Proyecto CLIPP+ presenta innovador proceso de extrusión

El Proyecto CLIPP+ consiste en un innovador proceso de extrusión con inyección de sc-CO2 y desgasificación a vacío para mejorar la calidad del plástico reciclado proveniente de films impresos de poliolefinas.

“El sector de los films y láminas para embalaje flexible representa un porcentaje considerable dentro de la industria de transformación de materiales plásticos. Los materiales plásticos comprenden más de un 35% del total de materiales utilizados en aplicaciones de packaging por las ventajas frente a otros materiales como metal, vidrio o papel: resistencia mecánica, bajo peso, buenas propiedades barrera y capacidad de sellado, versatilidad de procesado y libertad de diseño en múltiples formatos, bajo coste y posibilidad de reciclado”, refiere Vicent Martínez Sanz, investigador en el departamento de Extrusión de AIMPLAS.

Agrega que, gracias a estos beneficios, los formatos de envase plástico flexible se están utilizando cada vez más para el envasado de productos alimentarios, permitiendo mejorar sus condiciones de conservación, alargar su vida útil, reducir el desperdicio de alimentos y contribuir a soluciones más sostenibles con menor impacto ambiental gracias a las reducciones en peso y ahorro en emisiones durante las etapas de distribución y transporte.

El volumen de producción del envase flexible se cifra en 27.4 millones de toneladas, con un valor del mercado de 237,000 millones de dólares. Las tasas de crecimiento esperadas hasta 2022 prevén un crecimiento anual del 4.7% hasta alcanzar los 33.5 millones de toneladas.

“La industria del converting dedicada a la fabricación de films impresos y laminados para aplicaciones de envase flexible se enfrenta a un escenario caracterizado por un incremento en el precio de las materias debido a fluctuaciones en precio crudo (la materia prima supone un 60% del coste total del producto), costes de energía y mano de obra. Otro condicionantes vienen marcados por el cumplimiento de una normativa cada vez más restrictiva referente a los materiales plásticos que pueden utilizarse en aplicaciones en contacto con alimentos. Por otro lado, se exige a los procesadores que actúen como actores principales en los sistemas de gestión de los residuos generados, de modo que puedan contribuir a alcanzar los objetivos de los planes de prevención de residuos de envases”, señala.

Explica que, para los transformadores resulta determinante implementar en sus empresas sistemas de recuperación de los restos de film impresos (consistentes en recortes, refilos, descartes, stock redundante, productos fuera de especificación, etc.) que pueden suponer entre 10 y 20% de la producción y que podrían reutilizarse como materia prima que puede reprocesarse junto con la resina virgen. En el mercado existen diferentes tecnologías para aglomerar este tipo de residuos de forma que puedan ser alimentados de manera uniforme y homogénea en las líneas de extrusión de films.


 

No obstante, añade, cuando se trata de recuperar restos de films impresos y laminados, las tintas empleadas en las tecnologías convencionales de impresión por flexografía o huecograbado colorean el material reprocesado, limitando su reutilización para la aplicación original. De este modo su reutilización queda relegada a productos de bajo valor añadido, fundamentalmente bolsas de basura, tuberías de irrigación, piezas de mobiliario urbano, etc. Ello es debido a que la granza obtenida presenta una coloración muy oscura debido a las mezclas de tintas presentes, lo que imposibilita su reutilización para extruir films transparentes.  Por otra parte, las tintas y adhesivos basados en compuestos orgánicos pueden descomponerse generando gases y vapores que dan lugar a un regranulado de mala calidad y a un material resultante con menores propiedades mecánicas.

“Dado el creciente volumen de materiales plásticos impresos y laminados que se generan a partir de los residuos de embalajes ligeros (sacos, bolsas, tubos, bandejas, contenedores, etc.) se han propuesto diferentes procesos físico-químicos para reciclar este tipo de materiales de forma que puedan eliminarse la fracción de tintas, adhesivos y otros contaminantes y ser de este modo susceptibles de ser utilizados para aplicaciones de mayor valor añadido”, refiere.

Puntualiza que, el primer paso consiste en reducir el tamaño de los residuos de films mediante molinos trituradores y aglomeradores. Los procesos físicos implican la utilización de partículas cerámicas que en un tanque agitado erosionan la superficie del film arrancando la capa de tinta impresa. En los procesos químicos se utilizan bien solventes orgánicos o disoluciones con agentes surfactantes catiónicos. Estos procesos contemplan varias etapas de trituración, prelavados, extracción, etc. que requieren consumos considerables de energía, generan residuos como fangos contaminantes e implican la gestión de solventes con problemas medioambientales relativos a las emisiones de COVs. Por todo ello, su implementación a nivel industrial se ve frenada por su limitada viabilidad técnica y económica.

“Con el objetivo de promover tecnologías alternativas que permitan incrementar la capacidad de reciclado de films y envases ligeros impresos, el Instituto Tecnológico del Plástico AIMPLAS ha desarrollado un sistema de reciclado que pretende eliminar y compatibilizar la fracción de tintas presente en los films impresos, de modo que pueda obtenerse un material reciclado que mantenga las propiedades requeridas para ser transformado nuevamente en films destinados a la aplicación original. Se trata por tanto de un sistema de gestión de ciclo cerrado que posibilitaría que las propias empresas generadoras de los residuos volvieran a reutilizar los compuestos reciclados para la misma aplicación”, explica.


