada una de las muestras de resina y demás incógnitas que flotaban en el alcohol isopropílico.
Densidades del agua y polímeros
Material
g/ml
Agua
1.00
PET
1.38-1.39
PP
0.90-0.91
PS
1.05-1.07
HDPE
0,95-0,97
LDPE
0.92-0.94
PVC
1.16-1.35
Aceite*
0.91-0.92
Solución de Alcohol*
0.94-0.95

Prueba de alambre de cobre
Esta prueba utiliza las muestras de plástico que se hundieron en el agua (más densas que el agua).
Obtener un pedazo de alambre de cobre alrededor de 5 cm de largo o más. Empujar un extremo del cable en un pequeño corcho (El corcho se utiliza como un mango para no quemarse la mano)
Sostener el extremo libre del cable de cobre en la llama del quemador, hasta que esté caliente y la llama ya no tiene un color verde (restos del aislante de PVC del cable).
Retirar el cable de la llama y tocar con el alambre caliente el plástico de la muestra que se prueba. Una pequeña cantidad del plástico se derrite en el cable. Si el cable se adhiere a la muestra de plástico, use un par de pinzas para extraerlo (Usted no quiere quemar un pedazo grande de plástico.)
Colocar el extremo del alambre, con la pequeña cantidad de plástico, en la llama. Usted debe ver un destello leve de una llama luminosa (un color amarillo-naranja). Si la llama se vuelve de color verde, la muestra contiene cloro.
Repetir esta prueba para cada una de las muestras restantes de plástico que se hundió en el agua.

Prueba de acetona
Colocar aproximadamente 10 ml de acetona en un vaso de 50 ml. Trabajar bajo una campana de extracción para reducir al mínimo los vapores en el ambiente.
Para esta prueba, usar las muestras de los plásticos que no dieron una llama de color verde.
Con unas pinzas, colocar una bolita de plástico en la acetona durante 20 segundos. Retirar la muestra y presionar firmemente entre los dedos. Una reacción positiva ha ocurrido si la muestra de polímero es blanda y pegajosa. Raspar la muestra con la uña para ver si la capa externa se ha suavizado. También se puede dejar la muestra durante unos minutos para ver si se disuelve completamente.
Repetir esta prueba para cada una de las muestras restantes de plástico que no se dio por una llama de color verde.

Prueba de ácido sulfúrico
Colocar 5 ml de ácido sulfúrico concentrado en un tubo de ensayo.
Para esta prueba, usar las muestras de los plásticos que no tenían una prueba positiva con acetona. Introducir la muestra en el tubo con el ácido y llevar a baño de María durante 30 minutos (puede llevar más tiempo dependiendo del tamaño de la muestra). Si se observa dilución de la muestra se tomara como resultado positivo.
Repetir esta prueba para cada una de las muestras restantes de plástico que no tenían una prueba positiva en acetona.
Como paso posterior, se pueden ensayar las muestra positivas, trasvasando lentamente el contenido de los tubos de ensayos en un erlen meyer con 100 ml de agua destilada (sumo cuidado en esta operatoria, peligro de salpicaduras) observando formación de precipitado blanco.

Consideraciones generales
*Lo ideal es disponer de un densímetro para poder preparar soluciones de densidades conocidas a fin de conocer con mayor precisión la densidad y diferenciar los plásticos por sus diferentes propiedades.
Debido a la gran variedad de plásticos y mezclas, pueden existir muestras difícilmente identificables mediante este método. Además debe tenerse en cuenta que a menudo a los plásticos se le agregan cargas y aditivos que pueden variar la densidad de los mismos haciendo imposible diferenciarlos por el ensayo de densidad.
Se deben tener en cuenta, en todo momento, las normas de seguridad para evitar accidentes puesto que se trabajan con sustancias sumamente peligrosas. Los ensayos deben ser llevados a cabo por personal idóneo.
En la prueba con el ácido sulfúrico, una muestra de policarbonato presenta una disolución parcial tiñendo de una coloración rosada la solución.
Estos son solo ensayos aproximativos para identificar plásticos. Para una identificación precisa se deben recurrir métodos más sofisticados de identificación.


martes, 4 de septiembre de 2012

Reciclado mecánico de polietileno

Introducción
Además de su importancia como actividad económica e industrial, el reciclado lleva asociados beneficios adicionales que le dan aún más razón de ser, como la protección del medio ambiente a través de la reducción del consumo de recursos (materias primas y energía) y de la disminución de los impactos en suelos, aguas y aire (emisiones y vertidos) y la protección de la salud de los seres humanos evitando la dispersión de contaminantes.
Dentro de las corrientes de residuos, la fracción plástica es la que en los últimos años mayor cantidad de residuos genera. Cada vez son más los tipos de plásticos, los cuales pueden presentar unas propiedades muy diversas dependiendo de su estructura química, aditivos, cargas, siendo infinitas las combinaciones posibles. Su versatilidad en infinidad de aplicaciones y la capacidad de cubrir una amplio abanico de propiedades los hacen materiales muy apetecibles para su recuperación.
El polietileno es un polímero termoplástico, por lo que tiene un elevado potencial de reciclado.

