Mezclas de plásticos reciclados: consideraciones de proceso

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Durante el proceso de reciclaje, el material plástico se ve deteriorado por el reprocesamiento mútiple.
Fuente: GettyImages.

De manera introductoria, en nuestra columna del mes de abril analizamos el tema del reciclaje de materiales mezclados. En el presente artículo profundizaremos en parámetros técnicos de relevancia que inciden en el desarrollo de dichas mezclas.

Así pues, en los procesos de reciclaje de plásticos, la etapa previa de la separación y clasificación de los materiales residuales, que implica tanto un cierto grado de complejidad técnica como un costo adicional, facilita la obtención de productos reciclados de buena calidad, ya que el reprocesamiento de plásticos sin separar es más viable económicamente, solo que su calidad queda condicionada por bajas propiedades de los productos.

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Por ello, considerar el trabajo con mezclas de polímeros se presenta como una alternativa de tratamiento de residuos y, a su vez, una opción de reciclaje atractiva al contemplarse como una ruta para evitar los problemas de separación y clasificación.  

Es importante recordar que durante el proceso del reciclaje, el material plástico o, propiamente dicho, la estructura química, se ve deteriorada por el reprocesamiento múltiple, que tiene como consecuencia la reducción del peso molecular y, por ende, la viscosidad. Al igual que en el caso del reciclaje de mezclas de materiales plásticos, es necesaria la adecuación o regeneración de la conformación y morfología estructural de la cadena polimérica de la mezcla elaborada.

Sin perder de vista que, como en el caso de los procesos de transformación de mezclas de material virgen, es importante que los procedimientos para las mezclas de plásticos reciclados se realicen dentro de parámetros y estándares adecuados y reproducibles.   

Mezclas miscibles e inmiscibles

Pese a que en un próximo número hablaremos más en detalle sobre los mecanismos utilizados para favorecer la preparación de los diversos sistemas de mezclas de plásticos, en particular de lo referente a la compatibilización, es necesario comentar que el uso de aditivos o compatibilizantes facilita la obtención de una mezcla con una estructura química más estable y con buena adhesión interfacial entre los componentes de esta.

Aunque con el desarrollo de mezclas de polímeros es posible obtener materiales con diferentes combinaciones de propiedades y ventajas económicas frente al desarrollo de nuevas matrices, no hay que perder vista que no todo es favorable, ya que un inconveniente común es el hecho de que a menudo resultan mezclas inmiscibles e incompatibles, caracterizadas por la presencia de partículas gruesas del componente minoritario, con distribución no homogénea y mala adhesión con la matriz circundante.

Por lo tanto, la compatibilización es necesaria para adaptar la interacción interfacial en dichas mezclas, reducir el coeficiente de tensión interfacial y obtener así la microestructura requerida.

De esta manera, tendríamos que definir lo que es una mezcla miscible y una inmiscible. Una mezcla de polímeros miscible, técnicamente, está constituida por una mezcla de dos o más matrices amorfas que presentan homogeneidad hasta el nivel molecular, y satisface las condiciones termodinámicas de los sistemas multicomponentes miscibles.

Esquema 1. Morfología de mezclas inmiscibles.

Por el contrario, con base en las condiciones de estabilidad termodinámica, las mezclas inmiscibles preparadas a través de un simple mezclado se caracterizan por una marcada tendencia a la separación, que lleva a la formación de una microestructura determinada por dominios gruesos del componente minoritario que tienen una adhesión interfacial limitada con la matriz de su entorno, como se puede apreciar en el esquema 1.

Por consiguiente, las propiedades mecánicas del material resultante serán bastante bajas. Para mejorar las propiedades de uso final de la mezcla resultante es necesario estabilizar la microestructura, con el fin de obtener así una dispersión de fases más fina y una mayor adhesión entre las fases poliméricas a través de una disminución de la tensión interfacial.

En este sentido, la compatibilización es la creación de enlaces físicos o químicos entre las fases de la mezcla mediante la adición de un componente, llamado compatibilizador.