 

Detalla que, la tecnología propuesta en el proyecto CLIPP+ se basa en un proceso continuo de extrusión en diferentes etapas que combina un sistema de inyección de CO2 en condiciones supercríticas con desgasificación a vacío y dispersión intensiva. La experiencia previa adquirida por AMPLAS en este tipo de tecnologías de extrusión ha permitido comprobar la reducción de la viscosidad que causa el CO2 en condiciones super-críticas sobre el polímero fundido, favoreciendo también la extracción de impurezas y compuestos de bajo peso molecular. AIMPLAS ha desarrollado dicha tecnología a nivel de planta piloto y ha tenido ocasión de verificar su efectividad para tratar residuos de materiales termoplásticos, pudiendo obtenerse un material con menor contenido en compuestos orgánicos volátiles (COVs), una coloración más tenue y libres de olores desagradables.

“En el marco del proyecto europeo CLIPP+ (financiado por la Comisión Europea dentro de la convocatoria Instrumento Pyme Horizonte 2020) AIMPLAS está trabajando con la empresa de Reino Unido SKYMARK, dedicada a la fabricación de films para embalaje flexible de papel higiénico, rollos de cocina, pañales y otros productos domésticos y de higiene personal”, indica.

SKYMARK asumió como propio el reto de recuperar a nivel interno los residuos post-industriales generados en sus líneas de extrusión e impresión, con la finalidad de reutilizar este material reciclado para fabricar nuevos films que pudieran utilizarse en aplicaciones de mayor valor añadido, como por ejemplo el embalaje de la misma gama de producto que sirve actualmente.

“Uno de los objetivos del proyecto ha consistido en la implantación a nivel industrial de la tecnología de validada a nivel de planta piloto. Para ello se ha procedido a realizar las modificaciones técnicas necesarias en la línea de extrusión para permitir la inyección del gas que actuará como agente de descontaminación. Con dicho fin se incorporó una bomba de dosificación de gas CO2 de alta presión que permita alcanzar las condiciones supercríticas (por encima de 73 bar y 31ºC). También se diseñó un dispositivo de inyección que permitiera la entrada del gas al interior de la extrusora, evitando la salida del material fundido. Del mismo modo, se diseñó una configuración de husillo con elementos especiales de mezcla para favorecer una distribución más homogénea de la fase gas y favorecer su difusión en el seno del material termoplástico fundido. En la parte final de la extrusora, un sistema de doble desgasificación a vacío permite la extracción de los componentes volátiles”, indica.

Refiere que, a lo largo del segundo semestre del 2017 se ha procedido a la instalación de una nueva línea de recuperación de film impresos en las instalaciones que la empresa SKYMARK tiene en Scunthorpe (UK). Las pruebas de puesta en marcha han consistido en la optimización de todos los parámetros del proceso de extrusión (ajuste de los perfiles de temperatura, presión y velocidad de producción) así como de las condiciones de inyección del gas CO2 (presión y flujo másico) para conseguir eliminar la presencia de compuestos orgánicos volátiles y otros contaminantes presentes en el material termoplástico.

En los laboratorios de AIMPLAS se han realizado las pruebas de caracterización de diferentes muestras obtenidas de los materiales plásticos reciclados utilizando distintos niveles de tratamiento. Como resultado de dichos análisis se ha podido constatar que el efecto del gas CO2 como agente de descontaminación. Los análisis revelan que al inyectar el CO2 en condiciones supercríticas se consigue una notable reducción de compuestos orgánicos volátiles (COVs) en comparación con el proceso convencional de tratamiento que solamente utiliza la etapa de desgasificación a vacío. Es más, este nivel de reducción es proporcional al porcentaje de gas inyectado, consiguiéndose reducir los valores de COVs a menos de la mitad con un 4,5% de gas CO2. También ha podido apreciarse que los pellets del material tratado resultante presentan una coloración más tenue en comparación con los pellets de material reciclado convencional.

“Los compounds termoplásticos tratados con esta nueva tecnología se han utilizado para extruir nuevos films de material reciclado proveniente de los films impresos de polietileno. Las pruebas de extrusión se llevaron a cabo en las instalaciones que la empresa SKYMARK tiene en Ilkestone (UK). El material reciclado ofrecía una buena procesabilidad, sin que llegaran a apreciarse geles, infundidos o inestabilidades en el globo de film soplado. El acabado superficial de los films era bueno y, aunque los films no resultaban completamente transparentes, al menos tenían un aspecto translúcido. Diferentes muestras de dichos films fueron sometidas a ensayos sensoriales de olores en los laboratorios de AIMPLAS, utilizando un método comparativo que permite detectar olores que puedan resultar desagradables cuando se comparan los films de material reciclado con respecto a los films extruidos a partir de las resinas vírgenes. El panel de jueces pudo constatar (de acuerdo a una escala sensorial) que los films presentan un olor que, aunque resulta perceptible, no es en absoluto molesto. Se trata de un resultado muy positivo puesto que la reducción de olores permite que el ambiente de trabajo resulte menos cargante. Al mismo tiempo los embalajes almacenados en camiones o almacenes también generan menor acumulación de olores”, precisó.

Finalmente, señaló que en las siguientes tareas del proyecto está previsto que las bobinas de film reciclado mediante esta tecnología sean suministradas a diferentes clientes de SKYMARK para llevar a cabo pruebas de validación funcional en aplicaciones de embalaje. Diferentes compañías han mostrado ya su interés concreto por utilizar materiales más sostenibles, con un balance medioambiental que permita reducir su huella de carbono y contribuir a los principios de la nueva economía circular.