La investigación aplicada al procesamiento y reciclado de los plásticos

A partir del presente número damos inicio a una seria de columnas que llevará por nombre “La investigación aplicada al procesamiento y reciclado de los plásticos”, que tratará alternadamente en cada número, dos temas de gran interés actual dentro del sector de la industria  de los materiales plásticos:

• El procesamiento del  PET
• El reciclado de los materiales plásticos

El principal objetivo de la presente sección es aportar el conocimiento y la experiencia acumulada a través de los años de trabajo de investigación docente y de vinculación con el sector industrial, en las temáticas de procesamiento  de plásticos, en particular la fabricación y procesado de la resina de PET, así como del reciclado de plásticos y el efecto que  tiene sobre el impacto ambiental de los residuos plásticos generados.

Contenido destacado

NPE2024: foco mundial de la innovación en la industria del plástico

Cómo calcular la fuerza del muelle en moldes de tres placas

Diseño de tornillos ventilados para extrusoras: guía completa

La presente entrega pretende bosquejar de manera breve los enfoques que se plasmarán en los artículos futuros que se desprenderán de dicha columna.  Donde se analizarán los principales factores y parámetros de síntesis y proceso, con la relación existente con el procesamiento y comportamiento de los materiales durante su aplicación final, tratando de proporcionar rutas de solución a problemas típicos presentes en cada una de estas etapas.

El Polietilen Tereftalato o PET ha venido adquiriendo una gran importancia en el sector del empaque, ya que cumple con los requerimientos necesarios en la selección de un empaque particular para sus productos tales como:  

• Funcionalidad o desempeño del empaque
• Preferencia en el mercado
• Costo
• Requerimientos de distribución
• Aspectos ambientales o de facilidad de reciclado

Todo esto gracias a sus excelentes propiedades de:

• Transparencia, que le permite contar con una apariencia clara y brillante como el cristal. 
• Pureza y seguridad, ya que cumple con las normas internacionales de los requerimientos en aplicaciones en contacto con alimentos. Además de estar provistos de una alta resistencia a la tensión y al impacto, necesaria para las diferentes etapas de producción, transporte, almacenamiento y aplicación final, ideales para productos de bebidas carbonatadas
• Propiedades barrera, su baja permeabilidad al oxígeno y al CO2 es parámetro relevante que indica que proporciona a los productos contenidos por periodos largos de vida de anaquel, la protección e integridad requerida. 

Por la suma de las anteriores propiedades, el PET cumple con la diversidad y amplitud de requerimientos de sensibilidad, y conveniencia, tanto en el empaque de alimentos diversos, como de bebidas carbonatadas, que le permite tener un aumento constante en sus volúmenes de consumo y una gran diversidad de aplicaciones por su versatilidad de procesamiento.

El PET se puede procesar mediante los principales métodos de transformación de plásticos, extrusión, inyección y soplado bi-orientado, para la producción de películas, lámina y fibra; piezas diversas así como tarros y envases respectivamente.

Por lo anteriormente expuesto consideramos de suma importancia, tratar en dicha columna todos los aspectos y parámetros tecnológicos que participan desde la síntesis del PET y su interacción con las condiciones y parámetros de procesamiento.

Revisar parámetros como la cristalinidad, velocidad de cristalización, tipos de  comonómeros utilizados, que intervienen  durante la fabricación y tienen una gran importancia e interrelación con las condiciones de procesamiento en la obtención de película y/o lámina o fibra, piezas moldeadas y envases, como se esquematiza en la figura 1.

Asimismo, en lo que respecta a los diversos métodos de procesamiento, se analizará la interrelación de las características propias del PET, como su cristalinidad (o su correspondiente región amorfa), viscosidad intrínseca, peso molecular con parámetros como la habilidad de estiramiento u orientación, la transparencia y resistencia mecánica que están directamente relacionadas con los requerimientos del producto final (envase, fibra, pieza moldeada, película o lámina).

Además de no menos importante, el requerimiento de mantener dentro de lo posible el rango adecuado de viscosidad intrínseca, factor limitante para la selección del tipo de método de proceso seleccionado, donde juega un papel crítico, el requerimiento de un secado  estrictamente eficiente, de tal manera, que de no ser así no se puede concretar adecuadamente la obtención del producto terminado.   

Película

Consiste en una película biaxialmente orientada de PET, producida principalmente por un proceso de estirado, en el cuál una película fundida, amorfa es estirada en dirección máquina, al pasar por unos rodillos calientes y posteriormente por una sección de tensión  para lograr una orientación  en la dirección transversal. El proceso de transformación de película consiste en  etapas básicas:

• Preparación del polímero
• Extrusión y “casting”
• Deformación u orientación.
• Templado térmico.
• Corte y embobinado.       

Lámina y contenedores termoformados

El PET puede ser transformado en contenedores disponibles para un amplio rango de aplicaciones en el empaque, mediante el termoformado de lámina extruida, que consiste de dos etapas principales, la extrusión de la lámina amorfa y su correspondiente jalado o estiramiento, y posteriormente el recalentamiento y orientación de la de la misma durante la aplicación de vacío, presión o esfuerzo mecánico, hasta obtener el contenedor final. En la fig. 2. se presenta un esquema general del proceso para la  obtención de lámina.

Envases

El proceso de moldeo por inyección-soplado biorientado permite obtener envases mediante el estirado biaxial, radial y longitudinal de una preforma moldeada por inyección, donde se destaca un incremento en la resistencia a la tensión, transparencia y una mejora a la permeabilidad a gases.

Este proceso puede llevarse a cabo en equipos integrados o en línea, que incluyen desde a inyección de la preforma, hasta el estirado y soplado para obtener el producto en una sola máquina [ISBM], o bien en sistemas compuestos por dos unidades, una para la inyección de las preformas y otra para la etapa de recalentamiento- estirado y soplado [RSBM]. Entre las ventajas del proceso se contempla.

• Orientación biaxial, que proporciona óptimas propiedades al material, siendo ligero sin  comprometer desempeño.
• La etapa inicial de  inyección proporciona  alta precisión  en la definición del área de roscado y del acabado del envase.
• No  hay generación de scrap.

En la figura 3 se presenta un esquema general del proceso de inyección soplado estirado para la  obtención de envase de PET.

Fibra

En lo que a la industria textil se refiere, el procesamiento de polímeros puede ser explicado como el proceso de hilado para la fabricación de fibras sintéticas.

Entre los métodos de hilado destacan el hilado en húmedo, el hilado en seco, hilado en estado fundido, siendo éste último el más utilizado para fibra de PET

El polímero se funde y se bombea a través de una tobera de hilado o dado con numerosos agujeros. Las fibras fundidas se enfrían, solidifican y se recogen en una rueda receptora. El estiramiento de las fibras, tanto en los estados fundidos y sólidos proporciona para la orientación de las cadenas de polímero a lo largo del eje de la fibra.

En la figura 4 se presenta un esquema general del procesamiento de fibra de PET.

Reciclado

El reciclaje es una estrategia alternativa para la gestión de los residuos de productos  plásticos al final de su ciclo de vida. Los materiales plásticos pueden ser reprocesados o reciclados  por una gran diversidad de métodos o maneras, variando la facilidad o dificultad para que se pueda llevar acabo el reprocesamiento, dependiendo del tipo de polímero, diseño y presentación del empaque y tipo de  producto empacado.

Como se puede ver en la figura 5, el reprocesamiento de materiales plásticos se complementa principalmente con las siguientes etapas:

• Identificación y separación
• Molienda
• Lavado
• Mezclado y peletizado