Algunas propiedades de los componentes de sistemas de mezclas inmiscibles son:

• Alta tensión interfacial. Caracterizada por la presencia de altas viscosidades y una dispersión inadecuada, con la resultante separación de la mezcla durante el procesamiento o bien en la aplicación final.
• Adhesión deficiente entre componentes. Es la manifestación evidente de un comportamiento físico-mecánico del sistema, frágil y quebradizo.  
• Presencia de formación de una interfaz y productos heterogéneos.

Tipos de mezclas de materiales reciclados

De acuerdo con la clasificación propuesta por Utracki,¹ se pueden distinguir cuatro categorías de mezclas de materiales reciclados.

• Mezclas de una misma familia. Conformadas por polímeros que pertenecen a la misma familia química y, por lo tanto, tienen una estructura química similar, como es el caso de los componentes de las familias de estirénicos, poliolefinas, poliésteres, etc. Para estas familias se presentan sistemas de compatibilización más acotada.
• Mezclas de diferentes familias. Constituidas por plásticos mezclados que pertenecen a diferentes familias químicas, como son las aleaciones de poliolefinas (PO) con poliamidas o poliésteres, o mezclas que comprenden PO, PS, PVC. Para estos materiales, a menudo, se requiere compatibilización y modificación, que tiene mayor incidencia en las propiedades de impacto.
• Mezclas de polímeros reciclables. Son aquellas mezclas en las que es importante y necesario regenerar la estructura molecular del polímero que ha experimentado las consecuencias del reprocesamiento, mediante la reformulación o reestabilización y recompatibilización. Este tipo de mezclas implica una amplia recompatibilización.

Así se pueden mencionar algunos casos de mezclas de polímeros reciclados que, de acuerdo con la literatura, pueden ser obtenidos con buenas propiedades físicas, aun sin una etapa previa de compatibilización:

• Reciclado de componentes poliméricos que tienen una buena miscibilidad, como como es el caso de polipropileno con cantidades mínimas de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), así como también de poliestireno con copolímeros estirénicos, etc.
• Reciclaje de plásticos mezclados que tienen una estructura química similar, como materiales reciclados con resina virgen; pudiera ser el caso de LLDPE con polietileno de baja densidad (LDPE), entre otros.

• Mezclas de materiales reciclados, en las que la concentración de la fase dispersa está por debajo del 10 % en volumen.

• Mezclas de reciclaje con morfología continua, es decir, en las que cada componente de la mezcla está presente en cantidades aproximadamente iguales.

• Mezclas de reciclaje para desarrollar materiales que puedan ser utilizados únicamente con fines estéticos (y no estructurales).

Al hablar de materiales reciclados y, aún más, de sus mezclas, se deben analizar aspectos tales como la durabilidad y la estabilidad ambiental de estos materiales, ya que existe un alto riesgo de que la mezcla inicial se pueda degradar por fotooxidación, por esfuerzos mecánicos y térmicos o biodegradarse a causa del origen y la condición del material.

Y aquí aparece el reto adicional que implica la presencia de aditivos diversos en los materiales de la mezcla, o bien los mismos bioplásticos o plásticos biodegradables ya existentes en los productos comerciales. De esta manera, su interacción con las reacciones fotooxidativas no solo es determinada por la cinética de fotooxidación de los componentes de la mezcla, sino también por las reacciones entre los productos de degradación de cada componente y entre ellos.

En el próximo número hablaremos de los procesos de compatibilización como métodos que favorecen dichas mezclas.

Sobre el autor

MC. Adrián Méndez Prieto.

Ingeniero Químico, con maestría en tecnología de polímeros y experiencia en investigación y desarrollo por más de 25 años en temas de procesamiento y sustentabilidad de plásticos, PET, polietileno, reciclado, biodegradación, análisis de ciclo de vida, economía circular etc. Contacto: amendezp12@gmail.com