En la mayoría de los casos, las etapas que habitualmente se emplean para la valorización y aprovechamiento de un residuo genérico post-consumo son las siguientes:
- Recogida, identificación y separación de los residuos.
- Acondicionamiento
- Procesado y transformación de los materiales recuperados
- Medida de propiedades del nuevo producto obtenido

Esquema general de tratamiento de los residuos
Se deben diferenciar según el tipo de residuo y la complejidad de las operaciones de separación dos tipos básicos de esquemas de reciclado:
- Basados en operaciones de reciclado manuales: clasificación de productos simples de consumo masivo tipo envases, o desmantelado y clasificación de partes. Este tipo de operaciones rinden corrientes de materiales recuperados muy puras a la par que requieren un esfuerzo en mano de obra muy importante.
- Basados en operaciones de reciclado mecánicas: molienda, separación y concentración de fracciones de residuos. Se utilizan equipos sofisticados para la identificación, separación y acondicionamiento de las muestras. Este tipo de operaciones reducen las necesidades de personal (tienen gran capacidad), y generan mezclas complejas de materiales que se deben tratar.
Hay que diferenciar claramente entre dos tipos de residuos generados las mermas industriales o residuos post-industriales y los residuos post-consumo.
Las mermas industriales son cantidades de materiales sobrantes en el proceso productivo de fabricación de un producto, mientras que los residuos post-consumo se generan una vez que han terminado su fase de uso en el ciclo de vida.

Para la gestión y tratamiento de esta corriente de residuos se emplean las siguientes vías:
1.- Reciclado mecánico: reprocesado del residuo plástico por medios físicos para obtención de nuevos productos.
Esta vía está limitada por:
- Contaminación de los polímeros
- Falta de homogeneidad dentro del mismo tipo de polímero
- Valor del plástico recuperado es bajo y mercados limitados
Esta vía está favorecida por:
- Incremento de la recogida selectiva
- Avances en las tecnologías de identificación y separación
- Diseño para reciclado y fin de vida (sectores automoción y eléctrico y electrónico)
2.- Reciclado químico: obtención de los monómeros de partida de un polímero mediante procesos de despolimerización u otros productos petroquímicos mediante procesos como gasificación o pirólisis. Es una tecnología compleja, poco extendida pero con mucho potencial e impulso para su desarrollo.
3.- Recuperación energética: generación de energía o sustitución parcial de combustibles en procesos productivos (p.e. en cementera).

Esquema de tratamiento general para los residuos plásticos.
El uso de plásticos en el sector de embalajes ha aumentado considerablemente en los últimos años. La razón de este crecimiento es la combinación de precios razonables y propiedades únicas de los diferentes tipos de plásticos. Entre el 30-40% del plástico producido se destina a la producción de envases y embalajes.
Plásticos empleados en el sector envase y embalaje
Proceso de reciclado
Normalmente las plantas recicladoras de envases plásticos se especializan en el tratamiento de un tipo de plásticos procedentes de envases, siendo los más frecuentes: PET (grupo 1), HDPE o PEAD (grupo 2) y LDPE o PEBD (grupo 4).
Fondo de envase de polietileno de alta densidad

Bolsa de polietileno de baja densidad
Las plantas de reciclado de PET son específicas para ese material. La mayoría de plantas de reciclado de HDPE lo tratan aisladamente pero también hay algunas que tienen líneas paralelas de HDPE y LDPE y los mezclan para mejorar las propiedades de los productos que obtienen.
Entre el HDPE y LDPE, el material HDPE, que es rígido, tiene un proceso de reciclado más sencillo que el LDPE o “plástico film” ya que este último cuando viene en forma de film necesita procesos específicos de triturado y aglomerado.
En el reciclado de HDPE y LDPE el tipo de producto suele ser granza de plástico, que es un producto con un grado de terminación superior y que se envía a los transformadores para obtener productos muy variados. En ocasiones el propio reciclador de HDPE y LDPE llega hasta producto final (envases tipo bidón, perfiles para carpintería plástica, pallets…). En el caso de productos como los perfiles o los pallets el HDPE puede admitir entre 10-15% de otros materiales en un conjunto que se conoce como “plástico mezcla”.
Línea de lavado de film, botellas y cajas de HDPE y LDPE
Etapas del proceso
Habitualmente una planta de reciclado para producción de escama de plástico recibe fardos clasificados de botellas y embalajes plásticos y realiza las siguientes operaciones:
 
