Presencia de contaminantes en la extrusión: lecciones para el reciclaje

Los contaminantes pueden causar defectos superficiales, vetas de color y alteraciones ópticas.
Fuente: GettyImages.

Generalmente, al llevar a cabo los procesos de reciclado mecánico, en sus diversas etapas se utilizan prácticas que exponen los materiales plásticos a diferentes condiciones, como el calor, la tensión o la oxidación, lo que circunstancialmente afecta tanto las propiedades intrínsecas del plástico, como el comportamiento físico-mecánico del mismo, con modificaciones desfavorables de calidad.  

Sin duda, para el procesamiento de los materiales plásticos, tanto vírgenes como reciclados, el factor “calidad del producto” es clave y dependerá de parámetros como propiedades físicas, color, defectos debidos a imperfecciones y contaminantes presentes.

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Los contaminantes pueden causar defectos superficiales, vetas de color y alteraciones ópticas, además de reducir las propiedades mecánicas del producto. La mayoría de los artículos pueden tener defectos pequeños y aceptables. Sin embargo, si los defectos debidos a contaminantes superan el límite de especificación, se verá comprometida la calidad y, como consecuencia, generará el rechazo del producto y el incremento de costos de proceso. Por ello, minimizar el grado de contaminación de un producto es una de las claves para optimizar la rentabilidad de una planta.

Los contaminantes presentes en la etapa de extrusión pueden provenir de diversas fuentes. Las más comunes incluyen el mismo material reciclado, el polvo presente, la resina parcialmente fundida, una limpieza deficiente o hasta el etiquetado incorrecto de las materias primas de resina.

Contaminantes de materiales extraños

Productos fuera de especificaciones ocasionan paros frecuentes de la línea, dada la formación de burbujas en productos soplados o de orificios en el artículo, consecuencia de la contaminación por elementos extraños en la materia prima y de manera particular en materiales recuperados.

Por ello será necesario aislar un producto fuera de especificaciones antes de decidir si se desecha o se recicla. Puesto que la mayoría de los procesos disponen de operaciones unitarias y sistemas de almacenamiento con acceso al medioambiente, se convierten en una fuente potencial para que los contaminantes entren en el sistema de materias primas. Una limpieza y una disciplina operativa adecuadas pueden mitigar esta contaminación por materiales extraños.

Fragmentos metálicos en el extruido

A nuestros lectores frecuentes les resultará muy familiar y comprensible que fragmentos metálicos contaminantes, del tipo magnético, puedan ser separados sin mayor problema en la tolva alimentadora mediante el uso de separadores magnéticos, y que aquellos no magnéticos que logren pasar por el sistema de extrusión serán recuperados en el sistema de filtro de mallas.

Pareciera, pues, que este tipo de contaminación estuviera bien dominado por el procesador; no obstante, sin perder de vista que las propiedades físicas y químicas y la calidad de los plásticos pueden variar según el producto específico y su aplicación, debemos tener presente que se pueden incorporar sustancias de forma no intencionada, como sucede en la etapa de producción por residuos de catalizadores o impurezas metálicas en aditivos no metálicos. O también por posible sorción o retención de ciertas sustancias por parte del plástico, en particular durante el uso y el manejo de los residuos plásticos.

Algunos contaminantes podrían estar químicamente incrustados en la matriz plástica, en lugar de estar presentes como contaminación física, por lo que existe el riesgo de reciclar no solo el material plástico deseado, sino sustancias potencialmente problemáticas, lo que en última instancia afectaría la aplicabilidad y la calidad del material plástico reprocesado. Así, al encontrar contaminación por metales, será importante identificar el tipo y concentración del metal contaminante.

Descomposición de la resina estancada en sistemas de extrusión

Cuando en nuestra planta de proceso contamos con equipos de línea y de reciente adquisición, tal vez pudiéramos no considerar la posibilidad de que en el sistema estuviera presente el potencial origen de ciertas fallas específicas, que pudieran conducir a la generación de problemas por contaminación. ¿A qué me refiero con esto?

Particularmente, cuando alternamos una línea de extrusión multiusos, tanto para procesamiento primario del producto, como para un sistema de reciclaje, sin que sea el equipo o la configuración del husillo adecuada para ello, o una línea de extrusión esté mal diseñada, pueden presentarse regiones estancadas o con velocidades muy bajas. Estas regiones pueden provocar la degradación de la resina y la formación de diversos subproductos de degradación.

Todas las resinas se degradan al estar expuestas a altas temperaturas durante largos periodos. Esta periodicidad puede variar desde minutos para las resinas termosensibles, como algunas poliolefinas, o hasta 12 días o más para resinas termosensibles.

En todos los casos, la resina degradada se desprenderá de las superficies de la extrusora, fluirá con el material fundido y contaminará el extruido y el producto. Por ello, componentes del sistema de extrusión como los husillos, los dados, las líneas de transferencia, etc., deberán diseñarse de forma que no existan regiones estancadas ni regiones con tiempos de residencia muy largos.

Varios problemas comunes pueden ocurrir en el diseño de los canales del husillo y provocar regiones estancadas, que alarguen los tiempos del material dentro del barril del extrusor. La resina degradada que se origina en los canales del husillo aparecerá, posteriormente, en todas las ubicaciones del producto terminado, al ser dispersada y distribuida por la totalidad del extruido mediante la acción de las secciones posteriores del husillo.

Así, un aspecto interesante para tener en cuenta es que si las regiones contaminadas siempre se encuentran en una misma posición del producto obtenido, asumiremos que la degradación estará ocurriendo en elementos del sistema posteriores al husillo, como pudieran ser las líneas de transferencia, la unidad de filtrado o en el dado.

Por ello, el sistema deberá diseñarse con líneas de transferencia de menor longitud, ya que las unidades largas requerirán mayor presión para el flujo del material, además de implicar la configuración de la línea de accesorios con codos y reducciones, que aumentan el potencial de degradación.

Por ello, un dato técnico relevante es que la velocidad media en el canal debe ser de al menos 1.5 cm/s para resinas térmicamente estables (reforzadas con antioxidante), mientras que para resinas no térmicamente estables, la velocidad media debe ser de al menos 3 cm/s, todo con la finalidad de evitar estancamiento y degradación del material fundido.

Por otra parte, también tendremos que considerar que el diseño de un dado, para una aplicación específica de extrusión, es un proceso muy complejo. El diseño deberá evitar la presencia de regiones con tiempos de residencia prolongados y proporcionar un flujo uniforme a la salida. Al igual que en las líneas de transferencia, las velocidades de flujo deben ser de al menos 1.5 cm/s para resinas térmicamente estables y de al menos 3 cm/s para resinas no térmicamente estables.

Como el lector podrá apreciar, el tema de la contaminación que afecta el proceso de reciclaje no solo está conectado con la presencia en el sistema de sustancias externas, sino que implica consideraciones de aspecto técnico que no se aprecian a simple vista, pero que tienen un efecto crítico.

Indudablemente, existen más condiciones que no logramos agotar en la presente aportación, las cuales, si fueran de importancia para nuestros lectores, sería muy grato poder recibir sus muestras de interés en una continuación del tema.