- Alimentación de fardos (normalmente automática con ayuda de cintas transportadoras y carretillas cargadoras)
Fardos de material plástico
- Desembalado (suelta del fleje que puede ser automático o manual)
- Triado y clasificación (retirada de impropios generalmente manual sobre una cinta y en la mayor parte de las ocasiones complementada con detección automática de metales y plásticos no deseados).
- Molienda gruesa (reducción de tamaño hasta 15 mm con molino de cuchillas)
- Molienda fina (reducción de tamaño hasta 8 mm con molino de cuchillas)
Molino
- Limpieza, consta de etapas de lavado y centrifugado (el lavado se realiza con agua en lavaderos o bateas de lavado y que a la salida llevan acoplada una centrífuga, dependiendo del nivel de suciedad esta etapa se puede duplicar o triplicar). En esta etapa también se logra separar al polietileno de otros materiales más densos que el agua como piedras, metales, otros plásticos (PET, PVC, PS, etc.). El lavado con agua se puede complementar con un lavado químico, empleando agua a temperatura entre 50-70°C y a la que se la añaden productos químicos como sosa, que posteriormente se deben eliminar mediante una operación de enjuague.
Bateas de lavado
- Centrifugado para eliminación del agua de lavado. Posteriormente se pueden realizar una inspección visual de los flakes o eliminación manual de contaminantes. Esta última etapa también puede ser realizada por equipos espectroscópicos, separadores magnéticos, imanes, etc.
Centrífugas
- Almacenamiento en silo o salida a big-bag.
- En las líneas de LDPE la molienda se sustituye por un guillotinado y se realiza un aglomerado del material en equipos denominados agrumadores o densificadores en donde las hojuelas plásticas se apelotonan aumentando la densidad aparente del material.
Densificador
Si la planta procesa la escama de plástico hasta obtener granza se añaden las siguientes operaciones:
- Secado de escama (acondicionamiento del material con aire caliente para rebajar la humedad antes de procesarlo)
- “Compounding” (mezcla de materiales plásticos de diferentes grados, adición de aditivos o introducción de cargas minerales para lograr determinada propiedades en el producto)
- Extrusión y granceado (en extrusora de tallarina) o extrusión y peletizado (en extrusora de corte en cabeza)
- Almacenamiento en silo o salida a big-bag o dispuesto en bolsas de 25Kg.
Extrusora

Pellets de polietileno reciclado provenientes de envases de lavandina
Si la planta procesa la granza de plástico hasta obtener un determinado producto se pueden añadir las siguientes operaciones:
- Líneas de extrusión: dosificación de granzas, compounding, extrusión-moldeo de perfiles
- Líneas de inyección: dosificación de granzas, compounding, inyección de preformas

Equipos y tecnologías para la identificación y separación de plásticos
Las tecnologías desarrolladas para la identificación de polímeros utilizadas en la industria del reciclado de materiales plásticos abarcan los distintos tipos de espectroscopías: NIR, MIR, termografía de IR, LIBS, fluorescencia de rayos X etc...Seguir leyendo
 
Aplicaciones del polietileno reciclado
Ejemplos de aplicaciones de distintos plásticos reciclados
Polímero
Productos de material reciclado
HDPE
Piezas para la construcción, conductos y fijaciones, film de distintas calidades y láminas, cubos, cajas, embalajes, mobiliario urbano (bancos de parque, señales de tráfico e hitos, barreras acústicas...), macetas
LDPE
Film y láminas para envases, film para construcción, membranas antihumedad, film para agricultura, mobiliario urbano (bancos de parque, señales de tráfico e hitos, barreras acústicas...)
PET
Fibra, flejes, láminas, botellas y otros envases, piezas inyectadas (sector eléctrico y de automoción), resinas poliéster no saturadas.
PP
Macetas, mobiliario urbano (bancos de parque, señales de tráfico e hitos, barreras acústicas...), tuberías, conductos y fijaciones, pallets, perchas, flejes.
PVC
Tuberías, conductos y fijaciones, film y láminas, paneles insonorizantes, señales de tráfico, losetas para suelos



Fuentes:
Plastic Recycling. Products and Processes - R.J. Ehrig
Recycling and Recovery of Plastics - J. Brandrup, M. Bittner, W. Michaeli y G. Menges
Polymer recycling. Science, Technology and Applications - J. Scheirs
INFORME - Reciclado de Materiales: Perspectivas, Tecnologías y Oportunidades (BFA- DFB)
http://www.navarini.com
http://www.interempresas.net
http://www.titech.com
http://www.solostocks.com
http://directorios.netfirms.com
http://www.petcore.org
http://www.plastics.org

Identificación y separación de plásticos

Equipos y tecnologías para la identificación y separación de plásticos
Las tecnologías desarrolladas para la identificación de polímeros utilizadas en la industria del reciclado de materiales plásticos abarcan los distintos tipos de espectroscopías: NIR, MIR, termografía de IR, LIBS, fluorescencia de rayos X etc. Cada una de las técnicas de identificación tienen una serie de limitaciones, algunas de ellas no son capaces de identificar plásticos oscuros, otras son lentas y no pueden ser aplicadas a un sector concreto, otras son suficientemente rápidas y pueden trabajar en un ambiente industrial pero no son capaces de identificar aditivos o determinados polímeros etc. Los sistemas de identificación deben ir acoplados a sistemas de separación automáticos, como pueden ser los sistemas de separación basados en chorros de aire (soplado) o en expulsores accionados neumáticamente. Estas técnicas de identificación han sufrido en los últimos años un gran desarrollo puesto que el proceso de reciclado requiere que la etapa de identificación no sólo sea precisa sino rápida. A continuación se presenta una breve descripción de diferentes técnicas espectroscópicas de identificación de residuos plásticos disponibles actualmente. Las técnicas basadas en la espectroscopía de infrarrojo son las técnicas analíticas más ampliamente empleadas para la identificación de diferentes tipos de polímeros, y en algunos casos diferentes tipos de aditivos dentro de la misma familia de polímero.
Identificador - Separador por espectroscopía de infrarrojo
Esquema de funcionamiento
Otros equipos utilizados en el reciclado de plásticos: Sistemas de cribado Se aplican a la separación de una mezcla de materiales en dos o más fracciones con diferentes tamaños de partícula por medio de una superficie tamiz que actúa como medidor múltiple de aceptación y rechazo.
Tambor cribado rotatorio

Mesas densimétricas Se aplica a la separación de una mezcla de materiales mediante la aplicación de una corriente de aire ascendente y por efecto de la vibración del medio transportador. Consiste en una parrilla porosa vibratoria a través de la cual se sopla aire
Mesa densimétrica
Estructura de mesa densimétrica
Separadores magnéticos Este equipo es muy utilizado en la industria recicladora y su función es separar metales magnéticos de corrientes de materiales que se transportan sobre bandas. Existen diferentes configuraciones, como son el overband y el tambor magnético. El separador electromagnético overband está diseñado para extraer y recuperar las piezas ferromagnéticas que se encuentran entre el material que circula por una cinta transportadora. Los separadores de tambor electromagnético de cabeza de cinta normalmente se montan en lugar del tambor de accionamiento o tambor motriz de la cinta transportadora.
Separador overband
Ubicación de separadores overband

Separadores de corrientes de foucault o “Eddy currents” Los separadores de metales son ideales para la recuperación de aluminio, cobre, latón, en las plantas fragmentadoras de automóviles, electrodomésticos, plantas de tratamiento de residuos urbanos, plantas de reciclado de plástico, tratamiento de escorias de aluminio, etc. El elemento separador es un rotor magnético provisto de imanes permanentes de neodimio de alta remanencia. El campo magnético creado de alta frecuencia, induce las corrientes de Foucault en las piezas metálicas conductoras. Éstas, por su parte, crean un campo magnético opuesto al del rotor. El resultado es una fuerza de repulsión de los elementos metálicos, mientras los elementos férreos son atraídos por el campo magnético y el resto de los elementos plásticos prosigue su trayectoria natural.
Separador por corrientes de foucault
Esquema de funcionamiento
Separadores electrostáticos corona
La separación electrostática es una tecnología que posibilita separaciones de materiales que no pueden lograrse utilizando clasificación manual u otros métodos automáticos y que está encontrando cada vez más aplicación en las operaciones de reciclado. Los materiales que componen las mezclas pueden ser separados de forma automática mediante separadores electrostáticos de corona si los diferentes materiales poseen una conductividad eléctrica distinta. El campo de aplicación preferente de estos separadores es la separación de materiales metálicos (conductores) de los no metálicos (no conductores) presentes en mezclas que pueden generarse en el proceso de reciclado.
Separador electrostático

Fuentes: 
http://www.titech.com 
http://www.urbar.com 
http://www.mastermagnets.com 
http://www.ecoembes.com 
INFORME - Reciclado de Materiales: Perspectivas, Tecnologías y Oportunidades (BFA- DFB) 
 http://www.interempresas.net